化学材料的发展与展望

化学材料的发展与展望（精选十篇）

化学材料的发展与展望 篇1

一、混凝土组成材料对资源和环境的影响

混凝土是由胶凝材料、水和骨料按适当比例配合而成的, 拌制成混合物, 经一定时间硬化而成的人造石材。普通混凝土是用天然的砂、石作骨料制成的。混凝土具有许多优点, 可根据不同要求配制各种不同性质的混凝土, 在凝结前具有良好塑性, 因此可以浇制成各种形状和大小的构件或结构物;它与钢筋有牢固的黏结力, 能制作钢筋混凝土结构和构件, 经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特性。因此, 无论是工业与民用建筑、给水与排水工程、水利工程以及地下工程、国防建设等领域都广泛地应用, 它在国家基本建设中占有重要的地位。

全世界混凝土年用量约80亿吨, 我国为20亿吨。混凝土材料的生产每年要消耗大量的资源, 开采、破碎和运输集料要耗能, 生产与加工混凝土也耗电, 矿物资源并非用之不竭, 消耗完了, 不可再生, 需要人们珍惜使用。水泥生产和混凝土配制需开采黏土、石灰石和砂石集料, 极大地破坏绿色植被, 毁坏了自然景观, 引起水土流失, 严重地破坏生态环境, 影响人类的生存质量。

在人口稠密的城市兴建了许多高层建筑, 人们对土建工程的规模和质量的要求越来越高, 旧城改造速度正在加快, 施工扰民问题引起的矛盾和纠纷也日益增多, 说明居民自我保护意识加强, 另一方面施工中产生较大噪声, 其中混凝土搅拌、运输和振捣产生的噪声占主要部分。目前城市有80%以上的面积被建筑物和混凝土路面所覆盖, 城区绿色面积减少, 生态环境受到影响。由于混凝土结构的密实性, 缺乏透气性和透水性, 对空气的温度和湿度调节能力差, 造成城区的温度比郊区和乡村高2~3度, 雨水难以渗入地下, 使城市地下水位下降, 影响地表植物的生长。

二、混凝土结构的耐久性与废弃混凝土

水泥混凝土的耐久性是指混凝土长期在外界因素影响下, 抵抗外部和内部不利影响的能力, 能经久不变质、不破坏, 长久保持原有性能的性质。具有一定的抗渗性能、抗冻性能、抗侵蚀性能、耐热性能等, 这些性能决定着混凝土经久耐用的程度。影响混凝土耐久性的主要因素是:钢筋锈蚀、寒冷气候下冻害、侵蚀性环境的物理化学作用等。当混凝土成为现代化建筑的主要建筑材料来使用时, 人们认为混凝土的耐久性是不成问题的, 因此将注意力都集中在如何提高混凝土强度方面, 强度成为混凝土设计、生产和应用的主要性能指标。

近几十年来, 经过大量的使用实践, 使人们认识到, 混凝土结构在长期作用下并非都是耐久的, 低于设计寿命, 表现出混凝土耐久性不良, 急需翻修或重建。城市要发展, 高耸建筑要建造, 就要淘汰破旧房屋和混凝土结构。普通混凝土的寿命约70年, 预制钢筋混凝土的平均寿命为40~70年, 而实际上混凝土的寿命远没有这么长, 每年有大量建筑物要维修、改造、翻新和拆除。全世界拆除的废旧混凝土结构、预制构件厂排放的废旧混凝土不仅占用大量空地存放, 而且污染环境, 浪费耕地, 成为城市一大公害。

三、混凝土的发展之路

1993年世界建筑师代表大会在《为可持续的未来而相互依存宣言》提出可持续性设计能够在改善生活质量和经济福利的同时, 大大减少人们对自然环境的有害冲击。混凝土虽只有160多年的历史, 但它的发展却相当快, 这是因为混凝土具有良好的可塑性、配制灵活、适应性好、造价较低、抗压强度高、与钢筋有牢固的黏结力、与钢筋的线膨胀系数基本相同, 能组成复合材料等。所以混凝土材料仍将是建筑工程的主要材料, 具有其他材料不可替代的地位。

混凝土作为迅速发展、需要量巨大的大宗材料, 必须综合评价和协调混凝土对原材料、土地、水和劳动力等资源消耗、能源消耗和环境影响与社会经济效益, 走可持续发展之路。可持续发展的主要方面是通过保护和减少浪费来更有效地利用能源, 循环利用材料。因此, 要应用现代混凝土的科学技术增加混凝土的耐久性, 尽量减少修补或拆除的浪费和建筑垃圾, 减少对环境的污染。

四、多用途混凝土及可持续发展的出路

大量利用工矿业废渣、尾矿, 发展高性能混凝土。高性能混凝土中掺入大量粉煤灰、矿渣及其他工业废渣, 不仅改善混凝土的性质, 减少了水泥需求, 而且利用废渣本身有利于环境保护。高性能混凝土以耐久性为设计目的, 符合可持续发展战略。粉煤灰掺到混凝土中能降低初期水化热, 减少干缩, 改善新拌混凝土的和易性, 增加混凝土的后期强度, 显著提高混凝土的耐久性。充分利用粉煤灰作为混凝土的掺和料发展高性能混凝土, 可节约资源和能源, 减少二次污染, 取得良好的经济和社会效益。

提高混凝土结构工程耐久性设计。延长混凝土的使用年限, 提高混凝土的耐久性, 会相应减少水泥混凝土的需要量, 节约资源和能源, 减轻生态环境的负荷。建筑业消耗世界资源近40%, 若将建筑物的寿命延长一倍, 资源能源消耗和环境污染将近减轻一半。为此, 不少科学家主张延长结构使用寿命, 如主张桥梁使用寿命按100至125年设计, 港口使用寿命达100年。提高混凝土的耐久性应修改材料检验、混凝土结构设计和施工验收规范或标准中耐久性不完善之处, 增大钢筋混凝土结构保护层厚度、采用低碱水泥和复合水泥、检验集料活性等。混凝土耐久性问题是可以通过正确设计、科学选材、精心施工加以解决的。

增加废旧混凝土再生途径。应大力开展废旧混凝土的再生利用研究, 广辟利用途径。目前, 废旧混凝土可用于铺路或基础回填。利用废旧混凝土做混凝土和砂浆的集料已经开始引起人们极大注意, 并进行了力学性能方面的研究, 用废旧混凝土作为细集料代替天然砂能提高混凝土的强度, 用聚合物乳液能改善废旧混凝土作集料的力学性质。

五、结语

材料化学研究前沿和发展展望 篇2

摘要:材料是人类发展的铺路石,从古至今材料伴随着人类的发展而发展,到了21世纪更是成为了材料的世纪。工业、军事、航空航天、生物、能源等都与材料密不可分。材料的研究前沿和发展成为众多科技工作者关注的对象。

本文关键字：材料、发展、工业、生活

能源、材料与信息是现代科技的基础，而材料是发展工程、信息、新能源等高科技的重要物质基础，是当代前沿科学技术领域之一。由于现代科技的不断进步，各个科学领域对材料的需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高，甚至其形态规格，也由三维块状材料向二维薄膜材料、一维纤维材料和准零维纳米材料发展。

就此，本文将对材料化学的研究前沿和发展展望作简要讨论。

1.材料研究前沿

随着时代的不断发展，人类所使用的材料也由简到繁，由少到多。人类从石器时代走来，经历了上千年的风风雨雨，人类使用的器具也由石器到青铜，再到铁器„„慢慢地，到现在使用的许多高品质的化学材料。不光在我们的生活中，在当今世界的许多高科技领域，材料的品质和发展得到了极大的重视和进步，其中处于当前研究前沿并收到科学界、工业界广泛关注的，主要有纳米材料、先进陶瓷材料、功能薄膜材料等等。

1.1 纳米材料之概论

纳米是一个极小的度量单位，一纳米等于十的负九次方米，所以纳米级的材料由于它是由极小的微粒组成，因而具有许多其他材料所不具备的性质，因此在大量科学领域中纳米材料的开发和使用成为其领域发展和进步的重中之重。

而纳米材料则由于其优良的特性成为科学界青睐的对象，其特性主要表现在表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应。

（1）微粒随着粒径变小，比表面积将会明显增大，则表面原子所占的百分数会显著增加，即微粒表面具有极高活性的原子所占百分数增加，进而导致纳米材料可以直接和空气发生剧烈反应，这就是在材料研究中不可忽视的表面效应。

（2）纳米粉体的粒径和光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度形成透射深度等物

结构陶瓷主要在军事、航天、机械领域有着重要的作用。当然，处于不同的领域，陶瓷材料的性质品类也会有所不同，有高强度、耐磨损，可以制作轴承、燃烧室的氮化硅陶瓷材料；有高强度、高韧性，可以制作代替金属制作模具的氧化锆材料，且加韧的氧化锆材料可以制成不会生锈，也不会导电的新型剪刀，可以放心剪带点的电线。另外以氧化铝和氧化镁混合在1800℃高温下制得的全透明镁铝尖晶石陶瓷可以做“防弹玻璃”，这类陶瓷在国防和宇航领域中得到了广泛的运用。

还有一种很重要的结构陶瓷材料——生物陶瓷。生物陶瓷和纳米生物材料有着相似的作用，生物陶瓷目前主要用于人体硬组织的修复，它在人体中具有极佳的亲和性，因为生物陶瓷和骨组织的化学组成比较接近，将其成功植入后随着陶瓷的降解，新骨长成，所以这是今后医学上硬组织修复上的上乘之选。

1.2.2 功能陶瓷

功能陶瓷和结构陶瓷的差别很大，功能陶瓷因为其在电、磁、光、热、力学上优良的转换能力而广泛运用在信息技术和计算机技术之中。

首先介绍一个军事工业中的天之骄子——压电陶瓷。压电陶瓷晶体上没有对称中心，当在某个方向施加压力，则在特定方向引起极化，相应的一对表面就出现电位差；反之在一定方向上施加电场，则会发生特定形变和位移。由于这种令人惊讶的性能，压电陶瓷成为众多科技领域的研究和关注对象（但是其中常常有铅等有毒金属），原子弹的起爆器和压电扬声器等都是压电陶瓷的产物。

还有另外一大类非常常用、非常重要的敏感陶瓷材料。热敏、光敏、气敏、湿敏等大量的陶瓷，而且不能只想到我们生活中的声控开关等等，声控开关中的光敏开关和声敏开关与这类先进陶瓷材料还有很大的距离。

敏感陶瓷是由离子键的金属氧化物多晶体构成的一种导电材料。它可以敏感地感觉到周围环境的变化并及时做出相应的反应，由于这类陶瓷的特殊性，在各个领域都可以使用到，在节能和安全方面都有至关的作用。

先进陶瓷材料在很多方面性质都比金属要优良稳定，例如陶瓷没有锈蚀这个概念，这样可以极大程度的节省材料。虽然现在先进陶瓷材料还在发展研究阶段，但是在以后的发展中，陶瓷材料定会变得越来越广泛，越来越实用。

1.3 新型薄膜材料之概论

从古至今材料都是人类发展中不可缺少的一元，由三维块状材料到二维薄膜材料，薄膜材

随着现代人类的发展，能源问题已然成为全球共同面对的一个很严峻的考验，煤、石油、天然气等不可再生资源在地球上已探明的储量越来越少，且由于煤、石油的不完全燃烧产生了大量有毒有害的气体，它们对我们的环境有着极大的破坏作用。于是我们在不断地开发新能源，风能、地热、潮汐能、太阳能和核能。在将来核能与太阳能将会成为我们日常生活的主要能量来源，但是太阳能所面对的转换效率低下，核能面对的高温与核辐射都是我们需要考虑的，那样新材料的开发和使用又是科技工作者们需要关注的问题。另外在军工方面，各国也是抓紧时间研制军需材料，隐形材料，高强度、高韧性纤维材料，耐高温材料层出不穷。不光如此，空间技术、电子技术、激光技术、光电子技术、红外技术、环境保护等都需要高品质的新型材料。现今的普通材料已经不能成为社会的主流，它们造成的“白色污染”非常严重，对可以快速降解塑料的研制不仅可以方便普通居民的生活，同时也可以避免“白色污染”对人们生活造成的不良影响。再者，电力科研人员在关于怎样尽可能减少电在运输过程中出现的能量损耗上花费了大量的功夫，因为目前用于运输电力的输电线材料在常温下的电阻率不可能为零，但是后来出现了超导材料，它可以在某个温度时出现电阻率为零的惊人性能，但是这种温度往往是自然界里不可能出现的超低温。我们就来设想，如果我们能够研制出能在常温下实现超导的材料，再将其广泛运用到实际中不就可以实现电力运输中的零损耗了？理论上是成立的，但是实际上我们现在还没能开发出这中材料，所以这还需要我们广大的科学工作者的不懈努力和不断追求。

还有一种材料在未来将起到非常重要的作用——复合材料。树脂基高强度、高模量纤维材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料，碳碳基复合材料，这类复合材料的性能大都强于单体材料，它们将来将会参与到各类科学研究中去。

回顾材料这几十年的飞速发展，给人类带来了许多福音，相信在未来材料定会带给我们更多的惊喜和福祉。

参考文献：

【1】 【2】 【3】 朱裕贞，顾达，黑恩成.现代基础化学.北京,化学工业出版社.2004 云南大学学报(自然科学版).2002.S1期

化学材料的发展与展望 篇3

关键字：食用米糠 化学抗癌 生物活性植物化学成分 癌症

中图分类号：TS218 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2013）24-0000-00

尽管研究有重大进展，但是癌症仍然是全球主要死亡原因之一。世界卫生组织（WHO）估计，按照目前的趋势，全球癌症负担将继续增加，有70%的新病例预计将发生在发展中国家。因此，非常需要一种能影响全人类的新颖、有效、价格合理的化学抗癌方法。由于安全风险和高成本，有些药物不适合发展中国家使用。由于米糠本身的安全性，它们成为了不同人群中普遍并长期食用的食物。膳食化学抗癌方面，美国癌症研究协会和世界癌症研究基金会估计30-40%的癌症可以通过适当的饮食和体重来预防。

流行病学研究表明，全谷类纤维对降低患结直肠癌的风险有显著影响。水稻是一种超过一半的世界人口在食用的主要作物。虽然糙米是一种全谷物，但是包括美国在内的大部分地区都食用大米。此外，各种水稻品种表现出的植物化学成分具有多样性，也可能具有不同的抗癌作用。目前，有一些关于纤维和其它全谷物成分的化学抗癌性能的报道，但是还没有关于米糠的化学抗癌性能方面的综述。因此，本文主要是对食用米糠化学抗癌性能作用和机制进行整理和归纳。

1 米糠和糙米的植物化学成分

米糠中含有多种具有化学抗癌活性的生物活性成分，包括γ-谷维素、阿魏酸、咖啡酸、麦黄酮、香豆酸、植酸；生育酚异构体，如α-生育酚、γ-生育酚、各种三烯生育酚；植物甾醇，如β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇；类胡萝卜素，如α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、叶黄素、番茄红素。米糠中还含有纤维素、半纤维素、果胶、阿拉伯木聚糖、木质素、β-葡聚糖；微量元素，如钙、镁；以及必需氨基酸，如色氨酸、组氨酸、半胱氨酸、精氨酸。以前的研究成果表明，用细菌或真菌发酵的米糠可改善生物活性。例如，与非发酵米糠相比，用布拉酵母菌发酵的米糠可以诱导增加阿魏酸的释放量，削弱淋巴瘤细胞的生存能力。许多阿魏酸等植物酚类，通常在摄入后不可被生物利用，而发酵有助于阿魏酸提高抗氧化活性的效力。发酵的糙米被证实在体内具有抗癌性能，并有继续研究人类食用后生物利用率、代谢和抗癌活性的改变的价值。

2 米糠的癌症化学抗癌机制

在致癌过程的许多阶段中，米糠中的化学抗癌物质都可以起到阻止或抑制细胞发展为恶性肿瘤的效果。此外，采用食用米糠比单一的化学抗癌药物更好。食用米糠是含有生物活性成分的复杂混合物，每一成分都有独特的能力，能与多个靶细胞相互作用，以防止癌症恶化。本文的下一个部分要阐述单一米糠成分对细胞信号传输途径、免疫反应和微生物群落的调控的癌症化学抗癌特性。

一个防止癌症的有效机制是阻止它的开端，它是通过阻碍活性氧或其它致癌物质导致的DNA损伤来实现的。氧化应激可引起显著细胞损伤和不可逆转的突变。因此，充足的膳食抗氧化剂有助于保护细胞免受自由基的伤害。食用米糠是具有抗氧化性的植物化学成分的良好来源，例如β-谷甾醇、各种酚类物质和类胡萝卜素。阿魏酸是一种被充分研究的酚类物质。它已被证明是一种有效的超氧阴离子自由基清除剂和脂质过氧化作用抑制剂。

除了预防癌症的初始阶段，对于癌症化学抗癌物质来说，能够阻止增殖和/或诱导恶性细胞凋亡是同样重要的。许多食用米糠中的生物活性成分，如阿魏酸、γ-谷维素、植酸、香豆酸、果胶、麦黄酮、三烯生育酚生育酚，被证实能够抑制肿瘤生长和/或诱导细胞凋亡。研究表明，γ-三烯生育酚具有降低抗凋亡蛋白Bcl -2和Bcl-xL表达以及诱导SHP-1表达的能力，该能力可直接抑制STAT3活性，而上述的STAT3途径的显著结果是通过抑制细胞凋亡与癌症发展相关联的。米糠中的生物活性成分有抑制癌细胞增殖的能力，这是与防止癌症发展相关的关键机制。

米糠中发现的各种生物活性成分通过增强或抑制免疫反应来帮助癌症化学抗癌。炎症反应的早期阶段对于防止感染和损伤是至关重要的，但也是不受控制的，慢性炎性环境被证明有利于癌症发展。特别是前炎性介质（如TNF-α，IL-1，IL–6）引起的核因子-κB （NF-κB）信号以及iNOS和COX-2的表达。iNOS和COX-2的过度表达可以通过DNA突变的累积和前列腺素的过度产生来达到驱使肿瘤发展的目的。食用米糠通过抑制COX-2表达和减少PGE2生成来减少炎症是一种有前景的癌症化学抗癌机制。

3 总结与展望

在动物和细胞培养研究中，食用米糠及其相关的生物活性化合物被证明作为癌症化学抗癌剂具有巨大的潜力。鉴于之前的研究，为了未来可以把米糠作为一种膳食癌症抗癌剂来使用，需要继续研究全世界的众多品种的稻谷及其独特的生物活性成分以确保优化米糠。并且需要对生物利用率、代谢和米糠生物活性成分的组织分布做进一步的临床研究。

总之，与单一药剂补充癌症化学抗癌物质相比，继续研究作为癌症化学抗癌食物的食用糙米和米糠是一个探索有效的纯食物方法。临床研究可以更好地了解稻谷/米糠和癌症之间的关系。此外，食用米糠的全球可用性为发达国家和发展中国家患者提供了独特的康复机会。

作者简介：付珊琳（1993.8），女，学士；研究方向：食品质量与安全；单位名称：哈尔滨商业大学食品工程学院。

感光材料片基的发展现状与展望 篇4

感光材料是指曝光后发生化学变化, 经过适当的显影、定影处理, 能够形成影像的材料。1935年Kodak公司推出了最早的多层彩色感光材料;1942年Kodak公司制成了采用油溶性成色剂的多层彩色负片, 于是成为彩色感光材料的主导技术, 一直采用至今。

感光材料基本结构是由乳剂层和支持体组成。乳剂层是感光材料的主体, 是光的敏感物质, 是记录客观物体影像的介质。乳剂层必须依附在支持体上, 支持体一般有纸基、片基和玻璃三种。本文就感光材料片基进行了综述, 介绍了感光材料的结构, 探讨了常见片基的生产及其研究进展, 以及其今后的发展趋势。

2. 感光材料片基

片基在感光材料中起乳剂层的支持体作用, 它不仅直接决定着胶片的机械性能, 而且还影响着胶片的照相性能, 因而是感光材料的基本原料。片基必须高度透明, 除特殊要求外, 应是无色的, 具有平坦光洁的表观质量、较好的机械强度, 不易变形, 对热、光和冲洗用化学药品稳定, 以及不影响感光层的性能等。

最早的片基为干板玻璃, 其后改为硝酸纤维素 (NC) , 现在广泛采用的有以下两类:纤维素酯 (TAC) 片基, 如硝酸纤维素酯片基和三醋酸纤维素酯片基;聚酯 (PET) 片基, 如聚对苯二甲酸乙二醇酯片基 (涤纶片基) 和聚碳酸酯片基。硝酸纤维素酯片基由于易燃, 在20世纪40年代被安全的三醋酸纤维素酯片基所代替, 一直沿用至今, 是目前使用最广泛的片基材料。后来投产的聚酯片基具有几何尺寸稳定、柔韧性好、耐折、耐湿、耐寒等优点, 尤其符合高室摄影、照相制版、X光胶片、录音磁带和窄画面电影胶片使用的需要, 具有广阔的发展前途。目前, 除三醋酸纤维素片基仍被大量使用以外, 聚酯片基也已广泛用于各种技术胶片, 还部分用于电影胶片。

3. 感光材料片基研究进展

3.1 三醋酸纤维素酯片基

三醋酸纤维素酯片基制造主要由两个工序来完成:一个是棉胶液制备, 即把三醋酸纤维素酯、溶剂和增塑剂在一定条件下混溶成黏稠的棉胶液;另一个是流涎成型, 即通过流延机将棉胶液流涎成一定厚度的薄膜, 干燥后成型。在三醋酸片基中适量地加入增塑剂, 能改善片基的柔性和抗寒性能。三醋酸纤维素薄膜由于不产生对人体有害的射线, 因而问世后大受欢迎, 更因质量迅速提高, 生产技术日益成熟, 成本显著下降, 近年来生产规模和市场发展极为迅速。

三醋酸纤维素酯在保存过程中释放出的醋酸气体对片基的降解会产生自催化作用, 从而加速三醋酸纤维素酯的分解, 最后危及到胶片片基及所记录的影像信息等的安全。目前, 对于三醋酸纤维素片基胶片的保存也引起了研究者的关注。如赵鹏研究了霉菌对三醋酸纤维素片基胶片的危害程度。发现霉菌在高温高湿下可直接造成乳剂层的脱落, 使影像丢失。在较低的温、湿度下, 霉菌的破坏具有一定的隐蔽性, 能产生长期的危害。相比之下, 在适宜霉菌生长的温、湿度极限以上, 霉菌的影响远远大于自然老化。而且霉菌和“醋酸综合症”之间具有一定的相互促进作用, 给胶片的安全带来更大的威胁。

目前, 国内醋酸纤维素总需求量约十几万吨。用于感光材料的仅占其中很少一部分, 而且近年来电影市场不十分景气, 所以总需求量增长并不大。但是, 有关这方面的研究仍然吸引着不少的研究工作者。一方面研究者更多的是采用新型合成, 以期降低生产成本。如通过均相法合成的醋酸纤维素, 其乙酰基的分布情况与传统产品相同, 但是分布更加均匀。由于取代基分布的不同, 均相合成的醋酸纤维素与传统非均相方法合成的产品在性质上有较大的差异, 其结晶度降低明显, 热性质也有较大的改变。

另一方面, 则是开发新型的醋酸纤维素, 如采用竹纤维生产醋酸纤维素, 但目前有关这方面研究主要是应用于纺织工业, 应用于感光材料的报道几乎空白。

3.2 聚酯片基

合成聚酯主要采用对苯二甲酸与乙二醇的直接酯化法和对苯二甲酸二甲酯 (DMT) 与乙二醇的酯交换法, 其中对苯二甲酸与环氧乙烷 (EO) 直接酯化法只在日本有工业化规模的装置。直接酯化法具有原料消耗低、反应时间短等优势, 目前是聚酯的主要工艺和首选技术路线。聚对苯二甲酸乙二醇酯用于片基的涤纶树脂的特性黏度为0.57～0.59, 涤纶片基具有尺寸稳定性好、耐寒性好、韧性好、吸湿性、平整度高、透明度好等特点。因此近年来逐步取代了部分三醋酸纤维片基作胶片的支持体。它特别适应于高速、高空、高寒地区摄影, 高温快显冲洗加工工艺。

近年来随着聚酯应用日益广泛, 对其生产工艺研究取得了许多可喜的成果, 如对于直接酯化法生产工艺的改进、工艺条件的优化、PTA法反应精馏工艺模拟以及DMT酯交换法的改进等。赵国胜等利用过程模拟软件Aspen Plus对直接酯化合成聚对苯二甲酸乙二醇酯单体的反应精馏工艺模拟, 结果表明, 反应精馏工艺比传统的多釜串联工艺具有较高的酯化率和选择性, 同时简化了流程。

国外对这方面的研究较之国内要多, 如美国专利6380348则介绍了一种以钛氧基草酸锂为催化剂, 快速反应合成出来的聚酯, 具有极好的色彩性能。Th.Rieckmann等研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯的动力学过程和传质过程。获得了酯交换反应动力学和含水形成动力学。传质过程可以采用Fick定律和扩散模型来描述, 扩散系数随温度而变, 缩聚度对过程现象有较好的解释。专利CN200410045917.X提供了一种照相感光材料用双轴拉伸层压聚酯膜的制造方法。该聚酯层压片基透明性、制造加工性良好。

也有对生产工艺的研究报道, 如陈增强等研究了涤纶片基拉膜生产线数据库系统设计与实现, 所建立的系统已成为生产线过程的管理控制一体化的重要组成部分。这些研究都极大的推动了聚对苯二甲酸乙二醇酯的研究。但是, 对于其应用于片基的研究近年来见于报道的并不多, 同时, 涤纶片基尚存在静电大、不易粘接、底层要求特殊处理等缺点, 有关这些方面的研究将是科研工作者今后亟待解决的问题。

3.3 聚碳酸酯片基

聚碳酸酯, 英文名称为Polycarbonate (简称PC) , 是一种性能优良的热塑性工程塑料, 应用最多的是双酚A型聚碳酸酯。一般可作为透明材料使用, 还可与其它树脂共混形成聚碳酸酯共混物或聚碳酸酯合金, 使之性能改善。聚碳酸酯工业化生产工艺主要分为两大类。第一类是使用光气的生产工艺。第二类是完全不使用光气的生产工艺。非光气酯交换熔融缩聚法工艺具有全封闭、无副产物、基本无污染等特点, 从根本上摆脱了有毒原料光气, 而且碳酸二苯酯的纯度进一步提高, 对聚合更有利, 是聚碳酸酯工艺的发展方向, 将在未来聚碳酸酯生产中逐渐占据主导地位。

例如, 季春玲等研究了一种高性能聚碳酸酯薄膜。将聚碳酸酯粉末配成不同浓度的聚碳酸酯溶液, 用旋转涂覆法在玻璃衬底上制备了均匀透明的聚碳酸酯薄膜。结果表明, 这种材料具有低吸收损耗和良好的耐热性, 并且成膜性较好, 具有研究意义。

周树学等利用挥发诱导自组装法制备了聚碳酸酯 (PC) 有机-无机纳米复合耐刮伤涂层。实验发现, 在PC基材表面生成结合力较好的有机-无机纳米复合涂层, 该涂层能明显改善PC基材的耐刮伤性, 而对基材的透明性影响较小。

目前, 全球每年生产的320多万t聚碳酸酯中25%左右用于制造光盘, 而国内聚碳酸酯高达75%左右用于制造光盘。但由于近几年数字技术的迅猛发展, 传统的胶片技术受到很大冲击, 对其应用于胶片的研究在国内外见于报道的很少。但是, 胶片由于其自身所具有的像素高、画面细腻等优点仍是数字技术无法取代的。所以目前二者同时并存, 聚碳酸脂片基技术仍具有一定的提升空间。

4. 展望

感光材料具有如技术密集、资金密集、技术保密等有别于其它精细化工产品的特性, 因此, 生产厂家高度集中。感光材料的发展趋势是彩色片的生产大大超过了黑白片;涤纶片基与三醋酸纤维系片基同时并存。其中片基材料中以涤纶片基的研究受到更多的关注, 一方面是涤纶片基的生产工艺有一定的提升空间;另一方面是因为对涤纶片基进行适当的化学改性, 如防卷曲性, 可大大提高其性能。聚碳酸酯片基的研究尚不完善, 有待于科研工作者进行进一步的研究, 以开拓其在感光材料片基领域的应用。

化学材料的发展与展望 篇5

2009年中国磁性材料行业市场发展回顾与2010年展望

一、2009年磁性行业发展回顾 2009年,受世界经济金融危机殃及,中国保持多年的经济增长势头放缓,减速势头超出预料.磁性材料作为中国具有优势出口的产品,由于欧美消费市场的快速下滑而受到严重打击,行业形势异常严峻.

作 者：翁兴园 作者单位：磁性材料与器件行业协会刊 名：新材料产业英文刊名：ADVANCED MATERIALS INDUSTRY年，卷(期)：2010“”(4)分类号：关键词：

中国资本市场的发展与展望 篇6

1.近期我国资本市场的巨大变化

2006年，中国资本市场的市值上了一个很大的台阶，从年初的三万多亿，变成年底的八九万亿，从原来的新兴市场第三位变成了新兴市场第一;同时，资本市场的融资和资源配置功能得到恢复，不仅中国银行、工商银行这样的超级航母的顺利发行使中国资本市场进入了蓝筹时代，还因为“A+H”模式的成功试点而开启了海外蓝筹股的回归路程，全年融资额超过2800亿元；证券公司得到了全面的清理和整顿；机构投资者特别是证券投资基金实现了跨越式的发展。基金、证券公司、保险等机构持股市值占流通市值的30%多。资本市场的上市公司结构和投资者结构都日趋合理。

市场数据的直观变化固然可喜，但更为重要的是，资本市场在这一年对中国的经济和社会产生了重要的影响，并成为全社会关注的焦点。人们对资本市场悲观失望的情绪开始转变，投资者的信心得以恢复和建立。中国社会开始重新认识和审视资本市场的功能和作用。

2.资本市场的主要改革措施

中国的资本市场大致可以定性为“新兴加转轨”的市场。世界上的新兴市场发展均不如人意，转轨经济国家中资本市场的发展也举步维艰。我国的资本市场尽管还存在着很多差强人意的地方，但是，经过十几年的发展，在政府和市场的共同推动下，我们在法律制度、交易规则、监管体系等各个方面，建立起了一个基本上与国际标准相符合的资本市场，这应该是一个比较基本的结论。可以说，改革开放以来，我国经济逐渐从计划体制向市场体制转型，资本市场的出现和发展是其中最为重要的成就之一。实践证明，资本市场在我国经济近十几年来的持续稳定发展中起到了重要的推动作用，这种推动作用在未来将更加显著。

近年来，我国资本市场上发生了一些重要的制度变革，主要包括五个方面：首先是股权分置改革纠正了扭曲的市场机制，中国资本市场从此在基础层面上和国际市场相比没有本质的差别；二是发行体制改革的深化，使市场从原来接受不了新股发行，到中行、工行等大盘蓝筹股成功上市。而我们知道，如果一个市场接受不了蓝筹股，那么这个市场是没有发展前途的。第三，大规模的上市公司清欠工作，不仅优化了上市公司的运营状况，也强化了全社会以市场为导向的经济体制的建立，提升了投资者的信心。同时，上市公司激励机制的引入使得真正意义的现代企业治理成为可能。第四，机构投资者的发展延续了前几年市场化改革的思路，实现了巨大的飞跃。特别是在去年良性的市场环境下，专业理财、价值投资的理念体现出了巨大的优势，进一步确立了机构投资者的地位，这也是发达国家经过了几十年的历程才实现的发展。第五，证券行业经历了惨痛的教训，经过大规模的清理整顿，逐步走出了低谷，在新的市场环境下，迎来了良好的发展机遇。

这些重大基础性制度建设和改革的目的都是使资本市场无论在制度设计还是运行模式上都更加符合市场规律，它们不仅引领了资本市场的深刻变化，也将对中国资本市场的未来发展继续产生深远的影响。

3.资本市场的发展经验和规律

过去十几年中，资本市场的发展引领了我国经济社会中的许多变革，推动了现代企业管理制度，包括独立董事制度、法人治理结构、会计准则标准化等等在中国經济社会的确立。也就是说，中国资本市场的发展，从开始的第一天起，就站在我国市场经济改革和发展的最前沿，而从资本市场发展过程中探索到的经验和规律，同样也能为我国经济改革的其他方面提供有益的借鉴。

回顾我国资本市场近年的发展历程，我们可以清晰地看到，与很多成熟市场漫长的自我演进发展模式不同，我国资本市场走过的道路有自己非常独特的地方。我国资本市场是由政府与市场共同推动，即一条政府自上而下推动的市场化改革与市场的自我演进相结合的道路，一些重要变革成功的关键也都是坚持了市场化的改革方向，并采取了政府与市场有机结合的方式循序渐进地推进。例如，从2002年开始的基金审核制度的市场化改革带来了基金业的逆势崛起，从2003年开始的询价制改革使得发行市场一扫阴霾，而股权分置改革成功的重要原因之一也是正确地处理了政府和市场的关系。

实践证明，立足于为国民经济服务，借鉴国际市场的经验和教训，结合我国经济和资本市场的现实情况，有序地推进市场化改革，充分调动各个市场参与主体的积极性，以共同实现市场发展的目标，不仅是过去数年我国资本市场的改革和发展得以顺利进行的根本原因，也是我们未来建设中国资本市场行之有效的方法，应该成为中国资本市场发展一个坚定不移的方向。

4.我们离成熟的资本市场还有多远

一个成熟的资本市场应该具备比较完备的法律体系和市场化的发行体制；自律组织和金融机构的自我监督应该成为市场主要的约束力量；应该拥有强大的证券经营机构和资产管理公司；投资者应该具备良好的金融知识和风险意识；同时，一个成熟的资本市场应该是一个国际性的市场，在国际资本市场体系中有足够的竞争力，等等。

回顾美国资本市场走向成熟的历程，可以帮助我们更好地了解一个成熟的资本市场应该具有怎样的内涵。在1929年美国股市危机之后，美国政府开始了自上而下的制度设计，建立法律法规框架，加强市场监管。此时，两个标志性的人物带领美国资本市场走向成熟:一个是美林证券的创始人梅里尔，他开启了对证券经纪业革命性的变革，率先倡导诚信为本和敬业精神，并使得“美林帝国”迅速在华尔街崛起；另一个是投资大师格雷厄姆，他率先提出价值投资的理念，这一理念如同阳光穿透云雾，使资本市场的投资得以回归其本源。从中我们可以看到，成熟市场至少有两个明显的标志：一是证券从业人员不仅应该具有优秀的专业素质，更为重要的是，他们应该具备良好的职业道德和敬业精神；二是市场主流的投资理念应该以上市公司基本面分析为核心来构筑。

经过十几年的发展，我国资本市场的发展取得了长足的进步。例如，监管力度的加大和机构投资者的崛起，使得市场主流的投资理念发生了重要的转变，取得了巨大的进步。但是，我们的市场在很多方面，离一个成熟的和有国际竞争力的市场还有相当大的差距。作为一个金融结构长期严重失衡的国家，我们要有“一万年太久，只争朝夕”的历史紧迫感，更大力度地推动市场化改革，以推动中国资本市场又好又快的发展。

二、中国资本市场的改革深化和制度性建设

1.股权分置改革后的中国资本市场将面临新的挑战

股权分置改革及其他一系列市场化改革措施和基础性制度建设的稳步推进，为资本市场全方位改革营造了良好的市场环境，也为我国资本市场未来的持续发展奠定了坚实的制度基础。

我国资本市场在后股权分置时代将面临以下挑战:（1)市场化的趋势更加明显，资本市场的优胜劣汰机制及资源配置的功能将进一步强化;（2)法制化、规范化、制度化的特点将更加鲜明，资本市场的发展和创新将对法制建设及监管执法提出更高的要求;（3)国际竞争压力日益增加，改革和发展必须兼顾国际竞争视角。为应对这些日益紧迫的挑战，改革仍将是下一步中国资本市场增强活力和提高竞争力的主要推动力。无论是转变政府职能、完善市场化运作的基本制度，还是建立适合新形势需要的多层次的市场结构和立体化的监管体系，都将继续围绕着改革这一时代主题展开。

在新兴市场的发展过程中，政府往往会同时扮演推动者和监管者的双重角色，在某些历史阶段，政府作为市场发展推动者的任务甚至可能会更重一些。

监管者从总体上把握金融创新的风险，让市场主体自主创新，同时为他们提供一个公平竞争的环境和氛围。无论是多层次市场体系的建设、金融产品的丰富，培育更为强健的证券机构等目标，都会自然地呈现，很多发展中的问题也能够迎刃而解。事实上，这也是真正符合科学发展观的资本市场的发展道路。同时，资本市场发展过程中政府与市场的关系可以折射出我国未来市场经济体系完善过程中政府职能如何定位和转型。

美国市场经过200多年发展到了今天，其间，它经历过市场完全依靠自由演进的发展模式所带来的过度震荡，也经历过危机之后政府对于资本市场的全面整顿和清理，走过了很多弯路，支付了昂贵的社会成本。作为一个新兴市场，我们应该充分发挥后发优势。在看到成熟市场走过的百年历程之后，怎样吸取它们的教训，少走弯路，怎样做出一个合理的制度设计，在市场和政府之间找到一个比较好的平衡，是我们应该思考的。

2.继续完善市场化运作的基本制度

随着市场化改革的进一步深化，资本市场至少会在四个方面呈现明显的发展。首先，发行体制的进一步改革会使融资体系更具国际竞争力，将不仅带来更多代表中国经济主体的大盘蓝筹企业上市，包括很多海外上市企业的回归，也将带来更多代表中国经济未来的层出不穷的创新型企业的上市，中国资本市场的规模将进一步扩大。其次，随着市场化进程的深入，更多的满足投资者不同需求的金融衍生产品、结构性产品、固定收益产品、资产证券化产品，将在资本市场上推陈出新，更多的服务于中国经济成长的并购重组等金融业务将会大量涌现，同时，市场流动性和市场活力将不断增强。第三，证券经营机构将会呈现进一步发展和分化的趋势。随着业务创新和规模经济效应的发挥，资本市场必将出现“强者更强”的现象，金融机构分化的加剧将更加明显，那些管理水平高、创新能力强、风险控制措施完备、激励机制合理的机构，将能最大限度地分享资本市场发展的收益。第四，监管体系会更加市场化，资本市场的监管理念、监管模式、监管内容将不断改进。随着市场的发展，行业组织的自律以及市场参与主体本身的内部监督将越来越发挥重要作用，并逐步与监管机构的监管组成一个立体化、多层次的监管体系。

3.加快多层次资本市场建设

多层次资本市场建设将是未来中国资本市场的亮点之一。目前，随着中小企业板的壮大和中关村股份转让试点的逐步完善，我国多层次资本市场已初见雏形。中国资本市场将积极探索创业板的发展，使处于不同成长阶段的企业得到相应层次资本市场的服务与支持，同时大力推动与创业板市场相辅相成的本土风险投资产业的发展壮大。

从丰富多层次市场的角度来看，随着中国金融期货交易所的成立，中国的金融衍生品市场将扬帆启航，并将按照“高标准、稳起步”的原则稳妥推出。金融衍生品市场的出现，不仅可以大大丰富资本市场上的金融产品，也有助于机构投资者和企业利用复杂金融产品管理其投资和经营风险。同时，从资本市场的深度和复杂性来说，它是资本市场发展历程上的一个新台阶，也是我国资本市场逐步走向成熟、与国际市场接轨的重要标志。

在2007年，公司债市场将借鉴股票发行体制改革的经验，加大市场化改革的力度，大力推动审核机制的市场化和透明化，建立健全以市场化为导向的发行审核体制。同时，要完善债券信用评级制度，推进债券交易制度创新，完善债券投资者结构，创造债券市场发展的外部环境，把资本市场的重要组成部分——债券市场加快发展起来。

三、中国资本市場的对外开放

1.中国资本市场的开放策略

随着资本市场转折性变化的出现，我国资本市场的国际竞争力和吸引力正在不断增强。在这样一个有利的发展形势和机遇下，我们在考虑对外开放战略和路径选择时较之以往更加从容，具有更多的条件和谈判力。中国资本市场对外开放将继续遵循积极稳妥、循序渐进，兼收并蓄、为我所用，公平竞争、互利共赢的24字基本原则。讨论中国资本市场的对外开放，首先要将中国资本市场放在“未来若干年中，将中国资本市场建设成为世界资本市场体系的重要一极”的战略定位去考虑。

从宏观上，中国资本市场对外开放的政策取向，至少有三个层次战略目标的考虑，即本土金融机构的强大、本土资本市场的强大以及实体经济的强大。而构筑对外开放的路径要以“强大的本土资本市场”为主要的政策目标和政策导向，因为强大的本土资本市场必然会带来实体经济的壮大，而强大的资本市场和强大的实体经济中，也必然会产生强大的本土金融产业与金融机构。

在这方面，一些国家有着深刻的经验和教训。例如日本在上世纪80年代中期错失了资本市场改革、开放和发展的机遇，不仅使其实体经济在受到冲击时缺乏弹性而一蹶不振，而且也使其本土金融产业和金融机构长期落后于国际第一流水平。而同为亚洲国家的韩国，则在“亚洲金融危机”之后，有计划、有步骤地加大了金融改革和开放的力度，不仅带来了本土资本市场的繁荣，也带领韩国经济走出低谷，并造就了像三星电子一类的世界级高科技企业。

2.把握好开放中的“度”和节奏

金融开放是一个高度复杂和敏感的问题。选择正确的开放路径，把握好开放的“度”和节奏，能够为我国资本市场的发展注入新的活力。反之，掌握不好开放的“度”和节奏，则会带来不必要的冲击和损失。中国资本市场对外开放政策的制定和执行的关键，是处理好对内开放和对外开放的关系，即对内开放应当与对外开放并举，甚至更为重要，真正做到“以我为主、洋为中用”。

所谓对内开放，实际上就是前面提到的市场化改革，包括在产品和业务的准入、金融机构的激励机制等方面加快市场化进程。目前我国资本市场仍处于新兴加转轨阶段，计划经济的色彩虽然已逐渐减弱，但仍然不能完全适应资本市场未来发展的需要。因此，在对外开放的同时，如何加快“对内开放”在很大程度上将直接影响对外开放后外资机构进入我国资本市场对本土金融机构造成的冲击程度。

从捷克等东欧国家近几年的发展情况看，“对内开放”是对外开放的必要前提和条件。在对外开放的背景下，如果不能加快对内开放的进程，那么，可能会导致本土金融机构因为机制过于僵化、无法与国际机构有效竞争而被大面积淘汰，市场被外资机构垄断，本国金融产业和金融市场大幅衰退的情况。因此，合理匹配对内开放与对外开放的节奏及方式，优先进行对内开放，是降低对外开放可能给资本市场带来的“冲击成本”的最佳策略。

尤为重要的是，在主要依赖人力资本的金融服务业中，尽快优化激励机制（同时也是约束机制）是提升行业整体实力、增强本土金融机构面临外资竞争时的应对能力的重要举措。同时，在业务和产品的市场化过程中，监管机构与市场主体明确定位、各司其职，建立有效的创新协调机制以分解创新的责任和风险至关重要。比如，英国金融服务局提出的监管机构与市场“合作”创新，即监管机构提出创新目标，金融机构具体承担风险并完成创新任务的做法就值得借鉴。

四、中国资本市场的展望

1.流动性过剩对资本市场的影响

世界历史上曾出现过一个非常有趣的“资本洼地”现象：17世纪，大量国际资本涌入荷兰，荷兰崛起成为当时欧洲最强国;18世纪，大量资本涌入英国，英国成为日不落帝国;19世纪，欧洲资本大量涌入美国，美国成为世界第一强国。尽管国际资本的流向先导于一个国家经济的崛起，但是，只有资本是不够的，比资本更为重要的是有效的资本运作机制。17世纪的荷兰崛起昙花一现，以“郁金香泡沫”匆匆收场。一个国家如果不能建立起一个健康、高效的资本市场体系，则无法有效地利用这些资本创造出强大的实体经济。在今天的世界，资本市场的博弈，将直接影响到大国博弈的结果；资本市场的竞争力，已经成为新世纪大国博弈的战略制高点。

未来一段时间，国际国内流动性过剩的格局仍将延续。针对这一局面，抓住机遇，推进改革，完善机制，实现中国资本市场又快又好的发展，将中国资本市场建设成为具有第一流国际竞争力的市场，以有效地将国内资金和国际资本转化为强大的实体经济，无疑具有重要的战略意义。

2.发展资本市场对中国经济的重要意义

中国经济在过去的20多年中，取得了巨大的成就。进入21世纪的中国经济在面临重要发展机遇期的同时，也面临前所未有的困难和挑战。初级消费拉动的增长即将发展到一个相对饱和的阶段，内需不足、产业落后、经济附加值低等一系列问题将日益显现，迫切需要调整产业结构、发展经济附加值高的科技等产业、构筑自主创新经济体系，这客观上要求中国经济建立起一套可持续发展的机制。

从世界各国尤其是美国的经验来看，实现这一转型，强大的资本市场是这一套机制的核心。所以说，中国经济发展所面临的机遇和挑战，客观上对中国资本市场尽快强大起来提出了很高的要求。与此同时，一个深刻的反例是日本。日本經济经过一段时间的高速发展，从上世纪90年代初陷入困境，一直到现在尚未完全走出阴影。反观日本的经济危机，与日本长期以来过分偏重间接融资、资本市场未能得到健康发展的政策有着直接联系。经过多年反思，日本政府于近年明确提出由间接融资为主开始向直接融资为主方式转化，大力发展本国资本市场的战略方针。类似的情况在德国等国家也发生过。目前，中国经济在某些领域呈现出日、欧经济高速增长期的特点，居安思危，要保证中国经济的持续稳定发展需要提高资本市场的竞争力。

3.中国资本市场的发展前景

首先,随着更多的市场化改革措施的出台，市场会出现更多的金融创新产品；而随着“A+H”模式的确立，也会有更多大盘蓝筹股的陆续“海归”，发行机制的进一步完善，将使得资本市场的规模迅速增大。

其次，从市场中长期的发展来看，中国资本市场将逐步踏上“从繁荣走向成熟”之旅，确切地说，随着各项机制的完善，中国资本市场将从近期的繁荣走向长期可持续发展。我们坚信，中国的资本市场具有广阔的前景，而这是由中国资本市场的“基本面”和明确的市场化改革方向决定的。

第三，可以预期，中国资本市场在中国经济中的重要地位将更加凸现。资本市场通过其资源配置机制的发挥，将成为促进经济结构调整和转型的重要平台。在中国资本市场这个平台上，创新型企业将实现对发达国家高科技领域的追赶，并购和重组等市场筛选机制将创造出真正意义上的世界级企业。而当资本市场变得非常强大的时候，中国大部分的金融资源将以市场化方式进行配置，中国经济也会因而变得更加安全和富有弹性。

第四，随着经济的持续快速发展和资本市场的不断完善，我们可以预见，资本市场的财富效应也将逐步显现，为我国的养老和社会保障体系做出应有的贡献；同时，通过资源配置功能的发挥，资本市场还能够拉动落后地区的发展，促进技术的扩散和转移，并支援社会主义新农村的建设。资本市场通过其创造的公平竞争、共同致富的平台，将在中国和谐社会的建设中发挥不可替代的作用。

复合材料力学发展现状与展望 篇7

关键词：复合材料,力学性能,化学反应

复合材料是指由两种或两种以上的材料复合组成的材料, 又因组成成分的不同而复合程度不同, 有的简单, 有的复杂, 且因其成分和结构的特殊性而具有不同于单一材料所独有的力学特性[1]。

1 复合材料的诞生

对于复合材料的力学研究, 是从最常见的复合材料———土, 以及人们常用的来自于大自然一些天然材料岩石、竹子、树木、动物的皮革和骨骼等的力学研究开始的。研究活动也是由表及里, 由浅入深, 逐步揭开力学奥秘[2]。混凝土是19世纪发明的典型复合建筑材料, 已广泛应用于各种工程建设中, 并长期占据建筑材料市场。后因混凝土材料的比强不大, 人们不断研究开发出新的复合材料并推向建筑市场。特别是军事对材料的苛刻要求, 促使复合材料的研制与推广应用, 进一步促使复合材料的力学研究的诞生, 复合材料力学随之得到大力发展。

2 复合材料的发展历程

复合材料的应用由来已久, 人类历来就利用夯土、三合土、稻草与粘泥、树木、秸秆及石膏等胶凝材料组合成复合材料应用到房屋建筑等方面。房屋建筑过程中涉及力学原理, 这些复合材料的性能研究也就是复合材料力学研究的开端。但这些研究都没有形成理论性的知识。直到中世纪, 人们逐渐形成了复合材料力学的概念, 指出复合材料力学是指研究复合材料的微观和宏观力学特性, 包括复合材料的刚度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、损伤、应力集中、边界效应、环境响应和力学测试等力学问题等。

到20世纪80年代, 复合材料力学已经发展得非常完善, 新型复合材料不断研发与利用, 理论的发展为复合材料的研制和应用打下了坚实的基础并提供了强有力的依据[3]。

3 复合材料的研究与应用前沿阵地

复合材料力学是研究复合材料的力学行为, 其内容基于理论力学、材料力学、弹性力学及塑性力学等基础上, 同时它又有其独到的一面, 是专门研究不同材料组合情况下的力学行为, 为复合材料的研究开发与利用提供理论依据。

3.1 结构炭/炭复合材料力学

炭/炭复合材料是一种新型高温结构材料, 其密度小 (小于2.0 g/cm3) , 比强度高, 重要的是这种材料随着温度的升高, 其强度不降低, 甚至比室温还高。目前C/C材料作为超高温结构材料用于制造航空发动机的热端部件, 是目前世界上先进国家研究和发展的方向。

3.2 光纤智能复合材料

光纤智能复合材料结构是目前国内外研究的热点。它是材料科学、电子技术、光纤传感技术、信息技术和现代控制理论等学科综合与集成的新兴交叉学科。

3.3 碳纤维增强树脂基复合材料界面

碳纤维作为一种高性能纤维, 因具有比强度高、比模量高、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐低温性能良好等特性, 而成为近年来树脂基复合材料昀重要的增强材料, 被广泛应用在航空航天构件和体育用品中。复合材料性能基本与增强体和基体的性能有关, 同时与增强体和基体的界面黏接强度也有很大关系, 良好的界面结合能有效地传递载荷, 提高复合材料的力学性能。碳纤维表面呈惰性, 比表面积小, 边缘活性炭原子少, 表面能低和树脂浸润性及两相界面黏结性差, 复合材料层间剪切强度低, 性能基本不变, 应避免纤维过度氧化。

3.4 碳纤维布增强复合材料

纤维增强塑料 (FRP) 是一种新型的结构加固技术。我国从20世纪80年代后期开始应用此材料加固修复土木建筑结构。目前我国进行纤维增强复合材料加固土木工程结构的研究和应用越来越多, 其生产和销量也逐步加大。

4 复合材料的力学性能

1) 复合材料有着比其他材料高很多的比强度和比模量。例如较为典型的复合材料碳纤维增强环氧树脂的比强度是钢材的7倍, 其比模量是钢材的3倍。

2) 复合材料的抗疲劳性能很好。材料的疲劳破坏是指材料在反复作用的力作用下, 因为材料内部组织无法及时调整以应付反复作用的力, 而在某个部位出现应力集中, 以突破其所能承受的最大应力, 从而在该点出现破坏, 它一是种没有任何预兆的突发性破坏。复合材料因其材料的结构组成的特性, 在很大程度上能防止这种应力集中, 有效提高其抗疲劳强度。

3) 复合材料的延性较高, 减振性能较好。因建筑结构的自振频率与其组成材料比模量的平方根成正比, 然而, 复合材料的比模量较大, 从而其自振频率较高, 在通常加载速率下不容易出现因共振而快速脆断的现象。同时复合材料中因为存在大量纤维与基体的界面, 这些界面能对振动产生吸收或反射作用, 具有较大的振动阻尼, 从而在某种程度上, 能够缓解动力荷载振动所带来的损伤, 具有很好的减振性能。

4) 复合材料的可设计性能较强, 其原因在于复合材料的可复合的原材料众多, 且其组合方式多样, 基体和增强体的选择众多, 复合材料的基体与增强体的量比例具有很大的可变性, 结构的布置形式也多种多样, 从而可以设计出各种各样满足工程结构和性能需要的复合材料。

5) 复合材料还具有其他一些非复合材料所没有或较差的力学性能, 如复合材料具有很高的抗高温蠕变、耐磨性能, 具有良好的导电、导热或绝热、隔热性能, 具有很好的耐压、耐电、耐腐蚀耐燃烧、耐侵蚀性和耐老化、光热反应性能, 有的复合材料还具有很好的生物相容性, 甚至具有隐形性能等。

5 复合材料的主要研究内容

同一般材料力学相比, 复合材料力学更具有深度和广度, 涉及的范围更广, 研究的课题更多, 并随着社会的发展、工程实际的需要而不断扩充。

首先, 复合材料力学的深入研究是基于一般材料力学的原理和知识的基础上进行的。

第二, 复合材料中还有许多普通材料中不存在的力学问题, 如层间应力, 以及层间正应力和剪应力耦合会引起复杂的断裂和脱层现象、边界效应以及纤维脱胶、纤维断裂、基体开裂、增强体增强效果失效等问题。

第三, 基于复合材料的材料和结构设计是同时进行的, 所以复合材料中的基体材料和增强材料的选取和组合方式的确定、加工过程以及工艺技巧和结构设计过程中都存在大量及深奥的力学问题。

6 结束语

如今, 因为科技的高速发展, 复合材料力学的研究工作向微观方向发展, 纳米技术的出现, 使得复合材料的研制日新月异, 从而促使复合材料力学的研究向微观、细观力学努力, 主要集中层间的板壳结构的原理分析以及结构的开发应用, 以及改变组成材料的微观甚至颗粒结构方面, 以改善复合材料的各种优良性能而下工夫。

参考文献

[1]刘克明, 金莹, 康林萍, 等.复合材料的细观力学研究[J].江西科学, 2010 (3) :354-358.

[2]周润培, 李晗.复合材料的力学性能[J].玻璃钢, 2013 (3) :14-21.

航空复合材料技术发展的回顾及展望 篇8

关键词：航天技术,复合材料,发展

复合材料自研发以来, 被广泛地运用于航空工业中, 例如在民用航天领域上, 飞机的大部分都是采用复合材料, 在航天飞行器的许多零件也是由复合材料构成的, 导弹、运载火箭等的应用更是普遍, 由此可见复合材料对航空工业的重要性。但是我国目前在复合材料的技术方面还不太成熟, 所以我们要在前人的基础上不断探求发展之路。

1 复合材料的发展历程

我国在1958年开始使用复合材料, 初期便运用于航天工业。之后, 我国的复合材料发展迅速, 复合材料被广泛地应用于各个领域。一开始, 复合材料主要用在飞机的雷达罩、副油箱等, 但当时采用的是玻璃钢纤维, 由于玻璃钢纤维的弹性很小, 不能运用于飞机受力大的部位, 后来便出现了硼纤维, 但硼纤维因为不能被长时间加工, 所以只能用在飞机修理方面, 综合各方面因素, 碳纤维成了飞机上主要使用的复合材料。现如今, 复合材料凭借着它抗腐蚀性好、成本低、使用时间长等优点应用在飞机的各个方面。50多年过去了, 我国的复合材料技术不断发展, 现已经建立的航空航天材料基本体系可以满足我国目前航空航天需求, 复合材料的生产能力和协作配套网络, 也使得我国的航天工业处于稳定发展阶段, 形成复合材料的所用的原材料也基本上是自产自销。虽然这样, 我们在某些高水平研究上人与发达国家有较大的差距, 优质的碳纤维和其他高水平的复合材料大多数是从其他国家买进的, 这极大地限制了我国航天技术的发展。所以目前我们不仅要增加复合材料的产量而且还得提高它的质量, 只有复合材料的技术提高, 我国的航天工业才会更迅速地发展起来。

2 复合材料的应用

2.1 复合材料在军事方面的应用

复合材料在一问世时, 就被应用在军事飞机上, 复合材料的使用使军机更加轻便, 可携带更多的炸弹。随着时代的发展, 复合材料在军机上所占比重越来越大, 所承担的任务越来越重要。复合材料不仅仅用在战机上面, 在直升机上也广泛应用, 复合材料使得直升机的重量减轻, 在起飞时节省时间, 同时复合材料的应用还可以减少直升飞机的坠毁概率, 保障了战士们的安全。近几年, 无人机的问世也掀起了一阵热潮, 无人机的主要作用是携带武器, 作为战斗武器来使用, 这就要求无人机在体积一定的情况下尽可能多的装备武器, 复合材料使这个设想成为可能。RQ-4B高空长时间无人侦察机, 除机身主结构为铝合金外, 剩下的都是复合材料构成的。军事中不仅仅有战斗还有物资需求, 采用复合材料制造出来的大型货运机可以携带大量的军需物资, 在战争中发挥巨大作用。

2.2 复合材料在民用方面的应用

现在复合材料渐渐应用于民用飞机上。由于民用飞机与战机不同, 民用飞机载人数量多、重量大, 所以这就要求飞机的结构牢固。在初期, 复合材料只用在一些辅助性的结构上, 比如我们所熟知的波音号飞机, 在前几个型号上, 复合材料的应用不足10%, 而后来随着复合材料技术的不断精进, 几年之后波音787上的复合材料竟然占到机身总重量的一半并且广泛应用在主要受力结构上。复合材料在民用飞机上大范围使用这是民用飞机史上的一次重大改变, 复合材料让飞机更加轻便, 强度更高, 使用年限更久同时也使飞机的安全性得到了保障, 复合材料的还使得飞机的成本下降, 所以, 复合材料在民用航空的前景必然十分光明。

2.3 复合材料在航天的应用

当航天技术开始研究时, 科学家们就提出必须要用先进的、轻便的、耐用的材料来制作。航天飞机最主要的任务就是以最低的成本, 用可持续利用的飞行器, 把尽可能大的有效载荷送上太空中。那时候人们就开始研制高科技材料, 经过不断的试验和技术的提高, 人们发现复合材料不仅具有高比强度、高比刚度和重量轻等优点, 某些复合材料还有可以焊接、耐腐蚀等独特的优点, 这些优点都非常符合航天飞机结构材料要求尤其适用于轨道器结构系统中。在航天飞机上, 它的推力结构用的是硼/环氧、铝/硼和石墨/环氧等复合材料, 在环形框架、大梁、衍条、蒙皮横梁、连接件中也采用了大量的复合材料, 储箱的衬桶上用玻璃纤维围绕着, 外壳用玻璃纤维和蜂窝纤维包裹, 航天飞机上复合材料的用量高达190多公斤。

3 复合材料技术未来的发展

复合材料的发展历史和在航天工业的应用我们已经有所了解, 复合材料的重要性已经不言而喻, 所以复合材料的前景是十分光明的但是到目前为止, 复合材料还没有被普遍地使用, 究其根由有这几方面:第一是复合材料的造价太贵, 这并不是说复合材料的成本高, 它的成本是低于一般材料的, 但由于技术的不成熟和原料的不充裕, 综合下来它的造价是非常高的。第二是国内的复合材料原材料不符合标准, 基础非常差。第三是因为我国的理论知识非常落后。由于历史原因, 我国的高新技术产业起步较迟发展较为缓慢, 复合材料在国内的应用也比较晚, 这些原因导致的是我国的复合材料技术很不完善。在航天工业中, 我国许多复合材料依赖进口, 本国并不能生产, 所以我们面临的主要问题是如何大力发展我们的技术, 不再一味的向其他国际买进, 形成我们自己的特色产品。

作者认为应该从以下几个方面改进: (1) 对航空航天与民用领域中广泛采用的材料例如各种先进复合材料及一些传统结构材料进行精加工, 进一步研制, 使它们的成本下降, 可以广泛用在各个领域。 (2) 加强对复合材料原材料的改进。 (3) 利用发达的计算机技术来进行理论设计, 减少了材料的浪费, 达到省时省力保证质量和降低成本的目的。

4 结束语

我国的复合材料技术在起步时就已经落后于其他国家, 当复合材料的重要性越来越明显, 应用前景越来越广泛时, 我们不能再落后, 国家应大力扶持复合材料在航天工业中的研究项目, 在新世纪我国的航天工业会随着复合材料技术的发展逐渐壮大, 屹立于世界不败之地。

参考文献

[1]任晓华.航空复合材料制造技术发展[J].航空科学技术, 2010 (4) .

[2]刘友丹, 窦润龙.航空复合材料市场分析展望[J].航空制造技术, 2011 (20) .

高性能复合材料发展展望 篇9

高性能复合材料主要以高性能纤维为增强体的复合材料为主,基体树脂作为高性能复合材料的重要组成部分,其性能及成本对高性能复合材料的设计、制备、性能、加工具有重要意义。本文分别从增强纤维与树脂基体的角度介绍了高性能复合材料的发展前景。

1 高性能纤维增强复合材料

复合材料的性能取决于组分材料的种类、性能、含量和分布,以及复合材料的复合工艺和界面的结合程度。其中高性能纤维的出现对复合材料性能的提高起着决定作用,一定意义上说,没有高性能纤维,就没有高性能复合材料。碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维并称当今世界三大高性能纤维,是高性能复合材料领域的关键材料,也成为我国“十二五”规划支持的重点之一。其他高性能纤维如玄武岩纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、高性能玻璃纤维等材料在我国相继实现国产化的同时,凭借其特殊的性能也将在高性能复合材料领域争得一席之地,给下游应用领域更多的选择。

1.1 碳纤维及其复合材料

目前,全球碳纤维呈现产能过剩,一方面美日欧国家的碳纤维公司恢复了原有的扩产计划,另一方面亚洲的碳纤维产业化正在进行中,部分企业已经实现规模化生产,然而,企业设计的产能与生产出合格产品的实际产能存在差距,未来两三年碳纤维市场将进入激烈竞争的时代。目前,亚洲已经成为全球碳纤维的主产地和主要消费地区之一,预计到2015年,亚洲有望成为引领世界碳纤维产业发展的主要牵引力。

碳纤维及其复合材料是材料领域轻质高强高模的典型代表,可广泛应用在新能源开发、交通运输、太空和海洋开发、建筑、机械、武器制备等领域。随着低碳经济技术的研发与推广,未来碳纤维及其复合材料市场需求应持续增长,但消费结构会发生一些变化,工业领域需求量占总需求的比例将超过航空航天产业及体育休闲用品行业。碳纤维企业将面临着如何降低碳纤维的生产成本,进一步开发碳纤维及其复合材料的应用领域,从终端产品的设计出发,培育和开发从碳纤维到复合材料到制品的整个价值链的工艺流程。美国橡树岭国家实验室采用木质素和通用热塑性树脂的混合物制备碳纤维原丝;美国一家公司致力于使用再生碳纤维,包括从织物、复合材料及使用过的零部件中回收碳纤维,用于生产用汽车用高质量的预浸料,大大降低了复合材料的成本,原本这些废弃的产品是当垃圾倒掉或填埋,此项技术得到了包括美国能源部在内高达400多万美元的资助。美国碳纤维供应商卓尔泰克瞄准风能领域,为风力涡轮机提供动力的超长叶片采用碳纤维更经济。对小于50米的风力叶片,采用碳纤维替代原有的玻璃纤维,减轻叶片质量的同时,叶片的成本也随之上升,而随着叶片长度的增加,碳纤维的应用使得叶片质量更轻而成本增加越来越少。汽车被认为是能驱动碳纤维成倍增长的另一个应用引擎。碳纤维及其复合材料的使用被认为是解决汽车轻量化的有效途径。SGL公司与宝马公司合作,2010-2011年度在此领域取得巨大进展。但除了碳纤维的成本因素,高产能、低成本的复合材料工艺也成为下游厂商面临的障碍,同时,如何充分发挥碳纤维复合材料的高性能,也是重大的挑战。

1.2 芳纶纤维及其复合材料

芳纶纤维分为间位芳纶(芳纶1313)和对位芳纶(芳纶1414),生产主要集中在美国的杜邦(Dupont)和日本的帝人(Teijin)两家公司。目前世界芳纶l3l3产量和消费量大于3.5万t/a,主要用于高温高压电气绝缘纸、阻燃织物和烟尘过滤袋,少部分用于飞行器承力结构。

高性能芳纶主要指对位芳纶,其具有高模量、高强度、耐高温、优异的物理机械性能、热氧稳定性、阻燃性及优良的电绝缘性能,是综合性能最好,应用领域最多的一类芳纶。除了杜邦与帝人,韩国的科隆、晓星,俄罗斯的卡明斯克、特威尔以及中国的泰和新材(原烟台氨纶)、中蓝晨光、河南平煤神马、仪征化纤、河北硅谷、广东彩艳、苏州兆达等企业纷纷进行了对位芳纶的产业化建设。目前,对位芳纶的产能超过7万t,美国和欧洲主要用于防护织物,日本主要用于石棉替代品和轮胎行业、而我国下游市场集中与光缆补强、防弹材料,橡胶制品和复合材料则较少。

一方面,芳纶纤维凭借其优异的力学性能、耐高温性能和阻燃性能在防护领域和高温过滤除尘领域有大规模的应用,可以根据不同的防护需要开发不同种类的产品。对位芳纶的种类较多,包括杂环芳纶(芳纶Ⅱ和芳纶Ⅲ)和芳砜纶。杂环芳纶最初由俄罗斯研发,其力学性能和阻燃性能均优于普通对位芳纶,我国已开发出国产高性能杂环芳纶纤维,只在航空航天及军事领域有所应用。芳砜纶纤维拥有比间位芳纶更优异的耐热性和尺寸稳定性,据了解,芳砜纶纤维耐高温,长期使用温度为250℃,瞬时使用温度可达300℃;热收缩稳定,沸水中的热收缩率为0.5%~1.0%,在300℃空气里热收缩率为2%;还具有难燃的特点,可广泛用于防护织品、过滤材料、电绝缘材料、摩擦材料等领域。虽然高性能的芳纶生产已在我国实现产业化,但普遍存在生产成本高、性能不稳定的因素,难以大规模应用。国内最大的芳纶生产企业泰和新材年内实现对位芳纶1000t量产,打破了国外垄断。

另一方面,和碳纤维一样,树脂基复合材料仍是芳纶纤维最主要的发展方向。但目前国内芳纶复合材料的设计与应用研究还较少,多数生产芳纶的企业处于产业化初期,生产成本高,没有完全打通芳纶纤维的上下游产业链,芳纶纤维的大规模生产应联合轮胎、光缆、树脂基复合材料等领域共同研发。同时开发芳纶纤维的差异化品种,通过研究芳纶纤维与不同纤维混杂,与树脂界面结合等问题,研制出不同形状、功能的芳纶纤维复合材料,以满足下游客户需求。

1.3 超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料

超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后第三大高性能纤维,它是比强度最高的纤维,具有特别优异的耐化学性和耐气候性、高能量吸收性、低导电性和拒水性。国际上主要有美国honeywell、荷兰DSM、日本东洋纺、三井等公司进行工业化生产,2010年日本帝人宣布进军超高分子量聚乙烯纤维,预计2011年底投产,可见超高分子量聚乙烯纤维产业的全球市场需求旺盛。我国已有10多家企业从事超高分子量聚乙烯纤维的生产以及成套设备的研发、制造,无论在产品性能、单线产能及生产成本都具有一定的国际竞争力,是高性能纤维中产业化程度最高的一种纤维。但产品技术指标的稳定性与国外存在一定差距。而且,绝大多数企业的所用原料为国外进口,国内尚缺乏稳定的纤维原料生产企业。

超高分子量聚乙烯纤维所具有的轻质高强及柔软的特性,使其成为防刺防弹材料的首选,已超越芳纶纤维平纹织物,开始大量应用在世界军事、警用防弹防护领域,成为该领域中替代传统钢结构防弹材料中的主流材料。据国外资料统计,目前国际市场上的超高分子量聚乙烯纤维70%左右的产量全部应用于防弹防护领域。

超高分子量聚乙烯纤维的柔韧性好,其非常适用于制作绳索,由于其密度为0.98g/cm3,能够漂浮在水上,在水中的自由断裂长度为无限长,尤其适用于海洋用绳。随着海洋产业的蓬勃发展,高性能船用绳缆必将逐步替代现有普通船缆。在许多低温应用领域,如航天降落伞,飞机悬吊重物的绳索,高空气球的吊索等,超高分子量聚乙烯纤维绳缆也是首选。

由于超高分子量聚乙烯纤维由亚甲基组成,轴向高度取向、结晶度高、表面光滑,不能与树脂形成化学键合也不易被树脂润湿严重限制了其在树脂基复合材料中的应用。因此对超高分子量聚乙烯纤维纤维的表面进行改性处理,提高和树脂基体的粘接性能,扩大在复合材料中的应用,一直是超高分子量聚乙烯纤维一个很重要的研究方向。

但表面改性的方法并不适合所有树脂,且大部分成本较高,操作工艺复杂。此外,超高分子量聚乙烯纤维复合材料的应用领域还比较窄,目前主要用于防护材料及绳索类,今后应该尽量弥补超高分子量聚乙烯纤维本身的不足,进一步扩大其应用领域,使它在高科技纤维的市场竞争中占据优势。

超高分子量聚乙烯纤维具有良好的生物相容性和化学稳定性,不会引起人体的过敏反应和生物排斥反应,可以用作医用缝合线及人造器官,例如人造关节,人造韧带,人造肢体等。

1.4 玄武岩纤维及其复合材料

玄武岩纤维,是以火山岩(多种玄武岩等)为原料,在1450~1500℃高温熔融后拉丝而成的连续纤维。它不添加任何辅料,是纯天然的高性能纤维,具有较高拉伸强度,耐酸碱性、耐高温且耐低温(-269~650℃),防火阻燃、耐紫外线光照、不吸湿、电绝缘及吸音性能。目前国外研发和生产玄武岩纤维的单位有近20家,我国现有生产厂约15家,预计“十二五”末期我国玄武岩纤维产能要达到10万t的规模。

目前玄武岩纤维涉及到的应用领域主要是建筑结构补强、道路交通和玻璃钢三大领域。玄武岩纤维的综合性能与其它高强高模纤维对比,主要竞争对手为玻纤(特别是S-玻纤)和通用级碳纤维。玄武岩纤维的耐高低温性能、耐酸碱性能、抗氧化水解性都优于玻璃纤维,但其密度大,不适用于需要减重的领域。玄武岩纤维的高温电绝缘性能好,适用于高温电绝缘材料,包括高压输电线碳纤维复合材料芯材的电绝缘层等。由于玄武岩纤维目前的生产工艺尚不成熟,产品机械力学性能不稳定,生产成本仍高于玻璃纤维,但与聚丙烯腈基碳纤维相比,原料易得和价格相对低廉,加上断后延长率相对较大,易于加工,因此在比强度和比模量要求较低而性/价比要求较高的领域,可逐步取代通用级碳纤维。玄武岩纤维与聚丙烯腈基碳纤维和中间相沥青基碳纤维等有很强的互补性,它们间的混杂使用是今后的应用方向之一。

1.5 其他高性能纤维

目前国内外高性能耐热有机纤维开发主要集中于:芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维。除芳纶纤维外,其他3种高性能纤维的主要用途是用作工业上燃煤锅炉袋滤室的过滤织物。其中聚苯硫醚纤维的性价比较高,耐化学性仅次于聚四氟乙烯纤维,有较好的纺织加工性能;聚酰亚胺纤维具有高强高模特性,使用温度高达300℃;聚四氟乙烯纤维化学稳定性最好,清灰性能良好使其使用寿命比其它材质的滤料提高1~3倍以上。目前,四川得阳、长春应化所分别实现聚苯硫醚纤维和聚酰亚胺纤维的规模化生产,但价格仍处高位,产品质量稳定性不高,国内还没有摆脱依赖进口的局面。另外,高性能纤维的应用领域偏窄,下游复合材料的开发缓慢,因此可尝试先在功能材料应用领域,通过发挥高性能纤维物理化学性能方面的天然优势,开拓一定的市场。

2 高性能树脂基复合材料

2.1 热塑性树脂基复合材料

以热塑性树脂为基体,连续纤维增强的复合材料与热固性树脂为基体的复合材料相比具有韧性高、成型加工周期短、可回收等特性。大多数热塑性树脂,如PP、PA、PET等,都可采用纤维增强制备复合材料,以达到设计者对设计对象的要求。对于高性能复合材料,要求热塑性树脂基体具有较高的力学性能、耐温性、耐化学腐蚀性和其他功能性,如热塑性树脂聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)等。

在理论上,热塑性树脂基复合材料可以大规模应用在如波音787、空客A350等大型飞机以及兆瓦级的风电叶片上,但目前为止纤维增强的热塑性树脂基复合材料只应用在商用飞机上一些小部件和千瓦级的小型叶片上。如沙伯基创新塑料将碳纤维增强PEI应用于飞机座椅后背支撑餐盘的支架,此项创新与压铸铝相比,可将重量减轻50%,强度提高40%。空中客车联合8家热塑性复合材料厂商成立了名为TAPAS(Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structure)的组织,这个组织主要研究用于大飞机上的热塑性树脂基复合材料,其生产的复合材料需要达到以下要求:(1)复合材料的生产过程没有VOCs的排放;(2)复合材料有尽可能高的应变破坏力和优异的耐疲劳、抗冲击、化学稳定性和水解稳定性;(3)纤维体积含量尽可能高以降低部件的重量;(4)利用耗材和/或廉价的工具成型大面积厚制件;(5)材料可以回收、再加工以减少废弃物,提高材料的利用率。EireComposites公司积极开发液体成型技术,用于生产热塑性复合材料风力机叶片和机舱罩。EireComposites联合三菱重工、Ahlstrom玻纤公司和Cyclics公司等企业共同开发制造一片12.6米长的叶片样品并进行测试。这项工作将导致未来对全尺寸热塑性复合材料叶片的开发和认证。

但热塑性树脂基复合材料目前还没有应用在飞机的主要结构部件和大型风力叶片,主要原因:(1)高性能热塑性树脂的黏度高,加工困难,需要较高的加工温度(200~430℃)和固化压力,使得加工成本提高;(2)由于热塑性树脂的加工局限性,不宜采用热固性树脂常用的浇铸成型法,也难以制得大尺寸的构件,限制了其应用。(3)热塑性树脂的疲劳性能相当差,这是因为纤维和树脂基体之间连接较弱,两者间的连接是机械性的,是纤维四周的基体树脂在固化过程中的收缩形成的,而不是化学连接。普通的偶联剂用来提高玻纤、碳纤和热固性树脂的粘接,但对热塑性树脂作用不大。(4)热-湿性能一般,比热固性树脂差,这是由于热的湿气会膨胀基体,松动机械连接,使基体分子链沿纤维滑动。综上所述,开发热塑性树脂基复合材料在大飞机及风力叶片上的大规模应用还有相当长的路。

2.2 热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体,以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。树脂的最高使用温度、强度和良好的加工性是选择树脂优先考虑的因素,在新的树脂体系中,韧性的改善也成为主要考虑的事项。

不饱和聚酯树脂是热固性树脂中用量最大、品种最多的一类,约占85%~90%,也是复合材料(玻璃钢)制品生产中用得最多的树脂。由于生产工艺简便、原料易得,同时耐化学腐蚀、力学性能、电性能优良,最重要的是可以常温常压固化而具有良好的工艺性能,广泛用于结构、防腐、绝缘复合材料产品。但目前,大多数高性能复合材料采用环氧树脂为基体,我国环氧树脂的产量和消费量全世界第一,基本用于玻璃钢设备、脱硫装置和管道防腐等领域。目前国内外作为纤维增强用环氧树脂的研究有:(1)对现有双酚A环氧树脂的改性。如提高耐热、瞬间烧蚀性能的酚醛环氧,为提高阻燃性能的溴化环氧。(2)环氧乙烯基酯树脂的研发应用。(3)开发双酚F环氧树脂,其黏度低于双酚A环氧树脂的,固化后的双酚F环氧树脂较双酚A环氧树脂具有更好的耐溶剂性和力学性能。(4)开发新型固化剂。高性能的环氧树脂如应用于风电叶片,环氧树脂要经受恶劣气候的考验,且设计寿命长达20年,这种高抗强度、高稳定性的环氧树脂,目前国内企业还不能生产。

乙烯基聚酯树脂是一种可溶于苯乙烯液,含有不饱和双键的特殊结构的不饱和聚酯树脂。该树脂的耐腐蚀性好、价格低廉、固化速度快并易于加工(相对于高性能的环氧树脂)。风电的快速发展,对复合材料的需求越来越旺盛,降低叶片的制造成本是叶片制造商面对激烈竞争的必然选择。乙烯基树脂固化过程中收缩率小,对玻纤具有很好的浸润性,静态机械性能与环氧树脂增强体相当,成为代替环氧树脂的极有竞争力的产品。有专家认为,用性价比更高的乙烯基树脂逐步取代目前广泛采用的环氧树脂,将成为未来风力发电叶片的发展趋势。

3 结语

高性能复合材料及其产业的发展已成为21世纪新材料技术发展最为重要的方向之一,由于其结构与功能的可设计性,人类对其的期望值越来越高。高性能复合材料与传统材料不同,从材料的设计、原材料的取舍、材料的制备、加工工艺到应用的终端是一个系统工程。原材料是复合材料的基础,低成本是复合材料拓展利用的前题,设计理论是复合材料利用与成长的支持与保障,这些是制约复合材料成长的3个“瓶颈”问题。

开发质量稳定的高性能纤维与专用树脂及相关配合料,开拓高性能纤维在复合材料领域的应用,降低成本,解决原材料、工艺、设计、评价等方面一系列的科学与技术问题,是全部材料界同仁所肩负的重担;国内有关部门和材料工作者应配合全力,达成“我国由新材料大国向新材料强国改变”的目的。

参考文献

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[3]任意.高分子量聚乙烯纤维性能及应用概述[J].广州化工,2010,38(8):87-88.

污染土壤的物理化学修复现状与展望 篇10

中国土壤污染问题已十分严重。据不完全调查,目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩,污水灌溉污染耕地3 250万亩,固体废弃物堆存占地和毁田200万亩,合计约占耕地总面积的1/10以上,其中多数集中在经济较发达的地区。据估算,全国每年因重金属污染的粮食达1 200万t,造成的直接经济损失超过200亿元。土壤污染造成有害物质在农作物中积累,并通过食物链进入人体,引发各种疾病,最终危害人体健康。 土壤污染直接影响土壤生态系统的结构和功能,最终将对生态安全构成威胁[1,2,3]。

土壤污染具有比较隐蔽、污染后很难恢复、污染后果严重、持久性强等特点,因此必须对土壤污染的预防和污染土壤修复予以高度重视。

2 物理化学修复技术现状

根据土壤的位置是否改变,污染土壤修复技术可以分为原位修复和异位修复两种[4]。前者对污染物就地处置,使之得以降解和解毒,不需要建设昂贵的地面环境工程基础设施和远程运输,操作维护起来比较简单,还可以对深层次污染的土壤进行修复。而后者的环境风险较低,系统处理的预测性高于原位修复。

本文主要针对近年来国外在污染土壤现场修复中应用较多、效果较好的几种物理化学修复技术的研究进展进行了综述。

2.1 原位修复

2.1.1 土壤淋洗技术

土壤冲洗技术是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂,通过水力压头推动清洗液,将其注入到被污染土层中,然后再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来,进行分离和污水处理的技术。主要用于处理重金属、易挥发卤代有机物以及非卤代有机物,该技术是否有效、是否可实施,以及处理费用的关键是土壤的渗透性,研究表明,水传导系数大于10-3 cm/s的土壤,推荐用该技术,最好用于沙地或砂砾土壤、冲积土和滨海土等,因为砂质土不能强烈吸附污染物。质地较细的土壤如红壤、黄壤等与污染物之间的吸附作用较强,需经过多次冲洗才能奏效。另外,控制不当时,冲洗废液可能会溢出控制区而产生二次污染。

2.1.2 原位化学氧化/还原修复技术

该技术主要是通过掺进土壤中的化学氧化/还原剂与污染物所产生的氧化/还原反应,达到使污染物降解或转化为低毒、低移动性产物的一项修复技术。该技术修复工作完成后,一般只在原污染区留下了水、二氧化碳等无害的化学反应产物,通常处理其他方法无效的污染土壤,比如在污染区位于地下水深处的情况下。该技术主要用来修复被油类、有机溶剂、多环芳烃、PCP、农药以及非水溶性氯化物等污染物污染的土壤。

2.1.3 原位固化/稳定化土壤修复技术

原位固化/稳定化土壤修复技术是指防止或者降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术,通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理。常采用的方法为:先利用吸附质如黏土、活性炭等吸附污染物,浇上沥青,然后添加某种凝固剂或粘合剂,使混合物成为一种凝胶,最后固化为硬块,原位修复需要利用机械装置进行深翻松动,通过高压方式有次序地注入固化剂/稳定剂,充分混合后自然凝固,放出的气体要通过出气收集罩输送至处理系统进行无害化处理后才能排放。该修复技术费用低廉,所形成的固体毒性降低,稳定性增强,加工设备容易转移,所需的实施需要时间由几周至几个月不等,影响这一过程的主要因素有污染物种类的不同、土壤面积和深度的不同、土壤种类和地质条件的不同。

2.1.4 电动力学修复技术

电动力学修复技术利用插入土壤中的两个电极,在污染土壤两端加上低压直流电场,在低强度直流电的作用下,水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动,土壤污染物在电极附近富集或被收集回收。该技术主要用于低渗透性土壤的修复,适用于大部分无机污染物,石油类以及一些石油类污染物最高去除率可达90%以上。该技术成功的关键在于污染物的溶解性和污染物从土壤胶体表面的脱附性能,并且土壤的含水率低于10%,处理效果大大降低。

2.2 异位修复

2.2.1 化学淋洗

与原位化学淋洗技术不同的是,异位化学淋洗技术首先要把污染土壤挖掘出来,用水或溶于水的化学试剂来清洗、去除污染物,再处理含有污染物的废水或废液,处理后的土壤可以回用。该技术适用于各种类型污染物的治理,包括重金属、石油类碳氢化合物、易挥发有机物、PCBs以及PAHs等,但必须依照特定的污染土壤或沉积物“量身定做”,清洗液也需要经过仔细研究才能确定,如果土壤含有25%～30%的粘粒,将不考虑该项技术。

2.2.2 异位化学氧化/还原修复技术

同原位化学氧化/还原修复技术。

2.2.3 溶剂浸提技术

溶剂浸提技术通常也被称为化学浸提技术,是利用批量平衡法,采用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除的技术。该技术克服了由土壤处理、污染物迁移、过程调节等技术瓶颈,使土壤中PCBs与油脂类等难以从土壤中去除的污染物处理成为现实,但不适于去除污染土壤中的重金属和无机污染物。适合采用该技术的最佳土壤条件是粘粒含量低于15%,湿度低于20%,粘粒含量和湿度过高,污染物被土壤胶体强烈的吸附。

2.2.4 化学脱卤技术

化学脱卤指向受卤代有机物污染的土壤中加入试剂,以置换取代污染物中的卤素或使其分解或部分挥发而得以去除。目标污染物包括卤代半挥发性有机物(SVOCs)和有机农药。其局限性在于:一些脱卤剂能与水起化学反应,高黏土含量及含水率会增加处理成本,且当卤代有机物浓度超过5%时需大量反应试剂。

2.2.5 异位固化/稳定化土壤修复技术

同原位固化/稳定化土壤修复技术,其所针对的土壤污染物质主要为无机物,一般不适于处理有机物和农药污染,不能保证污染物的长期稳定性,且处理过程会显著增加产物体积。

3 土壤修复技术展望

3.1 应注意对土壤自净作用的研究

当人们对物理、化学和生物修复给予更多关注时,土壤环境的自净功能常常被疏忽和遗忘。实际上,当污染物浓度限制在一定程度时,土壤本身的调节与净化功能也可使污染物得以去除。

3.2 警惕二次污染

物理化学和生物修复意味着把大量能量、化学品和生物体投入到被污染的环境介质和生态系统,在消除污染的同时,这种投入也有可能带来新的不良影响。

3.3 污染土壤修复技术的优化与组合

由于土壤污染大多属于复合污染,而单一修复方法难以解决复合污染土壤修复问题,所以不同修复方法的组合是污染土壤修复的实际需求。两种乃至多种方法的组合已难以用单一的物理、化学、生物名称来描述。把多种修复方法涵盖在统一系统之内,是污染土壤修复理论研究和应用的需要。修复方法的优化,不仅包括不同修复方法之间的优化组合,更包括了系统内在修复功能同外加修复功能的有机结合,其目标是寻求修复效果与投入的最佳结合。

今后修复技术发展方向应该从物理化学与生态相结合出发,修复土壤污染的同时,维护正常的生态系统结构和功能,实现绿色意义的污染土壤的修复。

摘要：介绍了我国土壤污染的突出特点及其危害,在分析污染土壤原位修复和异位修复两种方式不同特点的基础上,根据各种修复技术的不同作用原理,介绍了目前国内外主要物理、化学修复的技术原理、适用性、局限性及实施时间等,展望了今后物理化学修复技术的发展。

关键词：污染土壤,物理化学法,修复,发展

参考文献

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[2]周启星,宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M].北京:科学出版社,2004.

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