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复合材料的发展与创新

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以塑料为主要基材的复合材料,其中主要是复合薄膜,是一类极有发展前途的包装材料。下面从一般意义上介绍复合材料的发展展望。

确定复合材料发展的新领域,首先取决于该领域的科技发展水平,其次是社会经济发展的需求,最后是能否充分体现复合材料的特色和优势。根据这些原则,可展望复合材料发展重点领域。

1.发展多功能、机敏、智能复合材料

复合材料具有设计自由度大的特点,使其更适合发展为多功能复合材料,就是由功能一多功能机敏智能复合材料,即从低级形式到高级形式的发展中体现出来。这些发展主要表现在以下几方面。

•功能复合材料。上面提到的功能性复合材料目前已有不少品种得到应用,但从发展来看还远远不够。功能复合材料涉及的范围非常宽。在电功能方面有导电、超导、绝缘、吸波(电磁波)、半导电、屏蔽或透过电磁波、压电与电致伸缩等;在磁功能方面有永磁、软磁、磁屏蔽和磁致伸缩等;在光功能方面有透光、选择滤光、光致变色、光致发光、抗激光、X射线屏蔽和透X射线等;在声学功能方面有吸声、声呐、抗声呐等;在热功能方面有导热、绝热与防热、耐烧蚀、阻燃、热辐射等;在机械功能方面有阻尼减振、自润滑、耐磨、密封、防弹装甲等;在化学功能方面有选择吸附和分离、抗腐蚀等,其他不再列举。在上述各种功能中,复合材料均能够作为主要材料或辅助材料在包装中发挥作用。•多功能复合材料。复合材料具有多组分的特点,因此必然会发展成多功能的复合材料。首先是形成兼具功能与结构的复合材料,这一点已经在实际应用中得到证实。例如,美国的军用飞机具有自我保存的隐身功能,即在飞机的蒙皮上应用了吸收电磁波的功能复合材料来躲避雷达跟踪,而这种复合材料就是高性能的结构复合材料。目前正在研制兼有吸收电磁波、红外线并且可以作为结构的多功能复合材料。可以说,向多功能方向发展是发挥复合材料优势的必然趋势,也为制造特殊用途包装开辟了广阔前景。•机敏复合材料。人类一直期望着材料具有能感知外界作用并且作出适当反应的能力。

目前已经开始将传感功能材料和具有执行功能的材料通过某种基体复合在一起,并且连接外部信息处理系统,把传感器给出的信息传达给执行材料,使之产生相应的动作,这样就构成了机敏复合材料及其系统。它能够感知外部环境的变化,作出主动的响应,其作用可表现在自诊断、自适应和自修复的能力上。仅从包装方面预计,机敏复合材料将会在内包装商品的质量变化,储运中的损毁、污染情况等多方面发挥巨大的作用。

•智能复合材料。智能复合材料是功能类材料的最高形式。实际上它是在机敏复合材料基础上向自决策能力上的发展,依靠在外部信息处理系统中增加入工智能系统对信息进行分析,给出决策,指挥执行材料作出优化选择。这样就对材料的传感部分和执行

部分的灵敏度、精确度和响应速度提出了更高的要求,也为包装的未来展示美好的蓝图。

2.发展纳米复合材料

当材料尺寸进入纳米范围时,材料的主要成分集中在表面,例如,直径为2nm的颗粒表面原子数将占有整体的80%。巨大的表面所产生的表面能,使具有纳米尺寸的物体之间存在极强的团聚作用而使颗粒尺寸变大。如果能将这些纳米单元体分散在某种基体之中构成复合材料,使之不团聚而保持纳米尺寸的单个体(颗粒或其他形状物体),则可发挥其纳米效应。这种效应的产生来源于其表面原子呈无序分布状态而具有的特殊性质,表现为量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面与界面效应等。由于这些效应的存在,使纳米复合材料不仅具有优良的力学性能,而且会产生光学、非线性光学、光化学和电学的功能作用。

目前已进入开发阶段的有机无机纳米复合材料和无机无机纳米复合材料都表现出极好的发展前景。同样也会对包装业带来革命性影响。

3.发展仿生复合材料

天然的生物材料基本上是复合材料。分析这些复合材料可以发现,它们的形成结构、排列分布非常合理。例如,竹子以管式纤维构成,外密内疏,并呈正反螺旋形排列,成为长期使用的优良天然材料。又如,贝壳是以无机质成分与有机质成分呈成状交替叠层而成,既具有很高的强度又有很好的韧性。这些都是生物在长期进化演变中形成的优化结构形式。大量的生物体以各种形式的组合来适应自然环境的考验,优胜劣汰,为人类提供了学习借鉴的途径。因此,可以通过系统分析和比较,吸取有用的规律并形成概念,把生物材料方面的知识结合材料科学的理论和手段,来进行新型材料的设计与制造,逐步形成新的研究领域——仿生复合材料。正因为生物界能提供的信息非常丰富,以现有水平还无法全面认识其机理,所以这种复合材料具有很强的发展生命力。

本文网址:/article/201319126196493.html

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