先进材料与技术论文
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纳米复合材料与技术论文3000字纳米复合材料论文纳米复合材料与技术论文3000字纳米复合材料论文纳米材料技术作为一门高新科学技术,纳米技术具有极大的价值和作用。
下面给大家分享一些纳米材料与技术3000字论文,希望能对大家有所帮助![摘要]纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。
纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高,因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性,具有许多常规材料不可能具有的性能。
纳米材料由于其超凡的特性,引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一,纳米技术将成为21世纪的主导技术。
[关键词]高聚物纳米复合材料一、纳米材料的特性当材料的尺寸进入纳米级,材料便会出现以下奇异的物理性能:1、尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体的边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小,导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。
如当颗粒的粒径降到纳米级时,材料的磁性就会发生很大变化,如一般铁的矫顽力约为80A/m,而直径小于20nm的铁,其矫顽力却增加了1000倍。
若将纳米粒子添加到聚合物中,不但可以改善聚合物的力学性能,甚至还可以赋予其新性能。
2、表面效应一般随着微粒尺寸的减小,微粒中表面原子与原子总数之比将会增加,表面积也将会增大,从而引起材料性能的变化,这就是纳米粒子的表面效应。
纳米微粒尺寸d(nm) 包含总原子表面原子所占比例(%)103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出,随着纳米粒子粒径的减小,表面原子所占比例急剧增加。
由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,很容易与其它原子结合。
若将纳米粒子添加到高聚物中,这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。
关于材料成型的论文精选4篇关于材料成型的论文篇一浅谈新型金属材料成型加工技术【摘要】随着现代科学技术的发展以及新型金属材料的应用,新型金属材料成型加工技术也得到了相应的发展。
在本文中,笔者将基于金属材料成型加工的实际工作经验,在对新型金属材料固有特性与加工特性深入分析的基础上,对当前的七种成型加工技术进行综合探究,以期促进新型金属材料成型加工技术的发展。
【关键词】新型金属材料;成型加工;加工技术;技术创新当前,新型的金属复合材料已经得到了广泛的应用,复合型材料虽然成本与技术要求都较高,但其所具有的材料特性相较于普通的金属材料具有更高的性能优势,成为工程建设的重要材料。
除此之外,更多的零部件制作采用新型金属材料,也催生了很多先进的成型加工技术。
那么在新时代背景下,究竟如何才能进一步存进新型金属材料成型加工技术的发展与完善,是当前的材料工程师应该重点关注的问题。
1 关于新型金属材料的综述1.1 新型金属材料的固有特性新型金属材料的种类繁多,都涵盖在合金的范畴之内,金属材料的固有特性包括以下几点:新型金属材料具有更好的延展性;新型金属的化学性较为活泼;新型金属具有特有的光泽与色彩等。
当前应用广泛的新型金属材料包括形状记忆合金、高温合金、贮氢合金以及非晶态合金等。
1.2 新型金属材料的加工特性1.2.1 焊接性焊接性是金属成型加工的基础特性之一,所指是金属材料通过焊接来完成二次成型并满足设计要求。
新型金属材料的焊接性良好,在焊接时可以保证没有气孔、没有裂缝等。
新型金属材料具有好的焊接性通常收缩小、导热性能好。
1.2.2 锻压性锻压性对于金属的成型加工的关键因素,金属具有的锻压性能够使金属在锻压的过程中承受塑性变形,并有效缓解冲压。
除此之外,金属的锻压性还会受到加工条件的影响。
1.2.3 铸造性金属所具有的铸造性包括收缩性、流动性、偏析以及裂纹敏感性等具有相关性,由于新型金属材料均为合金,因此其中含有的高熔点元素会金属的流动性降低,给材料成型加工增加了一定的难度。
新材料技术论文就目前新材料技术的应用一、内容摘要1.人们把新材料技术称誉为“高技术的基础”。
各工业化国家都把发展新材料技术摆国家特殊的战略地位。
自20世纪80年代以来,美国每年耗资10亿美元专门用于研究开发新材料,其重点是金属复合材料、超合金、高温结构陶瓷、高结晶高分子材料等。
2.。
目前美国在复合材料和聚合物材料这两个领域居于遥遥领先的地位。
日本在通产省制定和实施的“下一个世纪产生基础技术研究开发计划”中,总共列入了12个研究开发项目,其中新材料就占了一半,重点是精密陶瓷、导电性高分子材料、复合材料、光反应材料和电子信息材料等。
目前日本在精密陶瓷、光纤材料、电子信息材料等领域居于世界领先地位。
欧洲共同体各国专门制定了一个新材料研究开发计划,仅在“尤里卡”计划中,属于新材料的研究项目就多达30个。
相关概念1.相关概念: 新材料(或称先进材料)是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。
新材料技术是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。
新材料按材料的属性划分,有金属材料、无机非多属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。
按材料的使用性能性能分,有结构材料和功能材料。
结构材料主要是利用材料的力学和理化性能,以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求;功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应,以实现某种功能,如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。
新材料在国防建设上作用重大。
例如,超纯硅、砷化镓研制成功,导致大规模和超大规模集成电路的诞生,使计算机运算速度从每秒几十万次提高到现在的每秒百亿次以上;航空发动机材料的工作温度每提高100℃,推力可增大24%;隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射,使敌方探测系统难以发现,等等。
先进制造技术论文范例(研究热点5篇)为更全面地理解先进制造技术与正在全球兴起的新工业革命,在分析先进制造技术的概念、内涵、体系结构和关键技术的基础上,系统总结了现有的制造模式,重点介绍了基于信息物理系统、物联网、云计算、大数据发展起来的新一代先进制造技术,如制造物联、云制造、智慧制造、社会生产等。
我们在这里为大家提供了五篇先进制造技术论文,供你参考借鉴。
范文第一篇题目:先进机械制造技术的发展现状和发展趋势【摘要】经济的快速发展带动制造技术的进步,根据以往的经验累积,加之专业人员采取的有效措施,能够促使先进制造技术能够得以不断升级,从而推动我国制造技术始终走在前端。
文章简要阐述了目前我国先进制造技术的发展现状,并且根据于此提出其未来的发展趋势,以促进先进制造技术能够得以持久创新。
【关键词】先进机械制造技术;发展现状;发展趋势1引言从某种程度来说,一个国家的进步离不开创新,这样才能促进经济的快速发展,先进制造技术属于我国社会发展创新极为重要的组成部分,其在工业、农业、服务乃至汽车行业中都发挥了关键性的作用,因而优化机械制造技术的发展是目前面临的重要课题,相关部门必须予以充分的重视,采取积极有效的对策,以机械制造技术推动我国经济增长。
2先进机械制造技术发展情况工业发展是我国社会建设中核心的环节,而机械制造技术对于工业发展具有一定的影响,我国也在不断完善工业发展政策,构建最优机械制造技术应用模型,由此促使我国与世界先进技术水平接轨,并且能够在激烈的市场竞争中占据一席之地。
我国社会经济发展过程中,机械制造业属于国民经济的重要产业,也是我国制造业的重要组成部分,在某种程度上,机械制造产业决定了制造业的整体发展趋势,同时也是非常重要的衡量标准。
在制造业发展的初级阶段,产业结构及成绩并不显着,而且在发展过程中,因为自身发展特色的制约,其在发展过程中质量及效率相对较低,相较于汽车产业明显处于劣势,这就需要对机械制造行业予以足够的重视,对管理人员强化认知,优化管控措施,以期达到良好的效果。
工民建工程结构设计中的创新材料与工艺探索摘要:本论文旨在探讨工民建工程结构设计中的创新材料与工艺的应用与发展。
随着科技的不断进步和社会需求的不断变化,工程建设领域面临着越来越多的挑战和机遇。
创新材料的引入以及先进的工艺技术的应用成为提高工程结构性能、降低成本和环保的关键因素。
本文将从多个角度探讨创新材料与工艺在工民建工程中的应用,包括新型建筑材料的性能和可持续性,先进的结构设计方法以及施工工艺的创新。
通过对国内外案例研究和实验数据的分析,我们将总结出一些可行的方法和最佳实践,以指导未来工程设计和施工实践,促进工程领域的可持续发展。
关键词:创新材料、工艺技术、工民建工程、结构设计、可持续发展引言:工民建工程的结构设计在不断发展和创新中,创新材料与工艺的应用成为关键因素。
随着科技的进步和社会需求的变化,我们迫切需要寻找更高性能、更经济、更环保的解决方案。
本论文将深入探讨创新材料与工艺在工民建工程中的前景与应用,从新型建筑材料、先进的结构设计方法到施工工艺的创新,将为工程领域的可持续发展提供有力支持。
通过案例研究与实验数据的分析,我们将揭示如何在现代建设中融入创新元素,以满足未来的挑战与机遇。
一、创新材料在工民建工程中的应用创新材料在工民建工程中的应用一直是工程领域关注的焦点之一。
随着科技的不断进步和社会需求的不断变化,工程建设面临着日益复杂的挑战,需要寻找更高性能、更经济、更环保的材料解决方案。
1、创新材料的应用对工民建工程的性能提升至关重要。
传统建筑材料如混凝土和钢铁在结构设计中仍然占据主导地位,但新型材料的出现为工程带来了新的可能性。
例如,高性能混凝土和纤维增强复合材料具有更高的强度和耐久性,可以减少结构的自重,提高抗震性能。
此外,轻质隔热材料和节能材料的应用可以改善建筑的节能性能,减少能源消耗,实现可持续发展。
2、创新材料的可持续性也受到了广泛关注。
环保意识的提高推动了工程领域对可再生材料和回收材料的研究和应用。
纤维素先进功能材料论文摘要:通过对纤维素先进功能材料的分析可知,纤维素先进功能材料能够有效利用纤维素的价廉、量大、易获得、可再生等特点,拓展纤维素材料的使用领域。
相信纤维素先进功能材料的应用范围将会越来越广。
新技术和新溶剂的开发和使用,会极大地推动纤维素功能材料的开发。
纤维素是自然界中分布最广、存储量最大的天然高分子,它能够构成植物细胞壁,然后通过植物的光合作用继续产生大量的纤维素。
换句话讲,纤维素是一种优秀的可再生资源。
在使用过程中,纤维素与合成高分子相比,具有无毒、无污染、容易改性的特点,所以,它的存在更有利于社会的可持续发展。
1 纤维素材料随着石油、煤、天然气等不可再生能源的应用,环境问题日益严重,这些能源的用量也在逐渐减少,所以,纤维素材料的研究已经成为了国际重点研究领域,纤维素的先进功能材料也已经逐渐成为了纤维素的科研热点。
因为天然纤维素不能熔融,也很难在常规溶剂中溶解,所以,该材料的加工性能很差,这种情况限制了纤维素材料的运用。
在传统的纤维素材料生产中,主要采用黏胶法或铜氨溶液法。
虽然黏胶法一直在纤维素再生产中占有主要地位,但是,这种方法大量使用烧碱和硫酸,在生产过程中会释放有毒气体,严重污染环境。
2 物理法制备纤维素功能材料2.1 纯纤维功能材料纤维素中的纤维能够制造出性能优良的纺织品。
使用黏胶法制备再生纤维是目前最普遍的方法,但是,这种方法造成的污染很严重,所以,需要使用新工艺代替。
在制备工程中,氯化锂或二甲基乙酰胺受自身体系的制约,很难进行工业化生产,所以,开创了4-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)体系,实现了新的工业化生产。
利用这种方法生产出的再生纤维又被称为Lyocell纤维。
这种纤维不仅有天然纤维的手感,还具有模量高、湿度强和延展性好等特点。
再生纤维制造出的衣服不仅穿着舒服,而且耐磨,经常被应用于高档服装制造上。
但是,这种制作溶剂的价格非常高,并且对回收技术的要求也很高,需要大量的前期资金投入,所以,这种方法并没有被推广。
超精密加工摘要20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的加工技术。
超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级。
到20世纪80年代,加工尺寸精度可达10纳米(1×10-8米),表面粗糙度达1纳米。
超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求,需要综合应用精密机械、精密加工、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。
超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级,除需要采用新的加工方法或新的加工机理之外,对工件材质,加工设备、工具、测量和环境条件等都有特殊的要求。
工件材质必须极为细致均匀,并经适当处理以消除内部残余应力,保证高度的尺寸稳定性,防止加工后发生变形。
加工设备要有极高的运动精度,导轨直线性和主轴回转精度要达到0.1微米级,微量进给和定位精度要达到0.01微米级。
对环境条件要求严格,须保持恒温、恒湿和空气洁净,并采取有效的防振措施。
加工系统的系统误差和随机误差都应控制在 0.1微米级或更小。
这些条件是靠综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统和计算机控制等各种先进技术获得的。
超精密加工机床的设计与制造超精密加工机床设计与制造的关键与核心问题是保证超精密加工工艺和目标的实现。
因此,超精密加工机床的设计和制造的基本原则和要求是:消除或减少机床上的热源和振源;提高机床的结构刚度和几何精度;减少机床的变形(含温度变形和力变形)对机床加工精度的影响等。
为了实现这些基本原则和要求,超精密加工机床设计时,经常采取的一些原则措施有:首先是尽量不用或少用摩擦发热量大的传动装置(如机械无级调速器),并把工作过程中发热量大的热源(如电机、冷却润滑油箱等)与机床本体结构分离或隔热,以避免热量落入机床本体引起机床结构的热变形。
选用热胀系数α和导热系数λ值低的材料作机床的重要零部件材料。
这样的材料如表1所示。
与此同时也要尽量采用热物理特性相同或相近的材料来制造机床的构件和零部件。
新技术、新工艺、新材料在市政工程中的运用-市政工程论文-土木建筑论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——市政工程指市政设施建设工程,比如与出行紧密相关的城市道路、桥梁、地铁等,又如与生活紧密相关的各种管线,雨水、污水、电力,电信、热力、燃气等,还有诸如休闲广场、城市绿化等,都属于市政工程的范畴。
可以说,市政设施与我们的生活休戚相关。
随着社会经济发展,公众对市政系统质量认识和需求不断提高,以人为本、环境友好理念深入人心,如何建立绿色市政系统,以健康、节约和环保的基本理念搭建城市的生命工程,必将使其成为低碳都市的重要组成部分。
今天,笔者就一些新技术、新工艺、新材料在市政工程中的相关应用与大家分享,以期为低碳都市的建设贡献一份绵薄之力。
1.大力发展绿色交通绿色交通理念伴随着可持续发展理念提出,是从以车为本到以人为本的转变,绿色交通提倡减少个人机动车辆的使用,提倡、自行车与公共交通,提倡使用清洁干净的燃料和车辆等,是一种适合于所有出行者的低成本、无污染、土地资源和空间节约的交通系统,绿色交通不仅是低碳环保的出行方式,同时也是一种健康、休闲生活方式的回归。
借鉴先进国家的发展经验,可以通过以下措施来实现:(1)出行工具将自行车作为首选,公共交通作为次先,最后为私家车,同时大力发展轨道交通。
(2)完善自行车使用的相关配套设施,诸如增加公用自行车租赁点,在道路设计中增设自行车专用通道以及合理配备自行车修理配件部等。
(3)借助智能化工具保证公共交通的效率等。
2.注重环保型人行道透水砖在城市中的使用针对不同功能区域所产生的降雨,采用相应的措施,或收集处理再利用,或渗入地下涵养地下水,以达到充分利用雨水资源,提高环境自净能力,改善园区生态环境,调节局部小气候的目的。
透水砖起源于荷兰,在荷兰人围海造城的过程中,发现排开海水后的地面会因为长期接触不到水分而造成持续不断的地面沉降。
为了使地面不再下沉,荷兰人制造了一种小型路面砖铺设在街道路面上,并使砖与砖之间预留缝隙。
谈纳米材料在自动化方面的应用随着纳米科技的迅猛发展,纳米研究、纳米工程、纳米产品,其范围正在扩大。
虽然纳米科技主流技术全面进入产业化可能还需要相当长的时间,但纳米材料在未来的应用潜能将无疑是不可小觑的。
作为学习自动化专业的工科学子,我想结合自己了解到的相关专业知识浅薄的谈谈纳米材料在自动化方面的应用。
世界著名物理学家,诺贝尔奖获得者理查德·费曼在美国物理学会一次年会上富有远见的报告中预言:人类可以用宏观的机器一步步地制造出越来越微小的机器,直至制造出分子尺度的机器,并用以在原子和分子尺度上操纵和控制物质,而且按自己的主观意愿排列原子,在原子水平上研究新的相互作用力、新颖的性质以及千奇百怪的效应,进而实现设计、构筑人类所需的形形色色、丰富多彩的物质和机构,制造微型化计算机,用大头针的头部记录大英百科全书的理想。
如今这个想法已经被“纳米工程”理论揭开了神秘的一角。
而基于“纳米工程”是否能在自动化机械中制造出满足各种需求特性的、性能优异的功能性物质材料?事实上,已经有人在这方面做出过研究。
德国萨尔布吕肯市的新材料研究所通过对纳米级微粒子进行处理,“量体裁衣”式地改变材料或改善其性质,或把各种粒子排列方法编成电脑程序,制造出事先就确定其性能的材料。
他们以此把金属变成半导体或光学材料,或制成极薄的透明涂料,涂在玻璃、塑料、金属、漆器或磨光的大理石上,使之具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能;也可使塑料眼镜片既轻又耐磨,又不会破碎;也可使窗户玻璃不易脏,在1000℃高温下不溶化,而成本却大大下降。
如今已研制出一批微粒材料,可用作光学电子计算机的光学开关,它可以没有移动动作,只通过光的材料变性作用,把光束导向各个不同方向。
同时还在研制另一种纳米材料,可通过电化学反应,不经过燃烧,实现天然气到电能的直接转换,效率提高20%——30%,又减少了CO2排放量。
这说明纳米材料的良性应用能为自动化实现质的飞跃开通航线。
这学期我选了《先进材料与技术》这门选修课,虽然说只是一门选修课,但我从几位老师的授课中学到了不少,对材料有了一个新的认识,因为我也是学材料的,这对我以后学材料定会有更多的帮助,下面我主要介绍一下复合材料:复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。
各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
复合材料使用的历史可以追溯到古代。
从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混泥土均由两种材料复合而成。
20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃钢,从此出现了复合材料这一名称。
50年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。
70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。
这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料。
简单介绍了一下复合材料,下面我就纺织复合材料介绍一下:
纺织结构复合材料是纺织技术和现代复合材料技术结合的产物,它与通常的纤维复合材料具有较大的区别。
纤维复合材料是通过把纤维束按一定的角度和一定的顺序进行铺层或缠绕而制成的,基体材料和纤维材料于铺层或缠绕时同时组合,形成层状结构,因此也称层合(压)复合材料。
纤维复合材料中的纤维是平行的、互不交叠的。
而纺织结构复合材料是利用纺织技术首先用纤维束织造成所需结构的形状,形成预成型结构件(简称预成型),然后以预成型作为增强骨架进行浸胶固化而直接形成复合材料结构。
正是这种工艺的变革,使纺织结构复合材料与普通复合材料相比具有许多突出的优点,同时由于细观结构的复杂化又给设计和分析增添了更多的困难。
迄今虽然经过许多研究者的努力,已经发展了各种分析模型,能解决一些应用问题,但还远没有成熟,还需要经过比较、积累和进一步发展,以形成完善而统一的分析、设计方法和相应的标准,才能使纺织结构复合材料得到更广泛的应用。
一、纺织复合材料的发展
在20年代,波音公司就已经使用纺织结构来增强飞机的机翼。
50年代,美国通用电器公司也选择纺织结构作为碳/碳复合材料鼻锥的增强形式。
70年代初,在缠绕工艺的影响下,二维编织工艺被引入复合材料领域。
随着复合材料的发展,二维编织工艺也得到了迅速的发展,并为制造复杂形状复合材料开辟了一条成功之路。
80年代,通过纺织界与复合材料界的合作,编织技术由二维发展到三维,从而为制造高性能复合材料提供了新的途径。
三维编织结构复合材料由于其增强体为三维整体结构,大大提高了其厚度方向的强度和抗冲击损伤的性能,因而倍受重视并获得迅速发展。
创造不补充加油而连续环球飞行一周记录的“航行者”飞机与美国比奇公司的“星舟”1号公务机,都采用了一些编织结构件。
英国道蒂公司的复合材料螺旋浆,其浆叶为编织结构,获得1991年英国女王技术成果大奖。
美国航空航天局(NASA)大力开展三维编织结构复合材料研究工作。
计划中包括开发编织技术和自动化加工、开发热塑性树脂等重要内容。
由此可见,现代纺织结构复合材料是在常规复合材料高度发展和广泛应用于各工业领域的基础上产生和发展起来的,通过吸收纺织学科各类织造技术,形成了机织、针织、编织等类别的纺织结构复合材料。
值得指出的是,在过去40年里,还主要是以层板复合材料应用最广,特别是在航空航天、军事工业、交通等领域占据重要地位。
复合材料的出现和发展对20世纪的结构工程产生了巨大的推动作用,并形成全球性的先进纤维材料的市场。
在这种应用背景下,层板复合材料因存在“层”而带来力学性能的弱点:如分层、开裂敏感和损伤扩展快,垂直结构厚度方向强度低,抗冲击性能差等都显露出来。
由此古代纺织结构复合材料的思想必然被人们接受用来消除复合材料的“层”。
在常规复合材料成熟的设计分析方法、织造工艺以及高效的纺织织造技术的前提下,现代纺织结构复合材料以惊人的速度蓬勃发展,已波及美国、法国、英国、德国、俄罗斯、拉脱维亚、芬兰、比利时、中国、日本、南朝鲜等国。
其重要原因之一,就是纺织构造的优越的力学性能,特别是不同的织造技术所形成的纤维束的微观构型,适应十分广泛的载荷环境作用下的工程结构的要求。
二、纺织结构复合材料应用
(一)按当代历史观点,纺织结构复合材料的出现是近世纪材料科学发展的重大进步之一。
而按纺织结构复合材料的定义,可以追溯到中国古代用编成排的秫桔混合粘土做成的墙体,这是纺织结构复合材料在建筑领域的最早应用。
(二)用铜丝编织成的陶瓷基容器。
可以考证,早在中国明朝(1368年~1644年)就可精制此类景泰蓝。
由此可知,人类很早就熟知纺织结构复合材料的优点:织造的纤维网络具有优越的整体增强作用。
因而纺织结构复合材料的出现和发展是一个悠久的历史过程。
(三)在航空航天领域,高温、烧蚀和高速冲刷的导弹头锥、火箭发动机的喉衬采用三维整体编织结构复合材料。
发动机裙和导弹弹体(或火箭箭体)以及飞机机身则采用二维编织或机织结构复合材料。
目前对空间飞行器,特别是对那些长时间在轨道运行的空间站、空间实验室和重复使用的太空运输系统,正在进行一类智能型纺织结构复合材料的研究。
这类结构是将诸如光纤(传感)、压电(驱动)等元件埋入材料内部,以监控制造过程中的质量和运行中结构的健康状况或控制结构的动力学行为;
(四)在交通运输领域,从自行车到汽车、舰艇、高速火车和军用战车,都可以找出用纺织结构复合材料制成的零、部件和主体构架的例子,只是不同部件采用不同类型的纺织结构而已。
如形状复杂的螺旋桨、曲轴就采用整体编织结构复合材料;
(五)在建筑领域,可分为两类:一类是刚性复合材料构件,如梁、柱、骨架等;一类则是柔性复合材料构件,如体育馆、停车场和车站的屋顶、野营帐篷等。
前者大多采用三维织造类结构复合材料,后者则用二维织造类结构复合材料。
(六)体育用品如高尔夫球杆,医疗用品如人造血管、骨骼等都可用三维织造类结构复合材料。
三、纺织复合材料的应用优势
(一)高强度、高模量,特别是包括厚度方向、横向的全方位增强,使材料具有高损伤容限、高断裂韧性、耐冲击、抗分层、开裂和疲劳等;
(二)优良的可设计性,可按加载方向增加纤维束数,以及按实际需要(整体)织造复杂形状的零、部件和一次完成组合件,如加筋壳、开孔结构的制造等;
(三)可自动化高效率生产和接近实际产品形状的制造,使加工量和连接大大减少。
因而经济性好、成本低、制造周期短;
(四)易于在预成型和复合前安放机敏类材料,如光纤、压电等,从而实现对复合工艺质量监控、产品在服务期间
的寿命监测、振动控制等,这样既提高了产品质量又增加了可靠性。
四、纺织结构复合材料的组成
纺织结构复合材料类似于自然界经过优胜劣汰的生物组织。
所不同的是由纤维束组成的种种预成型构造是经过现代纺织技术织造成形的。
将成型后的纤维束网络骨架充填以基体材料,经固化制成纺织结构复合材料。
纺织结构复合材料的另一个组分就是基体材料。
主要有树脂基、金属基、陶瓷基和碳碳基4类基体材料。
在复合材料中,基体起着传递载荷、均衡载荷和固箝支持纤维的作用。
只有纤维和基体两者有机地匹配协调,才能充分发挥整体作用和各自的性能,即通常估算力学性能的混合律方可成立。
值得指出,混合律还只是一个工程处理模式,切勿从混合律各组分所占的比例来判定各个组分所起的作用。
这是因为纺织结构复合材料的工艺性、力学性能中的压缩、弯曲、剪切、扭转强度、对环境的温度、介质相容性以及导电、传热等物理或化学性能主要取决于基体材料。
研究表明,两组分固化后组分之间受4种力的相互作用而固结成整体:其一,两组分本身的内聚力;其二,在纤维表面的微孔隙被基体大分子渗透扩散而“钉牢”所产生的机械作用力;其三,包括氢键和范德华力在内的吸附力;其四,基体的化学基团与纤维表面化学基团起化学反应所形成的化学键的作用力。
这是组分选择和工艺方法选择的第二个应考虑的因素。
基体的类型繁多,在选择基体材料时,还必须考虑固化收缩率。
例如环氧类、聚酯类和酚醛类树脂的收缩率分别在1%~2%、4%~6%和8%~10%范围内。
收缩率越大意味着固化后产生的缩孔和微裂纹就越多,结果会降低纺织结构复合材料的力学性能。
近年来,材料科学研究致力于减小基体的收缩率。
通常的做法是在热固性树脂中填入热塑性大分子,这样既改善聚收状态又提高结构材料的韧性。
总之,在纺织结构复合材料设计中,首先就是选择纤维和基体的材料。
选择的依据是基于:产品所经受的载荷和环境(温度、湿度、腐蚀和其它化学作用等);产品结
构特点及其功能要求;采用的预成型和固化技术;成本限制等因素。
据统计,复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。
2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨,欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。
而在日本,复合材料主要用于住宅建设,如卫浴设备等,此类产品在2000年的用量达7.5万吨,汽车等领域的用量仅为2.4万吨。
不过从全球范围看,汽车工业是复合材料最大的用户,今后发展潜力仍十分巨大,目前还有许多新技术正在开发中。