路小軍，曹 凱

（1.西安醫(yī)學(xué)院 第二附屬醫(yī)院，陜西 西安 710038；2.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院，新疆 烏魯木齊 843000）

經(jīng)濟(jì)增長速度的加快以及建筑領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，推進(jìn)了高層建筑與大跨度建筑不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們對于建筑藝術(shù)效果的追求以及對于建筑各方面的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)力不從心，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展為各個領(lǐng)域都帶來新的技術(shù)，尤其是建筑外立面裝飾材料的研究和發(fā)展所表現(xiàn)出的優(yōu)勢越來越明顯。另外，建筑領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢必然是節(jié)能、環(huán)保，在保證建筑節(jié)能、環(huán)保的基礎(chǔ)上，保障建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，功能更優(yōu)的外立面裝飾材料的選擇也日趨重要。同時(shí)，環(huán)境問題已經(jīng)逐漸成為全球所關(guān)注的重要問題，綜合性能優(yōu)異，且符合環(huán)境和用戶要求的建筑外立面裝飾材料必然會成為建筑領(lǐng)域材料發(fā)展的趨勢。另外，物質(zhì)生活滿足之后，人們更加注重對美的追求，因此，建筑的藝術(shù)效果也在不斷提升，建筑外立面的曲面造型結(jié)構(gòu)也層出不窮，應(yīng)用廣泛。但是，傳統(tǒng)的建筑材料有一些難以彌補(bǔ)的缺點(diǎn)，尤其是在惡劣環(huán)境條件下使用壽命較短，造成資源浪費(fèi)的同時(shí)也難以滿足使用要求，開發(fā)適用于建筑外立面異形造型的新型材料也成為建筑領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。針對上述建筑領(lǐng)域的發(fā)展需求，人們致力于開發(fā)、研究綜合性能優(yōu)異的材料，而復(fù)合材料則因其可設(shè)計(jì)性、可整體成型、自重輕、使用壽命長、成本低等各方面性能都突出的表現(xiàn)成為設(shè)計(jì)首選。醫(yī)療建筑因?yàn)樘厥獾挠猛緦τ谘b飾材料的要求和性能要求更高，本文針對這一點(diǎn)分析了復(fù)合材料在醫(yī)用建筑外立面裝飾工程中的性能優(yōu)勢。

1 復(fù)合材料

復(fù)合材料是一種混合物，具體是指以一種材料為基體，另一種材料或多種材料為增強(qiáng)體，通過物理或者化學(xué)方法組合而成的材料。復(fù)合材料融合了多種材料的綜合性能，實(shí)現(xiàn)了各種材料在性能上的互補(bǔ)。復(fù)合材料的基本性能在一般情況下優(yōu)于其組合中的任何一種材料，可以滿足不同的使用條件和需求，擴(kuò)大了其使用范圍，隨著科研技術(shù)的不斷進(jìn)步，復(fù)合材料已經(jīng)開始慢慢取代傳統(tǒng)材料。復(fù)合材料主要可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料一般用于承力結(jié)構(gòu)，主要由能承受一定應(yīng)力的增強(qiáng)體部分和能夠傳遞應(yīng)力，同時(shí)又可以連接增強(qiáng)體的部分組成。對于結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料的應(yīng)用可以在一定程度上達(dá)到節(jié)約資源的目的。功能復(fù)合材料通常由功能體部分和基體部分組成，強(qiáng)調(diào)不同材料混合之后所體現(xiàn)的功能，功能復(fù)合材料未來的發(fā)展趨勢是多功能復(fù)合材料?；瘜W(xué)、物理等科研技術(shù)的不斷進(jìn)步，在各方面對于復(fù)合材料的研究也更加投入，因此，復(fù)合材料的發(fā)展逐漸表現(xiàn)出新的形勢。復(fù)合材料由兩種或兩種以上的材料構(gòu)成，因此其性能中包含了其組分中各種材料的優(yōu)越性能，不僅彌補(bǔ)了單一材料在某一方面的不足，同時(shí)也能體現(xiàn)單一材料的優(yōu)勢。另外，復(fù)合材料的強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、化學(xué)腐蝕等性能突出，目前已經(jīng)取代了一些金屬和木質(zhì)材料，在航空航天、醫(yī)療、建筑、化工等各行各業(yè)都表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢和獨(dú)特的作用。各種技術(shù)都在隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的提升而逐漸成熟，復(fù)合材料的發(fā)展前景十分樂觀，其發(fā)展空間和應(yīng)用前景也表現(xiàn)出良好的趨勢。

2 建筑外立面裝飾復(fù)合材料性能研究

為了研究醫(yī)用建筑外立面裝飾工程復(fù)合材料綜合性能，本文將以碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為例，研究該種材料在醫(yī)院外墻的裝飾工程中的應(yīng)用。

2.1 復(fù)合材料制備

碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料主要由碳纖維布、環(huán)氧樹脂、全氟乙烯丙烯共聚物、聚氨酯、疏水二氧化硅納米粒子、氨基硅油、硝酸、固化劑、無水乙醇等為原料進(jìn)行制備。將碳纖維布清洗干凈并烘干之后置于適當(dāng)濃度的硝酸中浸泡，浸泡溫度為100 ℃，15 min后用蒸餾水沖洗除去多余的硝酸，烘干之后在一定配比的氨基硅油和乙酸乙酯的混合溶液中浸泡，加熱至60 ℃，25 min之后取出烘干，得到疏水碳纖維布。將一定量的環(huán)氧樹脂、乙酸乙酯、疏水二氧化硅納米粒子和全氟乙烯丙烯共聚物等混合，超聲30 min，加入適量的乙酸乙酯、環(huán)氧樹脂和聚氨酯超聲10 min，最后將固化劑和疏水碳纖維布加入上述超聲過的混合溶液中浸泡10 min，取出常溫固化6 h，烘干即可得到碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

2.2 性能研究

通過對原始的碳纖維布和碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表面的觀察，不難發(fā)現(xiàn)，在碳纖維布的纖維之間孔隙較多，整體的結(jié)構(gòu)不夠緊湊，而碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料經(jīng)過環(huán)氧樹脂的填充，填補(bǔ)了纖維之間的孔隙，使其更加緊密；原始碳纖維布的纖維表面相對光滑，被硝酸浸泡過后，碳纖維的表面受到腐蝕會有很多凹坑，變得更加粗糙。碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中的碳纖維表面涂覆氨基硅油，形成一層保護(hù)性薄膜，不僅可以使碳纖維的疏水性能增強(qiáng)，還可以使碳纖維與環(huán)氧樹脂2種物質(zhì)的界面更加容易結(jié)合，對于壓力傳遞和抑制裂紋擴(kuò)展有重要作用。根據(jù)碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在醫(yī)療建筑外立面中所發(fā)揮的作用，本文中只對其表面接觸性能和耐磨性能做了介紹。

表面接觸性能。對于碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面接觸性能的研究，通過JC2000DM 接觸角測量儀對該種復(fù)合材料的3個不同的位置進(jìn)行測試，取平均值作為結(jié)果。本文中研究了全氟乙烯丙烯共聚物和聚氨酯含量的不同對碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表面接觸性能的影響，如圖1所示。

圖1 聚氨酯（a）和全氟乙烯丙烯共聚物（b）對碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面接觸性能的影響Fig.1 The effect of polyurethane (a) and perfluoroethylene propylene copolymer (b) on the surface contact properties of carbon fiber/epoxy resin composites

從圖1（a）中可以發(fā)現(xiàn)，隨著聚氨酯含量的增加，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的接觸角呈先增大后減小的趨勢，且在聚氨酯含量在2%～6%時(shí)，聚氨酯含量的變化對復(fù)合材料表面接觸性能的影響不大，復(fù)合材料表現(xiàn)出疏水性能，而當(dāng)聚氨酯含量增加到8%時(shí)，復(fù)合材料的表面接觸角減小，疏水性能較差。從圖1（b）中可以看出，隨著全氟乙烯丙烯共聚物含量的增加，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的接觸角呈先增大后減小的趨勢，滾動角呈先較小后增加的趨勢。綜合全氟乙烯丙烯共聚物含量對該復(fù)合材料表面接觸角和滾動角的影響，可以發(fā)現(xiàn)，在全氟乙烯丙烯共聚物含量達(dá)到40%時(shí)，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面接觸性能較好。

耐磨性能。對于碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的耐磨性能的研究，通過MMG-5 滾動磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本文中研究了聚氨酯含量（2%～6%）的不同對碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料耐磨性能的影響，對摩擦前后的試樣通過 FA2018 型分析電子天平稱其質(zhì)量，對其質(zhì)量變化計(jì)算，并根據(jù)公式計(jì)算磨損率：

通過實(shí)驗(yàn)證明，隨聚氨酯含量的增加，使碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料磨損逐漸減小，聚氨酯含量為6%時(shí)，其材料的磨損率最小，此時(shí)該種復(fù)合材料的耐磨性能最好。由表1所示，從摩擦系數(shù)的測試結(jié)果來看，聚氨酯含量越高，摩擦系數(shù)越小，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的磨損性能越好。

表1 不同聚氨酯含量下碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的摩擦系數(shù)Tab.1 Friction coefficient of carbon fiber/epoxy resin composites with different polyurethane content

3 結(jié)語

用于醫(yī)療建筑外立面的材料要想具有較長的使用壽命，必須具備較好的疏水性能和耐磨性能，本文中以碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為例，對復(fù)合材料的性能進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)證明，在適當(dāng)?shù)牟牧吓浔认拢瑥?fù)合材料可以滿足醫(yī)療建筑外立面對于材料綜合性能的要求。且通過上述實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合材料的性能可以通過改變組成復(fù)合材料的其中一種組分的含量來調(diào)節(jié)，這種性能優(yōu)勢使其可以適應(yīng)不同的場景要求，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。本文的研究對復(fù)合材料在各個領(lǐng)域，各種場景的應(yīng)用研究具有指導(dǎo)意義。