基于生態環保視域下復合型材料的應用研究

李 濤，丁文文

（湖北文理學院理工學院機械與汽車工程系 湖北 襄陽 441025）

1 引言

復合材料與金屬、高聚物、陶瓷并列稱為四大材料。如今復合材料的工業水平已經成為衡量一個國家或者地區其科技以及經濟實力的標準之一，先進的復合材料可以使得國家安全和國民經濟更具有競爭力，未來復合材料也會不斷提高[1-3]。硬泡聚氨酯是最優異的保溫材料，它重量輕、強度高、尺寸穩定性好；絕熱性能優越；粘合力強；耐老化性能好，絕熱條件使用壽命長；能夠快速成型固化，實現共產的高效批量生產。在建筑保溫上應用的越來越廣泛，它與其他大多數塑料不同，聚氨酯泡沫塑料是一種固性塑料[4]。

2 什么是復合型材料

復合材料是利用先進的材料制備技術將不同性能的材料成分優化組合而成的新材料，它具有結構設計、復合結構設計等功能，復合材料的一般定義要滿足以下條件：一、復合材料必須是人造的，是人們根據需要設計制造的材料；二、復合材料必須由兩種或兩種以上化學、物理性能不同的材料組成，在設計、比例、分布組合的形式上，各組成部分之間有明顯的界面。

新型復合型材料就是將兩種或兩種以上的材料復合起來制備的，復合型材料所包括的主要種類有：（1）金屬與塑料、金屬與針織品、橡膠與金屬；（2）紙制品與塑料、化纖與塑料、棉布與所料、塑料與植絨；（3）金屬與陶瓷、陶瓷與塑料；（4）不同化學成分的塑料與塑料、塑料與橡膠；（5）玻璃與金屬、玻璃與塑料……雖然復合型材料的用途廣泛，但是，它所帶來的環保問題是不可忽視的。首先，復合型材料在生產過程中往往采取的粘接、嵌入、機械性連接等方式。這對環保回收行業帶來了極其復雜的分揀問題[5]。

復合材料板一般由聚丙烯面板、聚丙烯膜、聚丙烯蜂窩芯、玻璃纖維所構成。該復合材料板為一種重量輕、輕度高、組裝便捷、壽命長、防腐蝕、隔熱保溫效果好、環保可回收的運輸車熱塑性蜂窩結構復合材料板，整車采用輕量化設計，能夠有效減輕車輛自重，車輛油耗降低，進而減少尾氣排放、保護環境。其復合材料板熱塑性蜂窩芯與熱塑性面板均可回收利用，使用壽命比傳統材料長。

3 生態環保視域下復合型材料的優勢

隨著科學技術的不斷發展，復合材料的工業水平已經成為衡量一個國家或者地區其科技以及經濟實力的標準之一，先進的復合材料可以使得國家安全和國民經濟更具有競爭力，未來復合材料也會不斷再提高。

硬泡聚氨酯是最優異的保溫材料，它重量輕、強度高、尺寸穩定性好；絕熱性能優越；粘合力強；耐老化性能好，絕熱條件使用壽命長；能夠快速成型固化，實現共產的高效批量生產。在建筑保溫上應用的越來越廣泛，它與其他大多數塑料不同，聚氨酯泡沫塑料是一種固性塑料，也常用于有保溫要求的專用車輛。

這里以專門為衛生部門定制的血漿運輸車作為例。它需要符合血漿運輸中對溫度、濕度等特殊的嚴格控制要求，能夠及時為醫院和患者提供最優質的相關血液運輸服務。

現有金屬材料制造的設備裝置有以下幾種，一是在薄鋼板經機械沖壓成瓦楞狀作為車輛廂板，這種存在著箱體質量重、不耐腐蝕、保溫性能差等缺點；二是用彩鋼或鍍層金屬材料焊接而成，這種廂體存在著隔熱保溫效果差、使用壽命短、面板質量差、易腐蝕、不易修復等缺點；三是采用復合材料鋼板，這種結構是在兩層金屬鋼板之間采用發泡技術，將兩層鋼板之間充滿填充物，這種結構工藝結構比較復雜，生產過程中工藝性差。與現有金屬材料性能相比相比，具有如下優勢效果：（1）輕質高強：同等重量下比玻璃鋼蜂窩板強，同等強度下比玻璃鋼蜂窩板輕；（2）組裝便捷：車廂的安裝既可使用傳統鉚釘也可以使用熱塑焊接，安裝過程不僅簡單而且不會排放有害氣體；（3）環保可回收：熱塑性蜂窩芯與熱塑性面板100%可回收利用，使用壽命比傳統玻璃鋼高；（4）壽命長、防腐蝕、隔熱保溫效果好。

4 復合型材料在專用設備的應用研究

復合材料的主要應用領域有：①航空航天領域。由于該復合材料具有良好的熱穩定性、高比強度和剛度，可用于制造飛機機翼和前機身、衛星天線及其支撐結構、太陽能電池機翼和殼體、大型運載火箭殼體、發動機殼體、航天飛機結構件等。復合材料具有特殊的減振特性，減振降噪，抗疲勞性能好，損壞后易修復，易整體成型，因此可用于制造汽車車身、應力部件、傳動軸、發動機機架及其內部部件。③化工、紡織、機械制造等領域。可用于制造化工設備、紡織機械、紙機、復印機、高速機床、精密儀器等。

（1）血漿運輸裝置就是使用的這種復合型材料，并利用國內最先進的工藝設備進行生產。使得最終產品具有耐腐、壽命長、保溫性能良好、外形美觀、設計性強、易維修等特點。它的設計與市面上的其他的國家設計有很大的不同，開辟了一個新方向和道路。相比于“三明治”板式拼裝結構和瓦楞板金屬結構，它使用的是隔熱性能最好的硬質聚氨酯在專用摸具內部通過增加壓力和保持溫度等方法一次性成型的板材結構。在工藝上有其獨特的地方，使用專用模具成型；不存在氟聚酯切片；在高壓高溫中固化；用膠粘劑的積木組合。

正是這種特有的成型方式，使得其不同于“三明治”板材存在隔熱材料裸露的情況。它的每一片板材在空間的六個面上都是一個封閉的整體，這種方式能非常有效的提高廂體的隔熱性能，在檢測上他的隔熱性能夠達到國家的較高水平。在認證水平上，不但能符合國內的標準，同樣也能滿足德國這種高標準的國家水平。廂體上每片板都有準確的外廓尺寸與較高的表面質量，正是因為它使用了在高壓高溫固化的相關工藝，并通過專用模具的成型方法形成的。這種廂體結構主要是屬于承重結構，而且在結構上有比較少的附加質量，因此把它稱為全塑隔熱廂體，在體積上比較輕，能較好的減輕車身的自重。

（2）在骨架設計中的應用

骨架結構設計不但要考慮新型復合材料的要求，還要考慮相關裝配工藝性和骨架的通用化設計，提高相關連接件的通用化系數，減短設計與制造周期，使得成本降低。骨架的形式有很多種，常見使用的結構是“井”字形設計。骨架是主要承受重量的位置，也是設備的安裝前提，為了提高其強度與剛度，一般焊接的材料采用槽型的截面，且搭接的結構采用橫縱交錯的方法。從制造工藝角度上看，一般骨架是一次性焊接而成，這樣的方式更能發揮其材料的和結構上的優勢。骨架配上新型復合材料的裝置才能發揮出其優勢，更加直接的降低專用裝置本身的重量。骨架的幾何形狀也能直接對車輛廂體本身的自重有影響。在壁厚及材料截面面積不發生改變的情況下，抵抗剛度最好的時管型截面，方形截面其次，開口的截面最差。

5 總結

復合型材料在一些重要設備上的運用，體現了他的優越性，最大程度的發揮出設備的性能。本課題研制的復合型材料在醫療專用裝置中的設計，關鍵點就在于新材料運用上，包括其結構的設計。新型復合性材料結合獨特的結構設計，具有更好的安全性，易于設備維護，壽命也有所提高，對未來發展有很大的幫助，也是之后的發展方向。復合型材料都具有其獨特的優點，它的發展也越來越快，在全球范圍內都有著廣泛的應用，將面向更多的行業。