時(shí)間：2023-05-30 09:35:43
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇復(fù)合材料，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
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：木質(zhì)復(fù)合材料的最大特點(diǎn)在于不僅能保持原單一組分材料各自的特性，而且可以性能互補(bǔ)，使材料具有優(yōu)異的綜合性能，因而在航空、航天、汽車及體育用品等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)利用人工速生林木材和其它材料復(fù)合成新的木質(zhì)復(fù)合材料，是緩解木材資源緊張并提升木材產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的有效途徑。
關(guān)鍵詞： 木質(zhì)復(fù)合材料 集成材 應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)
國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
集成材的概念始于1901 年, 由德國人Otto Hotzer提出, 1952 年日本引進(jìn)集成材制造和生產(chǎn)技術(shù), 并在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn), 使集成材得到了很大的發(fā)展。20 世紀(jì)80 年代, 集成材被引進(jìn)我國, 首先進(jìn)行此項(xiàng)研究的是黑龍江省林產(chǎn)工業(yè)研究所, 并于1987 年建廠, 當(dāng)時(shí)產(chǎn)品主要出口日本。
我國在利用人造板制造結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料方面雖然起步較晚,但發(fā)展很快, LVL 的生產(chǎn)已達(dá)到一定的規(guī)模, 并已有產(chǎn)品出口。但目前我國木結(jié)構(gòu)建筑主體框架材料絕大多數(shù)從北美國家進(jìn)口, 其設(shè)計(jì)和建造技術(shù)也來源于國外, 由于缺乏檢驗(yàn)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,因此對(duì)已建成竣工的木結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量無法進(jìn)行檢驗(yàn)。近幾年, 為規(guī)范和完善木結(jié)構(gòu)市場(chǎng), 以應(yīng)對(duì)國外木結(jié)構(gòu)住宅在我國的迅速發(fā)展, 我國相繼制定出臺(tái)了GB50206- 2002 《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB50005- 2003《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》。同時(shí), 我國在“十一五”期間, 將對(duì)木結(jié)構(gòu)規(guī)格材的鋸割工藝、規(guī)格材的分級(jí)檢測(cè)、木結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)技術(shù)和木結(jié)構(gòu)連接件等進(jìn)行重點(diǎn)研究和開發(fā), 并制定《結(jié)構(gòu)用原木》、《結(jié)構(gòu)用鋸材》、《結(jié)構(gòu)用膠合木檢驗(yàn)方法》和《結(jié)構(gòu)規(guī)格材機(jī)械分等》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。此外, 我國還是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織木結(jié)構(gòu)技術(shù)委員會(huì)ISO/TC165 的P ( 積極)成員國, 并且參加第2( 膠合木結(jié)構(gòu)) 、第6( 膠合指接)和第9( 原木結(jié)構(gòu)含竹材) 3 個(gè)工作組的工作。建設(shè)部批準(zhǔn)成立的建筑學(xué)會(huì)、建筑結(jié)構(gòu)分會(huì)、木結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會(huì)等對(duì)我國今后木質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的發(fā)展, 都具有非常重要的意義。
近幾年, 隨著北美木結(jié)構(gòu)進(jìn)入我國建筑市場(chǎng), 我國開始對(duì)木結(jié)構(gòu)房屋及其材料進(jìn)行研究, 并取得了一些成果。但總體而言, 我國對(duì)木質(zhì)復(fù)合材料應(yīng)用于住宅建筑方面的研究與國外發(fā)達(dá)國家相比差距較大。通過引進(jìn)一些國外木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的項(xiàng)目, 對(duì)發(fā)展我國的木結(jié)構(gòu)市場(chǎng)有很大促進(jìn)作用。
與此同時(shí)，我國各大高校和科研院所也致力于研究各種新型木質(zhì)復(fù)合材料，并取得很大進(jìn)展。例如：賀福等研究發(fā)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)塑料--木材(CFRW)的增強(qiáng)效果十分顯著，其彎曲模量可比木材提高12倍；張雙保等[12-13]進(jìn)行了玻璃纖維增強(qiáng)人造板的一系列研究，發(fā)表的研究報(bào)告有：木材玻璃纖維復(fù)合材料性能改善的研究、玻璃纖維增強(qiáng)三倍體毛白楊木質(zhì)(纖維)復(fù)合材料等研究；王衛(wèi)東等[14]進(jìn)行了金屬網(wǎng)增強(qiáng)型楊木單板層積材的研究。以上研究得到的復(fù)合材料，其物理力學(xué)性能以及耐老化性能均有明顯改善，可以達(dá)到或超過相關(guān)的歐洲結(jié)構(gòu)板(PrEN300-94 OSB/4)標(biāo)準(zhǔn)要求，用作為工程結(jié)構(gòu)材料。王增春等[15]關(guān)于新型高性能材料FRP加固木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和理論研究。
國外應(yīng)用現(xiàn)狀
國外結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展較早( 如日本、澳大利亞、美國和加拿大等國) 。1973 年, 由澳大利亞人J.D.Coleman 提出將木材天然結(jié)構(gòu)解離到重新組合為所需要產(chǎn)品的程度, 即不打亂纖維的排列方向, 保留木材的基本特性, 進(jìn)而重新組合成具有木桁梁那樣強(qiáng)度的產(chǎn)品。1985 年Repco 公司宣布重組木誕生, 同時(shí)宣布重組木為澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院林業(yè)產(chǎn)品研究所( CSIRO)發(fā)明, 并于1987 年在澳大利亞南方公司建廠生產(chǎn)重組木。1985 年日本也進(jìn)行了類似的研究, 1986 年重組木在日本進(jìn)入了工業(yè)化試生產(chǎn)。
新型纖維增強(qiáng)材料的應(yīng)用是近幾年發(fā)展起來的又一新型結(jié)構(gòu)材料, 包括碳纖維增強(qiáng)集成材、纖維增強(qiáng)集成木梁等。木結(jié)構(gòu)工字木擱柵( Wood I- Joist) 也被廣泛應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)建筑中, 它與膠合集成材相匹配, 是替代實(shí)木規(guī)格材的有效木結(jié)構(gòu)材料, 并已在北美住宅結(jié)構(gòu)中占據(jù)了重要的地位。美國和加拿大在木結(jié)構(gòu)中使用工字梁居多, 且已經(jīng)替換了實(shí)木托梁或橫梁等。這些木質(zhì)復(fù)合工程材料持續(xù)、高速的發(fā)展勢(shì)頭, 成為用木質(zhì)復(fù)合材料建筑的發(fā)展基礎(chǔ), 同時(shí)開發(fā)結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材料這一特有的林產(chǎn)品市場(chǎng), 在國內(nèi)外受到格外關(guān)注。
目前，國外利用木質(zhì)復(fù)合材料建造房屋已經(jīng)達(dá)到專業(yè)化水平。極大限度的把施工現(xiàn)場(chǎng)的工作轉(zhuǎn)移到工廠中完成，加速了進(jìn)度，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量，減少材料損耗，而且不受季節(jié)限制，可以取得較好的效益。
發(fā)展趨勢(shì)
我國是一個(gè)森林結(jié)構(gòu)失衡和資源匱乏的國家，木材資源供需矛盾日益突出，原料供應(yīng)的緊缺已成為制約人造板行業(yè)發(fā)展的瓶頸，但是原料短缺的壓力也加快了人造板產(chǎn)業(yè)木材供給渠道的調(diào)整。
我國的人工林面積已達(dá)4466.7 萬h m2, 人工林蓄積10.1 億m3, 居世界首位。當(dāng)前木材資源結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了變化, 已由天然優(yōu)質(zhì)大徑級(jí)材向人工速生低質(zhì)小徑木轉(zhuǎn)變, 小徑木材已成為我國工業(yè)用材的主體。為解決木材供求矛盾, 應(yīng)最大限度地利用低質(zhì)小徑木和提高木材利用率, 尋找可替代實(shí)體結(jié)構(gòu)木材的新產(chǎn)品。
在當(dāng)前形勢(shì)下，結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材料應(yīng)致力于利用低等級(jí)木材制造出高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材。
木質(zhì)復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)在于，提供健康、舒適的生活環(huán)境, 給建筑帶來新的形式和風(fēng)格。國內(nèi)木質(zhì)工程材料的迅速發(fā)展, 使得建筑與裝修合二為一, 使用面積增加, 造價(jià)明顯降低。
相關(guān)高校和科研院所都在進(jìn)行結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材料研究, 該研究是一個(gè)系統(tǒng)科學(xué), 從結(jié)構(gòu)單元到最終產(chǎn)品環(huán)環(huán)相扣, 一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的性能會(huì)影響到結(jié)構(gòu)組件、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)甚至整個(gè)建筑的使用性能。結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材料在我國雖起步較晚, 但發(fā)展速度非常快, 它的獨(dú)特功能和良好的結(jié)構(gòu)性能, 越來越受到人們的關(guān)注和青睞, 在未來的木結(jié)構(gòu)建筑市場(chǎng)中將具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。但同時(shí)我們也要對(duì)其進(jìn)行客觀地分析, 解決好目前存在的問題, 以利于木結(jié)構(gòu)房屋的順利發(fā)展。
目前, 我國建筑行業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)空前發(fā)展,，加之政府對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的支持,，以及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的健全,，非常有利于我國木結(jié)構(gòu)的發(fā)展。有關(guān)資料顯示，“九五”期間城鎮(zhèn)住宅竣工面積23.45 億m2， 大大高于“九五”計(jì)劃12 億m2 的目標(biāo)。“十五”期間全國城鄉(xiāng)住宅累計(jì)竣工面積57 億m2，其中城鎮(zhèn)住宅竣工而積27 億m2。但新建住房的大部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，只有不到1%為木結(jié)構(gòu)建筑，未能滿足不同層次人們的需要。而加拿大90%以上、美國80%以上的別墅和低層公寓采用木結(jié)構(gòu)，日本每年的木結(jié)構(gòu)住宅竣工數(shù)達(dá)到10 萬套。在我國， 木結(jié)構(gòu)建筑還鮮為人知， 木結(jié)構(gòu)房屋市場(chǎng)基本還是空白，因此其發(fā)展的空間很大。加拿大聯(lián)邦政府官員曾宣稱，目前在中國內(nèi)地建造中的木結(jié)構(gòu)房屋只有300 棟，計(jì)劃再建9000 棟，估計(jì)中國內(nèi)地五年內(nèi)將使其每年建造的木結(jié)構(gòu)房屋數(shù)量達(dá)到15000 棟，木結(jié)構(gòu)住宅別墅正在中國悄然興起。
幾點(diǎn)意見
我國結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材發(fā)展速度緩慢的主要原因有以下幾方面: ①缺乏系統(tǒng)的應(yīng)用研究；②建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不完善, 使結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材的應(yīng)用缺乏依據(jù), 進(jìn)入建筑業(yè)巨大的消費(fèi)市場(chǎng)有一定的難度； ③國產(chǎn)設(shè)備與制造工藝尚不成熟, 生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、制造成本及銷售價(jià)格缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力； ④結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復(fù)合材的市場(chǎng)定位不夠準(zhǔn)確。
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)大潮中，當(dāng)我們不斷追逐經(jīng)濟(jì)利益時(shí)，也應(yīng)該考慮環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，在木材加工中，廢棄木質(zhì)材料的循環(huán)利用，既可以實(shí)現(xiàn)廢棄木質(zhì)材料作為人造板工業(yè)的原料，在一定程度上緩解木材資源供應(yīng)不足的壓力，又可以改變傳統(tǒng)單方向木材消耗模式，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
要落實(shí)木質(zhì)材料循環(huán)利用，主要有以下四種方法
1）再使用。即對(duì)使用過的板材及木制品經(jīng)過修整后重新利用，基本上不改變?cè)瓉淼男螤睢⑿再|(zhì)和用途。對(duì)于質(zhì)量比較好的廢舊木材回收復(fù)用，是廢舊木材循環(huán)利用最直接也應(yīng)是首選的途徑。如建房拆下的廢舊建筑木料，經(jīng)分類后可按市場(chǎng)需求加工成各種可用木料；木質(zhì)包裝材料回收后可根據(jù)情況回收復(fù)用。
2）再循環(huán)利用。即將廢棄木質(zhì)材料進(jìn)行物理、化學(xué)處理后，制造出具有較高附加值的產(chǎn)品，如制造刨花板或纖維板。
3）再生利用。即利用廢棄木質(zhì)材料生成一種與原來木材性質(zhì)不同，且具有較高價(jià)值的產(chǎn)品，如碳纖維增強(qiáng)材料和木塑復(fù)合發(fā)泡材料。
4）降解。即將再三利用后不能再循環(huán)利用的廢棄木質(zhì)材料在自然或人工條件下，降解或水解作為肥料和飼料。
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[關(guān)鍵詞]鈦基；復(fù)合材料；專利
鈦及鈦合金是一種物理性能優(yōu)良、化學(xué)性能穩(wěn)定的材料，但當(dāng)溫度較高時(shí)，鈦金屬的強(qiáng)度和蠕變抗力急劇下降。相對(duì)于鈦合金，鈦基復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度、比剛度以及優(yōu)異的耐高溫、抗腐蝕性能，其在航空航天、軍工等領(lǐng)域具備廣泛的應(yīng)用前景[1-2]。隨著對(duì)鈦基復(fù)合材料的研究的逐漸深入，中國市場(chǎng)涉及鈦基復(fù)合材料的相關(guān)專利申請(qǐng)量也逐步提升。本文從申請(qǐng)量隨年代變化的態(tài)勢(shì)、申請(qǐng)來源國等角度分析了鈦基復(fù)合材料在中國市場(chǎng)的專利申請(qǐng)狀況。并對(duì)該領(lǐng)域的專利技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)功效分析，進(jìn)一步的對(duì)研究熱點(diǎn)之一：?jiǎn)我活w粒增強(qiáng)的專利技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
1專利申請(qǐng)量態(tài)勢(shì)
鈦基復(fù)合材料的專利申請(qǐng)主要經(jīng)過1990~2000年，2001~2009年，2010年-至今三個(gè)階段。上述三個(gè)階段與目前我國的鈦基復(fù)合材料研發(fā)趨勢(shì)基本一致。2010年至今，隨著航空航天以及特種工程材料領(lǐng)域的需要，鈦基復(fù)合材料處于較為快速的發(fā)展階段，反應(yīng)在專利申請(qǐng)量方面就是出現(xiàn)較為明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
2主要申請(qǐng)來源國專利申請(qǐng)技術(shù)構(gòu)成
中國作為最主要的申請(qǐng)來源國，而美國、日本、英國和新西蘭作為國外申請(qǐng)人來源國，其具體申請(qǐng)技術(shù)構(gòu)成參見圖2。從圖2也可以清楚地看出，其他國家或地區(qū)在中國鈦基復(fù)材方面的專利申請(qǐng)中，技術(shù)要求更高的纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)材比例是高于中國申請(qǐng)的，這一方面是因?yàn)楸旧暾?qǐng)復(fù)合技術(shù)方面的差距所致；另一方面也是由于我國在纖維材料制備領(lǐng)域，在成本和性能上與國外先進(jìn)國家相比本就具備較大差距。
3技術(shù)功效分析
當(dāng)前，鈦基復(fù)合材料主要包括顆粒晶須增強(qiáng)和纖維增強(qiáng)兩類。圖3是鈦基復(fù)合材料領(lǐng)域技術(shù)功效矩陣圖，橫軸表示各技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)的功能效果，縱軸表示各技術(shù)手段，交叉點(diǎn)圓球面積表示該相應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)該功能效果的專利數(shù)量多少，即技術(shù)點(diǎn)專利越多球面積越大。從縱坐標(biāo)可以清晰地知道目前專利技術(shù)中，有關(guān)鈦基復(fù)材的主要技術(shù)分支、以及主流技術(shù)手段。而從橫坐標(biāo)可以清楚知道目前該領(lǐng)域的研究方向。進(jìn)一步通過圖中圓圈大小以及密度分布，可以了解本行業(yè)的研究熱點(diǎn)和成熟技術(shù)。從空白區(qū)域研究技術(shù)盲點(diǎn)存在的可能性。
3.1對(duì)于顆粒類增強(qiáng)鈦基復(fù)材
在顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)材領(lǐng)域，集中解決的技術(shù)問題或者說是研究較為全面成熟的領(lǐng)域集中在提高鈦材力學(xué)性能、提高塑性以及降低成本三個(gè)主要方面，且各種技術(shù)手段的選擇覆蓋全面，研究已經(jīng)較為成熟全面，不存在明顯的技術(shù)盲點(diǎn)。對(duì)于改善耐磨性和增韌性方面，可以明顯看出顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)材領(lǐng)域所采用的技術(shù)手段集中在顆粒種類的選擇上，并不涉及具體的復(fù)合工藝，存在明顯的技術(shù)空白。對(duì)于該技術(shù)空白，可以做為以后顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料領(lǐng)域的一個(gè)主要突破方向。而且不僅僅是針對(duì)改善耐磨性和增韌性，對(duì)于整個(gè)顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料領(lǐng)域，相對(duì)于顆粒種類的選擇，如何突破現(xiàn)有的傳統(tǒng)復(fù)合工藝限制，將成為該領(lǐng)域突破發(fā)展瓶頸，引來新的爆發(fā)式技術(shù)革新的關(guān)鍵。而對(duì)于針對(duì)性較強(qiáng)的特殊技術(shù)效果領(lǐng)域，顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)材主要集中在選用特殊的顆粒類型而賦予相應(yīng)的特殊性能，整體專利研究數(shù)量不多，存在較大技術(shù)空白。隨著以后鈦基復(fù)材在民用領(lǐng)域的擴(kuò)展，對(duì)其的特殊功能性需求必然會(huì)更加多樣化，而通過加入合理種類添加顆粒，往往就能滿足需求，因而這方面的研究存在較大的發(fā)展空間，也容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然隨著不同顆粒的引入，最終不可避免面對(duì)的技術(shù)問題仍然是最終復(fù)合工藝的革新。
3.2對(duì)于纖維類增強(qiáng)鈦基復(fù)材
相較于顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)材，應(yīng)該說纖維增強(qiáng)復(fù)材無論是從申請(qǐng)量還是技術(shù)手段的覆蓋領(lǐng)域來說都存在較大差距，也說明后者的研發(fā)還不如前者成熟，但是也說明纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)材存在較大的研究空白，發(fā)展?jié)摿薮蟆?duì)于纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料領(lǐng)域，存在較多的申請(qǐng)空白點(diǎn)或盲點(diǎn)。尤其是在如何提高界面性能、提高耐磨性這兩個(gè)領(lǐng)域，還未出現(xiàn)相關(guān)專利。究其原因，這也和我國高分子復(fù)合材料工藝起步較晚，技術(shù)水平較低有直接關(guān)系，相信隨著相應(yīng)的復(fù)合材料制備工藝的提升，纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)材的研究方向會(huì)相應(yīng)地向通過復(fù)合工藝提高復(fù)材性能的方向發(fā)展，此方面的專利申請(qǐng)數(shù)量應(yīng)該在未來數(shù)十年內(nèi)有較大的提高。綜上，在纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)材領(lǐng)域，今后的研究熱點(diǎn)主要有兩方面，一方面，在現(xiàn)有可選纖維種類和復(fù)合工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開拓纖維在鈦基復(fù)材中的應(yīng)用領(lǐng)域，增加其在鈦基復(fù)材中多種性能需要方面的改進(jìn)作用。另外一方面，除了合理選用纖維種類外，可以考慮從復(fù)合工藝方面改善纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)材性能。
參考文獻(xiàn)
[1]袁武華等．鈦基復(fù)合材料及其制備技術(shù)研究進(jìn)展[J]．材料導(dǎo)報(bào)，2005，19(4)：54-57．
關(guān)鍵詞：導(dǎo)電高分子復(fù)合材料；導(dǎo)電性；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TQ 316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00
導(dǎo)電高分子材料就是在高分子材料的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用的要求，加入了相應(yīng)的導(dǎo)電體，經(jīng)過多重技術(shù)的處理之后，使其具有了較高的導(dǎo)電能力。而由于這種材料在制造的過程中，使用對(duì)材料的要求不高，使用的技術(shù)加工手段簡(jiǎn)單，使用的生產(chǎn)成本較低，導(dǎo)電性能較好等原因，受到了社會(huì)各界的廣泛重視。因此，為了使導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在當(dāng)前階段中更好的應(yīng)用，在當(dāng)前的科學(xué)研究中，加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行研究成為了必然趨勢(shì)。
1導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電理論
1.1 統(tǒng)計(jì)滲濾模型
在高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電理論中，首先就是統(tǒng)計(jì)滲濾模型，這一模型通常是幾何模型為基礎(chǔ)上建立的，就是將復(fù)合材料中基本物質(zhì)使用一定技術(shù)將其抽象化，使其存在一定形狀的分散體系，然后根據(jù)一定的機(jī)理要求，將其進(jìn)行重新的排列，使其重新組合成一個(gè)整體，使高分子材料中的基本物質(zhì)成為了連續(xù)相，而加入的導(dǎo)電體材料根據(jù)其功能的不同，有些成為了連續(xù)相，有些成為了分散相，這些有效的分散相以及連續(xù)相，就在導(dǎo)電高分子復(fù)合材料中構(gòu)造出了導(dǎo)電通道。在這一模型的基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電阻率與導(dǎo)電體進(jìn)行深層次的分析，在兩者之間建立相應(yīng)的聯(lián)系。最具有代表性的就是在建立統(tǒng)計(jì)滲濾模型時(shí)，根據(jù)不同的需求，將基本物質(zhì)抽象為形狀、大小不同的球型、規(guī)則的多面體等，同時(shí)將導(dǎo)電體抽象成連續(xù)性的珠串等[1]。這種模型有效的將高分子材料的導(dǎo)電理論進(jìn)行了闡述，但是其也具有一定的缺點(diǎn)，就是其只能使用在較為簡(jiǎn)單的復(fù)合材料中，復(fù)合材料中只能有一種基本物質(zhì)以及導(dǎo)電體材料，對(duì)于具有多種基本物質(zhì)或者導(dǎo)電體材料的復(fù)合材料時(shí)，雖然也能建立相應(yīng)的模型，但得到的理論與實(shí)際之間會(huì)存在較大的差異。
1.2 熱力學(xué)模型
隨著統(tǒng)計(jì)滲濾模型的使用，人們逐漸的發(fā)現(xiàn)其有一些缺點(diǎn)，例如在構(gòu)建模型時(shí)，往往忽略了基本物質(zhì)與導(dǎo)電體之間的作用關(guān)系，使得到的結(jié)果具有一定的偏差，不滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求，在這種情況下，就研究出了熱力學(xué)模型來對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料導(dǎo)電理論進(jìn)行了闡述，使結(jié)果得到了很大的改進(jìn)。這一理論是以熱力學(xué)原理的基礎(chǔ)上建立的，在這項(xiàng)理論中，認(rèn)為構(gòu)建導(dǎo)電通道的過程中，導(dǎo)電體處于臨界狀態(tài)的體積與模型中多余的自由能具有一定的聯(lián)系，當(dāng)模型中多余的自由能達(dá)到一定的程度后，就會(huì)在模型的內(nèi)部自動(dòng)的構(gòu)建出導(dǎo)電通道。并且，高分子材料中基本物質(zhì)的熔融粘度較大，更好的阻止了平衡相的分離；導(dǎo)電體粒子的直徑較小，更好的幫助平衡相分離。使用這種模型來對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料進(jìn)行闡述與實(shí)際更加接近[2]。
2 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的特殊效應(yīng)理論
導(dǎo)電高分子材料的性能往往不是一成不變的，在特定的環(huán)境中，其性能也會(huì)逐漸的在變化著。例如一些導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在拉力或壓力的作用下，就會(huì)出現(xiàn)一些特別的效應(yīng)，例如壓敏效應(yīng)、拉敏效應(yīng)等，可以根據(jù)這些特殊的效應(yīng)來對(duì)地導(dǎo)電高分子復(fù)合材料進(jìn)行闡述。
在壓敏、拉敏效應(yīng)理論中，可以利用通道理論對(duì)其進(jìn)行闡述。在不同的高分子材料，所中具有的臨界范圍不同，在壓敏的情況下，材料中的導(dǎo)電體相對(duì)就不是很多，使得導(dǎo)電體的分布不是很好，無法直接構(gòu)造出導(dǎo)電通道，如果在這時(shí)向復(fù)合材料施壓，壓力不是很高時(shí)，沒有達(dá)到材料的最大臨界值，復(fù)合材料仍然具有高阻態(tài)；當(dāng)所施加的壓力過高時(shí)，超過了最大臨界值，就會(huì)使復(fù)合材料發(fā)生一定的形變，使其內(nèi)部構(gòu)建出了導(dǎo)電通道，從而使其具有了導(dǎo)電性。在拉敏的情況下，材料含有大量的導(dǎo)電體，其內(nèi)部具有一定的導(dǎo)電通道，這時(shí)在對(duì)其使用拉力時(shí)，當(dāng)垃圾過大，超過最大臨界值時(shí)，復(fù)合材料就會(huì)發(fā)生形變，致使其全本具有的導(dǎo)電通道遭受了損壞，從而使復(fù)合材料不在具有導(dǎo)電性[3]。
3 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)
3.1 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用
導(dǎo)電高分子的原材料一般為聚合物或者具有導(dǎo)電效果較強(qiáng)的填充物，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)成功研制出了具有良好導(dǎo)電性的高分子復(fù)合材料，且隨著高分子復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，也增加了抗靜電、電磁波屏蔽等功能，使得導(dǎo)電高分子材料獲得了巨大的技術(shù)突破，目前，根據(jù)導(dǎo)電高分子材料的性能不同，可以將其分為半導(dǎo)體材料、高導(dǎo)電體材料、熱敏導(dǎo)體材料等，其材料成分不僅有金屬材料，如銅、鋁等，同時(shí)也含有碳系聚合物，大大增加了導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了制作成本。另外，由于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，使得基于傳統(tǒng)的工作方式有了極大程度的改善，如在開關(guān)元件生產(chǎn)過程，傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料的在開關(guān)中雖然能夠保證電流的有效傳輸，但是金屬材質(zhì)會(huì)產(chǎn)生無用功率，同時(shí)導(dǎo)體過熱還會(huì)引發(fā)安全事故，因此，在開關(guān)元件的生產(chǎn)中應(yīng)用高分子復(fù)合材料，能夠有效的保護(hù)用電安全，同時(shí)，利用高分子復(fù)合材料的熱效應(yīng)，能夠制作出熱敏傳感器，提高能源的利用率，另外，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料也在航電器的制作、煤電系統(tǒng)、建筑施工中有著廣泛的應(yīng)用[4]。
3.2 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展
由于高分子復(fù)合材料具有非常良好的應(yīng)用前景，因此，我國重視并鼓勵(lì)高分子復(fù)合材料研究的創(chuàng)新和發(fā)展，但是高分子復(fù)合材料具有較強(qiáng)的不穩(wěn)定性，其性能容易受到制作工藝、制作環(huán)境等外在因素的影響，近年來，先進(jìn)的導(dǎo)電理論指出尋研制能與復(fù)合材料穩(wěn)定結(jié)合的導(dǎo)點(diǎn)模型是未來高分子復(fù)合材料的研究發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)得出復(fù)合體系的構(gòu)建是建立導(dǎo)線模型的前提要素，利用拓?fù)鋵W(xué)方法能夠有效的對(duì)復(fù)合材料的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)能夠有效的觀測(cè)出不同添加劑對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的影響。由于高分子復(fù)合材料必須具有實(shí)用性，因此，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究上也偏向于增加其穩(wěn)定性、輕便型、降低制作工藝與成本，同時(shí)使導(dǎo)電高分子復(fù)合材料能夠適應(yīng)不同的溫度及濕度，擴(kuò)大導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，盡管在理論研究上存在諸多的困難，但是在應(yīng)用方面已經(jīng)取得了巨大的突破[5]。
4 總結(jié)
綜上所述，在現(xiàn)階段的發(fā)展中，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料占據(jù)重要的作用，有效的對(duì)其進(jìn)行使用，可以更好地促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。并且隨著不斷對(duì)其進(jìn)行研究，相關(guān)的理論知識(shí)已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，處在了一個(gè)瓶頸階段，很難在使其繼續(xù)發(fā)展。因此，在當(dāng)前階段對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料進(jìn)行研究時(shí)，就要向著應(yīng)用方面進(jìn)行研究，使其在實(shí)際中起到更大的作用，有效的促進(jìn)我國社會(huì)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]陸昶，胡小寧，赫玉欣等.特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電學(xué)性能[J].材料研究學(xué)報(bào)，2012，07（01）：37.
[2]屈瑩瑩，趙帥國，代坤等.各向異性導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].塑料工業(yè)，2012，06（05）：22.
[3]徐曉英，王世安，王輝.復(fù)合導(dǎo)電高分子材料微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電行為仿真分析[J].高電壓技術(shù)，2012，10（09）：2221.
關(guān)鍵詞：石墨烯；復(fù)合材料；納米銀；制備及應(yīng)用
石墨烯作為一種由單層單質(zhì)原子組成的六邊形結(jié)晶碳材料，其特殊性能的應(yīng)用一直是近幾年研究的重點(diǎn)。但是石墨烯的生產(chǎn)效率低，需經(jīng)常將其進(jìn)行改性，達(dá)到以較少的添加量獲得更好性能的目的。其中，納米銀的出現(xiàn)在一定程度上擴(kuò)大了石墨烯在導(dǎo)電[1]，導(dǎo)熱方面的應(yīng)用。而且納米銀的生產(chǎn)效率高，很好地解決了石墨烯/納米銀的生產(chǎn)問題，為石墨烯在諸多技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用拓展了[2]空間。金屬粒子由于含有自由移動(dòng)的電子和極大的比表面積，在導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性方面有著出色的表現(xiàn)。而納米銀顆粒，納米銀棒，納米銀線則可以在復(fù)合基體中形成網(wǎng)絡(luò)通路，提高材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
1石墨烯/納米銀復(fù)合材料的制備方法
目前，石墨烯摻雜納米銀復(fù)合材料可以根據(jù)納米銀的形貌特征分為石墨烯/納米銀顆粒復(fù)合材料和石墨烯/納米銀線復(fù)合材料。納米銀的加入使得石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及石墨烯的表面硬度均得到了提高[3]。
1.1機(jī)械共混法
機(jī)械共混法可分為攪拌法和熔融共混[4]法。劉孔華利用攪拌法制備得到石墨烯/納米銀線雜化物，在50℃下攪拌，升溫至210℃，最后降至常溫得到石墨烯/納米銀線雜化物。熔融共混法是利用密煉機(jī)或者擠出機(jī)的高溫和剪切作用力下將石墨烯、納米銀和基材熔融后，共混得到石墨烯/納米復(fù)合材料。該方法用途廣泛，適用于極性和非極性聚合物和填料的共混。并且納米銀的燒結(jié)溫度在180℃，對(duì)于納米銀顆粒可以燒結(jié)形成一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此方法制備的復(fù)合材料所需時(shí)間短，且納米銀線是單獨(dú)制備，所以可以單獨(dú)控制納米銀線的長(zhǎng)度和長(zhǎng)徑比。但是由于是機(jī)械共混，納米銀在石墨烯材料中的分散性不是很好，且容易發(fā)生團(tuán)聚，達(dá)不到形成大量網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的目的。
1.2化學(xué)還原法
化學(xué)還原法是目前比較常見的將金屬納米粒子附著在石墨烯表面的方法。其主要是通過在石墨烯表面化學(xué)還原一些金屬前驅(qū)體，經(jīng)常伴隨原位復(fù)合法和溶液插層法。鄭[5]璐等以聯(lián)胺為還原劑制得納米銀插層的石墨烯。附著在石墨烯表面的銀的粒徑在20[6]nm左右。王宇鵬等運(yùn)用檸檬酸鈉作為還原劑制得水溶性石墨烯/納米銀線雜化導(dǎo)電體。此方法得到的附著納米銀線直徑在40nm左右，長(zhǎng)度在2μm，銀線斷面呈現(xiàn)規(guī)則的立方[7]體結(jié)構(gòu)。Mislav等在堿性條件下，利用肼還原銀離子，3步法制備納米銀棒附著的石墨[8]烯。Hooman等對(duì)石墨烯先進(jìn)行酸處理，再將納米銀線與石墨烯按照質(zhì)量比1∶6比例混合攪拌，得到納米銀石墨烯復(fù)合材料。該方法制備的復(fù)合材料中，納米銀線分散均勻，且長(zhǎng)徑比較大，一次制備所得產(chǎn)物較多，實(shí)驗(yàn)過程穩(wěn)定，可隨時(shí)觀察反應(yīng)狀態(tài)，是目前較為實(shí)用的方法。
1.3無溶劑微波
加壓法微波輻射法是利用微波反應(yīng)器產(chǎn)生的快速且大量的熱量促使銀鹽的分解。而且石墨烯具有很好的吸收微波的能力，使得銀顆粒可以在短的時(shí)間里附著在石墨烯表面。同時(shí)，因是無溶劑，得到的產(chǎn)物產(chǎn)率相比于普通溶劑得到的產(chǎn)物有較大的提升，但是實(shí)驗(yàn)需要通過對(duì)環(huán)境施加額外的壓力，才能達(dá)到試驗(yàn)條件。[9]Lin等用一個(gè)典型的反應(yīng)方式將銀顆粒附著到石墨烯表面。試驗(yàn)結(jié)果表明，微波處理時(shí)間對(duì)銀顆粒的粒徑存在影響。而且由于石墨烯是層狀材料，可反應(yīng)的面積大，相比于碳納米管，石墨烯表面附著的銀顆粒粒徑較小。并且由于銀顆粒的附著使得石墨烯的表面硬度得到增加。這種方法不需要溶劑溶解且反應(yīng)時(shí)間短，納米銀在石墨烯表面分布也較為均勻，可以得到足量的產(chǎn)物。但是實(shí)驗(yàn)儀器較為苛刻，實(shí)用性較低。同時(shí)石墨烯會(huì)吸收一定的微波功率，反應(yīng)過程存在不確定因素和安全問題。目前，使用此類方法制備石墨烯/納米銀復(fù)合材料不是很廣泛。
1.4溶劑熱懸涂法
[10]溶劑熱懸涂法是一種利用溶劑的溫度配合晶核在一定溫度下沿某一固定晶面生長(zhǎng)[11]的方法。徐士才采用溶劑熱懸涂法，利用氯化銀為晶核，甲醛將銀離子還原為銀單質(zhì)，制備得到長(zhǎng)度為30μm，直徑為20～50[12]nm的納米銀線。Dinh等用VitaminC在N/H條件下制備石墨烯/納米銀復(fù)合材料，將22納米銀線懸涂在石墨烯表面。該方法具備了化學(xué)還原法的穩(wěn)定性和無溶劑微波加壓法的高效性，并且可以得到超長(zhǎng)納米銀線。
2石墨烯/納米銀復(fù)合材料的應(yīng)用
目前，雖然石墨烯是優(yōu)良的導(dǎo)電納米材料，但是生產(chǎn)成本高，且提升石墨烯本身導(dǎo)電導(dǎo)熱能力由石墨烯的厚度決定，所以有一定的局限性。因此，銀的導(dǎo)電導(dǎo)熱能力都很出色，且成本不太高，可以很好地解決上述問題。同時(shí)，銀線的生成在石墨烯中可以提[13]供良好的導(dǎo)電通路，大幅降低材料電阻。
2.1導(dǎo)熱性能應(yīng)用
在眾多散熱硅脂中，銀含量是衡量散熱硅脂性能的一個(gè)重要指標(biāo)。同時(shí)，石墨烯也具備很好的導(dǎo)熱能力。因此將銀表面附著或者插層能夠很好地提高材料的導(dǎo)熱性能。[8]Hooman等在40℃條件下，加入0.1%的石墨烯/納米銀復(fù)合材料，熱導(dǎo)率提高22.22%。
2.2導(dǎo)電性能應(yīng)用
在如今高科技年代，人們對(duì)電子領(lǐng)域的要求越來越高，其中石墨烯和納米銀線制備[14]的透明電極和透明導(dǎo)電膜等得到了廣泛關(guān)[15，16]注與發(fā)展。Liu等利用石墨烯和納米銀的高透過率和高效的光催化能力，成功研制[17][7]出透明電極。Mislav等研究發(fā)現(xiàn)，在高電場(chǎng)環(huán)境下，石墨烯/納米銀復(fù)合物的臨界電[18]流密度得到提高。Lee等研究制備了可見光透過率為94%，表面電阻為33Ω/sq的可延伸電極。
2.3光學(xué)性能應(yīng)用
納米銀可以作為表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）的基質(zhì)。同時(shí)，由于納米銀擁有靈敏的非線性光學(xué)響應(yīng)，可用來制備光學(xué)電器件。目前，SERS的增強(qiáng)機(jī)理主要有電磁增強(qiáng)[19]機(jī)理和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理。張?zhí)柕戎苽淞司郾揭蚁?石墨烯/納米銀復(fù)合材料和層析硅膠/石墨烯/納米銀復(fù)合材料，均發(fā)現(xiàn)拉曼光譜[20]G峰和D峰有明顯增強(qiáng)。Lu等將納米銀/石墨烯復(fù)合材料作為SERS基底，可實(shí)現(xiàn)對(duì)芳香族[21]分子的檢測(cè)。Kumar等降低了對(duì)鄰氨基苯硫[22]磺和三聚氰胺的檢測(cè)限，Ren等使得對(duì)葉酸的檢測(cè)低至9nmol/L。
2.4其他性能的應(yīng)用
[23]在生物應(yīng)用方面，Lu等研究發(fā)現(xiàn)了銀納米粒子在基體材料上的附著可以實(shí)現(xiàn)對(duì)血糖和HO的檢測(cè)。其作為傳感器具有高效，靈22敏，可靠的特點(diǎn)，并在臨床醫(yī)學(xué)，食品安全[24]和環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)中發(fā)揮重要的作用。同[25]時(shí)，銀的加入也增加了材料的抗菌能力。[26]Chen等成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA分子的無標(biāo)記測(cè)[27]量。Kim等制備了高性能的蛋白質(zhì)傳感器。[28]Bae等成功制備了石墨烯透明觸摸屏。
3結(jié)語
[關(guān)鍵詞] CNTs；鎂基；復(fù)合材料；制備方法
[中圖分類號(hào)] TB331 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A 文章編號(hào)：1671-0037（2014）01-66-1.5
鎂及鎂合金具有密度低，比強(qiáng)度、比剛度高，鑄造性能和切削加工性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、通訊、光學(xué)儀器和計(jì)算機(jī)制造業(yè)。但鎂合金強(qiáng)度低，耐腐蝕性能差嚴(yán)重阻礙其廣泛應(yīng)用。
碳納米管不僅具有極高的強(qiáng)度、韌性和彈性模量，而且具有良好的導(dǎo)電性能，還是目前最好的導(dǎo)熱材料。這些獨(dú)特的性能使之特別適宜作為復(fù)合材料的納米增強(qiáng)相。近年來，碳納米管作為金屬的增強(qiáng)材料來強(qiáng)度、硬度、耐摩擦、磨損性能以及熱穩(wěn)定性等方面發(fā)揮了重要作用。
近些年，鎂基復(fù)合材料成為了金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域的新興研究熱點(diǎn)之一，碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的研究也逐漸成為材料學(xué)者研究重點(diǎn)之一。本文就目前有關(guān)碳納米管增強(qiáng)鎂基合金復(fù)合材料的制備技術(shù)做綜述，以供研究者參考。
1 熔體攪拌法
熔體攪拌法是通過機(jī)械或電磁攪拌使增強(qiáng)相充分彌散到基體熔體中，最終凝固成形的工藝方法。主要原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器攪動(dòng)金屬熔體，將CNTS加入到熔體漩渦中，依靠漩渦的負(fù)壓抽吸作用使CNTS進(jìn)入金屬熔體中，并隨著熔體的強(qiáng)烈流動(dòng)迅速擴(kuò)散[1]。
周國華[2]等人采用攪拌鑄造法制備了CNTs/AM60鎂基復(fù)合材料。研究采用機(jī)械攪拌法，在精煉處理后，在機(jī)械攪拌過程下不斷加入碳納米管到鎂熔體中，攪拌時(shí)間20 min，然后采用真空吸鑄法制得拉伸試樣。研究結(jié)果顯示，碳納米管具有細(xì)化鎂合金組織的作用，在拉伸過程中，能夠起到搭接晶粒和承載變形抗力的作用。
C.S.Goh[3]等采用攪拌鑄造法制備了CNTS / Mg基復(fù)合材料時(shí)，金屬熔化后采用攪拌槳以450 r / min的轉(zhuǎn)速攪拌，然后用氬氣噴槍將熔體均勻地噴射沉積到基板上，從而制得CNTS / Mg基復(fù)合材料。力學(xué)性能測(cè)試表明，復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。
李四年[4]等人采用液態(tài)攪拌鑄造法制備了CNTS/Mg基復(fù)合材料。CNTS加入前首先經(jīng)過了化學(xué)鍍鎳處理，研究采用了正交實(shí)驗(yàn)，考察了CNTS加入量、加入溫度和攪拌時(shí)間對(duì)復(fù)合材料組織和性能的影響。研究結(jié)果表表明，CNTS加入量在1.0%、加熱溫度在680 ℃、攪拌3 min時(shí)，能獲得綜合性能較好的復(fù)合材料。
攪拌鑄造法優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)單，因此在研究CNTS增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料方面得到廣泛應(yīng)用。但攪拌鑄造法在熔煉和澆鑄時(shí)，金屬鎂液容易氧化，CNTS均勻地分散到基體中也存在一定難度。
2 消失模鑄造法
消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型黏結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動(dòng)造型，在負(fù)壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。
周國華[5]等人就通過消失模鑄造法制備CNTs / ZM5鎂合金復(fù)合材料。將PVC母粒加入到二甲苯中溶解，把CNTs加入上述溶液中超聲分散10 min后過濾、靜置20 h，裝入發(fā)泡模具發(fā)泡成型，用線切割機(jī)加工制得消失模。把制得的含碳納米管的消失模具放入砂箱內(nèi)，填滿砂并緊實(shí)，將自行配制的ZM5鎂合金熔體澆注制得復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碳納米管對(duì)鎂合金有較強(qiáng)的增強(qiáng)效果，對(duì)ZM5合金的晶粒有明顯的細(xì)化作用。
3 粉末冶金法
粉末冶金法是把CNTS與鎂合金基體粉末進(jìn)行機(jī)械混合，通過模壓等方法制坯，然后加入到合金兩相區(qū)進(jìn)行燒結(jié)成型的一種成型工藝。粉末冶金法的優(yōu)點(diǎn)在于合金成分體積分?jǐn)?shù)可任意配比而且分布比較均勻，可以避免在鑄造過程中產(chǎn)生的成分偏析現(xiàn)象，而且由于燒結(jié)溫度是在合金兩相區(qū)進(jìn)行，能夠避免由于高溫產(chǎn)生的氧化等問題。
沈金龍[6]等人采用粉末冶金的方法制備了多壁碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。試驗(yàn)采用CCl4作為分散劑將鎂粉和CNTS混合，在室溫下將混合粉末采用雙向壓制成型后進(jìn)行真空燒結(jié)，制成碳納米/強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。研究結(jié)果表明：碳納米管提高了復(fù)合材料的硬度和強(qiáng)度，鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化主要來自增強(qiáng)體的強(qiáng)化作用、細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。
Carreno-Morelli[7]等利用真空熱壓燒結(jié)粉末冶金法制備了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CNTs含量為2%時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量提高9%。
楊益利用利用粉末冶金法，制備了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，研究了碳納米管制備工藝和含量對(duì)復(fù)合材料組織和性能的影響。研究采用真空熱壓燒結(jié)技術(shù)，通過研究發(fā)現(xiàn)，在熱壓溫度為600 ℃、保壓時(shí)間20 min、保壓壓力在20MPa、CNTS含量為1.0%時(shí)，制得的復(fù)合材料具有強(qiáng)度最高值。TEM分析CNTS與鎂基體結(jié)合良好，增強(qiáng)機(jī)理主要有復(fù)合強(qiáng)化、橋連強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。
4 熔體浸滲法
熔體浸滲法是先把增強(qiáng)相預(yù)制成形，然后將合金熔體傾入，在熔體的毛細(xì)現(xiàn)象作用下或者一定的壓力下使其浸滲到預(yù)制體間隙而達(dá)到復(fù)合化的目的。按施壓方式可以分為壓力浸滲、無壓浸摻和負(fù)壓浸滲三種。
Shimizu等采用無壓滲透的方法制備了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，隨后進(jìn)行了熱擠壓，力學(xué)性能測(cè)試顯示，抗拉強(qiáng)度達(dá)到了388MPa、韌性提高了5%。
5 預(yù)制塊鑄造法
周國華等人采用碳納米管預(yù)制塊鑄造法制備了CNTS / AZ91鎂基復(fù)合材料。將AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后，用50目不銹鋼網(wǎng)篩過濾后在模具中壓制成預(yù)制塊。然后利用鐘罩將預(yù)制塊壓入鎂熔體并緩慢攪拌至預(yù)制塊完全溶解，采用真空吸鑄法制得復(fù)合材料試樣。研究結(jié)果表明，預(yù)制塊鑄造法能夠使CNTs均勻分散到鎂合金熔體中，復(fù)合材料的晶粒組織得到細(xì)化，力學(xué)性能明顯提高。
6 結(jié)語
近年來，CNTs在增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的研究越來越多，目前存在的主要問題是CNTs的分散和與基體界面的結(jié)合等問題。由于但碳納米管具有高的比表面能，使其在與其他材料的復(fù)合過程中易形成團(tuán)聚，導(dǎo)致復(fù)合材料性能不甚理想，最終起不到納米增強(qiáng)相的效果，同時(shí)碳納米管屬輕質(zhì)納米纖維，與各類金屬的比重相差太大，不易復(fù)合。目前有關(guān)碳納米管增強(qiáng)鎂基合金復(fù)合材料的研究還處于初期階段，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，新工藝和新方法不斷出現(xiàn)，CNTs的分散及與基體的界面結(jié)合等問題將逐漸被解決，開發(fā)出性能優(yōu)異的CNTs / Mg基復(fù)合材料將有著重要的意義。
參考文獻(xiàn)：
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[6]沈金龍，李四年，余天慶等.粉末冶金法制備鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能和增強(qiáng)機(jī)理研究[J].鑄造技術(shù)，2005，26（4）：309-312.
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收稿日期：2013年12月12日。
基金項(xiàng)目：鄭州市科技攻關(guān)項(xiàng)目（20130839），黃河科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2013XSCX025）。
關(guān)鍵詞：聚醚醚酮；復(fù)合材料；性能
1 引言
電連接器是為電氣終端之間提供連接與分離功能的一種元件，近年來，伴隨著數(shù)字、IT技術(shù)的發(fā)展；航天器電子設(shè)備的重量趨小、抗干擾能力趨強(qiáng)；海洋探測(cè)設(shè)備的耐環(huán)境性能趨高等因素以及國防建設(shè)中各種新型武器裝備的出現(xiàn)，都對(duì)連接器產(chǎn)品性能提出了更高的要求。主要集中在以下幾個(gè)方面。
1.1 重量輕、小型化要求
由于航空、宇航等領(lǐng)域?qū)B接器產(chǎn)品的重量和體積要求日漸趨小。
1.2 耐環(huán)境性能要求
隨著我國航天、航空技術(shù)、航海、石油勘探及軍事電子設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，對(duì)連接器產(chǎn)品的耐環(huán)境要求提出了更加苛刻的要求。
1.3 高可靠性能要求
未來裝備要求具有更高的可靠性、更長(zhǎng)的儲(chǔ)存時(shí)間和工作壽命，以適應(yīng)無人值守、全天候工作狀態(tài)。與之匹配的連接器可靠性能也得做響應(yīng)提高。
1.4 多功能、集成化要求
由于整機(jī)設(shè)備的集成化、小型化，要求連接器產(chǎn)品具有多功能性，具有高混裝特性，具有多系列、多模塊組合等特性，以實(shí)現(xiàn)整機(jī)上的各種預(yù)定用途，為用戶提供各種特殊功能的線路連接。
1.5 抗電磁干擾性能要求
目前在通信、網(wǎng)絡(luò)、軍事、航空、航天、醫(yī)療、消費(fèi)電子、電子對(duì)抗、相控陣?yán)走_(dá)等領(lǐng)域，都提出了電磁兼容要求，迫切需要具有更高抗電磁干擾性能的連接器產(chǎn)品。
由于傳統(tǒng)連接器的一些固有特點(diǎn)造成其不能達(dá)到上述一些要求。所以為了適應(yīng)電子信息業(yè)的迅速發(fā)展和國防科技現(xiàn)代化的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)連接器的高性能、高可靠、耐環(huán)境、多功能、小型化、綠色、高效、安全；實(shí)現(xiàn)我國高端連接器的獨(dú)立自主研制和批量生產(chǎn)能力；就必須要加快新一代復(fù)合材料連接器的研究和發(fā)展、努力創(chuàng)新，滿足各領(lǐng)域配套需要，發(fā)揮高新連接器產(chǎn)品對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的重要支撐和推動(dòng)作用。
2 國內(nèi)外復(fù)合材料連接器發(fā)展情況
傳統(tǒng)連接器所用的材料大部分是有色金屬，更進(jìn)一步的發(fā)展是采用了工程塑料，已出現(xiàn)了聚苯硫醚、聚醚醚酮等復(fù)合材料連接器。國際上復(fù)合材料連接器也主要應(yīng)用于宇航級(jí)，部分特殊場(chǎng)合如石油采探行業(yè)亦有應(yīng)用。其中MIL-C-29600A產(chǎn)品被廣泛采用。該標(biāo)準(zhǔn)有A、B兩個(gè)系列，A系列采用MIL-C-38999的安裝板空位排列，B系列采用MIL-C-81511的安裝板空位排列。
完成復(fù)合材料連接器的研制，即可實(shí)現(xiàn)國內(nèi)復(fù)合材料連接器零突破；打破我國高端連接器及其組件一直依賴國外進(jìn)口從而受國外制約的現(xiàn)狀；同時(shí)，該項(xiàng)目屬世界領(lǐng)先水平，可帶動(dòng)我國連接器打入國際市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)和國際接軌，推動(dòng)我國連接器行業(yè)的升級(jí)換代。一些國內(nèi)廠家為此已經(jīng)做出了很大努力，某些產(chǎn)品已經(jīng)被采用到航天設(shè)備中。并得到認(rèn)可。
3 對(duì)復(fù)合材料連接器的研制與創(chuàng)新
近年來，我公司對(duì)于復(fù)合材料在連接器領(lǐng)域中應(yīng)用已有初步探索，并在一些新產(chǎn)品中加以小批量應(yīng)用。如為用戶提供應(yīng)用于星地GPS定位裝置的連接器，其結(jié)構(gòu)件采用復(fù)合材料替代金屬材料，結(jié)構(gòu)緊湊，耐環(huán)境性強(qiáng)、重量輕，用戶經(jīng)上機(jī)試用，認(rèn)可度頗高，現(xiàn)已批量定貨應(yīng)用于整機(jī)。應(yīng)用復(fù)合材料優(yōu)越的防水密封性能，為用戶設(shè)計(jì)的產(chǎn)品已大量應(yīng)用于石油深井鉆探的鉆桿部位。為用戶提供的一種微動(dòng)開關(guān)產(chǎn)品，應(yīng)用于某空對(duì)地區(qū)域封鎖子彈藥引信裝置，該產(chǎn)品主要了復(fù)合材料的強(qiáng)抗沖擊力性能，現(xiàn)該產(chǎn)品已批量生產(chǎn)。
3.1 主要研究、開發(fā)內(nèi)容及采用的工藝技術(shù)
3.1.1 研究?jī)?nèi)容：復(fù)合材料改性技術(shù)；復(fù)合材料電連接器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、電性能、機(jī)械性能、密封性能、耐環(huán)境性能的設(shè)計(jì)技術(shù)；產(chǎn)品特殊接觸對(duì)的設(shè)計(jì)技術(shù)；產(chǎn)品高數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等技術(shù)以及復(fù)合材料的研發(fā)技術(shù)。
3.1.2 工藝技術(shù)：復(fù)合材料成型技術(shù)；復(fù)合材料表面金屬涂覆技術(shù)；超精密薄壁塑料件注射成型技術(shù)；接觸件高精度加工成型技術(shù)；接觸件鍍金技術(shù)；復(fù)合材料外殼精密加工成型技術(shù)；外殼鍵、槽成型技術(shù)；屏蔽簧片精密加工技術(shù)；彈性零件的熱處理技術(shù)（卡爪、屏蔽環(huán)、卡簧、彈簧）；產(chǎn)品裝配中的密封封裝技術(shù)等。
3.1.3 技術(shù)指標(biāo)：重量輕，較傳統(tǒng)連接器重量降低四分之三；工作溫度：-65℃～250℃；振動(dòng)：10～2000Hz，65g（正弦）、50G（rms）（隨機(jī)振動(dòng)）；沖擊：3ms半波正弦達(dá)3000m/s2；耐鹽霧：3000小時(shí)以上；使用壽命：3000次以上。
3.2 創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵
3.2.1 復(fù)合材料的改性研究及研制。應(yīng)用塑料聚醚醚酮（PEEK）樹脂為主要原料，進(jìn)行復(fù)合材料改性，替代有色金屬銅、鋁合金，生產(chǎn)連接器外殼、絕緣件。
3.2.2 MIL38999典型產(chǎn)品的研制，實(shí)現(xiàn)高新復(fù)合材料連接器的關(guān)鍵技術(shù)突破；具有高混裝特性，可裝入多種接觸件，如高低頻混裝等。可適用于大功率，高壓、高速、高頻傳輸，滿足軍民各種使用領(lǐng)域。
3.2.3 復(fù)合材料的成型及涂覆技術(shù)。
3.2.4 高速連續(xù)跳步模的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。
4 新一代復(fù)合材料連接器發(fā)展趨勢(shì)
新一代復(fù)合材料連接器，是代表目前國際上最先進(jìn)的連接器，同時(shí)產(chǎn)品覆蓋面廣，可多領(lǐng)域應(yīng)用。根據(jù)各領(lǐng)域?qū)π乱淮鷱?fù)合材料連接器的不同要求。產(chǎn)品向系列化、多品種、高性能、集成化以及多檔次、規(guī)模化的趨勢(shì)發(fā)展，以滿足各類電子設(shè)備的不同需求。
項(xiàng)目產(chǎn)品多領(lǐng)域應(yīng)用的特點(diǎn)將給我國諸多產(chǎn)業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)業(yè)化完成后，可迅速全面推廣應(yīng)用，在國內(nèi)形成一新型的產(chǎn)業(yè)，意義深遠(yuǎn)。由于產(chǎn)品的特殊、高端性能優(yōu)勢(shì)，在重大項(xiàng)目實(shí)施期內(nèi)即可迅速推廣，形成可觀的市場(chǎng)規(guī)模。
5 結(jié)束語
新一代復(fù)合材料連接器是未來連接器的發(fā)展方向。我們有必要加快復(fù)合連接器的研制，來推動(dòng)我國高端連接器生產(chǎn)技術(shù)水平。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；碳纖維；環(huán)氧樹脂；成型工藝
中圖分類號(hào)：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1復(fù)合材料特點(diǎn)分析
1.1碳纖維。碳纖維即CF，其元素組成主要是C，碳纖維中C含量超過90%。其材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性以及導(dǎo)熱性，并且具有高溫耐受性，另外在耐腐蝕和摩擦性能上也具有突出表現(xiàn)。但是不同于普通的碳素材料，CF材料的各向異性較為顯著，能夠制成各種織物，且強(qiáng)度較大。CF的原材料主要包括粘膠纖維，即通常所說的人造絲，聚丙烯腈纖維以及瀝青等物質(zhì)。而聚丙烯腈纖維是制備高強(qiáng)度CF的首選材料。
1.2環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能較高，并且相對(duì)于其他材料加工性較強(qiáng)，加之粘結(jié)性好、收縮率低而應(yīng)用于各種領(lǐng)域。在復(fù)合材料的制作中，環(huán)氧樹脂主要用于粘結(jié)CF材料，對(duì)CF之間的荷載進(jìn)行分配，起到了保護(hù)作用。
1.3復(fù)合材料。復(fù)合材料的性能受到原料的影響，即環(huán)氧樹脂以及碳纖維的性能以及二者之間的粘特征會(huì)對(duì)符合材料特性造成影響。從材料特性上分析，復(fù)合材料的整體性能較強(qiáng)，抗腐蝕性高、抗蠕變性能良好，并且密度、線膨脹系數(shù)相對(duì)較小，能夠有效抗擊分層、沖擊等。在目前已有的材料中，EP/CF復(fù)合材料的綜合性能較強(qiáng)，比強(qiáng)度以及比模量指標(biāo)最好。在進(jìn)行加工成型時(shí)，具有穩(wěn)定、易成型的特點(diǎn)。
2成型工藝
2.1手糊成型。該成型工藝是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的EP和CF，手持輥?zhàn)踊蛩⒆邮笶P浸漬CF，并將材料中的氣泡予以驅(qū)除，將基層進(jìn)行壓實(shí)。通過多次的鋪層操作，對(duì)制品厚度進(jìn)行控制，從而滿足成品的設(shè)計(jì)要求。通過手糊成型工藝，可以滿足室溫成型要求，無需大量投資，成本低廉，并且制品的規(guī)格沒有限制。但是該工藝也存在不可避免的缺陷，首先該工藝的勞動(dòng)強(qiáng)度較高，且技術(shù)要求較為專業(yè)。另外材料中的一些物質(zhì)可能對(duì)人體造成危害。
2.2樹脂傳遞成型。該工藝主要將CF材料設(shè)置在上下模之間，同時(shí)利用模具進(jìn)行夾緊，利用壓力進(jìn)行EP材料的注射。待材料固化后，將制品取出。在進(jìn)行注射的過程中需要注意，保證材料充滿模具腔，通過夾具壓力可以令EP材料迅速同CF材料結(jié)合，浸漬CF。該工藝優(yōu)勢(shì)在于，可以預(yù)先對(duì)CF進(jìn)行預(yù)先成型處理，后進(jìn)行浸漬處理。而通過真空輔助注射的方式可以提高浸漬質(zhì)量。并且，該種工藝可以再室溫條件下進(jìn)行也可以在加熱條件下進(jìn)行，具有較高的靈活性。且模具材料的選擇范圍也較廣，鋼材模具以及復(fù)合材料模具均可適用。但是缺陷就在于，只能進(jìn)行大型制品的制作，這是由于工藝所采用設(shè)備限制。
2.3真空袋法成型工藝。該種方式時(shí)間里在噴射成型以及手糊成型工藝之上的新型工藝。該方式的優(yōu)勢(shì)就在于，成型后所得復(fù)合材料中CF含量相對(duì)較高，且鋪層技術(shù)僅采用了最普通的濕法鋪層技術(shù)；并且在加工過程中EP浸漬CF性能良好。而缺陷就在于，工藝較為復(fù)雜，因而勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大，而復(fù)雜的工藝也增加了成本，不利于推廣使用。并且生產(chǎn)所需要的技術(shù)水平相對(duì)較高，這就會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率造成影響。
2.4預(yù)浸料成型技術(shù)。首先將CF材料用EP進(jìn)行預(yù)浸漬，在加壓、加熱以及溶劑環(huán)境下，進(jìn)行預(yù)先處理。這種方式的優(yōu)勢(shì)就在于能夠?qū)P材料同固化劑之間的配比進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)整，并能夠準(zhǔn)確控制CF中EP的含量。另外在制造過程中可以使用高粘度樹脂材料，這種材料的化學(xué)性能、熱性能以及力學(xué)性能等較強(qiáng)且應(yīng)用成本較低。缺陷就在于作業(yè)速度慢且消耗過高，制品尺寸受限，因而成本相對(duì)較高。
另外，低溫固化預(yù)浸料、拉擠成型也是應(yīng)用較多的成型工藝。
3復(fù)合材料的應(yīng)用
3.1飛行器的輕型化。美國從F-14、F-15戰(zhàn)斗機(jī)就開始采用EP/CF復(fù)合材料，以降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高推力，復(fù)合材料占總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的2%～3%。F-18戰(zhàn)斗機(jī)中先進(jìn)復(fù)合材料已占總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的10.3%，包括水平尾翼、方向舵、垂直穩(wěn)定板、減速板等，由F-14和F-15的次承力結(jié)構(gòu)材料逐步向主承力結(jié)構(gòu)材料過渡。
3.2輕型機(jī)槍槍架。在輕型自動(dòng)武器的研制過程中，需要實(shí)現(xiàn)的極其重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)是大幅度減輕武器系統(tǒng)的質(zhì)量，提高武器的機(jī)動(dòng)性，同時(shí)保證輕武器的射彈散布精度，尤其是連發(fā)射擊精度，以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)輕武器的戰(zhàn)技指標(biāo)要求。目前，我國在這方面做了大量的工作，已初見成效。
3.3新型連續(xù)抽油桿。有桿泵抽油是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的機(jī)械采油技術(shù)，抽油桿是有桿泵系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，也是其中最薄弱的環(huán)節(jié)。CF具有高強(qiáng)度、高模量、質(zhì)輕和耐腐蝕的特點(diǎn)，且價(jià)格穩(wěn)步下降，是制備新型連續(xù)抽油桿的理想材料。以CF增強(qiáng)EP為主要原材料，采用拉擠成型工藝制備的新型連續(xù)抽油桿具有連續(xù)無接箍、橫截面小和質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，完全克服了常規(guī)鋼制抽油桿的缺點(diǎn)。
3.電葉片。潔凈能源是全世界關(guān)心的問題，風(fēng)力發(fā)電則是重要的潔凈能源之一。據(jù)估計(jì)2020年世界發(fā)電總量中，風(fēng)力發(fā)電要占12%。隨著新型能源的開發(fā)利用，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)開始得到迅速發(fā)展，而復(fù)合材料也在風(fēng)力發(fā)電裝置中得到了廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的功率不斷增大，因而發(fā)電成本得到了進(jìn)一步收縮。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也開始向著長(zhǎng)葉片大功率的方向發(fā)展，這就要求復(fù)合材料具有更高的性能，以保證轉(zhuǎn)子的葉片能夠承受住設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。這不僅僅要求葉片的設(shè)計(jì)需要改變，同時(shí)也對(duì)材料的應(yīng)用提出了更高的要求。而新型復(fù)合材料性能恰恰能夠滿足這一方面的要求。
3.5作為導(dǎo)電復(fù)合材料。該種材料主要由合成樹脂以及一些具有優(yōu)良導(dǎo)電能力的材料混合煉成，成型工藝主要利用了注射成型以及擠壓成型的方式。在靜電去除以及預(yù)防帶電性能上具有巨大的優(yōu)勢(shì)，在導(dǎo)電材料以及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域得到了廣泛的推廣。另外EP/CF材料還被用作高精度天線以及接骨板的制作中
結(jié)語
EP/CF材料成型工藝在不斷的開發(fā)應(yīng)用中得到了推廣，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，在發(fā)展的過程中其工藝向著更加便捷的方向發(fā)展，并更貼合環(huán)保這一時(shí)代的主題，成為了當(dāng)前材料技術(shù)領(lǐng)域中的新寵兒。通過更高的生產(chǎn)性價(jià)比，EP/CF復(fù)合材料的應(yīng)用以及成型工藝將會(huì)向著更高層次發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】銅鋁復(fù)合材料;生產(chǎn)方法;領(lǐng)域;應(yīng)用
最近幾年，我國的科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿男枨笠仓饾u提高，規(guī)定的使用條件甚至達(dá)到了非常嚴(yán)苛的程度，例如在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，不僅要節(jié)約成本，盡可能少的消耗稀貴金屬，還要使材料的使用性能不受影響，復(fù)合材料就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。銅鋁復(fù)合材料綜合了鋁和銅的化學(xué)與物理性能，彌補(bǔ)了單一材料的不足，而且價(jià)格互補(bǔ)有助于節(jié)約成本，使生產(chǎn)效益提高。，具有良好的應(yīng)用前景。
1 銅鋁復(fù)合材料的生產(chǎn)方法
目前有許多方法可以生產(chǎn)銅鋁復(fù)合材料，例如雙結(jié)晶器連鑄法、充芯連鑄法、擠壓拉拔復(fù)合法、爆炸復(fù)合法、軋制復(fù)合法等，現(xiàn)對(duì)較為常用的幾種方法進(jìn)行如下介紹。
1.1 擠壓-拉拔法
該方法通常用于簡(jiǎn)單斷面型材和銅鋁符合線、棒、管材的生產(chǎn)。對(duì)于復(fù)合銅鋁雙金屬而言，擠壓-拉拔法非常適合，原因是工藝較簡(jiǎn)單，沒有過高的設(shè)備要求，而且鋁和銅材質(zhì)均較軟，很容易完成擠壓拉拔操作。在具體生產(chǎn)時(shí)，一般采用復(fù)合坯料擠壓法，首先用兩個(gè)空心坯將內(nèi)外層組裝為復(fù)合坯，接著再開始擠壓與拉拔。該方法的缺點(diǎn)是，很可能使界面呈竹節(jié)狀、產(chǎn)生外形波浪，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致破裂與硬層現(xiàn)象;如果金屬在擠壓時(shí)沒有均勻流動(dòng)，很可能導(dǎo)致擠壓管材的內(nèi)外層壁厚沿長(zhǎng)度方向不均勻。其優(yōu)點(diǎn)為模孔周圍擠壓變形區(qū)中高壓、高溫條件有助于擴(kuò)散界面的原子，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的目的;界面可能因擠壓產(chǎn)生的延伸變形而出現(xiàn)比例較大的新生表面。
1.2 爆炸復(fù)合法
該方法主要是依靠來自于炸藥爆炸的能量，兩塊碰撞的金屬板在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生104MPa的高壓與106～107/s的應(yīng)變速度，進(jìn)而達(dá)到焊接復(fù)合異種金屬的目的。因?yàn)榻缑娓邷嘏c加載壓力持續(xù)時(shí)間很短，不同元金屬間無法發(fā)生完整的化學(xué)反應(yīng)，通常焊合區(qū)厚度小于幾十微米，所以在焊接大多數(shù)金屬對(duì)時(shí)都能采用該方法。爆炸復(fù)合法在使用時(shí)存在危險(xiǎn)性，缺點(diǎn)為勞動(dòng)條件差、機(jī)械化程度低。其優(yōu)點(diǎn)較多，例如復(fù)合材料有較高的結(jié)合強(qiáng)度，能夠符合各種異型件，有較強(qiáng)的靈活性，可避免生產(chǎn)脆性金屬間化合物，可以復(fù)合材料性能具有較大差異的金屬組合。因?yàn)橛薪饘俚娜刍c塑性變形存在于銅鋁爆炸復(fù)合板的結(jié)合區(qū)，鋁和銅的原子在界面附近相互擴(kuò)散，有冶金過程發(fā)生于結(jié)合區(qū)，且分離強(qiáng)度較高，所以其結(jié)合強(qiáng)度也很高。
1.3 軋制復(fù)合法
該方法的原理主要是，通過軋制產(chǎn)生壓力，使至少兩層的金屬板一起出現(xiàn)塑性變形，導(dǎo)致金屬層表面破裂，里層活化而潔凈的金屬露出，板與面之間產(chǎn)生冶金結(jié)合，通過熱擴(kuò)散使界面在后續(xù)熱處理過程中進(jìn)一步穩(wěn)固并強(qiáng)化結(jié)合。異步軋制復(fù)合、冷軋復(fù)合和熱軋復(fù)合都屬于軋制復(fù)合法。通常先進(jìn)行表面處理，接著軋制復(fù)合，最后實(shí)施熱處理、采用該方法時(shí)使用的界面應(yīng)當(dāng)有一定的粗糙度，且保持清潔，有助于熱擴(kuò)散，塑性變形和壓力足夠大。表面處理包括建立覆膜法、機(jī)械法與化學(xué)法，一般通過結(jié)合采用機(jī)械法與化學(xué)法來提高處理效果。進(jìn)行軋制復(fù)合時(shí)主要有三個(gè)步驟，分別為冷軋復(fù)合、加熱與二次軋制，其優(yōu)點(diǎn)包括效率高、工藝簡(jiǎn)單、復(fù)合強(qiáng)度大等。研究顯示，當(dāng)壓下量為60%，軋制溫度為430℃時(shí)，獲得的復(fù)合材料有較好的強(qiáng)度，科學(xué)的熱處理操作能夠使界面性能受到金屬化合物的影響程度減輕。
2 銅鋁復(fù)合材料的應(yīng)用
2.1 銅鋁復(fù)合接頭材料的應(yīng)用
制冷、電氣、石化工等領(lǐng)域都應(yīng)用了銅鋁復(fù)合接頭材料。因?yàn)檫@種材料有廣泛的應(yīng)用范圍，所以具有許多不同的品種，例如太陽能接受裝置、銅鋁軟帶接頭、熔鑄型銅鋁過渡接頭、陰極銅鋁壓接器、變壓器銅鋁母線過渡裝置接頭等。現(xiàn)階段我國主要采用鍍覆過渡層焊、電子束焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊、摩擦焊、壓焊等焊接方法生產(chǎn)銅鋁復(fù)合接頭。
2.2 銅鋁復(fù)合板帶的應(yīng)用
將一層銅包裹于鋁板表面而形成的復(fù)合材料就是銅鋁復(fù)合板帶。紫銅帶不僅有很大的需求量，而且具有廣泛的應(yīng)用面，將其用銅鋁復(fù)合板帶替代后，可以被應(yīng)用于信號(hào)傳輸、電力傳輸?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域，前景廣闊，為此類產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前我國主要通過鑄軋法、模鑄復(fù)合法、爆炸復(fù)合法軋制復(fù)合法等工藝生產(chǎn)銅鋁復(fù)合板帶，每種方式的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)均不同，應(yīng)當(dāng)以產(chǎn)品的特點(diǎn)為依據(jù)選擇相應(yīng)的方法。通常情況下，軋制復(fù)合法能夠達(dá)到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)，美國首先研發(fā)了控制氣氛軋制復(fù)合技術(shù)，并且生產(chǎn)了與之相配套的設(shè)備，能夠通過帶式法生產(chǎn)銅鋁軋制復(fù)合板帶，生產(chǎn)效率比較理想。
銅鋁復(fù)合板帶的種類很多，所以應(yīng)用范圍也比較廣泛。其中鋁基覆銅箔層壓板的優(yōu)點(diǎn)主要有剛性好、尺寸穩(wěn)定、板材平整、電磁屏蔽性好、易于機(jī)械加工、散熱性好、熱阻小等，在電子元器件、電視機(jī)、摩托車、汽車等的印制電路板應(yīng)用比較廣泛。將銅鋁復(fù)合板用作銅鋁母線排的過渡接頭與供電部位的導(dǎo)電板，不會(huì)導(dǎo)致表面拉弧或過熱，不僅價(jià)格低廉，而且可以延長(zhǎng)導(dǎo)電板壽命，降低電能損耗，具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性能。而太陽能熱水器銅鋁復(fù)合板的優(yōu)點(diǎn)主要包括耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)、耐壓性能強(qiáng)、集熱效率高、熱性能好等，對(duì)于新型太陽能熱水器而言，它可以作為首選的集熱元件、有關(guān)資料顯示，太陽能熱水器中性能較好者通常使用了管板式平板集熱器，將其換為銅鋁復(fù)合板，可以顯著減少單位面積集熱板上消耗的有色金屬，并且提高熱效率，大幅度增加經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 銅包鋁復(fù)合線材的應(yīng)用
銅包鋁復(fù)合線材的芯部是鋁，外層是紫銅或者純銅，其銅/鋁厚度比通常是15%。移動(dòng)通信信號(hào)與有線電視信號(hào)有較高的頻率，范圍通常為50～800MHz，高頻電流因?yàn)椤凹w效應(yīng)”而在導(dǎo)體表面層集中傳輸，由于鋁的導(dǎo)電性能較好，所以將紫銅或純銅電纜換為銅包鋁復(fù)合線材后有助于提升其傳輸效率。此外，可靠性高、穩(wěn)定性高、價(jià)格低、密度小等都是銅包鋁線電纜的優(yōu)點(diǎn)。我國具有最多的CATV用戶，如今有線電視網(wǎng)絡(luò)在信息產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步的背景下逐漸更新和發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)逐漸綜合了計(jì)算機(jī)、電話和有線電視，所以在制作同軸電纜時(shí)以優(yōu)質(zhì)銅包鋁線為材料，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
現(xiàn)階段我國主要通過靜液擠壓法、包覆焊接法、軋制法等工藝方法生產(chǎn)銅包鋁復(fù)合線，從本質(zhì)上而言，這些方法均為固相結(jié)合法，使結(jié)合面發(fā)生塑性變形，從而與原子間距離相接近，產(chǎn)生許多結(jié)合點(diǎn)，接著經(jīng)過擴(kuò)散熱處理，牢固結(jié)合各界面。對(duì)坯料的清潔度有較高要求是其存在的不足之處，與此同時(shí)，進(jìn)行加工時(shí)很可能發(fā)生芯材或包覆層斷裂、界面局部開裂等情況，從而降低導(dǎo)電率和成品率。為了節(jié)約生產(chǎn)成本，并且使生產(chǎn)效率提高，最近幾年開始用雙結(jié)晶器法、CFC法等連續(xù)鑄造技術(shù)對(duì)銅包鋁復(fù)合線進(jìn)行加工，效果良好。
3 結(jié)束語
綜上所述，銅鋁復(fù)合材料具有多種優(yōu)良性能，銅鋁復(fù)合接頭材料、銅鋁復(fù)合板帶、銅包鋁復(fù)合線材均在不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是銅鋁復(fù)合板帶，應(yīng)用領(lǐng)域包括電力電氣、通訊屏蔽、導(dǎo)熱散熱等行業(yè)，有了比較成熟的生產(chǎn)工藝，發(fā)展前景較好。為了充分發(fā)揮銅鋁復(fù)合材料的性能，必須深入研究其生產(chǎn)與制備過程，在節(jié)約金屬的同時(shí)充分減少成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與我國的社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)；框架式成型；復(fù)合材料
復(fù)合材料具有較好的優(yōu)越性，一直被應(yīng)用于航空領(lǐng)域中，由機(jī)零件需要較高的精確度，同時(shí)它們的尺寸較大，一般會(huì)使用復(fù)合材料對(duì)其進(jìn)行固化成型。在復(fù)合材料的成型過程中，復(fù)合材料構(gòu)件會(huì)直接與模具的型面相接觸，一旦模具發(fā)生變形，構(gòu)件的尺寸和形狀等就會(huì)受到影響。模具的尺寸若是較大，那么在其固化的過程中復(fù)合材料的固化質(zhì)量和表面溫度會(huì)受到模具型面不均勻的溫度場(chǎng)的影響。當(dāng)前在一些大尺寸的模具成型過程中一般會(huì)選擇使用框架式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有著均勻的厚度，同時(shí)通風(fēng)效果較好，能快速升降溫，這些模具中的各個(gè)點(diǎn)可以均勻受熱，模具中的各個(gè)部位就不會(huì)因?yàn)樯禍囟l(fā)生變形。在當(dāng)前設(shè)計(jì)框架式模具的過程中，在設(shè)計(jì)多個(gè)支撐框架時(shí)，不僅需要經(jīng)過重復(fù)且繁瑣的操作，同時(shí)操作也較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，設(shè)計(jì)模型需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是模具使用起來較為費(fèi)勁，同時(shí)也不利于校核模型的溫度情況和變形情況，在設(shè)計(jì)模具的過程中就缺乏精準(zhǔn)度同時(shí)也缺乏效率。為了及時(shí)改善該情況，就需要將模具設(shè)計(jì)和更改的效率提高，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中需要進(jìn)行周全的考慮，將復(fù)合材料在制件過程中的固化變形問題解決掉。在設(shè)計(jì)該種框架式的模具時(shí)，應(yīng)建立起一種能進(jìn)行快速更改和建模的方式，并通過有限元分析模型，對(duì)模型根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，這樣可以更好地對(duì)模具的尺寸和回彈情況進(jìn)行設(shè)計(jì)補(bǔ)償，以便得出最精確的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果。
1建模的快速化方法
如果是框架式的模具成型，它的結(jié)構(gòu)主要包括底板、型面板和吊環(huán)等部分。在設(shè)計(jì)模具的過程中，需要對(duì)支撐隔板的數(shù)量、厚度、通風(fēng)口的定位尺寸等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)前，在設(shè)計(jì)模型模具的過程中一般會(huì)使用CATIA軟件的方式來進(jìn)行，在建模時(shí)需要首先進(jìn)行產(chǎn)品型面的提取、接合等操作，這樣就形成了模具的型面板；然后再進(jìn)行隔板和隔板上的通風(fēng)孔的制作，它需要通過平面化的編制和繪制草圖及凸臺(tái)等操作才能形成，隔板和隔板上的通風(fēng)孔是和型面板相連接的。隔板具有較多的數(shù)量，需要重復(fù)性地進(jìn)行隔板的繪制工作，所需工作量很大，會(huì)花費(fèi)設(shè)計(jì)者很多的時(shí)間和精力。但是，通過“產(chǎn)品智能模板”—“創(chuàng)建超級(jí)副本”操作就可以將在建模過程中將的繪制草圖、凸臺(tái)等命令集中到一個(gè)命令中進(jìn)行集體的封裝。該命令集合在執(zhí)行時(shí)只需要通過操作“從選擇實(shí)例化”就可以了。這樣可以將很多重復(fù)性的操作避免掉，在隔板的繪制和通風(fēng)孔等操作中就可以節(jié)省掉很多時(shí)間。使用其中的“知識(shí)工程”—“公式”命令就可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整同時(shí)還可以對(duì)其進(jìn)行賦值了。在后期只需要對(duì)參數(shù)的賦值進(jìn)行變更即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)值的變化，同時(shí)變量間的關(guān)系也可以通過公式的定義來實(shí)現(xiàn)，使得變量能夠基于另一個(gè)變量的變化而變化，這樣可以使得參數(shù)的變量化得以實(shí)現(xiàn)。采用這樣的建模方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)縱向隔板數(shù)量和型面板厚度等參數(shù)進(jìn)行變量化的快速設(shè)計(jì)。此時(shí)，如果合理的更改參數(shù)的數(shù)值，將視圖刷新后，稍微改動(dòng)一些模型就能達(dá)到設(shè)計(jì)的更改要求了。采用這種方式可以將對(duì)框架式模具的建模時(shí)間縮短，同時(shí)可以更加快捷地進(jìn)行模型的更改和設(shè)計(jì)，不僅能提高了更改和設(shè)計(jì)模具的效率，同時(shí)也為有限元模型的分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
2有限元模型分析
在進(jìn)行復(fù)合材料的框架式模具設(shè)計(jì)時(shí)，一般需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來校核模具結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，在制定通風(fēng)口尺寸和隔板的間距時(shí)，會(huì)進(jìn)行保守設(shè)計(jì)，比如將隔板間距縮小或是將隔板厚度增大等，采用這樣的方法雖然可以對(duì)模具的性能進(jìn)行改善，但是因?yàn)樵谥圃炷＞叩倪^程中其周期較長(zhǎng)同時(shí)模具的成本較高，會(huì)對(duì)設(shè)備的使用情況造成影響。需要首先采用有限元分析法對(duì)模具的變形情況和應(yīng)力情況進(jìn)行校核，這樣可以很好地確定設(shè)計(jì)模具的可行性，同時(shí)還可對(duì)模具設(shè)計(jì)的參數(shù)等在變形和應(yīng)力的情況下進(jìn)行調(diào)整，使得模具能在性能得到滿足的情況下將重量減輕，使得運(yùn)輸和成本等得到降低，此外，還可以有效將制造周期縮短。特別是對(duì)一些梁類復(fù)材零件和蒙皮等來說，它們的尺寸相對(duì)較大，所以在模具中其主體部分的框架式支撐結(jié)構(gòu)，需要花費(fèi)大量的成本和材料等，這部分費(fèi)用也會(huì)被計(jì)算在內(nèi)，需要采用有限元分析的方法將支撐板的結(jié)構(gòu)及尺寸等情況進(jìn)行合理選擇，這樣可以在模具經(jīng)濟(jì)成本降低的基礎(chǔ)上確保好復(fù)材制件的成型質(zhì)量。另外，復(fù)材零件的固化質(zhì)量和表面溫度也會(huì)受到模具型面溫度的影響，導(dǎo)致零件出現(xiàn)固結(jié)，模具自身也會(huì)因?yàn)榇嬖诘臏囟忍荻榷霈F(xiàn)變形，這就需要掌握好模擬模具固化中的溫度變化情況，可以更好地調(diào)整模具設(shè)計(jì)的可行性，并通過調(diào)整參數(shù)來將溫度場(chǎng)調(diào)整均勻。表1中1號(hào)和2號(hào)模型，分別采用CITIA對(duì)它們進(jìn)行各種工況情況下的分析，使用的模具材料是Q235，不同的邊界條件在不同工況時(shí)如下表2所示，兩個(gè)模型的最大應(yīng)力值和最大變形值，如表3所示。比較1號(hào)模型和2號(hào)模型發(fā)現(xiàn)，2號(hào)模型的型面板要比1號(hào)模型的型面板厚度大2mm，支撐板的厚度要大2mm，同時(shí)重量大了179kg。從上表3中可以看出，1號(hào)模型的應(yīng)力和變形情況在工況相同的時(shí)候都要大于2號(hào)模型，在4種工況下1號(hào)模型和2號(hào)模型的最大應(yīng)力都要小于Q235的屈服應(yīng)力，其形變是彈性形變，對(duì)于1號(hào)模型和2號(hào)模型來說，它們都能符合設(shè)計(jì)的要求，但是如果選擇的是1號(hào)模型，它能更好地將模具的重量減輕，材料成本也能由此得到節(jié)省。在分析模具的變形和溫度分布情況時(shí)，采用CATIA將一個(gè)普通鋼框架式模具模型和熱壓罐模型建立起來，同時(shí)將熱壓罐內(nèi)的區(qū)域劃分為不同的網(wǎng)格。將瞬態(tài)求解設(shè)置在Fluent中，同時(shí)將能量方程開啟出來，這樣可以便于湍流模型的設(shè)置，假定熱壓罐的外壁是絕熱壁，同時(shí)將內(nèi)壁設(shè)置成耦合壁面，根據(jù)其溫度邊界條件將時(shí)間函數(shù)定義好。然后將模具型面上一些關(guān)鍵時(shí)刻點(diǎn)的溫度云圖提取出來，這個(gè)時(shí)候可以看出，如果溫度升高，那么迎風(fēng)面的溫度也就升高，工裝中部就會(huì)有著較低的溫度，這樣就會(huì)逐漸增大溫差；如果溫度不再升高，其上的溫度差是14.6℃；如果在保溫時(shí)將其降低至0℃；如果是處于溫度降低階段對(duì)于迎風(fēng)面來說它的溫度不高，這樣在整個(gè)工裝中部就有著較高的溫度。模具型面在整個(gè)固化過程中其上的溫度都處于均勻分布的狀態(tài)。對(duì)于復(fù)材來說，它的制件一般會(huì)在保溫的后期發(fā)生固化反應(yīng)，所以工裝型面經(jīng)過了足夠的保溫時(shí)間，其溫度場(chǎng)分布均勻。在對(duì)模具的熱變形進(jìn)行分析和計(jì)算的過程中，求解時(shí)可以按照均勻溫度場(chǎng)來進(jìn)行。如果工裝模型的熱變形采用的是ABAQS法進(jìn)行計(jì)算，所用的材料是Q235，其初始溫度設(shè)定是20℃，其最終溫度是180℃，將位移約束添加在模具的四個(gè)腳輪處，將模具的變形量在該溫度場(chǎng)下求解出來。對(duì)于模具的熱變形云圖，會(huì)在模具的四個(gè)邊角處會(huì)出現(xiàn)最大變形，其中最大的變形量達(dá)到了3.3mm。對(duì)于一些尺寸較大的鋼材料模具來說，如果要進(jìn)行高溫固化，它的變形量是很大的。
3結(jié)語
為了提高模具設(shè)計(jì)的效率和精準(zhǔn)度，需要先將制件過程中的固化問題解決，在設(shè)計(jì)這種框架式的模具時(shí)，先將其快速更改模式和建模方式建立起來。在本文中，通過有限元模型分析法進(jìn)行數(shù)值的模擬檢驗(yàn)，根據(jù)模型分析出的結(jié)果進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，便于以后對(duì)模具的回彈和尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)補(bǔ)償，確定最終能得到最精確的模具設(shè)計(jì)結(jié)果。
作者:袁玉蘋 單位:中山市技師學(xué)院
參考文獻(xiàn)：
1、復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬。
2、復(fù)合材料是人們運(yùn)用先進(jìn)的材料制備技術(shù)將不同性質(zhì)的材料組分優(yōu)化組合而成的新材料。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
1.1雙極板的制備與測(cè)試
固定ABS粉(臺(tái)灣省產(chǎn)，HR181標(biāo)準(zhǔn)料)的質(zhì)量為100份，按正交實(shí)驗(yàn)表1，與碳纖維(上海產(chǎn)，＞95%，6～8μm)、CNT(成都產(chǎn)，90%)、乙炔黑(山東產(chǎn)，灰分＜0.2%)、炭黑(美國產(chǎn)，XC72型)混合，攪拌混勻后，置于自制雙極板模具中，在220℃下以10MPa的壓力保壓10min。泄壓后，快速水冷、脫模，得到尺寸為50mm×50mm×0.8mm的雙極板基材。在雙極板基材的兩側(cè)各貼上1層0.05mm的鉛箔(山東產(chǎn))，采用同樣的條件進(jìn)行熱壓、脫模，即得到不同配方的雙極板。用Agilent-4338B型電阻儀(美國產(chǎn))測(cè)量雙極板的面電阻。將壓制好的雙極板，兩面夾上電阻配套夾具，在20kPa的壓力下，由電阻儀直接讀取雙極板的面電阻(R)，測(cè)量3次，當(dāng)3次測(cè)試的數(shù)據(jù)變化不大時(shí)，取最小值。
1.2雙極電池的制備與測(cè)試
參照6-DZM-20電池的尺寸設(shè)計(jì)雙極電池。受面積的限制，雙極電池的單格容量不宜設(shè)計(jì)得很高，否則會(huì)導(dǎo)致雙極板的涂膏過厚。24V、10Ah雙極電池等效于12V、20Ah傳統(tǒng)單極電池，雙極板的總體尺寸為181mm×172mm×0.8mm，涂膏區(qū)域的尺寸為165mm×128mm，電池的整體尺寸為181mm×172mm×77mm，總共采用13片雙極板，極板的總物理面電阻為1.69mΩ，平均面阻為0.13mΩ。采用本公司的生產(chǎn)工藝涂膏，正、負(fù)極涂覆量分別為138±2g、115±2g，共涂制11片雙極板(在雙極板涂膏區(qū)的兩側(cè)，分別涂上正、負(fù)極漿料，得到雙極板)、1片正極單極板(僅在極板的一側(cè)涂上正極漿料)、1片負(fù)極單極板(僅在極板的一側(cè)涂上負(fù)極漿料)，組裝雙極電池，用BTS1020C4型20V、10A充放電機(jī)(寧波產(chǎn))進(jìn)行化成、測(cè)試。化成采用3充2放的方式:①以0.10C恒流并限壓28.8V充電12h;②以0.50C放電1.5h;③以0.15C恒流并限壓28.8V充電10h;④以0.50C放電至21.6V;⑤以0.12C恒流并限壓28.8V充電10h，化成完畢。化成后的雙極電池與充滿電的本公司產(chǎn)6-DZM-20電池進(jìn)行對(duì)比。6-DZM-20電池以0.5Ca(10A)放電至10.8V，以0.5Ca充電至14.4V，轉(zhuǎn)恒壓充電至充電容量為24Ah，即充滿。兩種電池均以0.5Ca放電(雙極電池為5A，6-DZM-20電池為10A)，截止單體電壓為1.8V，即雙極電池放電至21.6V，6-DZM-20電池放電至10.8V。
2結(jié)果與討論
2.1雙極板結(jié)果與討論
2.1.1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及因素分析
隨著碳材料的添加量增加，雙極板成型外觀逐漸受到影響。0號(hào)配方雖然電阻略高，但易分散、工藝簡(jiǎn)單且成本最低，同時(shí)，ABS添加量最高(含量為86.2%)，極片的韌性理應(yīng)更好。雙極板電阻與各導(dǎo)電材料的添加量，在一定范圍內(nèi)呈反比。在2～6(相對(duì)于100份ABS，下同)范圍內(nèi)添加CNT的效果，基本與在4～8范圍內(nèi)添加乙炔黑一致，但CNT的價(jià)格高于乙炔黑;當(dāng)碳纖維、CNT和乙炔黑的添加量分別達(dá)到6、4及6時(shí)，再提高添加量，達(dá)不到降低電阻的效果。這是因?yàn)槟骋唤M分添加量的增加，必然降低其他材料的添加量，反而降低了整體效果;碳纖維添加量為0.5的0號(hào)配方壓制的雙極板，電阻與4～8碳纖維添加量的各配方處于同一水平，說明微量添加碳纖維即可。
2.1.2配方優(yōu)選
根據(jù)以上分析，將碳纖維的量設(shè)定為1，以適當(dāng)提高雙極板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，將CNT的量控制在0.5，以控制成本，將乙炔黑和炭黑的量分別控制在6和8左右，以降低電阻，選取3個(gè)優(yōu)選比例，同樣制成50mm×50mm×0.8mm雙極板進(jìn)行測(cè)試，重復(fù)3次取平均值。優(yōu)選2號(hào)和3號(hào)配方在電阻和成型方面基本上沒有區(qū)別，且均優(yōu)于正交實(shí)驗(yàn)中的0～9號(hào)配方，因此，復(fù)合材料雙極板的優(yōu)化配方為:m(ABS)∶m(碳纖維)∶m(CNT)∶m(乙炔黑)∶m(炭黑)=100∶1∶0.5∶6∶8。
2.2雙極電池的測(cè)試結(jié)果
采用優(yōu)選2號(hào)配方進(jìn)行雙極電池實(shí)驗(yàn)，雙極電池和6-DZM-20電池的主要測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。雙極電池在質(zhì)量和內(nèi)阻方面存在較大的優(yōu)勢(shì)，可提高電池的比能量、放電平臺(tái)。
3結(jié)論
關(guān)鍵詞：木塑復(fù)合材料；園林景觀；環(huán)保
木塑復(fù)合材料簡(jiǎn)稱WPC，是一種新型材料，并且逐漸成為材料界的佼佼者，被許多國家認(rèn)可和使用，有逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)。這種材料之所以被世界許多國家認(rèn)可是因?yàn)槠洵h(huán)保，這種材料的特殊之處是利用廢舊材料和廢棄物制作而成，可以將塑料、谷物秸稈等充分利用。除此之外木塑復(fù)合材料中還含有極少量的界面相容劑、環(huán)境穩(wěn)定劑和加工劑，還可添加少量色粉以改變成品的外觀色彩。木塑復(fù)合材料大多使用廢棄塑料和谷物秸稈等制造而成，所以就具備了木材的特性，同時(shí)也具備塑料的特性，使用途徑非常廣泛。但它最大的好處是環(huán)保，因?yàn)樗慕M成百分之九十五都是廢棄物，除此之外，木塑復(fù)合材料還可以回收再利用。其優(yōu)良的特性以及兼具的藝術(shù)表達(dá)性使其在園林建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。
一、木塑復(fù)合材料的組成和性能
1、 木塑復(fù)合材料的組成
木塑復(fù)合材料有塑料的特性，也有木材的特性，就應(yīng)該有熱塑性材料和植物纖維組成，除此之外，還應(yīng)該有偶聯(lián)劑和添加劑，這樣才能形成木塑復(fù)合材料。
（1）熱塑性塑料。由于木塑復(fù)合材料的特殊性，顧及到木材特性的限制，所以在制造木塑復(fù)合材料的時(shí)候，就應(yīng)該在200℃以下制作。不同的塑料原料制造出來的木塑復(fù)合材料特性也是不同的，生活中常見的用于制造木塑復(fù)合材料的塑料有乙烯、聚氯乙烯等。不同的塑料性能不同，與木纖維復(fù)合后得到的木塑復(fù)合材料的性能及適用范圍又各有不同。作為原材料的塑料的選擇主要從塑料自身的性能、WPC成品要求、供給情況、加工技術(shù)以及成本價(jià)格表等方面考慮。以PE作為原料的木塑復(fù)合材料多用于室外建筑部件，以PP作為原料的木塑復(fù)合材料主要用于汽車行業(yè)和日常用品， 以PVC作為原料的木塑復(fù)合材料則被開發(fā)用于鋪板材料。
（2）植物纖維。木塑復(fù)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，這些材料可直接加工成短纖維或細(xì)顆粒、粉末，鋸屑直接使用，比較方便。另外也可使用農(nóng)作物植物纖維作為原料，來源非常廣泛。我國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，每年國內(nèi)農(nóng)業(yè)纖維的年產(chǎn)量在 4 億噸以上，過去有一些農(nóng)業(yè)纖維被焚燒處理，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，將農(nóng)業(yè)纖維作為木塑復(fù)合材料的原材料，不僅物盡其用也保護(hù)了環(huán)境。
（3）偶聯(lián)劑。木塑復(fù)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，但是僅僅使用木材和塑料做原材料，達(dá)不到質(zhì)量輕，強(qiáng)度高還能耐高溫的特性，所以要加入能夠改變其性能的物質(zhì)，這種物質(zhì)就是偶聯(lián)劑。
偶聯(lián)劑是指能改善填料與高分子材料之間界面特性的一類物質(zhì)。偶聯(lián)劑能改善填料與高分子材料之間界面特性，提高界面的粘合性，從而提高復(fù)合材料的性能。在木塑復(fù)合材料中，木材與塑料的界面相容性差，必須對(duì)材料進(jìn)行改性才能得到性能良好的復(fù)合材料，添加偶聯(lián)劑是最簡(jiǎn)便易行的方法。
（4）添加劑。在木塑復(fù)合材料里面假如添加劑，主要是豐富和擴(kuò)大木塑復(fù)合材料的適用范圍，譬如說添加顏料可以使木塑復(fù)合材料的顏色豐富，添加防腐劑可以使木塑復(fù)合材料不容易被腐蝕，提高使用期限。同樣的，還可以在木塑復(fù)合材料的原料里加入抗氧化劑、劑等添加劑。
2、 木塑復(fù)合材料的性能
（1）吸水性小，耐腐蝕，阻燃性強(qiáng)，防霉，防蟲蛀，經(jīng)久耐用。
（2）硬度高，同時(shí)又具有較強(qiáng)的彎曲性，靈活性強(qiáng)。
（3）木塑復(fù)合材料由于具有木材的性能，所以和木材的使用方法一樣，但是比木材使用效果好，是因?yàn)樗粫?huì)像木材一樣產(chǎn)生裂縫、翹曲等現(xiàn)象。
（4）木塑生產(chǎn)采用的是擠出工藝，可以節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品性價(jià)比高。
（5）擁有天然木材的木紋與質(zhì)感，觀感佳，藝術(shù)塑造性強(qiáng)。
（6）木塑復(fù)合材料可回收循環(huán)利用，生產(chǎn)過程無二次污染，節(jié)約環(huán)保。同時(shí)木塑制品不會(huì)產(chǎn)生甲醛、苯、氨、三氯乙烯等有害物質(zhì)，綠色環(huán)保。
二、木塑復(fù)合材料在園林景觀中的應(yīng)用現(xiàn)狀
木塑復(fù)合材料的建筑一般較小，適用于園林建設(shè)。在園林建設(shè)中，應(yīng)盡可能減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，保持其特有的自然資源，園林建筑要簡(jiǎn)便、協(xié)調(diào)，能與景觀環(huán)境相融合，而木塑復(fù)合材料形狀多樣，方便設(shè)計(jì)成各種形式的景觀，其獨(dú)有的木質(zhì)觀感也能很好的與自然協(xié)調(diào)，安裝方便，能滿足園林建設(shè)的需要。木塑復(fù)合材料適用范圍很廣，用于戶外使用時(shí)，大多作為座椅、垃圾桶等的原材料，效果很好。
三、木塑復(fù)合材料在園林景觀中的應(yīng)用形式
木塑復(fù)合材料在園林中的應(yīng)用是最廣泛的，因?yàn)槠浔饶静姆€(wěn)定性高，使用時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)也具備木材的外形效果，所以使用范圍越來越廣泛，可以代替一些木材做一些景觀布置，既能達(dá)到效果又能節(jié)省木材，目前的主要應(yīng)用大多是制造木屋、木亭等庭院結(jié)構(gòu)以及指示牌、欄桿、座椅等。
1、鋪板
經(jīng)防腐防蛀處理的木質(zhì)板材一直是目前園林建設(shè)中鋪板材料的首選，木質(zhì)板材比其他的材料施工便捷，加工性強(qiáng)而且更具親和力，能夠滿足人們親近自然的心理需求。因此實(shí)木材料的應(yīng)用范圍十分廣泛。然而木材常年暴露在戶外，受自然環(huán)境中天氣的晴雨變化、空氣濕度的高低以及一些有害生物和昆蟲的毀壞，很容易發(fā)生變形開裂、霉變腐爛、蟲蛀、掉漆、褪色等不良后果，后期維護(hù)的成本高。 相比之下，木塑鋪板在室外條件下使用的開裂和劈裂狀況較少，維護(hù)量較小。鑒于木塑鋪板出色的耐潮濕性、尺寸穩(wěn)定，并且具有和木材一樣的視覺效果，所以使用越來越廣泛，因?yàn)樗拳h(huán)保，又有木材的效果，所以有可能取代實(shí)木材料在園林建設(shè)中的地位。與實(shí)木相比，木塑鋪板具有較高的實(shí)用性和耐用性。
3、 護(hù)欄
日常生活中常見的護(hù)欄材質(zhì)主要是金屬制品、石材、防腐木、玻璃與其他材料的結(jié)合等，護(hù)欄的形式主要是欄桿、護(hù)欄、樓梯扶手、木柵欄等。在城市景觀設(shè)計(jì)中，護(hù)欄除了基本的安全職能外，逐步開始邁進(jìn)裝飾職能。因木塑復(fù)合材料加工工藝豐富，形式多樣，所以可以滿足對(duì)大幅面以及復(fù)雜形狀材料的要求。
3、小品與輔助設(shè)施
木塑復(fù)合材料制成的亭、室外桌椅、花架、連廊、花缽、樹池座椅等景觀小品因其近似木材的紋理和顏色給人以舒適的感覺，與環(huán)境十分的和諧與自然。它安裝簡(jiǎn)便，后期維護(hù)較少，在園林景觀中值得推廣。園林景觀中的輔助設(shè)施包括垃圾箱、指示牌、警示牌、樹木名稱牌等。規(guī)格大小可根據(jù)需要定制，通過各類木塑復(fù)合板材組合而成。
四、結(jié)束語
木塑復(fù)合材料屬于二十一世紀(jì)綠色環(huán)保材料，在國外發(fā)達(dá)國家，木塑復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用，國內(nèi)的開發(fā)應(yīng)用則主要集中在地板"包裝托盤和建筑裝飾材料方面，并以代塑材料制品為主。在園林中，木塑材料的應(yīng)用形式以及產(chǎn)品類型也逐漸從單一化到多樣化。木塑材料在園林中的應(yīng)用減少了對(duì)實(shí)木的需求，在形狀加工工藝上的優(yōu)勢(shì)又為園林設(shè)計(jì)者提供了較大的創(chuàng)作空間。從木塑復(fù)合材料的環(huán)保、使用壽命和循環(huán)利用三方面看，木塑復(fù)合材料替代實(shí)木材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
[1]王清文，王偉宏.木塑復(fù)合材料與制品[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.
