基于生态环保视域下复合型材料的应用研究

李 涛，丁文文

（湖北文理学院理工学院机械与汽车工程系 湖北 襄阳 441025）

1 引言

复合材料与金属、高聚物、陶瓷并列称为四大材料。如今复合材料的工业水平已经成为衡量一个国家或者地区其科技以及经济实力的标准之一，先进的复合材料可以使得国家安全和国民经济更具有竞争力，未来复合材料也会不断提高[1-3]。硬泡聚氨酯是最优异的保温材料，它重量轻、强度高、尺寸稳定性好；绝热性能优越；粘合力强；耐老化性能好，绝热条件使用寿命长；能够快速成型固化，实现共产的高效批量生产。在建筑保温上应用的越来越广泛，它与其他大多数塑料不同，聚氨酯泡沫塑料是一种固性塑料[4]。

2 什么是复合型材料

复合材料是利用先进的材料制备技术将不同性能的材料成分优化组合而成的新材料，它具有结构设计、复合结构设计等功能，复合材料的一般定义要满足以下条件：一、复合材料必须是人造的，是人们根据需要设计制造的材料；二、复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性能不同的材料组成，在设计、比例、分布组合的形式上，各组成部分之间有明显的界面。

新型复合型材料就是将两种或两种以上的材料复合起来制备的，复合型材料所包括的主要种类有：（1）金属与塑料、金属与针织品、橡胶与金属；（2）纸制品与塑料、化纤与塑料、棉布与所料、塑料与植绒；（3）金属与陶瓷、陶瓷与塑料；（4）不同化学成分的塑料与塑料、塑料与橡胶；（5）玻璃与金属、玻璃与塑料……虽然复合型材料的用途广泛，但是，它所带来的环保问题是不可忽视的。首先，复合型材料在生产过程中往往采取的粘接、嵌入、机械性连接等方式。这对环保回收行业带来了极其复杂的分拣问题[5]。

复合材料板一般由聚丙烯面板、聚丙烯膜、聚丙烯蜂窝芯、玻璃纤维所构成。该复合材料板为一种重量轻、轻度高、组装便捷、寿命长、防腐蚀、隔热保温效果好、环保可回收的运输车热塑性蜂窝结构复合材料板，整车采用轻量化设计，能够有效减轻车辆自重，车辆油耗降低，进而减少尾气排放、保护环境。其复合材料板热塑性蜂窝芯与热塑性面板均可回收利用，使用寿命比传统材料长。

3 生态环保视域下复合型材料的优势

随着科学技术的不断发展，复合材料的工业水平已经成为衡量一个国家或者地区其科技以及经济实力的标准之一，先进的复合材料可以使得国家安全和国民经济更具有竞争力，未来复合材料也会不断再提高。

硬泡聚氨酯是最优异的保温材料，它重量轻、强度高、尺寸稳定性好；绝热性能优越；粘合力强；耐老化性能好，绝热条件使用寿命长；能够快速成型固化，实现共产的高效批量生产。在建筑保温上应用的越来越广泛，它与其他大多数塑料不同，聚氨酯泡沫塑料是一种固性塑料，也常用于有保温要求的专用车辆。

这里以专门为卫生部门定制的血浆运输车作为例。它需要符合血浆运输中对温度、湿度等特殊的严格控制要求，能够及时为医院和患者提供最优质的相关血液运输服务。

现有金属材料制造的设备装置有以下几种，一是在薄钢板经机械冲压成瓦楞状作为车辆厢板，这种存在着箱体质量重、不耐腐蚀、保温性能差等缺点；二是用彩钢或镀层金属材料焊接而成，这种厢体存在着隔热保温效果差、使用寿命短、面板质量差、易腐蚀、不易修复等缺点；三是采用复合材料钢板，这种结构是在两层金属钢板之间采用发泡技术，将两层钢板之间充满填充物，这种结构工艺结构比较复杂，生产过程中工艺性差。与现有金属材料性能相比相比，具有如下优势效果：（1）轻质高强：同等重量下比玻璃钢蜂窝板强，同等强度下比玻璃钢蜂窝板轻；（2）组装便捷：车厢的安装既可使用传统铆钉也可以使用热塑焊接，安装过程不仅简单而且不会排放有害气体；（3）环保可回收：热塑性蜂窝芯与热塑性面板100%可回收利用，使用寿命比传统玻璃钢高；（4）寿命长、防腐蚀、隔热保温效果好。

4 复合型材料在专用设备的应用研究

复合材料的主要应用领域有：①航空航天领域。由于该复合材料具有良好的热稳定性、高比强度和刚度，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池机翼和壳体、大型运载火箭壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。复合材料具有特殊的减振特性，减振降噪，抗疲劳性能好，损坏后易修复，易整体成型，因此可用于制造汽车车身、应力部件、传动轴、发动机机架及其内部部件。③化工、纺织、机械制造等领域。可用于制造化工设备、纺织机械、纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。

（1）血浆运输装置就是使用的这种复合型材料，并利用国内最先进的工艺设备进行生产。使得最终产品具有耐腐、寿命长、保温性能良好、外形美观、设计性强、易维修等特点。它的设计与市面上的其他的国家设计有很大的不同，开辟了一个新方向和道路。相比于“三明治”板式拼装结构和瓦楞板金属结构，它使用的是隔热性能最好的硬质聚氨酯在专用摸具内部通过增加压力和保持温度等方法一次性成型的板材结构。在工艺上有其独特的地方，使用专用模具成型；不存在氟聚酯切片；在高压高温中固化；用胶粘剂的积木组合。

正是这种特有的成型方式，使得其不同于“三明治”板材存在隔热材料裸露的情况。它的每一片板材在空间的六个面上都是一个封闭的整体，这种方式能非常有效的提高厢体的隔热性能，在检测上他的隔热性能够达到国家的较高水平。在认证水平上，不但能符合国内的标准，同样也能满足德国这种高标准的国家水平。厢体上每片板都有准确的外廓尺寸与较高的表面质量，正是因为它使用了在高压高温固化的相关工艺，并通过专用模具的成型方法形成的。这种厢体结构主要是属于承重结构，而且在结构上有比较少的附加质量，因此把它称为全塑隔热厢体，在体积上比较轻，能较好的减轻车身的自重。

（2）在骨架设计中的应用

骨架结构设计不但要考虑新型复合材料的要求，还要考虑相关装配工艺性和骨架的通用化设计，提高相关连接件的通用化系数，减短设计与制造周期，使得成本降低。骨架的形式有很多种，常见使用的结构是“井”字形设计。骨架是主要承受重量的位置，也是设备的安装前提，为了提高其强度与刚度，一般焊接的材料采用槽型的截面，且搭接的结构采用横纵交错的方法。从制造工艺角度上看，一般骨架是一次性焊接而成，这样的方式更能发挥其材料的和结构上的优势。骨架配上新型复合材料的装置才能发挥出其优势，更加直接的降低专用装置本身的重量。骨架的几何形状也能直接对车辆厢体本身的自重有影响。在壁厚及材料截面面积不发生改变的情况下，抵抗刚度最好的时管型截面，方形截面其次，开口的截面最差。

5 总结

复合型材料在一些重要设备上的运用，体现了他的优越性，最大程度的发挥出设备的性能。本课题研制的复合型材料在医疗专用装置中的设计，关键点就在于新材料运用上，包括其结构的设计。新型复合性材料结合独特的结构设计，具有更好的安全性，易于设备维护，寿命也有所提高，对未来发展有很大的帮助，也是之后的发展方向。复合型材料都具有其独特的优点，它的发展也越来越快，在全球范围内都有着广泛的应用，将面向更多的行业。