時間：2023-03-01 16:31:59
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家具設計應在物質技術條件的基礎上，與材料、結構、工藝密切結合，盡量做到材料多樣化，產品標準化，零部件通用化，使所設計的產品與現有的技術裝備及工藝水平相適應，避免設計與生產實際脫節。同時，物質技術條件是實現使用功能要求和造型藝術的重要保證。
2木塑復合材料的設計屬性
2.1外觀屬性
材料的外觀屬性通常包括形態、色彩、肌理等方面。木塑復合材料大部分是擠出成型的，因此可以制造出凹凸的肌理，使其富有特殊的裝飾效果（圖4），但大多數情況下只能呈現直線狀態[4]。木塑型材的通孔設計（圖5）一方面可以豐富木塑復合材料的形態特征，使其呈現多變的斷面形態，同時可以減輕重量，從而節約成本。在木塑復合材料中加入著色劑[5]，不僅能使木塑制品顯示出各種各樣的色彩外觀（圖6），而且也可以改善其耐候性。隨著對木塑復合材料的深入探究以及技術的突破，木塑產品表面還可以制成類似木材的紋理和色澤，營造溫暖親近的感覺。此外，木塑復合材料還可以覆蓋塑料表層[6]，增加材料顏色的多樣性和耐潮濕性。
2.2加工性能
目前，木塑復合材料的成型工藝主要有三種：擠出、熱壓和模壓。擠出成型憑著工藝簡單，而且加工周期短、效率高，與其他加工方法相比，更廣泛地應用于工業化生產中。木塑復合材料采用的主要連接方式有以下三種：膠接、焊接和機械連接。機械連接有連接件連接、鋼釘連接和復合材料專用螺釘連接，相關實驗表明，螺釘連接的木塑構件可以進行多達十次的拆裝[7]。
2.3其它性能
木塑復合材料同時具有耐磨、耐腐蝕、防水和尺寸穩定性好等優點。在制造過程中加入阻燃劑，可使木塑復合材料具有一定的阻燃性，因此，可將其應用在具防火要求的公共家具設計中。此外，木塑制品本身同時具有可回收性、良好的經濟性和環保性。比如在北京奧運會的工程建設中[8]，就大量利用了這種環保的木塑復合材料（圖7）。
3木塑公共家具設計實踐
3.1木塑露天桌椅
在加工過程中添加了阻燃劑的木塑復合材料具有優良的阻燃性能，適用于公共場所。這里把木塑復合材料設計成長短不一的條狀板，以點、線、面的概念，構成木塑露天桌椅（圖8）。整套桌椅統一采用金屬作為底架，條狀木塑板作為面板材料，營造出空間環境的整體感。在材料上，木塑復合材料的凹凸肌理與金屬的精致肌理形成對比，木塑復合材料的溫暖感與金屬的冷峻感形成視覺感受上的對比。同時，不同色彩的金屬與木塑復合材料的組合也可呈現出不同的視覺效果（圖9），為人們的公共場所營造出溫暖、清新、自然的現代感。在結構上，零件之間采用可拆裝的螺釘連接，既方便安裝，又可以降低運輸成本。另外，玻璃下層可置菜單或廣告單（圖10），便于現代商業化宣傳。
3.2木塑書架
這款供圖書館使用的六層雙柱雙面木塑書架（圖11），在外觀造型上，立柱部分處理成深色，旁板和層板處理成淺色，進行深淺色彩搭配，以塑造書架的平衡感。立柱設計成四面均帶凹槽的結構，用于旁板的嵌入，既方便使用時的安裝，同時使凹凸肌理成為一種裝飾。立柱頂部的裝飾件采用模壓技術制成，可標準化批量生產。在加工工藝上，書架的立柱、旁板和層板均采用擠出成型工藝進行生產，利用木塑復合材料的凹凸肌理完成立柱與旁板、旁板與擱板的搭接（圖12），減少了五金連接件的使用。在功能上，結合人體工效學原理，考慮到旁板橫向凹凸肌理的需要和擠出成型工藝中幅面的限制，將旁板設計成多段拼搭結構，根據書籍的尺寸大小，其凹凸肌理按照比例進行合理設計，利于層板的高度調節，方便圖書館中不同尺寸大小的圖書擺放。此外，旁板的雙面凹凸肌理設計，使相鄰兩書柜柜體共用同一塊旁板，一方面可根據室內空間的大小對書架數量進行調整，滿足其在功能上的延伸，同時可充分利用空間資源，有效降低生產成本。
3.3等候椅與花壇
據調查，生活中等候場所（如火車站候車廳）的候車椅大部分為金屬材質，這種材質雖強度較高，但因候車場所一般人流量比較大，對家具的耐久性自然要求比較高，金屬表面掉漆以及生銹等后期維護工作并不易進行。并且金屬制等候椅常給人冰冷的視覺感受，其舒適性也有待提高。相比較而言，木塑復合材料繼承了木材和塑料的雙重性質，具有溫和自然的視覺和觸覺感受，且它的強度并不遜于金屬。因此可將其運用于人流量比較大的公共場所，進行如下設計。這款木塑休息椅（圖13）刪繁就簡，沒有多余的裝飾，造型簡潔。等候椅底部為金屬支架，椅面為木塑材料組成的等腰梯形。等腰梯形的座面設計是為了便于使用者根據空間大小來調節休息椅的長度（圖14），利用等腰梯形的特性，休息椅的長度延伸可以更顯自然。在色彩上，木塑復合材料在生產過程中通過增加著色劑可以造出各種色彩的產品，這款公共場所的休息椅正是運用這一特性，設計出彩虹般色彩的椅子，為等候場所增添幾分色彩和樂趣。結構上采用螺釘連接。此外，設計的配套花壇（圖15），既可以給等候場所帶來幾分自然的氣息，還保護了座椅的端面。花壇的數量可根據場所需要自由調整（圖16）。
4結語
GB/T1447的Ⅱ型試樣，在測試σT1、σT2時，試樣寬度為25mm，對0°纖維、0°纖維占多的復合材料或碳纖維等高性能纖維復合材料，破壞載荷較大，經常導致加強片脫落致使無法繼續加載，增加測試的難度。GB/T3354、ISO527-5和ASTMD3039，試樣寬度為15mm，對于一些織物增強復合材料，由于織物的尺寸效應對測試結果有較大影響。上述各試驗方法均使用端部加強片，加強片的目的是試圖以最小的應力集中將來自夾頭的載荷分布到試樣上。然而設計不當的加強片界面將使破壞發生在鄰近加強片的部位，導致非常低的測試強度值。膠接加強片的膠粘劑對結果的影響遠大于加強片的角度。成功的設計是采用足夠韌性的膠粘劑而不是加強片的角度［4］。GB/T1458和ASTMD2290無法測得泊松比和σT2，得到的σT1值離散較大。綜上，對0°纖維、0°纖維占多的復合材料或碳纖維等高性能纖維復合材料，建議按GB/T3354、ISO527-5和ASTMD3039試驗，對性能較低或一些織物增強復合材料，建議采GB/T1447的Ⅱ型試樣，按GB/T1447試驗。
2剪切
GB/T3355、ISO14129和ASTMD3518均利用±45°層合板拉伸試驗，得到復合材料面內剪切響應，該試驗方法具有測試試樣簡單、不需要夾具以及采用引伸計進行應變測試的特點。并已證明和其他剪切試驗方法的模量測試具有良好的一致性。盡管很多人認為試樣的應力狀態可能不“純”，但它的響應確實模擬了結構層合板中的實際應力狀態和鋪層相互的作用，對于設計者來說是比較實用的［4］。GB/T3355、ISO14129和ASTMD3518僅適用±45°均衡對稱鋪層的層合板試樣。在整個工作段存在面內正應力分量，且在自由邊界處存在著復雜的應力場，因此所計算的破壞剪應力值并不是材料的剪切強度值。特別是在大變形時，隨著應變的增加導致纖維方位逐漸變化，逐漸偏離纖維方位假設。ISO14129和ASTMD3518都規定在5%剪應變時終止試驗，以5%剪應變時的剪應力作為極限剪切強度，GB/T3355-2005對此沒有規定，在新修訂的GB/T3355中已作了相應的修改。ASTMD5379和我國標準《聚合物基復合材料剪切性能V型缺口梁試驗方法》(報批稿)，有一比較突出的優點，不僅可測得G12、τ12，通過改變試樣的方向，還可測得G21、G13、G23、G31和G32。從圖2試樣的剪力圖和彎矩圖可以看出，試樣工作區處于恒剪力而彎矩為零的區域，V型缺口影響沿加載方向的剪應變，使剪應力分布更加均勻。剪力分布的均勻度為材料正交各向異性的函數，在［0/90］ns類型層合板上已經獲得最佳的所有面內剪切結果［4］。然而試樣工作段處于恒剪力而彎矩為零僅是理想狀態，實際情況是夾具對試樣施加的是分布載荷，它會對剪應變的分布和正應力分量產生影響，該影響對［90］n、含±45°鋪層試樣特別不利［4］。加載過程中可能發生試樣的扭轉，扭轉影響強度，特別是模量的試驗結果。GB/T28889、ASTMD7078與ASTMD5379有很多相似之處。GB/T28889、ASTMD7078大大改善了ASTMD5379對［90］n、含±45°鋪層試樣特別不利的狀況。加載過程中的扭轉，特別是試樣兩邊螺栓的扭力不一致時，對試驗結果有較大影響。試樣缺口處的寬度達31mm，對某些層合板，難以加載至破壞的現象時有發生。ISO15310要求有特殊的試驗夾具，加載點定位困難，不適合于獲取剪切強度數據。ASTMD4255要求有特殊的試驗夾具，結果易受試樣加工缺陷影響，所得的數據離散較大。ASTMD5448的試樣為纖維纏繞圓管，試樣制備的費用高，端部夾持處存在應力集中，容易造成在夾持區內破壞。GB/T1450.1、JC/T773和ISO14130僅能測得層間剪切強度，不能測得剪切響應。GB/T1450.1試樣型式存在應力集中，所得的數據離散較大。綜上，測G12、τ12時，建議按GB/T3355、ISO14129、ASTMD3518和ASTMD5379試驗，并在5%剪應變時終止試驗;測［0］ns、［0/90］ns層合板的剪切參數時，按ASTMD5379試驗;測［90］ns、含±45°鋪層或織物增強層合板剪切參數時，按GB/T28889、ASTMD7078試驗。
3壓縮
除試樣加工影響外，受試樣幾何尺寸、對中和夾具的影響，采用不同的方法，所測得的壓縮強度是不同的。其中夾具設計和加工精度尤為重要，夾具的過度約束可能遏制某些實際的破壞模式，導致測試值偏高;但如沒有合適的約束，會發生試樣端部開花、屈曲等破壞，導致測試值偏低。所有標準僅給出夾具的型式，沒有規定夾具的材質、尺寸、加工精度等細節，因此使用者需根據經驗、摸索等設計加工合適的夾具。GB/T3856、GB/T5258、ISO14126和ASTMD3410圓錐形剪切加載夾具存在試樣安裝和應變測量難度較大的問題。GB/T3856沒有規定在測試過程中判別試樣是否彎曲或屈曲，且試樣寬度僅為6mm，對一些材料存在尺寸效應，影響測試結果。GB/T5258和ISO14126給出了端部加載夾具，該夾具僅適用低性能的材料，如短纖維復合材料、連續纖維復合材料較弱的方向。GB/T3856和GB/T5258沒有規定模量的取值范圍，期望修訂時增加。GB/T5258和ISO14126的聯合加載以及ASTMD6641的聯合加載，試驗方法依賴于試樣與夾具間的高摩擦系數。GB/T1448要求試樣厚度為4mm以上，更適合面外壓縮性能測試。綜上，測定面內壓縮強度σc1和σc2時，建議采用剪切加載方式，按GB/T5258、ISO14126和ASTMD3410進行試驗;測定面外壓縮強度σc3時，按GB/T1448進行試驗。
4層間拉伸
復合材料層間拉伸的國外標準并不多，較為成熟的標準方法有ASTMD7291。我國尚沒有制訂測定層間拉伸模量E3的標準，GB/T4944僅能測定層間拉伸強度，不能測定E3。因此，期望制定測定E3的國家標準，或在修訂GB/T4944時增加測定E3。
5結論和建議
現行生產工藝有幾大類：
1）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合后（按一定比例）用油壓機或等靜壓壓制成工藝所需的形狀，用高于自熔性金屬合金熔點的溫度下，進行燒結；
2）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合燒結，是利用自熔性金屬合金與氧元素結合能力的差異，將金屬從其氧化物中置換出來，形成氧化物陶瓷／鐵基耐磨復合材料；
3）將自熔性金屬合金熔液熔滲到陶瓷預制體多孔之中。上述方法只能生產小型復合材料塊，無法將復合材料復合到需要耐磨的部位，運用到礦山機械、粉碎設備上難度很大。此工藝經濟性稍差。
2研究方向
氧化物陶瓷鐵合金復合材料性能優良，但與大型結構件復合復合困難，制備過程比較復雜。雖然，現有工藝解決了一些問題，在制作單個氧化物陶瓷鐵合金復合材料上等研究取得了一定的進展，在實際應用領域但仍未開發出適合實際的產品。因此，需要研究開發出適合的新型制備工藝。我們主要研究方向是如何將復合材料復合到需要耐磨的部位，運用到礦山機械、粉碎設備上，重點在能降低成本、實現大規模生產進行研究探討。
3實施方法
1）合金耐磨預制件制成工藝：將氧化物陶瓷顆粒與自熔性合金粉末按比例用機械進行充分混合，依據用戶產品結構不同設計不同的模具，在油壓機下將合金耐磨預制件壓制制成特定形狀，如柱狀、條狀、塊狀、蜂窩狀等；
2）冶金工藝：將耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高分子有機材料制作的實體模具內用真空冶金鑄造工藝進行復合鑄造。利用金屬母液的溫度將合金耐磨預制件燒制成型并與合金耐磨預制件形成冶金結合面。該工藝設備投資小、工藝簡單、金屬母體與耐磨預制件冶金結合面良好。
4工藝過程
1）將粒徑為8目的氧化物陶瓷顆粒10%、粒徑為30目的氧化物陶瓷顆粒39%、粒徑為60目的氧化鋯陶瓷顆粒48%與自熔性鐵基合金粉末7%，使用水溶性樹脂4%機械混合均勻得混合物，放入油壓機中用模具壓制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨預制件；
2）將耐磨預制件在800℃的箱式爐中進行排膠；
3）將排膠后的耐磨預制件涂抹硬釬劑；
4）將涂抹硬釬劑的耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高分子有機材料制作成為與要生產鑄造的零件結構、尺寸完全一樣的實體模具內；
5）實體模具經過浸涂強化涂料并烘干后，裝入真空造型砂箱中排列好做好澆鑄口，然后用干石英砂埋好，經三維振動臺振動埋實；
復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料，它可以發揮各種材料的優點，克服單一材料的缺陷，擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域，在近幾年更是得到了飛速發展。
隨著科技的發展，樹脂與玻璃纖維在技術上不斷進步，生產廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業接受，但玻纖增強復合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強復合材料相繼問世，使高分子復合材料家族更加完備，已經成為眾多產業的必備材料。目前全世界復合材料的年產量已達550多萬噸，年產值達1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價值產品計入，其產值將更為驚人。從全球范圍看，世界復合材料的生產主要集中在歐美和東亞地區。近幾年歐美復合材料產需均持續增長，而亞洲的日本則因經濟不景氣，發展較為緩慢，但中國尤其是中國內地的市場發展迅速。據世界主要復合材料生產商PPG公司統計，2000年歐洲的復合材料全球占有率約為32%，年產量約200萬噸。與此同時，美國復合材料在20世紀90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍，達到4%~6%。2000年，美國復合材料的年產量達170萬噸左右。特別是汽車用復合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復合材料的發展情況與政治經濟的整體變化密切相關，各國的占有率變化很大。總體而言，亞洲的復合材料仍將繼續增長，2000年的總產量約為145萬噸，預計2005年總產量將達180萬噸。
從應用上看，復合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業。2000年美國汽車零件的復合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本，復合材料主要用于住宅建設，如衛浴設備等，此類產品在2000年的用量達7.5萬噸，汽車等領域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看，汽車工業是復合材料最大的用戶，今后發展潛力仍十分巨大，目前還有許多新技術正在開發中。例如，為降低發動機噪聲，增加轎車的舒適性，正著力開發兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板；為滿足發動機向高速、增壓、高負荷方向發展的要求，發動機活塞、連桿、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業中。與此同時，隨著近年來人們對環保問題的日益重視，高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復合材料，在北美已被大量用作托盤和包裝箱，用以替代木制產品；而可降解復合材料也成為國內外開發研究的重點。
另外，納米技術逐漸引起人們的關注，納米復合材料的研究開發也成為新的熱點。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態及結晶形態發生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時，大大提高了材料的綜合性能。
樹脂基復合材料的增強材料
樹脂基復合材料采用的增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。
1、玻璃纖維
目前用于高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達到10%以上。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面，近年來民用產品也有廣泛應用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強酚醛樹脂可制成各種結構的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件，大量應用于火箭、導彈的防熱材料。迄今為止，我國已經實用化的高性能樹脂基復合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中，只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平，且擁有自主知識產權，形成了小規模的產業，現階段年產可達500噸。
2、碳纖維
碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能，首先在航空航天領域得到廣泛應用，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據預測，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領域將會大規模采用工業級碳纖維。1997~2000年間，宇航用碳纖維的年增長率估計為31%，而工業用碳纖維的年增長率估計會達到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低，相當于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達20年左右。國產碳纖維的主要問題是性能不太穩定且離散系數大、無高性能碳纖維、品種單一、規格不全、連續長度不夠、未經表面處理、價格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀80年代以來，荷蘭、日本、前蘇聯也先后開展了芳綸纖維的研制開發工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場，年增長速度也達到20%左右。芳綸纖維比強度、比模量較高，因此被廣泛應用于航空航天領域的高性能復合材料零部件（如火箭發動機殼體、飛機發動機艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車（如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領域，在汽車制造、船舶制造、醫療器械、體育運動器材等領域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹脂基復合材料
熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。1993年世界環氧樹脂生產能力為130萬噸，1996年遞增到143萬噸，1997年為148萬噸，1999年150萬噸，2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環氧樹脂，據不完全統計，目前我國環氧樹脂生產企業約有170多家，總生產能力為50多萬噸，設備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點，因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛的應用。1997年全球酚醛樹脂的產量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產量為18萬噸，進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀60年展起來的一類新型熱固性樹脂，其特點是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機械強度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好，耐疲勞性能好，電性能佳，耐熱老化，固化收縮率低，可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進荷蘭Atlac系列強耐腐蝕性乙烯基酯樹脂，已廣泛用于貯罐、容器、管道等，有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產乙烯基酯樹脂。
1971年以前我國的熱固性樹脂基復合材料工業主要是軍工產品，70年代后開始轉向民用。從1987年起，各地大量引進國外先進技術如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產線及各種牌號的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環氧樹脂（日、德）生產技術；在成型工藝方面，引進了纏繞管、罐生產線、拉擠工藝生產線、SMC生產線、連續制板機組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機、噴射成型技術、樹脂注射成型技術及漁竿生產線等，形成了從研究、設計、生產及原材料配套的完整的工業體系，截止2000年底，我國熱固性樹脂基復合材料生產企業達3000多家，已有51家通過ISO9000質量體系認證，產品品種3000多種，總產量達73萬噸/年，居世界第二位。產品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業領域。在建筑方面，有內外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及貯罐；在交通運輸方面，汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件，火車上有車廂板、門窗、座椅等，船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等；在機械及電器領域如屋頂風機、軸流風機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產品都具有相當的規模；在航空航天及軍事領域，輕型飛機、尾翼、衛星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹脂基復合材料
熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年展起來的，主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續纖維增強預浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復合材料(GMT)。根據使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復合材料技術的不斷成熟以及可回收利用的優勢，該品種的復合材料發展較快，歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料已經占到樹脂基復合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品（如吉普車座椅支架）、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應用包括通風和供暖系統、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強PP在車內裝飾方面有著重要的應用，如用作通風系統零部件，儀表盤和自動剎車控制杠等，例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結構的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
云母復合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩定以及低密度、低價格等特點，利用云母/聚丙烯復合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、電機風扇、百葉窗等部件，利用該材料的阻尼性可制作音響零件，利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。
我國的熱塑性樹脂基復合材料的研究開始于20世紀80年代末期，近十年來取得了快速發展，2000年產量達到12萬噸，約占樹脂基復合材料總產量的17%，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復合材料方面未能有重大突破，與發達國家尚有差距。
我國復合材料的發展潛力和熱點
我國復合材料發展潛力很大，但須處理好以下熱點問題。
1、復合材料創新
復合材料創新包括復合材料的技術發展、復合材料的工藝發展、復合材料的產品發展和復合材料的應用，具體要抓住樹脂基體發展創新、增強材料發展創新、生產工藝發展創新和產品應用發展創新。到2007年，亞洲占世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg，亞洲地區具有極大的增長潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發展
我國碳纖維工業發展緩慢，從CF發展回顧、特點、國內碳纖維發展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關情況看，發展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結構調整
我國玻璃纖維70%以上用于增強基材，在國際市場上具有成本優勢，但在品種規格和質量上與先進國家尚有差距，必須改進和發展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復合氈，推進玻纖與玻鋼兩行業密切合作，促進玻璃纖維增強材料的新發展。
4、開發能源、交通用復合材料市場
一是清潔、可再生能源用復合材料，包括風力發電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器；二是汽車、城市軌道交通用復合材料，包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機用復合材料，主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約占10%，主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架，將形成民航客機的大產業，復合材料可建成新產業與之相配套；四是船艇用復合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場，由于我國魚類資源的減少、漁船雖發展緩慢，但復合材料特有的優點仍有發展的空間。
5、纖維復合材料基礎設施應用
國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛，與傳統材料相比有很多優點，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。
6、復合材料綜合處理與再生
金屬層狀復合材料是由多層金屬復合而成的，其通過將多層金屬板經過疊壓而形成，相對于顆粒增強復合材料，層狀復合材料的制造工藝相對簡單，同時能夠達到工業應用的要求，隨著科技的進步，金屬層狀復合材料已經由原來的雙層發展到現今的多層金屬材料復合，同時在制造的過程中，對于不同層板之間層板組分的合理選擇以及選用相應的加工工藝，能夠生產出符合工業特性要求的金屬層狀復合材料。通過使用金屬層狀復合材料能夠有效地減少對于貴金屬材料的使用，以較少的材料投入達到改善材料特性的目的，對于降低生產成本以及減少資源的浪費有著非常重要的意義。
2金屬層狀復合材料的生產工藝
2.1金屬層狀復合材料生產中的固－固相復合法
金屬層狀復合材料中的固－固相復合法是一種在上世紀30年代就發展起來的加工工藝，其主要原理是將兩種或多種已經成型的板材通過疊加或者是軋制的方法使其能夠形成多層復合的方式，從而使這種復合板材能夠達到所需的性能要求。其中，復合板材所采用的軋制方法主要有熱軋和冷軋兩種，采用軋制的方法生產的復合板材具有生產成本較低、生產迅速以及成本板材的精度較高等優點，通過與現有的鋼鐵生產工藝及生產裝備相結合能夠實現大規模的生產，利用軋制法可復合的金屬種類很多，但軋制復合往往需要進行表面處理和退火強化處理等工藝，板型控制困難，軋件易邊裂，易形成脆性金屬化合物，且道次軋制變形量大，需要大功率的軋機。
2.2金屬層狀復合材料生產中的爆炸復合法
此種方法的主要原理是通過使用炸藥作為主要的能源，從而將多種金屬材料復合焊接成一體的加工工藝，采用此種加工工藝的優點是生產出來的板材具有很高的產品適應性且保留了復合材料原料的一些特性，同時生產的板材結合界面的結合強度較高，能夠使得其在后續的加工過程中保持較為良好的加工特性，同時對于金屬層狀復合材料的大小以及形狀等都具有很強的可調性且對生產設備要求較低，缺點是生產過程中會產生巨大的噪音從而不利于生產的連續進行。
2.3金屬層狀復合材料生產中的爆炸－軋制復合法
此種方法結合了固-固生產法中的軋制法以及爆炸法中的一些優點，通過使用此種方法可以使得金屬層狀復合材料板能夠生產的尺寸更大、厚度更薄、長度更長以及更細的復合金屬材料，從而使得金屬材料的性能克服了單一工藝中所存在的一些問題。
2.4金屬層狀復合材料生產中的擴散焊接法
金屬層狀復合材料經過多年的發展，已經具有多種生產工藝及加工技術，擴散焊接是一種對在金屬層狀復合材料的復合加工中常用的技術，其能夠進行多同種或不同種材料進行復合。在加熱到母材熔點0.5～0.7的溫度時，在盡量使母材不出現變形的程度下加壓，使母材緊密接觸，利用界面出現的原子擴散而實現結合的方法。
2.5金屬層狀復合材料生產中的液－固相復合法
此種方法的原理是將一種（液相）的金屬材料通過多種不同的方式均勻的澆鑄在其他一種固態金屬材料的表面，并依靠兩種金屬材料表面之間所產生的一定的反應來使兩者之間出現結合，并在液態金屬凝固后對其進行壓力加工。
2.5.1直接澆鑄復合法
直接澆鑄復合法的制造工藝如下：首先需要將兩塊在內側涂抹有剝離劑的鋼板進行相應的疊合，并將兩塊鋼板四周進行焊接后放入盛有金屬液的鑄模中，待到周圍的液態金屬凝固后進行一定的軋制，軋制完成后將焊接的鋼板四周的焊縫去掉，從而可以得到分離后的兩塊液固復合板，在進行金屬層狀復合材料板的生產過程中如果做好對于加工溫度的把控可以使得復合材料板具有較高的復合強度。此種方法操作方便、由于無需使用過多的機械設備以及其他附加工藝，因此，其加工成本較低，可以應用從而進行批量化生產，不足之處是由于需要將固態的金屬板放置于高溫下的液態液中待其凝固，在這一過程中，由于兩者金屬材料熔點的不同會使得高溫的液態金屬會對固態金屬的表面造成一定程度的熔損，從而會對生產出來的金屬層狀復合材料板的質量造成一定的影響。雙流鑄造法又被稱為雙澆法，其主要是通過使用兩種液態金屬同時開始進行鑄造，其主要利用的是兩種合金之間的熔點差，通過將低熔點的合金首先澆注在一種特殊的扁模具中，而后通過將模具內的抽板進行一定的提升，其后再將高熔點的合金澆注在抽板提升后所留下的空位中，從而得到所需要的復合金屬材料，使用此種方法需要做好時機的把控，特別是在金屬液的澆注速度方面更是需要注意，從而使兩層金屬界面結合良好且界面穩定是比較嚴格的。
2.5.2釬焊法
釬焊法的主要原理是通過利用浸潤的液態金屬相凝固使兩種金屬焊合一起的技術方法。此種方法的加工工藝簡單、操作方便，能夠方便、快捷的完成異種金屬之間的結合，其缺點是在釬焊結合部位的硬度不高，從而使得復合材料板出現小孔、夾渣、偏析等缺陷。
3金屬層狀復合材料中的表面工程技術
電鍍主要是通過溶液中所含有的金屬離子在導電的情況下聚集到電極中的陰極中并均勻的覆蓋在陰極的表面使其形成能夠與基體牢固相結合的鍍覆層的過程。經過多年的發展，電鍍已經成為了現今工業生產中的重要組成部分。除了電鍍外，在材料表面工程處理中還具有刷鍍、化學鍍以及熱噴涂、化學氣相沉積法、物理氣相沉積等多種表面處理技術，以上這些技術都各有優缺點，應當根據金屬材料表面的特性需要適合的技術。
4金屬層狀符合材料的發展展望
隨著科技的進步以及越來越多的新技術被應用于材料生產工藝中，現今，在金屬層狀復合材料的生產過程中主要有電磁成型復合、自蔓延高溫合成焊接技術、激光熔覆技術、超聲波焊接技術以及噴射沉積復合技術等。采用以上這些技術能夠使得金屬復合材料性能更高以及生產更為簡單方便。
5結束語
關鍵詞：保溫材料屋面
上海錦秋加州花園是由香港遠東發展有限公司投資興建的一個大型住宅小區，其最大的建筑特點是引入美國加州小別墅建筑理念，采用外形充滿浪漫情調的異形屋面形式(圓拱型屋面)。但這給屋面保溫層的施工帶來了諸多麻煩，對保溫材料的熱工性能、耐久性以及經濟性提出了更高的要求。
該工程共分4期，一期工程已于1997年底建成并投入使用，其屋面保溫采用的方案是：10cm厚普通混凝土+2cm厚砂漿十5cm厚珍珠巖保溫板+2．5cm厚砂漿。該方案存在的缺陷是：
(1)保溫材料耐久性不好
(2)施工程序復雜，施工速度太慢
(3)保溫材料熱絕緣系數較小(僅為0.75m2.K／w)，達不到《上海市新型墻體材料試點小區節能住宅建筑熱工設計暫行規定》對屋面保溫材料熱工性能的規定(該規范要求屋面保溫材料熱絕緣系數不小于0．9lm2，K／W)
(4)珍珠巖板保溫工程經濟性不良。此外，該工程在保溫層上釘2層彩色防水瓦防滲，要求保溫層具有良好的可釘性。但該方案中砂漿層性脆，可釘性達不到要求。為此，建設單位迫切要求對這一保溫方案進行技術改進，克服上述缺陷。基于目前這一課題的普遍性，我們承擔了這一課題的研究攻關任務。
2．高性能復合屋面保溫材料的試驗研制
《屋面工程技術規范》(GB50207-94)將目前普遍使用的屋面保溫層分為松散材料保溫層(主要有膨脹珍珠巖、膨脹蛭石等)、板狀材料保溫層(主要有高分子材料泡沫板、膨脹珍珠巖板等)和整體保溫層(主要有水泥膨脹珍珠巖、瀝青膨脹珍珠巖等)。總結上述各種保溫材料在上海各類建筑工程中的實際應用效果，我們發現：由于與之相應的施工工藝的局限性以及這些材料固有的缺陷，使上述各種保溫材料往往達不到《屋面工程技術規范》提出的技術要求：“屋面保溫材料應具有吸水率低、表觀密度和導熱系數較小，并有一定強度。”綜合目前國外屋面保溫材料的發展動向以及高分子保溫材料和混凝土技術的新成果，尤其是考慮到陶粒混凝土具有質輕、保溫、耐久性和可釘性好的優點，我們發現采取“高分子保溫材料板十高性能陶粒混凝土”技術路線可實現規范對屋面保溫材料的各項技術要求，而且可加快施工進度，并取得良好的經濟效益。
2．1試驗用原材料及其性能
(1)高分子保溫材料板：根據異形屋面特點、尺寸以及屋面工程對保溫層熱絕緣系數的要求在上海某化工廠定制。這種材料密度為20kg／m3，導熱系數0．04lW／(m．K)，其吸水率為3％，耐水性良好，并具有一定的塑性和強度。
(2)陶粒：常州產粘土陶粒。其筒壓強度為4．3MPa,堆積密度為525kg／m3，顆粒表觀密度為890kg／m3，空隙率為41％，吸水率為8．2％。
(3)細骨料(A料)：為提高經濟性，并貫徹執行上海市政府關于綜合利用工業廢料的有關政策，選用一種工業廢渣代替陶砂。這種廢渣除顆粒級配不理想外，其它性能均滿足《輕集料混凝土技術規程》(JGJ51-90)對輕細集料的要求。
(4)水泥：上海水泥廠產425#礦渣硅酸鹽水泥。
(5)摻合料(B料)：一種微細工業廢料粉。適量摻入可改善陶粒混凝土施工性能和耐久性，尤其可提高混凝土拌和物的稠度。
(6)冷拔鋼絲：直徑為4mm的冷拔鋼絲。
(7)特種纖維(C料)：適量摻入可顯著提高陶粒混凝土的抗拉強度，防止在結構突變部位產生裂縫。
(8)高效減水劑(D料)：一種引氣型高效萘系減水劑。
2．2高性能復合保溫材料的研制
2．2．1高性能復合保溫層的組成方案
參照《上海市新型墻體材料試點小區節能住宅建筑熱工設計暫行規定》對屋面保溫材料熱工性能的規定，再根據建設單位提出的要求以及我們選用的材料的性能，我們提出的高性能復合保溫材料組成方案為：5cm厚高分子材料保溫板+3．5cm厚高性能陶粒混凝土，其中高性能陶粒混凝土的配制是關鍵。
2．2．2高性能陶粒混凝土的配制
(1)工程對陶粒混凝土的技術性要求
28d抗壓強度達到CLl5等級，干密度不大于1250kg／m3，陶粒混凝土屋面不能開裂，異型屋面陶粒混凝土施工不使用模板。
(2)高性能陶粒混凝上的配制
錦秋加州花園采用“圓拱型”屋面型式，這種屋面型式坡度大，結構上又有突變部位，上澆薄層陶粒混凝土，并使之達到上述技術要求，對配合比設汁提出了新的要求。按照《輕集料混凝土技術規程》(JG51-90)設計的陶粒混凝土(代號為ES-1)無法實現上述目標，為此我們利用現代高性能混凝土和纖維混凝土技術的有關成果進行優化設計和反復試配，配制了2組代號分別為ES-2和ES-3(用于結構突變部位)的高性能陶粒混凝土，滿足了工程要求。上述3組陶粒混凝土的配合比及有關性能見表1。
2．3樣板工程試驗研究
為了對我們設計的施工方案和研制的高性能復合屋面的保溫材料進行檢驗和評估，進行了樣板工程的試驗研究。樣板工程的結構尺寸和形狀與實際房型一模一樣，澆筑樣板工程的屋面結構層并養護至規定齡期后，在結構層上面進行保溫層的試驗研究。試驗研究內容共分3部分：
(1)對施工方案的可操作性、工作效率以及對工程質量的影響等因素進行綜合分析，并對其加以改進和完善
(2)按現場施工條件完成屋面保溫層的施工，并測定其有關性能
(3)從技術性和經濟性兩方面對新老屋面的保溫方案進行對比研究。
2．3．l施工方案的確定
根據實際施工操作順序，我們設計了施工方案，通過對現場施工遇到的問題進行研究，并考慮施工工藝對保溫材料性能的影響，對方案進行了補充和完善，最終采用方案如下
(1)用特殊材料和特殊工藝高效快速固定保溫板，保溫板錯縫布置，可防裂并加快澆筑陶粒混凝土速度
(2)在保溫板上綁扎冷拔鋼絲，并使冷拔鋼絲從保溫板上墊起3cm，固定冷拔鋼絲網，使之與保溫板形成一個整體，可改善施工質量
(3)嚴格按規范對陶粒進行預濕處理，嚴格控制砂率大小及外加劑摻量，按規范和我們研制的配合比澆筑陶粒混凝土
(4)48h后灑水養護14d。
2．3．2新老屋面保溫方案對比研究
我們制定的新屋面保溫方案為：10cm厚普通混凝土(第1層)+5cm厚高分子材料保溫板(第2層)+3．5cm厚高性能陶粒混凝土(第3層)。新老保溫方案的耐久性優劣已為實踐和研究所證實，因此本文主要對這2個保溫方案的熱工性能和經濟性進行對比研究．
工程應用舉例
通過樣板工程的試驗研究，保溫材料的配制得到“了優化，施工工藝得到了改進，香港遠東發展有限公司對我們的試驗結果非常滿意，同意在錦秋加州花園二期屋面工程采用這項科研成果。錦秋加州花園二期屋面工程總建筑面積為29705m2，要求在10~11月完成施工。上海l0~11月份陰雨天氣比較多，施工難度較大，但由于我們選用的材料具有很好的耐水性，可以克服陰雨天氣給施工帶來的不利影響，因此施工單位在45d內就完成了29705m2的屋面保溫工程施工任務。而按老方案進行屋面保溫工程施工，至少需要75d才能完成施工任務(據一期工程推算)。達到規定齡期后，經質檢部門鑒定，該屋面保溫工程各項性能指標均達到或超過有關規范規定的數值。
結論
(1)本項目采用新保溫方案，使上海錦秋加州花園二期屋面保溫工程取得了良好的技術經濟效果。
關鍵詞：復合材料，細觀結構，有效屬性，均質化
0引言
復合材料是由兩種或兩種以上組分材料組成的新材料, 根據不同的需要，可以選取不同的組分材料和細觀結構來優化材料的性能，在航空航天、建筑、交通等領域得到越來越廣的應用。為了預測復合材料的宏觀力學屬性，人們提出了許多的方法。早期主要以解析模型為主，如Eshelby等效夾雜法[1]、微分法[2]、Mori-Tanaka法[3]等，這些方法只考慮了復合材料結構的一些基本信息，而忽略了復合材料內部的結構特征，計算精度和適用范圍有限。隨著計算機技術的發展，數值法得到了廣泛的應用，如通用元胞法[4-5]和有限元方法[6-8]，其方法通常是對復合材料細觀結構的“代表性體積元”（RVE）進行力學分析，進而獲得其宏、細觀力學性能。數值法很好地考慮了復合材料細觀結構特征，預測精度較高。
對于高填充比和填充顆粒尺寸跨度大的復合材料，如固體推進劑[9]，建模時為了使RVE具有代表性，模型中通常包含數百個顆粒，數值法預測這類材料的有效屬性時前處理變得異常困難。畢業論文，有效屬性。為了解決這一問題，B. Banerjee[10]利用一種遞歸算法預測了復合材料PBX9501的有效彈性屬性，但是該算法所采用的正交化網格并不能很好的反映顆粒的邊界。畢業論文，有效屬性。K. Matous[11]在進行固體推進劑損傷分析時，通過Mori-Tanaka方法將基體與小尺寸顆粒均質化為一種混合物。畢業論文，有效屬性。
本文將不同尺寸類型的顆粒分別與基體進行均質化，提出一種預測復合材料有效彈性模量的多步驟方法。利用多步法計算了不同填充分數和組分模量比復合材料的有效彈性屬性，并與全尺寸有限元計算結果進行了對比。
1多步驟法
高填充分數和顆粒尺寸跨度大的復合材料細觀結構RVE通常很大，如圖1所示。多步法將預測有效彈性屬性的過程分為幾個步驟，首先將小顆粒與基體視為一種混合物，利用有限元或細觀力學等均質化方法計算出其有效屬性后，再把它當成一種新的基體，如此反復，直至計算出整個代表性體積元的有效屬性，過程如圖2所示。在每一步計算過程中，與基體相混合的顆粒種類越多，計算精度也越高，同時計算模型也越大。多步法計算過程中，參與混合的顆粒體積分數通過下式計算得到：
（1）
其中，為顆粒在“混合物”中的體積分數，，為參與均質化的顆粒和基體體積分數。
圖1 復合材料“代表性體積元”
Fig .1 RVE of composite
圖2 多步法預測復合材料宏觀有效屬性過程
Fig.2 Progression of propertyprediction of multi-step method for composite
2均質化方法
2.1有限元法
利用有限元方法預測復合材料有效屬性時，首先在將“代表性體積單元”進行網格剖分，再施加周期性邊界條件模擬均勻介質的力學行為。周期邊界條件表示為
(2)
其中，為RVE的邊長，，為施加于邊界上的位移載荷。假定平面應變情況下，通過有限元方法計算得到的細觀應力、應變場為和，對其進行體積平均得到平均應力（有效應力）和平均應變（有效應變）
（3）
（4）
其中，，為平均應力和平均應變，，為單元平均應力和單元平均應變，為單元數，為單元體積。則二維楊式模量和泊松比計算如下
（5）
（6）
三維楊式模量和泊松比可通過上式轉化得到[12]
（7）
（8）
2.2 Mori-Tanaka方法
解析法中，由于Mori-Tanaka方法計算簡單，同時在一定程度上考慮了復合材料中夾雜之間的相互作用，成為預測復合材料有效屬性的有效工具，對于多相復合材料，其體積和剪切模量可表示為[13]
（9）
（10）
式中，，，，，,分別為體積模量和剪切模量，為體積分數，下標和0分別代表第相顆粒與基體, 為相的數目。楊式模量和泊松比為
（11）
（12）
由(9)-(10)可知，Mori-Tanaka法只考慮了顆粒體積分數，而忽視了復合材料中顆粒的形狀、大小及分布等結構特征。
3計算結果
考慮三相顆粒增強復合材料，各組分為各向同性彈性材料，具體組成及力學參數如表1所示。計算中，顆粒體積分數為40％～70％, 顆粒1與顆粒2之間的體積比為1:1.8。迭代法預測該復合材料的有效彈性模量分兩個步驟，每一步分別用有元法（FEM）或Mori-Tanaka（MT）方法計算，計算結果與全尺寸RVE的有限元和Mori-Tanaka計算結果進行對比，全尺寸模型顆粒總數為90，每個單步中顆粒數為50。畢業論文，有效屬性。四種多
步法與全尺寸有限元計算結果如圖3所示
表1 復合材料組分參數
Tab.1 Parameters of composite constituents
英文名稱：Acta Materiae Compositae Sinica
主管單位：
主辦單位：北京航空航天大學;中國復合材料學會
出版周期：雙月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1000-3851
國內刊號：11-1801/TB
郵發代號：
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1984
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式
期刊簡介
《復合材料學報》為北京航空航天大學和中國復合材料學會主辦的學術性科技期刊（雙月刊，200 多頁/期）。本刊主要刊載我國復合材料基礎研究和應用研究方面具有創造性、高水平和具有重要意義的最新研究成果的論文。刊載范圍: 纖維、織物、顆粒或晶須增強聚合物基、金屬基、陶瓷基等復合材料（包括：結構、功能、生物、電子、建筑等復合材料）的制備、性能、設計等，以促進國內外復合材料研究領域的學術交流及先進復合材料的推廣應用。
關鍵詞:復合材料;教學改革;實訓環節;教學方法
為了克服傳統灌輸式、填鴨式教學模式的弊端，積極響應教育部的高校本科生教學模式改革號召，專注于培養動手能力強、理論結合實踐、高水平、綜合素質的新世紀人才，許多高校的諸多專業課程都在進行教學模式改革。我校材料科學與工程專業為寬口徑的大專業，主要培養無機非金屬材料方向的畢業生。《復合材料》作為本專業的一門必修課，這門課程涵蓋知識點很多，包括聚合物基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料等各個領域的基礎知識、制備工藝和實際應用［1］。該課程對于擴大學生的專業知識面、提升學生的專業知識和實踐技能具有重要的理論指導作用。針對目前該課程教學中存在的一些問題，本文提出了《復合材料》教學改革的一些方案和措施。
1課程的主要內容和培養目標
《復合材料》是材料科學與工程專業本科生的基礎課、必修課，也是本科畢業生從事材料、復合材料等相關工作、科研、工程應用的必備課程。本課程主要講授常見復合材料的分類、加工制備技術及應用背景，如聚合物基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、水泥基復合材料和納米復合材料等。在畢業設計、科研實踐中掌握上述幾種復合材料的制備及工藝技術，是材料類專業畢業生能夠勝任本專業工作的基礎和保障。這門課程的培養目標是理解復合材料的界面優化設計及界面作用機理，掌握復合材料的種類和制備工藝方法。了解復合材料界面及性能測試表征方法，學會分析材料研究和生產中的復合材料如金屬基、聚合物基、陶瓷基、水泥基復合材料及納米復合材料的成分、組織形貌和結構性能，并能夠適當的調整配方或改進制備工藝最終實現目標所需的力學性能或特殊功能。
2教學中發現的問題
《復合材料》課程內容繁多，涉及三大類材料金屬、無機非金屬和聚合物的配方、加工、性能及應用，涉及到大量的增強材料、基體材料制備工藝參數和配方，使得學生難于尋找重點內容，學習起來很難抓住重點，接收效果差。另外，學生也不清晰自己將來所面對的就業方向。因此，很有必要讓學生自己動手查閱感興趣的復合材料及相關產品，增強對某一材料產品及其知名企業的了解。在加深對這門專業課的認識和理解的同時，知道自己感興趣的行業和就業方向［2－3］。這門課程一般期末考試成績權重大于80%，平時成績占的比重很小。因此，學生缺乏主動的學習意識，學生對于瑣碎繁雜的知識點理解起來也很吃力，上課時容易產生懈怠的情緒、玩手機、精神溜號等現象。多年的教學經驗發現:學生期末時候考前突擊，只會應付期末考試，只求分數不求甚解，學生對知識的掌握不扎實、不系統，影響后續課程的學習效果和專業技能的培養。學生雖然經過突擊性理論學習，但是仍然缺乏專業的實踐、應用能力，不能學以致用。學生往往考完試后再問就什么也答不上來，遇到一些實際應用問題也不能馬上想起課本上的理論知識體系。這些現象的根本原因在于學生缺少對知識點所對應的實踐、范例的了解。
3《復合材料》課程的教學改革措施
3.1以工業產品、科研信息為導向，加深學生對不同類型復合材料的深入理解
本課程涉及到金屬基、聚合物基、陶瓷基、水泥基復合材料及納米復合材料等理論方面的內容，理論較深奧、知識面廣、內容概念復雜，學生在學習過程中會遇到許多問題。在教學中充分考慮到知識面的拓寬和不同復合材料應用之間的相互關系，注重產品應用開發為導向，對復合材料的理論配方、制備工藝、性能要求、開發新產品的思路等方面的進行強化，在保持課程系統性的前提下，對一些次要的偏理論的內容適當刪減。著重對近期出現的新型復合材料在結構材料和功能材料領域的應用實例進行介紹。通過引入實際產品和工業化生產問題，促進學生深入理解每種復合材料的基礎知識和應用前景［4］。將目前與課程有關的科研動態帶入課堂，讓課程有足夠的吸引力。如講述通過介紹阻燃電纜護套料配方及工藝讓學生深入聚合物基復合材料的加工原理和應用場合;通過介紹現有的鋰電池正極材料讓學生了解碳基復合材料以及納米復合材料的應用;還有近期Science、Nature等頂級期刊發表的最新納米尺度金屬的偽彈性、功能材料，碳納米管、石墨烯的微觀尺度研究及其在復合材料、功能材料中的最新應用。這些科研實例的講解可以激發學生的科研熱情，調動學生的學習積極性。
3.2以查找和閱讀期刊文獻為導向，培養學生的主動學習意識
每一章節都給學生布置一定數量的關鍵詞、主題詞，讓學生去期刊網或外文電子資源網站查閱相關章節關鍵詞的期刊論文或發明專利，填寫文獻資料統計表。每個學生都要在課堂講解文獻，學生需要提問互動。通過這種能力培養，加深學生對某一復合材料的了解同時，也鍛煉學生的查閱文獻能力、閱讀能力和課堂表達能力，發揮互動、讓更多同學參與到課題討論中，從興趣和討論中掌握復雜的知識點。“學生講，教師聽”的這種新模式可以增加教學互動效果，課堂上適當增加學生匯報文獻、專利的內容，可以增進師生的相互交流、相互影響。這種方法可以活躍課堂氣氛，加深學生對所學知識的理解，激發學生的創新意識和獨立思考能力，顯著提高課程的教學效果。培養學生一絲不茍、精益求精的學習和科研精神。
3.3增加學生的課外實訓環節，讓學生到實驗室動
手參與復合材料的設計和制作除了課堂教學以外，還可以以材料生產和應用中的實際問題出發，培養學生的動手實踐能力和團隊協作意識。增加學生的課外實訓環節，培養學生從發現問題、提出問題到解決問題的能力，真正意義擺脫課本的死知識［5］。要求老師到實驗室親自指導，讓學生到實驗室親自動手參與某些復合材料的設計制備，要求每組學生實踐不少于7個工作日，自己動手完成一個小實驗，在課堂上互相交流自己的所學、所做、所感，是如何將文獻知識轉化為直接的功能或結構材料并實現其應用價值。讓學生親手參與實驗設計和制作可以提高學生的主動性，再次回到課堂后能夠更深刻聽講，認識到課本上基礎知識的重要性。逐漸培養學生從提出問題，到尋找解決問題思路，最終解決問題的能力。實訓結束后最終以實驗報告形式上交并考核。這種實訓環節可以在培養學生的應用技能的同時，培養學生團隊協作意識，激發學生的課外學習熱情。加強學生對知識的理解，提高對課本知識的應用能力，避免“讀死書、死讀書”。
4《復合材料》課程的教改考核及預期效果
該課程在增加課堂文獻講解、答辯和課外實訓環節后，期末考核時弱化期末考試成績的比重，側重上課過程中文獻講解、答辯和課外實訓的考核，即增加平時成績的權重。具體成績比例可以調整如下:(1)期末考試分數:占考核總成績的50%。(2)文獻調研、講解、討論環節分數:每名學生不少于兩次文獻調研、講解、討論，共計占總成績的30%，其中文獻整理情況10%、課堂講解10%和回答問題10%。加分條件:學生查閱參考文獻可以查閱英文文獻，考察學生對英文文獻的理解，根據實際情況給予加分0.5～1分;課堂講解文獻后能夠準確回答課堂老師或同學提出所有問題的學生得滿分。(3)課外實訓環節分數:兩次實驗占總成績的20%，其中兩次實訓過程中的動手實驗及實驗報告各占10%。通過在《復合材料》課程教學中增加文獻講解和課外實訓環節進行教改，改革后的保守目標是:100%學生能系統掌握查閱期刊文獻和發明專利的方法，并且能夠讀懂科技論文的核心研究思想和理論內涵;90%的學生應能掌握課程重點知識，熟悉課本知識中的某種復合材料的制備方法和應用實例;20%學生能掌握英文期刊文獻的查閱能力并且能夠讀懂英文文獻含義，具備書寫科研論文的基本素質和功底。上述比例都以學生總數為基數，各部分不互相獨立，存在相互重疊。希望通過任課教師和學生的共同努力，最終實現由大學的應試教育到應用型人才培養的轉變。
5結語
作為一門材料類專業本科生的必修課，《復合材料》對于增加學生的知識面和了解專業方向具有重要作用。因此，這門課程的學習效果影響畢業生的綜合素質和專業技能。作者針對平時教學中的一些問題，如上課死氣沉沉，學生玩手機，期末考試突擊復習等現象提出了一系列教改方法，主要是增加課堂上的工業產品、科研信息吸引學生的興趣，增加文獻講解、答辯環節和課后的實訓環節來弱化期末考試成績的權重，這樣來督促學生主動學習并且能夠活躍課堂互動，通過課外實訓環節提高學生的實踐技能和對基礎知識的應用能力。通過教師和學生的共同努力實現由應試教育到應用型人才培養的轉變，進一步提升畢業生的專業技能和綜合素質。
參考文獻
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