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复合材料

时间:2023-05-30 09:35:43

开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇复合材料,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。

复合材料

第1篇

Abstract:The expanding human population of the world is placing greater demand on forest resources, both natural forests and plantations. Situation and prospect analysis on wood-based Composites in application as structure materials are presented, also some suggestions are involved.

引言:木质复合材料的最大特点在于不仅能保持原单一组分材料各自的特性,而且可以性能互补,使材料具有优异的综合性能,因而在航空、航天、汽车及体育用品等领域都得到广泛应用。同时利用人工速生林木材和其它材料复合成新的木质复合材料,是缓解木材资源紧张并提升木材产业结构的有效途径。

关键词: 木质复合材料 集成材 应用现状 发展趋势

国内应用现状

集成材的概念始于1901 年, 由德国人Otto Hotzer提出, 1952 年日本引进集成材制造和生产技术, 并在此基础上加以改进, 使集成材得到了很大的发展。20 世纪80 年代, 集成材被引进我国, 首先进行此项研究的是黑龙江省林产工业研究所, 并于1987 年建厂, 当时产品主要出口日本。

我国在利用人造板制造结构用复合材料方面虽然起步较晚,但发展很快, LVL 的生产已达到一定的规模, 并已有产品出口。但目前我国木结构建筑主体框架材料绝大多数从北美国家进口, 其设计和建造技术也来源于国外, 由于缺乏检验技术、标准和规范,因此对已建成竣工的木结构建筑质量无法进行检验。近几年, 为规范和完善木结构市场, 以应对国外木结构住宅在我国的迅速发展, 我国相继制定出台了GB50206- 2002 《木结构工程施工质量验收规范》、GB50005- 2003《木结构设计规范》和《木结构设计手册》。同时, 我国在“十一五”期间, 将对木结构规格材的锯割工艺、规格材的分级检测、木结构的增强技术和木结构连接件等进行重点研究和开发, 并制定《结构用原木》、《结构用锯材》、《结构用胶合木检验方法》和《结构规格材机械分等》等相关标准和规范。此外, 我国还是国际标准化组织木结构技术委员会ISO/TC165 的P ( 积极)成员国, 并且参加第2( 胶合木结构) 、第6( 胶合指接)和第9( 原木结构含竹材) 3 个工作组的工作。建设部批准成立的建筑学会、建筑结构分会、木结构专业委员会等对我国今后木质结构复合材料的发展, 都具有非常重要的意义。

近几年, 随着北美木结构进入我国建筑市场, 我国开始对木结构房屋及其材料进行研究, 并取得了一些成果。但总体而言, 我国对木质复合材料应用于住宅建筑方面的研究与国外发达国家相比差距较大。通过引进一些国外木结构建筑技术和经验的项目, 对发展我国的木结构市场有很大促进作用。

与此同时,我国各大高校和科研院所也致力于研究各种新型木质复合材料,并取得很大进展。例如:贺福等研究发现碳纤维增强塑料--木材(CFRW)的增强效果十分显著,其弯曲模量可比木材提高12倍;张双保等[12-13]进行了玻璃纤维增强人造板的一系列研究,发表的研究报告有:木材玻璃纤维复合材料性能改善的研究、玻璃纤维增强三倍体毛白杨木质(纤维)复合材料等研究;王卫东等[14]进行了金属网增强型杨木单板层积材的研究。以上研究得到的复合材料,其物理力学性能以及耐老化性能均有明显改善,可以达到或超过相关的欧洲结构板(PrEN300-94 OSB/4)标准要求,用作为工程结构材料。王增春等[15]关于新型高性能材料FRP加固木结构的应用和理论研究。

国外应用现状

国外结构用木质复合材料的发展较早( 如日本、澳大利亚、美国和加拿大等国) 。1973 年, 由澳大利亚人J.D.Coleman 提出将木材天然结构解离到重新组合为所需要产品的程度, 即不打乱纤维的排列方向, 保留木材的基本特性, 进而重新组合成具有木桁梁那样强度的产品。1985 年Repco 公司宣布重组木诞生, 同时宣布重组木为澳大利亚联邦科学院林业产品研究所( CSIRO)发明, 并于1987 年在澳大利亚南方公司建厂生产重组木。1985 年日本也进行了类似的研究, 1986 年重组木在日本进入了工业化试生产。

新型纤维增强材料的应用是近几年发展起来的又一新型结构材料, 包括碳纤维增强集成材、纤维增强集成木梁等。木结构工字木搁栅( Wood I- Joist) 也被广泛应用于木结构建筑中, 它与胶合集成材相匹配, 是替代实木规格材的有效木结构材料, 并已在北美住宅结构中占据了重要的地位。美国和加拿大在木结构中使用工字梁居多, 且已经替换了实木托梁或横梁等。这些木质复合工程材料持续、高速的发展势头, 成为用木质复合材料建筑的发展基础, 同时开发结构用木质复合材料这一特有的林产品市场, 在国内外受到格外关注。

目前,国外利用木质复合材料建造房屋已经达到专业化水平。极大限度的把施工现场的工作转移到工厂中完成,加速了进度,减轻了劳动强度,提高工作效率及产品质量,减少材料损耗,而且不受季节限制,可以取得较好的效益。

发展趋势

我国是一个森林结构失衡和资源匮乏的国家,木材资源供需矛盾日益突出,原料供应的紧缺已成为制约人造板行业发展的瓶颈,但是原料短缺的压力也加快了人造板产业木材供给渠道的调整。

我国的人工林面积已达4466.7 万h m2, 人工林蓄积10.1 亿m3, 居世界首位。当前木材资源结构形式发生了变化, 已由天然优质大径级材向人工速生低质小径木转变, 小径木材已成为我国工业用材的主体。为解决木材供求矛盾, 应最大限度地利用低质小径木和提高木材利用率, 寻找可替代实体结构木材的新产品。

在当前形势下,结构用木质复合材料应致力于利用低等级木材制造出高强度结构材。

木质复合材料的优势在于,提供健康、舒适的生活环境, 给建筑带来新的形式和风格。国内木质工程材料的迅速发展, 使得建筑与装修合二为一, 使用面积增加, 造价明显降低。

相关高校和科研院所都在进行结构用木质复合材料研究, 该研究是一个系统科学, 从结构单元到最终产品环环相扣, 一个结构单元的性能会影响到结构组件、结构系统甚至整个建筑的使用性能。结构用木质复合材料在我国虽起步较晚, 但发展速度非常快, 它的独特功能和良好的结构性能, 越来越受到人们的关注和青睐, 在未来的木结构建筑市场中将具有很强的竞争力。但同时我们也要对其进行客观地分析, 解决好目前存在的问题, 以利于木结构房屋的顺利发展。

目前, 我国建筑行业和房地产业空前发展,,加之政府对木结构建筑的支持,,以及相关规范标准的健全,,非常有利于我国木结构的发展。有关资料显示,“九五”期间城镇住宅竣工面积23.45 亿m2, 大大高于“九五”计划12 亿m2 的目标。“十五”期间全国城乡住宅累计竣工面积57 亿m2,其中城镇住宅竣工而积27 亿m2。但新建住房的大部分为钢筋混凝土结构,只有不到1%为木结构建筑,未能满足不同层次人们的需要。而加拿大90%以上、美国80%以上的别墅和低层公寓采用木结构,日本每年的木结构住宅竣工数达到10 万套。在我国, 木结构建筑还鲜为人知, 木结构房屋市场基本还是空白,因此其发展的空间很大。加拿大联邦政府官员曾宣称,目前在中国内地建造中的木结构房屋只有300 栋,计划再建9000 栋,估计中国内地五年内将使其每年建造的木结构房屋数量达到15000 栋,木结构住宅别墅正在中国悄然兴起。

几点意见

我国结构用木质复合材发展速度缓慢的主要原因有以下几方面: ①缺乏系统的应用研究;②建筑规范标准不完善, 使结构用木质复合材的应用缺乏依据, 进入建筑业巨大的消费市场有一定的难度; ③国产设备与制造工艺尚不成熟, 生产规模、产品质量、制造成本及销售价格缺乏市场竞争力; ④结构用木质复合材的市场定位不够准确。

在市场经济大潮中,当我们不断追逐经济利益时,也应该考虑环境协调可持续发展,在木材加工中,废弃木质材料的循环利用,既可以实现废弃木质材料作为人造板工业的原料,在一定程度上缓解木材资源供应不足的压力,又可以改变传统单方向木材消耗模式,走循环经济发展模式,对建设资源节约型环境友好型社会都具有重要的现实意义。

要落实木质材料循环利用,主要有以下四种方法

1)再使用。即对使用过的板材及木制品经过修整后重新利用,基本上不改变原来的形状、性质和用途。对于质量比较好的废旧木材回收复用,是废旧木材循环利用最直接也应是首选的途径。如建房拆下的废旧建筑木料,经分类后可按市场需求加工成各种可用木料;木质包装材料回收后可根据情况回收复用。

2)再循环利用。即将废弃木质材料进行物理、化学处理后,制造出具有较高附加值的产品,如制造刨花板或纤维板。

3)再生利用。即利用废弃木质材料生成一种与原来木材性质不同,且具有较高价值的产品,如碳纤维增强材料和木塑复合发泡材料。

4)降解。即将再三利用后不能再循环利用的废弃木质材料在自然或人工条件下,降解或水解作为肥料和饲料。

参考文献

[ 1] 王允飞等,废弃木质材料循环利用现状及前景分析,安徽农业大学等,2010

[ 2] 熊陈福等,木材-FRP 工程复合材料的发展与展望,北京林业大学,2006

[ 3] 沈照仁,从“木材工程学”谈起,中国林业科学研究院,1994-2001

[ 4] 王宏棣等,我国结构用木质复合材现状与应用前景,黑龙剑省林产工业研究所,2007 .

[ 5] 张双保等,玻璃纤维增强三倍体毛白杨木质(纤维)复合材料的研究[J],北京林业大学学报,2001

[ 6] 张一帆等,一种新型木质建筑工程构件--字型托梁,东北林业大学,2003

[ 7] 胡剑虹等,发展木质复合建筑的探讨,南京林业大学,1994--2011

[ 8] 丁杰等,纤维增强树脂在工程木质复合材料中的应用 ,北京林业大学,2007

[ 9] 张涛,木质材料用阻燃剂的现状与发展方向,广州建材企业集团有限公司投资发展部,1994--2008

[10] 刘燕吉,木质材料的阻燃处理,1997

第2篇

[关键词]钛基;复合材料;专利

钛及钛合金是一种物理性能优良、化学性能稳定的材料,但当温度较高时,钛金属的强度和蠕变抗力急剧下降。相对于钛合金,钛基复合材料具有较高的比强度、比刚度以及优异的耐高温、抗腐蚀性能,其在航空航天、军工等领域具备广泛的应用前景[1-2]。随着对钛基复合材料的研究的逐渐深入,中国市场涉及钛基复合材料的相关专利申请量也逐步提升。本文从申请量随年代变化的态势、申请来源国等角度分析了钛基复合材料在中国市场的专利申请状况。并对该领域的专利技术进行了技术功效分析,进一步的对研究热点之一:单一颗粒增强的专利技术进行了详细的分析。

1专利申请量态势

钛基复合材料的专利申请主要经过1990~2000年,2001~2009年,2010年-至今三个阶段。上述三个阶段与目前我国的钛基复合材料研发趋势基本一致。2010年至今,随着航空航天以及特种工程材料领域的需要,钛基复合材料处于较为快速的发展阶段,反应在专利申请量方面就是出现较为明显的增长趋势。

2主要申请来源国专利申请技术构成

中国作为最主要的申请来源国,而美国、日本、英国和新西兰作为国外申请人来源国,其具体申请技术构成参见图2。从图2也可以清楚地看出,其他国家或地区在中国钛基复材方面的专利申请中,技术要求更高的纤维增强钛基复材比例是高于中国申请的,这一方面是因为本申请复合技术方面的差距所致;另一方面也是由于我国在纤维材料制备领域,在成本和性能上与国外先进国家相比本就具备较大差距。

3技术功效分析

当前,钛基复合材料主要包括颗粒晶须增强和纤维增强两类。图3是钛基复合材料领域技术功效矩阵图,横轴表示各技术手段能够实现的功能效果,纵轴表示各技术手段,交叉点圆球面积表示该相应技术实现该功能效果的专利数量多少,即技术点专利越多球面积越大。从纵坐标可以清晰地知道目前专利技术中,有关钛基复材的主要技术分支、以及主流技术手段。而从横坐标可以清楚知道目前该领域的研究方向。进一步通过图中圆圈大小以及密度分布,可以了解本行业的研究热点和成熟技术。从空白区域研究技术盲点存在的可能性。

3.1对于颗粒类增强钛基复材

在颗粒增强钛基复材领域,集中解决的技术问题或者说是研究较为全面成熟的领域集中在提高钛材力学性能、提高塑性以及降低成本三个主要方面,且各种技术手段的选择覆盖全面,研究已经较为成熟全面,不存在明显的技术盲点。对于改善耐磨性和增韧性方面,可以明显看出颗粒增强钛基复材领域所采用的技术手段集中在颗粒种类的选择上,并不涉及具体的复合工艺,存在明显的技术空白。对于该技术空白,可以做为以后颗粒增强钛基复合材料领域的一个主要突破方向。而且不仅仅是针对改善耐磨性和增韧性,对于整个颗粒增强钛基复合材料领域,相对于颗粒种类的选择,如何突破现有的传统复合工艺限制,将成为该领域突破发展瓶颈,引来新的爆发式技术革新的关键。而对于针对性较强的特殊技术效果领域,颗粒增强钛基复材主要集中在选用特殊的颗粒类型而赋予相应的特殊性能,整体专利研究数量不多,存在较大技术空白。随着以后钛基复材在民用领域的扩展,对其的特殊功能性需求必然会更加多样化,而通过加入合理种类添加颗粒,往往就能满足需求,因而这方面的研究存在较大的发展空间,也容易实现。当然随着不同颗粒的引入,最终不可避免面对的技术问题仍然是最终复合工艺的革新。

3.2对于纤维类增强钛基复材

相较于颗粒增强钛基复材,应该说纤维增强复材无论是从申请量还是技术手段的覆盖领域来说都存在较大差距,也说明后者的研发还不如前者成熟,但是也说明纤维增强钛基复材存在较大的研究空白,发展潜力巨大。对于纤维增强钛基复合材料领域,存在较多的申请空白点或盲点。尤其是在如何提高界面性能、提高耐磨性这两个领域,还未出现相关专利。究其原因,这也和我国高分子复合材料工艺起步较晚,技术水平较低有直接关系,相信随着相应的复合材料制备工艺的提升,纤维增强钛基复材的研究方向会相应地向通过复合工艺提高复材性能的方向发展,此方面的专利申请数量应该在未来数十年内有较大的提高。综上,在纤维增强钛基复材领域,今后的研究热点主要有两方面,一方面,在现有可选纤维种类和复合工艺基础上,进一步开拓纤维在钛基复材中的应用领域,增加其在钛基复材中多种性能需要方面的改进作用。另外一方面,除了合理选用纤维种类外,可以考虑从复合工艺方面改善纤维增强钛基复材性能。

参考文献

[1]袁武华等.钛基复合材料及其制备技术研究进展[J].材料导报,2005,19(4):54-57.

第3篇

关键词:导电高分子复合材料;导电性;应用

中图分类号:TQ 316 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)06(a)-0000-00

导电高分子材料就是在高分子材料的基础上,根据使用的要求,加入了相应的导电体,经过多重技术的处理之后,使其具有了较高的导电能力。而由于这种材料在制造的过程中,使用对材料的要求不高,使用的技术加工手段简单,使用的生产成本较低,导电性能较好等原因,受到了社会各界的广泛重视。因此,为了使导电高分子复合材料在当前阶段中更好的应用,在当前的科学研究中,加强对其进行研究成为了必然趋势。

1导电高分子复合材料的导电理论

1.1 统计渗滤模型

在高分子复合材料的导电理论中,首先就是统计渗滤模型,这一模型通常是几何模型为基础上建立的,就是将复合材料中基本物质使用一定技术将其抽象化,使其存在一定形状的分散体系,然后根据一定的机理要求,将其进行重新的排列,使其重新组合成一个整体,使高分子材料中的基本物质成为了连续相,而加入的导电体材料根据其功能的不同,有些成为了连续相,有些成为了分散相,这些有效的分散相以及连续相,就在导电高分子复合材料中构造出了导电通道。在这一模型的基础上,对导电高分子复合材料的电阻率与导电体进行深层次的分析,在两者之间建立相应的联系。最具有代表性的就是在建立统计渗滤模型时,根据不同的需求,将基本物质抽象为形状、大小不同的球型、规则的多面体等,同时将导电体抽象成连续性的珠串等[1]。这种模型有效的将高分子材料的导电理论进行了阐述,但是其也具有一定的缺点,就是其只能使用在较为简单的复合材料中,复合材料中只能有一种基本物质以及导电体材料,对于具有多种基本物质或者导电体材料的复合材料时,虽然也能建立相应的模型,但得到的理论与实际之间会存在较大的差异。

1.2 热力学模型

随着统计渗滤模型的使用,人们逐渐的发现其有一些缺点,例如在构建模型时,往往忽略了基本物质与导电体之间的作用关系,使得到的结果具有一定的偏差,不满足当前社会发展的需求,在这种情况下,就研究出了热力学模型来对导电高分子复合材料导电理论进行了阐述,使结果得到了很大的改进。这一理论是以热力学原理的基础上建立的,在这项理论中,认为构建导电通道的过程中,导电体处于临界状态的体积与模型中多余的自由能具有一定的联系,当模型中多余的自由能达到一定的程度后,就会在模型的内部自动的构建出导电通道。并且,高分子材料中基本物质的熔融粘度较大,更好的阻止了平衡相的分离;导电体粒子的直径较小,更好的帮助平衡相分离。使用这种模型来对导电高分子复合材料进行阐述与实际更加接近[2]。

2 导电高分子复合材料的特殊效应理论

导电高分子材料的性能往往不是一成不变的,在特定的环境中,其性能也会逐渐的在变化着。例如一些导电高分子复合材料在拉力或压力的作用下,就会出现一些特别的效应,例如压敏效应、拉敏效应等,可以根据这些特殊的效应来对地导电高分子复合材料进行阐述。

在压敏、拉敏效应理论中,可以利用通道理论对其进行阐述。在不同的高分子材料,所中具有的临界范围不同,在压敏的情况下,材料中的导电体相对就不是很多,使得导电体的分布不是很好,无法直接构造出导电通道,如果在这时向复合材料施压,压力不是很高时,没有达到材料的最大临界值,复合材料仍然具有高阻态;当所施加的压力过高时,超过了最大临界值,就会使复合材料发生一定的形变,使其内部构建出了导电通道,从而使其具有了导电性。在拉敏的情况下,材料含有大量的导电体,其内部具有一定的导电通道,这时在对其使用拉力时,当垃圾过大,超过最大临界值时,复合材料就会发生形变,致使其全本具有的导电通道遭受了损坏,从而使复合材料不在具有导电性[3]。

3 导电高分子复合材料的应用以及发展趋势

3.1 导电高分子复合材料的应用

导电高分子的原材料一般为聚合物或者具有导电效果较强的填充物,随着科学技术的不断发展,目前已经成功研制出了具有良好导电性的高分子复合材料,且随着高分子复合材料的广泛应用,也增加了抗静电、电磁波屏蔽等功能,使得导电高分子材料获得了巨大的技术突破,目前,根据导电高分子材料的性能不同,可以将其分为半导体材料、高导电体材料、热敏导体材料等,其材料成分不仅有金属材料,如铜、铝等,同时也含有碳系聚合物,大大增加了导电高分子复合材料的稳定性,同时降低了制作成本。另外,由于导电高分子复合材料的优点,使得基于传统的工作方式有了极大程度的改善,如在开关元件生产过程,传统的导电材料的在开关中虽然能够保证电流的有效传输,但是金属材质会产生无用功率,同时导体过热还会引发安全事故,因此,在开关元件的生产中应用高分子复合材料,能够有效的保护用电安全,同时,利用高分子复合材料的热效应,能够制作出热敏传感器,提高能源的利用率,另外,导电高分子复合材料也在航电器的制作、煤电系统、建筑施工中有着广泛的应用[4]。

3.2 导电高分子复合材料的研究进展

由于高分子复合材料具有非常良好的应用前景,因此,我国重视并鼓励高分子复合材料研究的创新和发展,但是高分子复合材料具有较强的不稳定性,其性能容易受到制作工艺、制作环境等外在因素的影响,近年来,先进的导电理论指出寻研制能与复合材料稳定结合的导点模型是未来高分子复合材料的研究发展方向。随着科学技术的不断发展,目前已经得出复合体系的构建是建立导线模型的前提要素,利用拓扑学方法能够有效的对复合材料的参数进行测量,同时能够有效的观测出不同添加剂对导电高分子复合材料的影响。由于高分子复合材料必须具有实用性,因此,导电高分子复合材料的研究上也偏向于增加其稳定性、轻便型、降低制作工艺与成本,同时使导电高分子复合材料能够适应不同的温度及湿度,扩大导电高分子复合材料的应用范围,尽管在理论研究上存在诸多的困难,但是在应用方面已经取得了巨大的突破[5]。

4 总结

综上所述,在现阶段的发展中,导电高分子复合材料占据重要的作用,有效的对其进行使用,可以更好地促进社会的发展。并且随着不断对其进行研究,相关的理论知识已经得到了一定的发展,处在了一个瓶颈阶段,很难在使其继续发展。因此,在当前阶段对导电高分子复合材料进行研究时,就要向着应用方面进行研究,使其在实际中起到更大的作用,有效的促进我国社会的发展。

参考文献

[1]陆昶,胡小宁,赫玉欣等.特殊形态结构导电高分子复合材料的电学性能[J].材料研究学报,2012,07(01):37.

[2]屈莹莹,赵帅国,代坤等.各向异性导电高分子复合材料的研究进展[J].塑料工业,2012,06(05):22.

[3]徐晓英,王世安,王辉.复合导电高分子材料微观网络结构及导电行为仿真分析[J].高电压技术,2012,10(09):2221.

第4篇

关键词:石墨烯;复合材料;纳米银;制备及应用

石墨烯作为一种由单层单质原子组成的六边形结晶碳材料,其特殊性能的应用一直是近几年研究的重点。但是石墨烯的生产效率低,需经常将其进行改性,达到以较少的添加量获得更好性能的目的。其中,纳米银的出现在一定程度上扩大了石墨烯在导电[1],导热方面的应用。而且纳米银的生产效率高,很好地解决了石墨烯/纳米银的生产问题,为石墨烯在诸多技术领域的应用拓展了[2]空间。金属粒子由于含有自由移动的电子和极大的比表面积,在导电性和导热性方面有着出色的表现。而纳米银颗粒,纳米银棒,纳米银线则可以在复合基体中形成网络通路,提高材料的导电性和导热性。

1石墨烯/纳米银复合材料的制备方法

目前,石墨烯掺杂纳米银复合材料可以根据纳米银的形貌特征分为石墨烯/纳米银颗粒复合材料和石墨烯/纳米银线复合材料。纳米银的加入使得石墨烯复合材料的导电性和导热性以及石墨烯的表面硬度均得到了提高[3]。

1.1机械共混法

机械共混法可分为搅拌法和熔融共混[4]法。刘孔华利用搅拌法制备得到石墨烯/纳米银线杂化物,在50℃下搅拌,升温至210℃,最后降至常温得到石墨烯/纳米银线杂化物。熔融共混法是利用密炼机或者挤出机的高温和剪切作用力下将石墨烯、纳米银和基材熔融后,共混得到石墨烯/纳米复合材料。该方法用途广泛,适用于极性和非极性聚合物和填料的共混。并且纳米银的烧结温度在180℃,对于纳米银颗粒可以烧结形成一定规模的网络结构。此方法制备的复合材料所需时间短,且纳米银线是单独制备,所以可以单独控制纳米银线的长度和长径比。但是由于是机械共混,纳米银在石墨烯材料中的分散性不是很好,且容易发生团聚,达不到形成大量网络结构的目的。

1.2化学还原法

化学还原法是目前比较常见的将金属纳米粒子附着在石墨烯表面的方法。其主要是通过在石墨烯表面化学还原一些金属前驱体,经常伴随原位复合法和溶液插层法。郑[5]璐等以联胺为还原剂制得纳米银插层的石墨烯。附着在石墨烯表面的银的粒径在20[6]nm左右。王宇鹏等运用柠檬酸钠作为还原剂制得水溶性石墨烯/纳米银线杂化导电体。此方法得到的附着纳米银线直径在40nm左右,长度在2μm,银线断面呈现规则的立方[7]体结构。Mislav等在碱性条件下,利用肼还原银离子,3步法制备纳米银棒附着的石墨[8]烯。Hooman等对石墨烯先进行酸处理,再将纳米银线与石墨烯按照质量比1∶6比例混合搅拌,得到纳米银石墨烯复合材料。该方法制备的复合材料中,纳米银线分散均匀,且长径比较大,一次制备所得产物较多,实验过程稳定,可随时观察反应状态,是目前较为实用的方法。

1.3无溶剂微波

加压法微波辐射法是利用微波反应器产生的快速且大量的热量促使银盐的分解。而且石墨烯具有很好的吸收微波的能力,使得银颗粒可以在短的时间里附着在石墨烯表面。同时,因是无溶剂,得到的产物产率相比于普通溶剂得到的产物有较大的提升,但是实验需要通过对环境施加额外的压力,才能达到试验条件。[9]Lin等用一个典型的反应方式将银颗粒附着到石墨烯表面。试验结果表明,微波处理时间对银颗粒的粒径存在影响。而且由于石墨烯是层状材料,可反应的面积大,相比于碳纳米管,石墨烯表面附着的银颗粒粒径较小。并且由于银颗粒的附着使得石墨烯的表面硬度得到增加。这种方法不需要溶剂溶解且反应时间短,纳米银在石墨烯表面分布也较为均匀,可以得到足量的产物。但是实验仪器较为苛刻,实用性较低。同时石墨烯会吸收一定的微波功率,反应过程存在不确定因素和安全问题。目前,使用此类方法制备石墨烯/纳米银复合材料不是很广泛。

1.4溶剂热悬涂法

[10]溶剂热悬涂法是一种利用溶剂的温度配合晶核在一定温度下沿某一固定晶面生长[11]的方法。徐士才采用溶剂热悬涂法,利用氯化银为晶核,甲醛将银离子还原为银单质,制备得到长度为30μm,直径为20~50[12]nm的纳米银线。Dinh等用VitaminC在N/H条件下制备石墨烯/纳米银复合材料,将22纳米银线悬涂在石墨烯表面。该方法具备了化学还原法的稳定性和无溶剂微波加压法的高效性,并且可以得到超长纳米银线。

2石墨烯/纳米银复合材料的应用

目前,虽然石墨烯是优良的导电纳米材料,但是生产成本高,且提升石墨烯本身导电导热能力由石墨烯的厚度决定,所以有一定的局限性。因此,银的导电导热能力都很出色,且成本不太高,可以很好地解决上述问题。同时,银线的生成在石墨烯中可以提[13]供良好的导电通路,大幅降低材料电阻。

2.1导热性能应用

在众多散热硅脂中,银含量是衡量散热硅脂性能的一个重要指标。同时,石墨烯也具备很好的导热能力。因此将银表面附着或者插层能够很好地提高材料的导热性能。[8]Hooman等在40℃条件下,加入0.1%的石墨烯/纳米银复合材料,热导率提高22.22%。

2.2导电性能应用

在如今高科技年代,人们对电子领域的要求越来越高,其中石墨烯和纳米银线制备[14]的透明电极和透明导电膜等得到了广泛关[15,16]注与发展。Liu等利用石墨烯和纳米银的高透过率和高效的光催化能力,成功研制[17][7]出透明电极。Mislav等研究发现,在高电场环境下,石墨烯/纳米银复合物的临界电[18]流密度得到提高。Lee等研究制备了可见光透过率为94%,表面电阻为33Ω/sq的可延伸电极。

2.3光学性能应用

纳米银可以作为表面增强拉曼光谱(SERS)的基质。同时,由于纳米银拥有灵敏的非线性光学响应,可用来制备光学电器件。目前,SERS的增强机理主要有电磁增强[19]机理和化学增强机理。张太阳等制备了聚苯乙烯/石墨烯/纳米银复合材料和层析硅胶/石墨烯/纳米银复合材料,均发现拉曼光谱[20]G峰和D峰有明显增强。Lu等将纳米银/石墨烯复合材料作为SERS基底,可实现对芳香族[21]分子的检测。Kumar等降低了对邻氨基苯硫[22]磺和三聚氰胺的检测限,Ren等使得对叶酸的检测低至9nmol/L。

2.4其他性能的应用

[23]在生物应用方面,Lu等研究发现了银纳米粒子在基体材料上的附着可以实现对血糖和HO的检测。其作为传感器具有高效,灵22敏,可靠的特点,并在临床医学,食品安全[24]和环境质量检测中发挥重要的作用。同[25]时,银的加入也增加了材料的抗菌能力。[26]Chen等成功实现了对DNA分子的无标记测[27]量。Kim等制备了高性能的蛋白质传感器。[28]Bae等成功制备了石墨烯透明触摸屏。

3结语

第5篇

[关键词] CNTs;镁基;复合材料;制备方法

[中图分类号] TB331 [文献标识码] A 文章编号:1671-0037(2014)01-66-1.5

镁及镁合金具有密度低,比强度、比刚度高,铸造性能和切削加工性好等优点,被广泛应用于汽车、航空、航天、通讯、光学仪器和计算机制造业。但镁合金强度低,耐腐蚀性能差严重阻碍其广泛应用。

碳纳米管不仅具有极高的强度、韧性和弹性模量,而且具有良好的导电性能,还是目前最好的导热材料。这些独特的性能使之特别适宜作为复合材料的纳米增强相。近年来,碳纳米管作为金属的增强材料来强度、硬度、耐摩擦、磨损性能以及热稳定性等方面发挥了重要作用。

近些年,镁基复合材料成为了金属基复合材料领域的新兴研究热点之一,碳纳米管增强镁基复合材料的研究也逐渐成为材料学者研究重点之一。本文就目前有关碳纳米管增强镁基合金复合材料的制备技术做综述,以供研究者参考。

1 熔体搅拌法

熔体搅拌法是通过机械或电磁搅拌使增强相充分弥散到基体熔体中,最终凝固成形的工艺方法。主要原理是利用高速旋转的搅拌器搅动金属熔体,将CNTS加入到熔体漩涡中,依靠漩涡的负压抽吸作用使CNTS进入金属熔体中,并随着熔体的强烈流动迅速扩散[1]。

周国华[2]等人采用搅拌铸造法制备了CNTs/AM60镁基复合材料。研究采用机械搅拌法,在精炼处理后,在机械搅拌过程下不断加入碳纳米管到镁熔体中,搅拌时间20 min,然后采用真空吸铸法制得拉伸试样。研究结果显示,碳纳米管具有细化镁合金组织的作用,在拉伸过程中,能够起到搭接晶粒和承载变形抗力的作用。

C.S.Goh[3]等采用搅拌铸造法制备了CNTS / Mg基复合材料时,金属熔化后采用搅拌桨以450 r / min的转速搅拌,然后用氩气喷枪将熔体均匀地喷射沉积到基板上,从而制得CNTS / Mg基复合材料。力学性能测试表明,复合材料具有较好的力学性能。

李四年[4]等人采用液态搅拌铸造法制备了CNTS/Mg基复合材料。CNTS加入前首先经过了化学镀镍处理,研究采用了正交实验,考察了CNTS加入量、加入温度和搅拌时间对复合材料组织和性能的影响。研究结果表表明,CNTS加入量在1.0%、加热温度在680 ℃、搅拌3 min时,能获得综合性能较好的复合材料。

搅拌铸造法优点是工艺简单、成本低、操作简单,因此在研究CNTS增强镁基复合材料方面得到广泛应用。但搅拌铸造法在熔炼和浇铸时,金属镁液容易氧化,CNTS均匀地分散到基体中也存在一定难度。

2 消失模铸造法

消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型黏结组合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中振动造型,在负压下浇注,使模型气化,液体金属占据模型位置,凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

周国华[5]等人就通过消失模铸造法制备CNTs / ZM5镁合金复合材料。将PVC母粒加入到二甲苯中溶解,把CNTs加入上述溶液中超声分散10 min后过滤、静置20 h,装入发泡模具发泡成型,用线切割机加工制得消失模。把制得的含碳纳米管的消失模具放入砂箱内,填满砂并紧实,将自行配制的ZM5镁合金熔体浇注制得复合材料。实验结果表明,碳纳米管对镁合金有较强的增强效果,对ZM5合金的晶粒有明显的细化作用。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是把CNTS与镁合金基体粉末进行机械混合,通过模压等方法制坯,然后加入到合金两相区进行烧结成型的一种成型工艺。粉末冶金法的优点在于合金成分体积分数可任意配比而且分布比较均匀,可以避免在铸造过程中产生的成分偏析现象,而且由于烧结温度是在合金两相区进行,能够避免由于高温产生的氧化等问题。

沈金龙[6]等人采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料。试验采用CCl4作为分散剂将镁粉和CNTS混合,在室温下将混合粉末采用双向压制成型后进行真空烧结,制成碳纳米/强镁基复合材料。研究结果表明:碳纳米管提高了复合材料的硬度和强度,镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化。

Carreno-Morelli[7]等利用真空热压烧结粉末冶金法制备了碳纳米管增强镁基复合材料。研究发现,当CNTs含量为2%时,复合材料的弹性模量提高9%。

杨益利用利用粉末冶金法,制备了碳纳米管增强镁基复合材料,研究了碳纳米管制备工艺和含量对复合材料组织和性能的影响。研究采用真空热压烧结技术,通过研究发现,在热压温度为600 ℃、保压时间20 min、保压压力在20MPa、CNTS含量为1.0%时,制得的复合材料具有强度最高值。TEM分析CNTS与镁基体结合良好,增强机理主要有复合强化、桥连强化和细晶强化。

4 熔体浸渗法

熔体浸渗法是先把增强相预制成形,然后将合金熔体倾入,在熔体的毛细现象作用下或者一定的压力下使其浸渗到预制体间隙而达到复合化的目的。按施压方式可以分为压力浸渗、无压浸掺和负压浸渗三种。

Shimizu等采用无压渗透的方法制备了碳纳米管增强镁基复合材料,随后进行了热挤压,力学性能测试显示,抗拉强度达到了388MPa、韧性提高了5%。

5 预制块铸造法

周国华等人采用碳纳米管预制块铸造法制备了CNTS / AZ91镁基复合材料。将AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后,用50目不锈钢网筛过滤后在模具中压制成预制块。然后利用钟罩将预制块压入镁熔体并缓慢搅拌至预制块完全溶解,采用真空吸铸法制得复合材料试样。研究结果表明,预制块铸造法能够使CNTs均匀分散到镁合金熔体中,复合材料的晶粒组织得到细化,力学性能明显提高。

6 结语

近年来,CNTs在增强镁基复合材料的研究越来越多,目前存在的主要问题是CNTs的分散和与基体界面的结合等问题。由于但碳纳米管具有高的比表面能,使其在与其他材料的复合过程中易形成团聚,导致复合材料性能不甚理想,最终起不到纳米增强相的效果,同时碳纳米管属轻质纳米纤维,与各类金属的比重相差太大,不易复合。目前有关碳纳米管增强镁基合金复合材料的研究还处于初期阶段,随着技术的不断发展,新工艺和新方法不断出现,CNTs的分散及与基体的界面结合等问题将逐渐被解决,开发出性能优异的CNTs / Mg基复合材料将有着重要的意义。

参考文献:

[1]张玉龙.先进复合材料制造技术手册[M].北京:机械工业出版社,2003

[2]周国华,曾效舒,袁秋红.铸造法制备CNTS/AM60镁基复合材料的研究[J].铸造,2009,58(1):43-46.

[3]Goh C S, Wei J, et al.Ductility improvement and fatigue studies in Mg-CNT nano-composites[J].Compos Sci.Techn,2008,

68:1432.

[4]李四年,宋守志,余天庆等.铸造法制备纳米碳管增强镁基复合材料[J].特种铸造及有色合金,2005,25(5):313-315.

[5]周国华,曾效舒,袁秋红等.消失模铸造法制备CNTS/ZM5镁合金复合材料的研究[J].热加工工艺,2008,37(9):11-14.

[6]沈金龙,李四年,余天庆等.粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究[J].铸造技术,2005,26(4):309-312.

[7]Carreno-Morelli E, Yang J, et al.Carbon nanotube/magnesium composites[J].Phys Status Solidi A, 2004,201(8):53.

[8]杨益.碳纳米管增强镁基复合材料的制备与性能研究[D].北京:国防科学技术大学硕士论文,2006.

收稿日期:2013年12月12日。

基金项目:郑州市科技攻关项目(20130839),黄河科技学院大学生创新创业实践训练计划项目(2013XSCX025)。

第6篇

关键词:聚醚醚酮;复合材料;性能

1 引言

电连接器是为电气终端之间提供连接与分离功能的一种元件,近年来,伴随着数字、IT技术的发展;航天器电子设备的重量趋小、抗干扰能力趋强;海洋探测设备的耐环境性能趋高等因素以及国防建设中各种新型武器装备的出现,都对连接器产品性能提出了更高的要求。主要集中在以下几个方面。

1.1 重量轻、小型化要求

由于航空、宇航等领域对连接器产品的重量和体积要求日渐趋小。

1.2 耐环境性能要求

随着我国航天、航空技术、航海、石油勘探及军事电子设备技术的发展,对连接器产品的耐环境要求提出了更加苛刻的要求。

1.3 高可靠性能要求

未来装备要求具有更高的可靠性、更长的储存时间和工作寿命,以适应无人值守、全天候工作状态。与之匹配的连接器可靠性能也得做响应提高。

1.4 多功能、集成化要求

由于整机设备的集成化、小型化,要求连接器产品具有多功能性,具有高混装特性,具有多系列、多模块组合等特性,以实现整机上的各种预定用途,为用户提供各种特殊功能的线路连接。

1.5 抗电磁干扰性能要求

目前在通信、网络、军事、航空、航天、医疗、消费电子、电子对抗、相控阵雷达等领域,都提出了电磁兼容要求,迫切需要具有更高抗电磁干扰性能的连接器产品。

由于传统连接器的一些固有特点造成其不能达到上述一些要求。所以为了适应电子信息业的迅速发展和国防科技现代化的发展需求,实现连接器的高性能、高可靠、耐环境、多功能、小型化、绿色、高效、安全;实现我国高端连接器的独立自主研制和批量生产能力;就必须要加快新一代复合材料连接器的研究和发展、努力创新,满足各领域配套需要,发挥高新连接器产品对我国经济发展、技术进步的重要支撑和推动作用。

2 国内外复合材料连接器发展情况

传统连接器所用的材料大部分是有色金属,更进一步的发展是采用了工程塑料,已出现了聚苯硫醚、聚醚醚酮等复合材料连接器。国际上复合材料连接器也主要应用于宇航级,部分特殊场合如石油采探行业亦有应用。其中MIL-C-29600A产品被广泛采用。该标准有A、B两个系列,A系列采用MIL-C-38999的安装板空位排列,B系列采用MIL-C-81511的安装板空位排列。

完成复合材料连接器的研制,即可实现国内复合材料连接器零突破;打破我国高端连接器及其组件一直依赖国外进口从而受国外制约的现状;同时,该项目属世界领先水平,可带动我国连接器打入国际市场,实现和国际接轨,推动我国连接器行业的升级换代。一些国内厂家为此已经做出了很大努力,某些产品已经被采用到航天设备中。并得到认可。

3 对复合材料连接器的研制与创新

近年来,我公司对于复合材料在连接器领域中应用已有初步探索,并在一些新产品中加以小批量应用。如为用户提供应用于星地GPS定位装置的连接器,其结构件采用复合材料替代金属材料,结构紧凑,耐环境性强、重量轻,用户经上机试用,认可度颇高,现已批量定货应用于整机。应用复合材料优越的防水密封性能,为用户设计的产品已大量应用于石油深井钻探的钻杆部位。为用户提供的一种微动开关产品,应用于某空对地区域封锁子弹药引信装置,该产品主要了复合材料的强抗冲击力性能,现该产品已批量生产。

3.1 主要研究、开发内容及采用的工艺技术

3.1.1 研究内容:复合材料改性技术;复合材料电连接器产品结构、电性能、机械性能、密封性能、耐环境性能的设计技术;产品特殊接触对的设计技术;产品高数据传输技术等技术以及复合材料的研发技术。

3.1.2 工艺技术:复合材料成型技术;复合材料表面金属涂覆技术;超精密薄壁塑料件注射成型技术;接触件高精度加工成型技术;接触件镀金技术;复合材料外壳精密加工成型技术;外壳键、槽成型技术;屏蔽簧片精密加工技术;弹性零件的热处理技术(卡爪、屏蔽环、卡簧、弹簧);产品装配中的密封封装技术等。

3.1.3 技术指标:重量轻,较传统连接器重量降低四分之三;工作温度:-65℃~250℃;振动:10~2000Hz,65g(正弦)、50G(rms)(随机振动);冲击:3ms半波正弦达3000m/s2;耐盐雾:3000小时以上;使用寿命:3000次以上。

3.2 创新点及技术关键

3.2.1 复合材料的改性研究及研制。应用塑料聚醚醚酮(PEEK)树脂为主要原料,进行复合材料改性,替代有色金属铜、铝合金,生产连接器外壳、绝缘件。

3.2.2 MIL38999典型产品的研制,实现高新复合材料连接器的关键技术突破;具有高混装特性,可装入多种接触件,如高低频混装等。可适用于大功率,高压、高速、高频传输,满足军民各种使用领域。

3.2.3 复合材料的成型及涂覆技术。

3.2.4 高速连续跳步模的设计制造技术。

4 新一代复合材料连接器发展趋势

新一代复合材料连接器,是代表目前国际上最先进的连接器,同时产品覆盖面广,可多领域应用。根据各领域对新一代复合材料连接器的不同要求。产品向系列化、多品种、高性能、集成化以及多档次、规模化的趋势发展,以满足各类电子设备的不同需求。

项目产品多领域应用的特点将给我国诸多产业带来巨大的经济效益。产业化完成后,可迅速全面推广应用,在国内形成一新型的产业,意义深远。由于产品的特殊、高端性能优势,在重大项目实施期内即可迅速推广,形成可观的市场规模。

5 结束语

新一代复合材料连接器是未来连接器的发展方向。我们有必要加快复合连接器的研制,来推动我国高端连接器生产技术水平。

参考文献

[1]刘洋.适应高科技时代要求的新连接器技术[J].机电元件,2011.

第7篇

关键词:复合材料;碳纤维;环氧树脂;成型工艺

中图分类号:TB332 文献标识码:A

1复合材料特点分析

1.1碳纤维。碳纤维即CF,其元素组成主要是C,碳纤维中C含量超过90%。其材料具有优良的导电性以及导热性,并且具有高温耐受性,另外在耐腐蚀和摩擦性能上也具有突出表现。但是不同于普通的碳素材料,CF材料的各向异性较为显著,能够制成各种织物,且强度较大。CF的原材料主要包括粘胶纤维,即通常所说的人造丝,聚丙烯腈纤维以及沥青等物质。而聚丙烯腈纤维是制备高强度CF的首选材料。

1.2环氧树脂。环氧树脂的力学性能较高,并且相对于其他材料加工性较强,加之粘结性好、收缩率低而应用于各种领域。在复合材料的制作中,环氧树脂主要用于粘结CF材料,对CF之间的荷载进行分配,起到了保护作用。

1.3复合材料。复合材料的性能受到原料的影响,即环氧树脂以及碳纤维的性能以及二者之间的粘特征会对符合材料特性造成影响。从材料特性上分析,复合材料的整体性能较强,抗腐蚀性高、抗蠕变性能良好,并且密度、线膨胀系数相对较小,能够有效抗击分层、冲击等。在目前已有的材料中,EP/CF复合材料的综合性能较强,比强度以及比模量指标最好。在进行加工成型时,具有稳定、易成型的特点。

2成型工艺

2.1手糊成型。该成型工艺是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP和CF,手持辊子或刷子使EP浸渍CF,并将材料中的气泡予以驱除,将基层进行压实。通过多次的铺层操作,对制品厚度进行控制,从而满足成品的设计要求。通过手糊成型工艺,可以满足室温成型要求,无需大量投资,成本低廉,并且制品的规格没有限制。但是该工艺也存在不可避免的缺陷,首先该工艺的劳动强度较高,且技术要求较为专业。另外材料中的一些物质可能对人体造成危害。

2.2树脂传递成型。该工艺主要将CF材料设置在上下模之间,同时利用模具进行夹紧,利用压力进行EP材料的注射。待材料固化后,将制品取出。在进行注射的过程中需要注意,保证材料充满模具腔,通过夹具压力可以令EP材料迅速同CF材料结合,浸渍CF。该工艺优势在于,可以预先对CF进行预先成型处理,后进行浸渍处理。而通过真空辅助注射的方式可以提高浸渍质量。并且,该种工艺可以再室温条件下进行也可以在加热条件下进行,具有较高的灵活性。且模具材料的选择范围也较广,钢材模具以及复合材料模具均可适用。但是缺陷就在于,只能进行大型制品的制作,这是由于工艺所采用设备限制。

2.3真空袋法成型工艺。该种方式时间里在喷射成型以及手糊成型工艺之上的新型工艺。该方式的优势就在于,成型后所得复合材料中CF含量相对较高,且铺层技术仅采用了最普通的湿法铺层技术;并且在加工过程中EP浸渍CF性能良好。而缺陷就在于,工艺较为复杂,因而劳动强度相对较大,而复杂的工艺也增加了成本,不利于推广使用。并且生产所需要的技术水平相对较高,这就会对生产效率造成影响。

2.4预浸料成型技术。首先将CF材料用EP进行预浸渍,在加压、加热以及溶剂环境下,进行预先处理。这种方式的优势就在于能够对EP材料同固化剂之间的配比进行精准的调整,并能够准确控制CF中EP的含量。另外在制造过程中可以使用高粘度树脂材料,这种材料的化学性能、热性能以及力学性能等较强且应用成本较低。缺陷就在于作业速度慢且消耗过高,制品尺寸受限,因而成本相对较高。

另外,低温固化预浸料、拉挤成型也是应用较多的成型工艺。

3复合材料的应用

3.1飞行器的轻型化。美国从F-14、F-15战斗机就开始采用EP/CF复合材料,以降低结构质量,提高推力,复合材料占总结构质量的2%~3%。F-18战斗机中先进复合材料已占总结构质量的10.3%,包括水平尾翼、方向舵、垂直稳定板、减速板等,由F-14和F-15的次承力结构材料逐步向主承力结构材料过渡。

3.2轻型机枪枪架。在轻型自动武器的研制过程中,需要实现的极其重要的战术技术指标是大幅度减轻武器系统的质量,提高武器的机动性,同时保证轻武器的射弹散布精度,尤其是连发射击精度,以满足现代战争对轻武器的战技指标要求。目前,我国在这方面做了大量的工作,已初见成效。

3.3新型连续抽油杆。有杆泵抽油是当前国内外应用最广泛的机械采油技术,抽油杆是有杆泵系统中的关键部件,也是其中最薄弱的环节。CF具有高强度、高模量、质轻和耐腐蚀的特点,且价格稳步下降,是制备新型连续抽油杆的理想材料。以CF增强EP为主要原材料,采用拉挤成型工艺制备的新型连续抽油杆具有连续无接箍、横截面小和质轻等优点,完全克服了常规钢制抽油杆的缺点。

3.电叶片。洁净能源是全世界关心的问题,风力发电则是重要的洁净能源之一。据估计2020年世界发电总量中,风力发电要占12%。随着新型能源的开发利用,风力发电技术开始得到迅速发展,而复合材料也在风力发电装置中得到了广泛的应用,市场前景广阔。由于风力发电设备的功率不断增大,因而发电成本得到了进一步收缩。风力发电设备也开始向着长叶片大功率的方向发展,这就要求复合材料具有更高的性能,以保证转子的叶片能够承受住设备运转的要求。这不仅仅要求叶片的设计需要改变,同时也对材料的应用提出了更高的要求。而新型复合材料性能恰恰能够满足这一方面的要求。

3.5作为导电复合材料。该种材料主要由合成树脂以及一些具有优良导电能力的材料混合炼成,成型工艺主要利用了注射成型以及挤压成型的方式。在静电去除以及预防带电性能上具有巨大的优势,在导电材料以及半导体材料领域得到了广泛的推广。另外EP/CF材料还被用作高精度天线以及接骨板的制作中

结语

EP/CF材料成型工艺在不断的开发应用中得到了推广,新技术不断涌现,在发展的过程中其工艺向着更加便捷的方向发展,并更贴合环保这一时代的主题,成为了当前材料技术领域中的新宠儿。通过更高的生产性价比,EP/CF复合材料的应用以及成型工艺将会向着更高层次发展。

第8篇

【关键词】铜铝复合材料;生产方法;领域;应用

最近几年,我国的科学技术飞速发展,各领域对材料性能的需求也逐渐提高,规定的使用条件甚至达到了非常严苛的程度,例如在进行工业生产时,不仅要节约成本,尽可能少的消耗稀贵金属,还要使材料的使用性能不受影响,复合材料就是在这种情况下应运而生的。铜铝复合材料综合了铝和铜的化学与物理性能,弥补了单一材料的不足,而且价格互补有助于节约成本,使生产效益提高。,具有良好的应用前景。

1 铜铝复合材料的生产方法

目前有许多方法可以生产铜铝复合材料,例如双结晶器连铸法、充芯连铸法、挤压拉拔复合法、爆炸复合法、轧制复合法等,现对较为常用的几种方法进行如下介绍。

1.1 挤压-拉拔法

该方法通常用于简单断面型材和铜铝符合线、棒、管材的生产。对于复合铜铝双金属而言,挤压-拉拔法非常适合,原因是工艺较简单,没有过高的设备要求,而且铝和铜材质均较软,很容易完成挤压拉拔操作。在具体生产时,一般采用复合坯料挤压法,首先用两个空心坯将内外层组装为复合坯,接着再开始挤压与拉拔。该方法的缺点是,很可能使界面呈竹节状、产生外形波浪,严重时还会导致破裂与硬层现象;如果金属在挤压时没有均匀流动,很可能导致挤压管材的内外层壁厚沿长度方向不均匀。其优点为模孔周围挤压变形区中高压、高温条件有助于扩散界面的原子,实现冶金结合的目的;界面可能因挤压产生的延伸变形而出现比例较大的新生表面。

1.2 爆炸复合法

该方法主要是依靠来自于炸药爆炸的能量,两块碰撞的金属板在微秒级时间内产生104MPa的高压与106~107/s的应变速度,进而达到焊接复合异种金属的目的。因为界面高温与加载压力持续时间很短,不同元金属间无法发生完整的化学反应,通常焊合区厚度小于几十微米,所以在焊接大多数金属对时都能采用该方法。爆炸复合法在使用时存在危险性,缺点为劳动条件差、机械化程度低。其优点较多,例如复合材料有较高的结合强度,能够符合各种异型件,有较强的灵活性,可避免生产脆性金属间化合物,可以复合材料性能具有较大差异的金属组合。因为有金属的熔化与塑性变形存在于铜铝爆炸复合板的结合区,铝和铜的原子在界面附近相互扩散,有冶金过程发生于结合区,且分离强度较高,所以其结合强度也很高。

1.3 轧制复合法

该方法的原理主要是,通过轧制产生压力,使至少两层的金属板一起出现塑性变形,导致金属层表面破裂,里层活化而洁净的金属露出,板与面之间产生冶金结合,通过热扩散使界面在后续热处理过程中进一步稳固并强化结合。异步轧制复合、冷轧复合和热轧复合都属于轧制复合法。通常先进行表面处理,接着轧制复合,最后实施热处理、采用该方法时使用的界面应当有一定的粗糙度,且保持清洁,有助于热扩散,塑性变形和压力足够大。表面处理包括建立覆膜法、机械法与化学法,一般通过结合采用机械法与化学法来提高处理效果。进行轧制复合时主要有三个步骤,分别为冷轧复合、加热与二次轧制,其优点包括效率高、工艺简单、复合强度大等。研究显示,当压下量为60%,轧制温度为430℃时,获得的复合材料有较好的强度,科学的热处理操作能够使界面性能受到金属化合物的影响程度减轻。

2 铜铝复合材料的应用

2.1 铜铝复合接头材料的应用

制冷、电气、石化工等领域都应用了铜铝复合接头材料。因为这种材料有广泛的应用范围,所以具有许多不同的品种,例如太阳能接受装置、铜铝软带接头、熔铸型铜铝过渡接头、阴极铜铝压接器、变压器铜铝母线过渡装置接头等。现阶段我国主要采用镀覆过渡层焊、电子束焊、超声波焊、扩散焊、摩擦焊、压焊等焊接方法生产铜铝复合接头。

2.2 铜铝复合板带的应用

将一层铜包裹于铝板表面而形成的复合材料就是铜铝复合板带。紫铜带不仅有很大的需求量,而且具有广泛的应用面,将其用铜铝复合板带替代后,可以被应用于信号传输、电力传输等多个领域,前景广阔,为此类产业发展奠定了基础。目前我国主要通过铸轧法、模铸复合法、爆炸复合法轧制复合法等工艺生产铜铝复合板带,每种方式的特点与优势均不同,应当以产品的特点为依据选择相应的方法。通常情况下,轧制复合法能够达到大规模工业化生产的目标,美国首先研发了控制气氛轧制复合技术,并且生产了与之相配套的设备,能够通过带式法生产铜铝轧制复合板带,生产效率比较理想。

铜铝复合板带的种类很多,所以应用范围也比较广泛。其中铝基覆铜箔层压板的优点主要有刚性好、尺寸稳定、板材平整、电磁屏蔽性好、易于机械加工、散热性好、热阻小等,在电子元器件、电视机、摩托车、汽车等的印制电路板应用比较广泛。将铜铝复合板用作铜铝母线排的过渡接头与供电部位的导电板,不会导致表面拉弧或过热,不仅价格低廉,而且可以延长导电板寿命,降低电能损耗,具有稳定的导电性能。而太阳能热水器铜铝复合板的优点主要包括耐腐蚀、使用寿命长、耐压性能强、集热效率高、热性能好等,对于新型太阳能热水器而言,它可以作为首选的集热元件、有关资料显示,太阳能热水器中性能较好者通常使用了管板式平板集热器,将其换为铜铝复合板,可以显著减少单位面积集热板上消耗的有色金属,并且提高热效率,大幅度增加经济效益。

2.3 铜包铝复合线材的应用

铜包铝复合线材的芯部是铝,外层是紫铜或者纯铜,其铜/铝厚度比通常是15%。移动通信信号与有线电视信号有较高的频率,范围通常为50~800MHz,高频电流因为“集肤效应”而在导体表面层集中传输,由于铝的导电性能较好,所以将紫铜或纯铜电缆换为铜包铝复合线材后有助于提升其传输效率。此外,可靠性高、稳定性高、价格低、密度小等都是铜包铝线电缆的优点。我国具有最多的CATV用户,如今有线电视网络在信息产业不断进步的背景下逐渐更新和发展,网络逐渐综合了计算机、电话和有线电视,所以在制作同轴电缆时以优质铜包铝线为材料,有很大的发展潜力。

现阶段我国主要通过静液挤压法、包覆焊接法、轧制法等工艺方法生产铜包铝复合线,从本质上而言,这些方法均为固相结合法,使结合面发生塑性变形,从而与原子间距离相接近,产生许多结合点,接着经过扩散热处理,牢固结合各界面。对坯料的清洁度有较高要求是其存在的不足之处,与此同时,进行加工时很可能发生芯材或包覆层断裂、界面局部开裂等情况,从而降低导电率和成品率。为了节约生产成本,并且使生产效率提高,最近几年开始用双结晶器法、CFC法等连续铸造技术对铜包铝复合线进行加工,效果良好。

3 结束语

综上所述,铜铝复合材料具有多种优良性能,铜铝复合接头材料、铜铝复合板带、铜包铝复合线材均在不同领域得到了广泛应用,尤其是铜铝复合板带,应用领域包括电力电气、通讯屏蔽、导热散热等行业,有了比较成熟的生产工艺,发展前景较好。为了充分发挥铜铝复合材料的性能,必须深入研究其生产与制备过程,在节约金属的同时充分减少成本,提高企业的经济效益与我国的社会效益。

参考文献:

[1]张红安,陈刚.铜/铝复合材料的固-液复合法制备及其界面结合机理[J].中国有色金属学报,2013(03).

第9篇

关键词:模具设计;框架式成型;复合材料

复合材料具有较好的优越性,一直被应用于航空领域中,由机零件需要较高的精确度,同时它们的尺寸较大,一般会使用复合材料对其进行固化成型。在复合材料的成型过程中,复合材料构件会直接与模具的型面相接触,一旦模具发生变形,构件的尺寸和形状等就会受到影响。模具的尺寸若是较大,那么在其固化的过程中复合材料的固化质量和表面温度会受到模具型面不均匀的温度场的影响。当前在一些大尺寸的模具成型过程中一般会选择使用框架式结构,这种结构有着均匀的厚度,同时通风效果较好,能快速升降温,这些模具中的各个点可以均匀受热,模具中的各个部位就不会因为升降温而发生变形。在当前设计框架式模具的过程中,在设计多个支撑框架时,不仅需要经过重复且繁琐的操作,同时操作也较为费时费力,设计模型需要丰富的经验,但是模具使用起来较为费劲,同时也不利于校核模型的温度情况和变形情况,在设计模具的过程中就缺乏精准度同时也缺乏效率。为了及时改善该情况,就需要将模具设计和更改的效率提高,同时在设计的过程中需要进行周全的考虑,将复合材料在制件过程中的固化变形问题解决掉。在设计该种框架式的模具时,应建立起一种能进行快速更改和建模的方式,并通过有限元分析模型,对模型根据分析的结果进行优化和调整,这样可以更好地对模具的尺寸和回弹情况进行设计补偿,以便得出最精确的模具结构设计结果。

1建模的快速化方法

如果是框架式的模具成型,它的结构主要包括底板、型面板和吊环等部分。在设计模具的过程中,需要对支撑隔板的数量、厚度、通风口的定位尺寸等参数进行调整。当前,在设计模型模具的过程中一般会使用CATIA软件的方式来进行,在建模时需要首先进行产品型面的提取、接合等操作,这样就形成了模具的型面板;然后再进行隔板和隔板上的通风孔的制作,它需要通过平面化的编制和绘制草图及凸台等操作才能形成,隔板和隔板上的通风孔是和型面板相连接的。隔板具有较多的数量,需要重复性地进行隔板的绘制工作,所需工作量很大,会花费设计者很多的时间和精力。但是,通过“产品智能模板”—“创建超级副本”操作就可以将在建模过程中将的绘制草图、凸台等命令集中到一个命令中进行集体的封装。该命令集合在执行时只需要通过操作“从选择实例化”就可以了。这样可以将很多重复性的操作避免掉,在隔板的绘制和通风孔等操作中就可以节省掉很多时间。使用其中的“知识工程”—“公式”命令就可以对参数进行调整同时还可以对其进行赋值了。在后期只需要对参数的赋值进行变更即可实现参数值的变化,同时变量间的关系也可以通过公式的定义来实现,使得变量能够基于另一个变量的变化而变化,这样可以使得参数的变量化得以实现。采用这样的建模方式,可以实现对纵向隔板数量和型面板厚度等参数进行变量化的快速设计。此时,如果合理的更改参数的数值,将视图刷新后,稍微改动一些模型就能达到设计的更改要求了。采用这种方式可以将对框架式模具的建模时间缩短,同时可以更加快捷地进行模型的更改和设计,不仅能提高了更改和设计模具的效率,同时也为有限元模型的分析和设计优化奠定了基础。

2有限元模型分析

在进行复合材料的框架式模具设计时,一般需要根据经验来校核模具结构的强度,在制定通风口尺寸和隔板的间距时,会进行保守设计,比如将隔板间距缩小或是将隔板厚度增大等,采用这样的方法虽然可以对模具的性能进行改善,但是因为在制造模具的过程中其周期较长同时模具的成本较高,会对设备的使用情况造成影响。需要首先采用有限元分析法对模具的变形情况和应力情况进行校核,这样可以很好地确定设计模具的可行性,同时还可对模具设计的参数等在变形和应力的情况下进行调整,使得模具能在性能得到满足的情况下将重量减轻,使得运输和成本等得到降低,此外,还可以有效将制造周期缩短。特别是对一些梁类复材零件和蒙皮等来说,它们的尺寸相对较大,所以在模具中其主体部分的框架式支撑结构,需要花费大量的成本和材料等,这部分费用也会被计算在内,需要采用有限元分析的方法将支撑板的结构及尺寸等情况进行合理选择,这样可以在模具经济成本降低的基础上确保好复材制件的成型质量。另外,复材零件的固化质量和表面温度也会受到模具型面温度的影响,导致零件出现固结,模具自身也会因为存在的温度梯度而出现变形,这就需要掌握好模拟模具固化中的温度变化情况,可以更好地调整模具设计的可行性,并通过调整参数来将温度场调整均匀。表1中1号和2号模型,分别采用CITIA对它们进行各种工况情况下的分析,使用的模具材料是Q235,不同的边界条件在不同工况时如下表2所示,两个模型的最大应力值和最大变形值,如表3所示。比较1号模型和2号模型发现,2号模型的型面板要比1号模型的型面板厚度大2mm,支撑板的厚度要大2mm,同时重量大了179kg。从上表3中可以看出,1号模型的应力和变形情况在工况相同的时候都要大于2号模型,在4种工况下1号模型和2号模型的最大应力都要小于Q235的屈服应力,其形变是弹性形变,对于1号模型和2号模型来说,它们都能符合设计的要求,但是如果选择的是1号模型,它能更好地将模具的重量减轻,材料成本也能由此得到节省。在分析模具的变形和温度分布情况时,采用CATIA将一个普通钢框架式模具模型和热压罐模型建立起来,同时将热压罐内的区域划分为不同的网格。将瞬态求解设置在Fluent中,同时将能量方程开启出来,这样可以便于湍流模型的设置,假定热压罐的外壁是绝热壁,同时将内壁设置成耦合壁面,根据其温度边界条件将时间函数定义好。然后将模具型面上一些关键时刻点的温度云图提取出来,这个时候可以看出,如果温度升高,那么迎风面的温度也就升高,工装中部就会有着较低的温度,这样就会逐渐增大温差;如果温度不再升高,其上的温度差是14.6℃;如果在保温时将其降低至0℃;如果是处于温度降低阶段对于迎风面来说它的温度不高,这样在整个工装中部就有着较高的温度。模具型面在整个固化过程中其上的温度都处于均匀分布的状态。对于复材来说,它的制件一般会在保温的后期发生固化反应,所以工装型面经过了足够的保温时间,其温度场分布均匀。在对模具的热变形进行分析和计算的过程中,求解时可以按照均匀温度场来进行。如果工装模型的热变形采用的是ABAQS法进行计算,所用的材料是Q235,其初始温度设定是20℃,其最终温度是180℃,将位移约束添加在模具的四个脚轮处,将模具的变形量在该温度场下求解出来。对于模具的热变形云图,会在模具的四个边角处会出现最大变形,其中最大的变形量达到了3.3mm。对于一些尺寸较大的钢材料模具来说,如果要进行高温固化,它的变形量是很大的。

3结语

为了提高模具设计的效率和精准度,需要先将制件过程中的固化问题解决,在设计这种框架式的模具时,先将其快速更改模式和建模方式建立起来。在本文中,通过有限元模型分析法进行数值的模拟检验,根据模型分析出的结果进行了调整和优化,便于以后对模具的回弹和尺寸等进行设计补偿,确定最终能得到最精确的模具设计结果。

作者:袁玉苹 单位:中山市技师学院

参考文献:

第10篇

1、复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属。

2、复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。

(来源:文章屋网 )

第11篇

1.1双极板的制备与测试

固定ABS粉(台湾省产,HR181标准料)的质量为100份,按正交实验表1,与碳纤维(上海产,>95%,6~8μm)、CNT(成都产,90%)、乙炔黑(山东产,灰分<0.2%)、炭黑(美国产,XC72型)混合,搅拌混匀后,置于自制双极板模具中,在220℃下以10MPa的压力保压10min。泄压后,快速水冷、脱模,得到尺寸为50mm×50mm×0.8mm的双极板基材。在双极板基材的两侧各贴上1层0.05mm的铅箔(山东产),采用同样的条件进行热压、脱模,即得到不同配方的双极板。用Agilent-4338B型电阻仪(美国产)测量双极板的面电阻。将压制好的双极板,两面夹上电阻配套夹具,在20kPa的压力下,由电阻仪直接读取双极板的面电阻(R),测量3次,当3次测试的数据变化不大时,取最小值。

1.2双极电池的制备与测试

参照6-DZM-20电池的尺寸设计双极电池。受面积的限制,双极电池的单格容量不宜设计得很高,否则会导致双极板的涂膏过厚。24V、10Ah双极电池等效于12V、20Ah传统单极电池,双极板的总体尺寸为181mm×172mm×0.8mm,涂膏区域的尺寸为165mm×128mm,电池的整体尺寸为181mm×172mm×77mm,总共采用13片双极板,极板的总物理面电阻为1.69mΩ,平均面阻为0.13mΩ。采用本公司的生产工艺涂膏,正、负极涂覆量分别为138±2g、115±2g,共涂制11片双极板(在双极板涂膏区的两侧,分别涂上正、负极浆料,得到双极板)、1片正极单极板(仅在极板的一侧涂上正极浆料)、1片负极单极板(仅在极板的一侧涂上负极浆料),组装双极电池,用BTS1020C4型20V、10A充放电机(宁波产)进行化成、测试。化成采用3充2放的方式:①以0.10C恒流并限压28.8V充电12h;②以0.50C放电1.5h;③以0.15C恒流并限压28.8V充电10h;④以0.50C放电至21.6V;⑤以0.12C恒流并限压28.8V充电10h,化成完毕。化成后的双极电池与充满电的本公司产6-DZM-20电池进行对比。6-DZM-20电池以0.5Ca(10A)放电至10.8V,以0.5Ca充电至14.4V,转恒压充电至充电容量为24Ah,即充满。两种电池均以0.5Ca放电(双极电池为5A,6-DZM-20电池为10A),截止单体电压为1.8V,即双极电池放电至21.6V,6-DZM-20电池放电至10.8V。

2结果与讨论

2.1双极板结果与讨论

2.1.1正交实验结果及因素分析

随着碳材料的添加量增加,双极板成型外观逐渐受到影响。0号配方虽然电阻略高,但易分散、工艺简单且成本最低,同时,ABS添加量最高(含量为86.2%),极片的韧性理应更好。双极板电阻与各导电材料的添加量,在一定范围内呈反比。在2~6(相对于100份ABS,下同)范围内添加CNT的效果,基本与在4~8范围内添加乙炔黑一致,但CNT的价格高于乙炔黑;当碳纤维、CNT和乙炔黑的添加量分别达到6、4及6时,再提高添加量,达不到降低电阻的效果。这是因为某一组分添加量的增加,必然降低其他材料的添加量,反而降低了整体效果;碳纤维添加量为0.5的0号配方压制的双极板,电阻与4~8碳纤维添加量的各配方处于同一水平,说明微量添加碳纤维即可。

2.1.2配方优选

根据以上分析,将碳纤维的量设定为1,以适当提高双极板的结构强度,将CNT的量控制在0.5,以控制成本,将乙炔黑和炭黑的量分别控制在6和8左右,以降低电阻,选取3个优选比例,同样制成50mm×50mm×0.8mm双极板进行测试,重复3次取平均值。优选2号和3号配方在电阻和成型方面基本上没有区别,且均优于正交实验中的0~9号配方,因此,复合材料双极板的优化配方为:m(ABS)∶m(碳纤维)∶m(CNT)∶m(乙炔黑)∶m(炭黑)=100∶1∶0.5∶6∶8。

2.2双极电池的测试结果

采用优选2号配方进行双极电池实验,双极电池和6-DZM-20电池的主要测试数据见表4。双极电池在质量和内阻方面存在较大的优势,可提高电池的比能量、放电平台。

3结论

第12篇

关键词:木塑复合材料;园林景观;环保

木塑复合材料简称WPC,是一种新型材料,并且逐渐成为材料界的佼佼者,被许多国家认可和使用,有逐步扩大的趋势。这种材料之所以被世界许多国家认可是因为其环保,这种材料的特殊之处是利用废旧材料和废弃物制作而成,可以将塑料、谷物秸秆等充分利用。除此之外木塑复合材料中还含有极少量的界面相容剂、环境稳定剂和加工剂,还可添加少量色粉以改变成品的外观色彩。木塑复合材料大多使用废弃塑料和谷物秸秆等制造而成,所以就具备了木材的特性,同时也具备塑料的特性,使用途径非常广泛。但它最大的好处是环保,因为它的组成百分之九十五都是废弃物,除此之外,木塑复合材料还可以回收再利用。其优良的特性以及兼具的艺术表达性使其在园林建设领域应用越来越广泛。

一、木塑复合材料的组成和性能

1、 木塑复合材料的组成

木塑复合材料有塑料的特性,也有木材的特性,就应该有热塑性材料和植物纤维组成,除此之外,还应该有偶联剂和添加剂,这样才能形成木塑复合材料。

(1)热塑性塑料。由于木塑复合材料的特殊性,顾及到木材特性的限制,所以在制造木塑复合材料的时候,就应该在200℃以下制作。不同的塑料原料制造出来的木塑复合材料特性也是不同的,生活中常见的用于制造木塑复合材料的塑料有乙烯、聚氯乙烯等。不同的塑料性能不同,与木纤维复合后得到的木塑复合材料的性能及适用范围又各有不同。作为原材料的塑料的选择主要从塑料自身的性能、WPC成品要求、供给情况、加工技术以及成本价格表等方面考虑。以PE作为原料的木塑复合材料多用于室外建筑部件,以PP作为原料的木塑复合材料主要用于汽车行业和日常用品, 以PVC作为原料的木塑复合材料则被开发用于铺板材料。

(2)植物纤维。木塑复合材料中的木材部分最常用材料是木材以及木材加工的剩余物,这些材料可直接加工成短纤维或细颗粒、粉末,锯屑直接使用,比较方便。另外也可使用农作物植物纤维作为原料,来源非常广泛。我国作为一个农业大国,每年国内农业纤维的年产量在 4 亿吨以上,过去有一些农业纤维被焚烧处理,造成资源浪费和环境污染,将农业纤维作为木塑复合材料的原材料,不仅物尽其用也保护了环境。

(3)偶联剂。木塑复合材料的特性是兼具木材和塑料的特性,往往用于承力的作用,但是仅仅使用木材和塑料做原材料,达不到质量轻,强度高还能耐高温的特性,所以要加入能够改变其性能的物质,这种物质就是偶联剂。

偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间界面特性的一类物质。偶联剂能改善填料与高分子材料之间界面特性,提高界面的粘合性,从而提高复合材料的性能。在木塑复合材料中,木材与塑料的界面相容性差,必须对材料进行改性才能得到性能良好的复合材料,添加偶联剂是最简便易行的方法。

(4)添加剂。在木塑复合材料里面假如添加剂,主要是丰富和扩大木塑复合材料的适用范围,譬如说添加颜料可以使木塑复合材料的颜色丰富,添加防腐剂可以使木塑复合材料不容易被腐蚀,提高使用期限。同样的,还可以在木塑复合材料的原料里加入抗氧化剂、剂等添加剂。

2、 木塑复合材料的性能

(1)吸水性小,耐腐蚀,阻燃性强,防霉,防虫蛀,经久耐用。

(2)硬度高,同时又具有较强的弯曲性,灵活性强。

(3)木塑复合材料由于具有木材的性能,所以和木材的使用方法一样,但是比木材使用效果好,是因为它不会像木材一样产生裂缝、翘曲等现象。

(4)木塑生产采用的是挤出工艺,可以节省生产时间,降低生产成本,产品性价比高。

(5)拥有天然木材的木纹与质感,观感佳,艺术塑造性强。

(6)木塑复合材料可回收循环利用,生产过程无二次污染,节约环保。同时木塑制品不会产生甲醛、苯、氨、三氯乙烯等有害物质,绿色环保。

二、木塑复合材料在园林景观中的应用现状

木塑复合材料的建筑一般较小,适用于园林建设。在园林建设中,应尽可能减少对自然环境的破坏,保持其特有的自然资源,园林建筑要简便、协调,能与景观环境相融合,而木塑复合材料形状多样,方便设计成各种形式的景观,其独有的木质观感也能很好的与自然协调,安装方便,能满足园林建设的需要。木塑复合材料适用范围很广,用于户外使用时,大多作为座椅、垃圾桶等的原材料,效果很好。

三、木塑复合材料在园林景观中的应用形式

木塑复合材料在园林中的应用是最广泛的,因为其比木材稳定性高,使用时间长,同时也具备木材的外形效果,所以使用范围越来越广泛,可以代替一些木材做一些景观布置,既能达到效果又能节省木材,目前的主要应用大多是制造木屋、木亭等庭院结构以及指示牌、栏杆、座椅等。

1、铺板

经防腐防蛀处理的木质板材一直是目前园林建设中铺板材料的首选,木质板材比其他的材料施工便捷,加工性强而且更具亲和力,能够满足人们亲近自然的心理需求。因此实木材料的应用范围十分广泛。然而木材常年暴露在户外,受自然环境中天气的晴雨变化、空气湿度的高低以及一些有害生物和昆虫的毁坏,很容易发生变形开裂、霉变腐烂、虫蛀、掉漆、褪色等不良后果,后期维护的成本高。 相比之下,木塑铺板在室外条件下使用的开裂和劈裂状况较少,维护量较小。鉴于木塑铺板出色的耐潮湿性、尺寸稳定,并且具有和木材一样的视觉效果,所以使用越来越广泛,因为它既环保,又有木材的效果,所以有可能取代实木材料在园林建设中的地位。与实木相比,木塑铺板具有较高的实用性和耐用性。

3、 护栏

日常生活中常见的护栏材质主要是金属制品、石材、防腐木、玻璃与其他材料的结合等,护栏的形式主要是栏杆、护栏、楼梯扶手、木栅栏等。在城市景观设计中,护栏除了基本的安全职能外,逐步开始迈进装饰职能。因木塑复合材料加工工艺丰富,形式多样,所以可以满足对大幅面以及复杂形状材料的要求。

3、小品与辅助设施

木塑复合材料制成的亭、室外桌椅、花架、连廊、花钵、树池座椅等景观小品因其近似木材的纹理和颜色给人以舒适的感觉,与环境十分的和谐与自然。它安装简便,后期维护较少,在园林景观中值得推广。园林景观中的辅助设施包括垃圾箱、指示牌、警示牌、树木名称牌等。规格大小可根据需要定制,通过各类木塑复合板材组合而成。

四、结束语

木塑复合材料属于二十一世纪绿色环保材料,在国外发达国家,木塑复合材料在各个领域已获得广泛应用,国内的开发应用则主要集中在地板"包装托盘和建筑装饰材料方面,并以代塑材料制品为主。在园林中,木塑材料的应用形式以及产品类型也逐渐从单一化到多样化。木塑材料在园林中的应用减少了对实木的需求,在形状加工工艺上的优势又为园林设计者提供了较大的创作空间。从木塑复合材料的环保、使用寿命和循环利用三方面看,木塑复合材料替代实木材料方面具有广阔的应用前景。

参考文献:

[1]王清文,王伟宏.木塑复合材料与制品[M].北京:化学工业出版社,2007.