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(yè)水平已經(jīng)成為衡量一個國家或者地區(qū)其科技以及經(jīng)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(jīng)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(yōu)異的保溫材料，它重量輕、強度高、尺寸穩(wěn)定性好；絕熱性能優(yōu)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(xiàn)共產(chǎn)的高效批量生產(chǎn)。在建筑保溫上應用的越來越廣泛，它與其他大多數(shù)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(yōu)化組合而成的新材料，它具有結(jié)構(gòu)設計、復合結(jié)構(gòu)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(jù)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(huán)保問題是不可忽視的。首先，復合型材料在生產(chǎn)過程中往往采取的粘接、嵌入、機械性連接等方式。這對環(huán)保回收行業(yè)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(gòu)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(huán)?？苫厥盏倪\輸車熱塑性蜂窩結(jié)構(gòu)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(huán)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(tǒng)材料長。

3 生態(tài)環(huán)保視域下復合型材料的優(yōu)勢

隨著科學技術的不斷發(fā)展，復合材料的工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量一個國家或者地區(qū)其科技以及經(jīng)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(jīng)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(yōu)異的保溫材料，它重量輕、強度高、尺寸穩(wěn)定性好；絕熱性能優(yōu)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(xiàn)共產(chǎn)的高效批量生產(chǎn)。在建筑保溫上應用的越來越廣泛，它與其他大多數(shù)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(wèi)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(yī)院和患者提供最優(yōu)質(zhì)的相關血液運輸服務。

現(xiàn)有金屬材料制造的設備裝置有以下幾種，一是在薄鋼板經(jīng)機械沖壓成瓦楞狀作為車輛廂板，這種存在著箱體質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)是在兩層金屬鋼板之間采用發(fā)泡技術，將兩層鋼板之間充滿填充物，這種結(jié)構(gòu)工藝結(jié)構(gòu)比較復雜，生產(chǎn)過程中工藝性差。與現(xiàn)有金屬材料性能相比相比，具有如下優(yōu)勢效果：（1）輕質(zhì)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(tǒng)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(huán)?？苫厥眨簾崴苄苑涓C芯與熱塑性面板100%可回收利用，使用壽命比傳統(tǒng)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(wěn)定性、高比強度和剛度，可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池機翼和殼體、大型運載火箭殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結(jié)構(gòu)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(fā)動機機架及其內(nèi)部部件。③化工、紡織、機械制造等領域?？捎糜谥圃旎ぴO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(nèi)最先進的工藝設備進行生產(chǎn)。使得最終產(chǎn)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(jié)構(gòu)和瓦楞板金屬結(jié)構(gòu)，它使用的是隔熱性能最好的硬質(zhì)聚氨酯在專用摸具內(nèi)部通過增加壓力和保持溫度等方法一次性成型的板材結(jié)構(gòu)。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(nèi)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(zhì)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(jié)構(gòu)主要是屬于承重結(jié)構(gòu)，而且在結(jié)構(gòu)上有比較少的附加質(zhì)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(jié)構(gòu)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(shù)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fā)揮其材料的和結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢。骨架配上新型復合材料的裝置才能發(fā)揮出其優(yōu)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(fā)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(jié)

復合型材料在一些重要設備上的運用，體現(xiàn)了他的優(yōu)越性，最大程度的發(fā)揮出設備的性能。本課題研制的復合型材料在醫(yī)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(jié)構(gòu)的設計。新型復合性材料結(jié)合獨特的結(jié)構(gòu)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(fā)展有很大的幫助，也是之后的發(fā)展方向。復合型材料都具有其獨特的優(yōu)點，它的發(fā)展也越來越快，在全球范圍內(nèi)都有著廣泛的應用，將面向更多的行業(yè)。