李 濤，丁文文

（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院機(jī)械與汽車工程系 湖北 襄陽 441025）

1 引言

復(fù)合材料與金屬、高聚物、陶瓷并列稱為四大材料。如今復(fù)合材料的工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家或者地區(qū)其科技以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)之一，先進(jìn)的復(fù)合材料可以使得國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)更具有競(jìng)爭(zhēng)力，未來復(fù)合材料也會(huì)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(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好；絕熱性能優(yōu)越；粘合力強(qiáng)；耐老化性能好，絕熱條件使用壽命長(zhǎng)；能夠快速成型固化，實(shí)現(xiàn)共產(chǎn)的高效批量生產(chǎn)。在建筑保溫上應(yīng)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(fù)合型材料

復(fù)合材料是利用先進(jìn)的材料制備技術(shù)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(shè)計(jì)、復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等功能，復(fù)合材料的一般定義要滿足以下條件：一、復(fù)合材料必須是人造的，是人們根據(jù)需要設(shè)計(jì)制造的材料；二、復(fù)合材料必須由兩種或兩種以上化學(xué)、物理性能不同的材料組成，在設(shè)計(jì)、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(fù)合型材料就是將兩種或兩種以上的材料復(fù)合起來制備的，復(fù)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(xué)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(fù)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(fù)合型材料在生產(chǎn)過程中往往采取的粘接、嵌入、機(jī)械性連接等方式。這對(duì)環(huán)?；厥招袠I(yè)帶來了極其復(fù)雜的分揀問題[5]。

復(fù)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(fù)合材料板為一種重量輕、輕度高、組裝便捷、壽命長(zhǎng)、防腐蝕、隔熱保溫效果好、環(huán)?？苫厥盏倪\(yùn)輸車熱塑性蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料板，整車采用輕量化設(shè)計(jì)，能夠有效減輕車輛自重，車輛油耗降低，進(jìn)而減少尾氣排放、保護(hù)環(huán)境。其復(fù)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(zhǎng)。

3 生態(tài)環(huán)保視域下復(fù)合型材料的優(yōu)勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合材料的工業(yè)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家或者地區(qū)其科技以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)之一，先進(jìn)的復(fù)合材料可以使得國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)更具有競(jìng)爭(zhēng)力，未來復(fù)合材料也會(huì)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(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好；絕熱性能優(yōu)越；粘合力強(qiáng)；耐老化性能好，絕熱條件使用壽命長(zhǎng)；能夠快速成型固化，實(shí)現(xiàn)共產(chǎn)的高效批量生產(chǎn)。在建筑保溫上應(yīng)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(yùn)輸車作為例。它需要符合血漿運(yùn)輸中對(duì)溫度、濕度等特殊的嚴(yán)格控制要求，能夠及時(shí)為醫(yī)院和患者提供最優(yōu)質(zhì)的相關(guān)血液運(yùn)輸服務(wù)。

現(xiàn)有金屬材料制造的設(shè)備裝置有以下幾種，一是在薄鋼板經(jīng)機(jī)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(diǎn)；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(fù)等缺點(diǎn)；三是采用復(fù)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(shù)，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(fù)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(shì)效果：（1）輕質(zhì)高強(qiáng)：同等重量下比玻璃鋼蜂窩板強(qiáng)，同等強(qiáng)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(jiǎn)單而且不會(huì)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(zhǎng)、防腐蝕、隔熱保溫效果好。

4 復(fù)合型材料在專用設(shè)備的應(yīng)用研究

復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：①航空航天領(lǐng)域。由于該復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性、高比強(qiáng)度和剛度，可用于制造飛機(jī)機(jī)翼和前機(jī)身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池機(jī)翼和殼體、大型運(yùn)載火箭殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等。復(fù)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(fù)，易整體成型，因此可用于制造汽車車身、應(yīng)力部件、傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架及其內(nèi)部部件。③化工、紡織、機(jī)械制造等領(lǐng)域?？捎糜谥圃旎ぴO(shè)備、紡織機(jī)械、紙機(jī)、復(fù)印機(jī)、高速機(jī)床、精密儀器等。

（1）血漿運(yùn)輸裝置就是使用的這種復(fù)合型材料，并利用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的工藝設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。使得最終產(chǎn)品具有耐腐、壽命長(zhǎng)、保溫性能良好、外形美觀、設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易維修等特點(diǎn)。它的設(shè)計(jì)與市面上的其他的國(guó)家設(shè)計(jì)有很大的不同，開辟了一個(gè)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(dú)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(gè)面上都是一個(gè)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(cè)上他的隔熱性能夠達(dá)到國(guó)家的較高水平。在認(rèn)證水平上，不但能符合國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，同樣也能滿足德國(guó)這種高標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家水平。廂體上每片板都有準(zhǔn)確的外廓尺寸與較高的表面質(zhì)量，正是因?yàn)樗褂昧嗽诟邏焊邷毓袒南嚓P(guān)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(shè)計(jì)中的應(yīng)用

骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不但要考慮新型復(fù)合材料的要求，還要考慮相關(guān)裝配工藝性和骨架的通用化設(shè)計(jì)，提高相關(guān)連接件的通用化系數(shù)，減短設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。骨架是主要承受重量的位置，也是設(shè)備的安裝前提，為了提高其強(qiáng)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(cuò)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(shì)。骨架配上新型復(fù)合材料的裝置才能發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(shí)管型截面，方形截面其次，開口的截面最差。

5 總結(jié)

復(fù)合型材料在一些重要設(shè)備上的運(yùn)用，體現(xiàn)了他的優(yōu)越性，最大程度的發(fā)揮出設(shè)備的性能。本課題研制的復(fù)合型材料在醫(yī)療專用裝置中的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵點(diǎn)就在于新材料運(yùn)用上，包括其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。新型復(fù)合性材料結(jié)合獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有更好的安全性，易于設(shè)備維護(hù)，壽命也有所提高，對(duì)未來發(fā)展有很大的幫助，也是之后的發(fā)展方向。復(fù)合型材料都具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它的發(fā)展也越來越快，在全球范圍內(nèi)都有著廣泛的應(yīng)用，將面向更多的行業(yè)。