生物質(zhì)復(fù)合材料綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上生物質(zhì)復(fù)合材料的研究進(jìn)展摘要：生物質(zhì)炭復(fù)合材料是一種原材料價(jià)格低廉,制造成本合理,性能獨(dú)特,具有廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景的新型炭復(fù)合材料。本文綜述了生物質(zhì)資源狀況、竹炭的特性及研究現(xiàn)狀,著重對(duì)多孔固體和生物質(zhì)炭復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能的研究進(jìn)展進(jìn)行了分析,并對(duì)生物質(zhì)炭復(fù)合材料目前存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析,對(duì)多孔固體材料和生物質(zhì)炭復(fù)合材料的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)，復(fù)合材料，研究進(jìn)展我國(guó)有比較豐富的生物質(zhì)資源,據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織資料,我國(guó)每年有1.1億噸麥秸,居世界第一位。具體到林業(yè)可利用生物質(zhì)方面,我國(guó)目前擁有用材林7 862.58萬(wàn)公頃,薪炭林2139萬(wàn)公頃,竹林484.

2、26萬(wàn)公頃。每年約有1.5億噸森林采伐剩余物和木材加工產(chǎn)生的廢棄物,每年約有1億噸疏伐樹(shù)木整枝生物質(zhì)1。這些林業(yè)生物質(zhì)資源為我國(guó)林產(chǎn)工業(yè)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)提供了豐富的原料,展現(xiàn)了林化行業(yè)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的良好前景。同時(shí),在我國(guó)石油資源短缺、能源嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口、“白色污染”嚴(yán)重的背景下,作為可循環(huán)利用天然資源的生物質(zhì)及其廢棄物的資源化利用,具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益,已逐漸成為21世紀(jì)主要的新材料和新能源之一。推動(dòng)物質(zhì)材料的應(yīng)用,乃至催生一個(gè)新的生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)已成為我國(guó)新材料發(fā)展的一個(gè)重大方向。1生物質(zhì)資源概述生物質(zhì)是指任何可再生的或可循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)，包括專(zhuān)用的能源作物與能源林木,糧食作物和飼料作物

3、殘留物,樹(shù)木和木材廢棄物及殘留物,各種水生植物、草、殘留物、纖維和動(dòng)物廢棄物、城市垃圾和其它廢棄材料。2003年11月在日本召開(kāi)的第一屆生物基聚合物國(guó)際會(huì)議上提出了可持續(xù)發(fā)展的生物基聚合物全新概念,對(duì)生物基聚合物定義為:生物基聚合物是由可再生資源(如淀粉、秸稈等)、二氧化碳等為原料生產(chǎn)的聚合物。生物質(zhì)資源在中國(guó)主要包括農(nóng)業(yè)廢棄物和能源生物資源(能源/化工專(zhuān)用動(dòng)植物和藻類(lèi))。目前,能源生物資源主要是指能源農(nóng)業(yè)、能源林業(yè)種質(zhì)資源,包括現(xiàn)有種質(zhì)資源的挖掘、保護(hù)和開(kāi)發(fā)及專(zhuān)用品種的培育。同時(shí)也包括利用高效能源植物進(jìn)行的規(guī)?；?、商品化的生物質(zhì)原料生產(chǎn)2。從國(guó)外研究情況來(lái)看,生物質(zhì)能源為主的生物質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)

4、利用早已引起世界各國(guó)政府和科學(xué)家的關(guān)注。有許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)研究計(jì)劃,如日本的陽(yáng)光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)和巴西的酒精能源計(jì)劃等發(fā)展計(jì)劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)、加拿大、芬蘭等國(guó),多年來(lái)一直在進(jìn)行各自的研究與開(kāi)發(fā),并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開(kāi)發(fā)體系,擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)3-6。在國(guó)內(nèi),國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃(20052020)中,“農(nóng)林生物質(zhì)工程”被列為重大專(zhuān)項(xiàng)之列,并作為國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。通過(guò)走農(nóng)業(yè)工業(yè)化之路,解決農(nóng)民的增收和“三農(nóng)”問(wèn)題。生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可望在未來(lái)1520年內(nèi)為解決21世紀(jì)中國(guó)面臨的能源短缺、環(huán)境污染、食品安全等重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,乃

5、至全面建設(shè)“小康”社會(huì)作出重大貢獻(xiàn)。同時(shí),在由中國(guó)工程院主辦的2005年中國(guó)生物質(zhì)工程論壇上,活躍在生物質(zhì)工程技術(shù)前沿領(lǐng)域的專(zhuān)家指出,我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟,要不失時(shí)機(jī)地利用我國(guó)在資源、技術(shù)、人才等方面的優(yōu)勢(shì)發(fā)展這一朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。田野里不僅生產(chǎn)糧食,還能提供優(yōu)質(zhì)原料生產(chǎn)清潔能源和化工產(chǎn)品,顯著改善生態(tài)環(huán)境。但是,現(xiàn)實(shí)與遠(yuǎn)景還有很大差距。生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)為我國(guó)提供了一次歷史機(jī)遇,生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)使農(nóng)林廢棄物和污染物無(wú)害化、資源化,這是繼傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)由初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)向農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域拓展之后,為農(nóng)業(yè)和農(nóng)民增收開(kāi)辟的第三戰(zhàn)場(chǎng)7。2復(fù)合材料概述復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它可以發(fā)

6、揮各組元材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一組元的缺陷8。復(fù)合材料按用途可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料，根據(jù)基體種類(lèi)可分為金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料和炭基復(fù)合材料等，按增強(qiáng)（韌）相可分為顆粒增強(qiáng)、晶須增強(qiáng)或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、電子電氣、建筑、體育器材、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，近幾年更是得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草或麥秸增強(qiáng)粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代，因的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱(chēng)玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱(chēng)。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、和硼纖維等高強(qiáng)度和

7、高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹(shù)脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。現(xiàn)代高科技的發(fā)展離不開(kāi)復(fù)合材料，復(fù)合材料對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有著十分重要的作用。復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度及其生產(chǎn)發(fā)展的速度和規(guī)模，已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球復(fù)合材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，亞洲尤其中國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)較快。20032008年間中國(guó)年均增速為15%，印度為9.5%，而歐洲和北美年均增幅僅為4%。2007年中國(guó)（大陸）行業(yè)中，復(fù)合材料玻璃纖維產(chǎn)量160萬(wàn)噸，其中115.5萬(wàn)噸用于玻璃

8、鋼（FRP）工業(yè)；不飽和聚酯樹(shù)脂（UPR）產(chǎn)量135萬(wàn)噸，其中68.8萬(wàn)噸用于玻璃鋼領(lǐng)域、占51%；乙烯基樹(shù)脂產(chǎn)量12640噸，膠衣樹(shù)脂產(chǎn)量15870噸。2008年我國(guó)復(fù)合材料整個(gè)行業(yè)全年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)量增長(zhǎng)達(dá)12%左右。行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)全年實(shí)現(xiàn)工業(yè)增加值86.7億元，工業(yè)總產(chǎn)值258億元，新產(chǎn)品產(chǎn)值11.6億元，銷(xiāo)售產(chǎn)值253億元?，F(xiàn)階段，我國(guó)玻璃鋼、復(fù)合材料行業(yè)面臨一個(gè)新的大發(fā)展時(shí)期，如城市化進(jìn)程中大規(guī)模的市政建設(shè)、新能源的利用和大規(guī)模開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)政策的出臺(tái)、汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展、大規(guī)模的鐵路建設(shè)、大飛機(jī)項(xiàng)目等。在巨大的市場(chǎng)需求牽引下，復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將有很廣闊的發(fā)展空間。從2010年年初

9、起，國(guó)家發(fā)改委、科技部、財(cái)政部、工信部四部委聯(lián)合制定下發(fā)了關(guān)于加快培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定代擬稿，經(jīng)過(guò)半年的意見(jiàn)征求，主要領(lǐng)域從7個(gè)擴(kuò)為9個(gè)，其中“新材料”中分列了特種功能和高性能復(fù)合材料兩項(xiàng)。在“十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃”之后，“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”已經(jīng)被認(rèn)為是振興經(jīng)濟(jì)的又一重大舉措，此后的政府大規(guī)模投資也被市場(chǎng)普遍期待，所以這也被認(rèn)為是繼國(guó)家“4萬(wàn)億”投資計(jì)劃之后又一個(gè)大型產(chǎn)業(yè)投資計(jì)劃。3復(fù)合材料領(lǐng)域的國(guó)際前沿?zé)狳c(diǎn)及進(jìn)展3.1金屬基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料是包括顆粒、晶須、纖維增強(qiáng)金屬基體的復(fù)合材料。金屬基復(fù)合材料兼具金屬與非金屬的綜合性能，材料的強(qiáng)韌性、耐磨性、耐熱性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性及耐候性能適應(yīng)廣泛的

10、工程要求，且比強(qiáng)度、比模量及耐熱性超過(guò)基體金屬，對(duì)航空航天等尖端領(lǐng)域的發(fā)展具有重要作用。在該類(lèi)材料中，所用基體金屬包括輕合金（鋁、鎂、鈦）、高溫合金與金屬間化合物，以及鋼、銅、鋅、鉛等；增強(qiáng)纖維包括炭（石墨）、碳化硅、硼、氧化鋁、不銹鋼及鎢等纖維；增強(qiáng)顆粒包括碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、硼化鈦、碳化鈦、碳化硼等；增強(qiáng)晶須包括碳化硅、氧化硅、硼酸鋁、鈦酸鉀等。以上各種基體和增強(qiáng)體可組成大量金屬基復(fù)合材料，但目前多數(shù)處于研發(fā)階段，只有少數(shù)得到應(yīng)用。如硼、石墨纖維增強(qiáng)鋁（鎂）用于衛(wèi)星、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)、空間望遠(yuǎn)鏡部件，碳化硅纖維與顆粒增強(qiáng)鈦合金用于大推比飛機(jī)壓氣機(jī)部件，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（PRA）廣泛用于

11、航空、航天及汽車(chē)、電子領(lǐng)域。在金屬基復(fù)合材料中顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料最具發(fā)展?jié)摿ΑＴ摬牧暇哂斜葟?qiáng)度和比模量高，耐磨性、阻尼性及導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能。其主要應(yīng)用領(lǐng)域一是航空、航天和軍事領(lǐng)域，二是汽車(chē)、電子信息和高速機(jī)械等民用領(lǐng)域。發(fā)展目標(biāo)是代替鋁合金、鈦合金、鋼等用于制造高性能的構(gòu)件，減重并提高性能和儀器精度。電子器件用金屬基復(fù)合材料使用性能要求高、用量大，將成為金屬基復(fù)合材料最主要的發(fā)展方向之一。汽車(chē)、高速列車(chē)和高速機(jī)械用金屬基復(fù)合材料是當(dāng)前及今后另一個(gè)重要研究方向。鋁基復(fù)合材料（如 SiCp/Al）具有重量輕、導(dǎo)熱性好和耐磨的特點(diǎn)，是一種新型的剎車(chē)盤(pán)、活塞、連桿材料，成為汽車(chē)及高速

12、列車(chē)輕量化的關(guān)鍵新材料。3. 2 陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料(CMC)的增韌材料主要有碳纖維（CF）、碳化硅纖維（SiCf）、玻璃纖維、氧化物纖維，以及碳化物和氧化物顆粒等，基體材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。CMC種類(lèi)繁多，由于其“耐高溫和低密度”特性優(yōu)于金屬和金屬間化合物，因而美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家一直把 CMC列為新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料的發(fā)展重點(diǎn)，而連續(xù)纖維增韌的CMC是重中之重。Cf/SiC、SiCf/SiC和SiCf/Al2O3等連續(xù)纖維增韌的 CMC 具有耐高溫、密度低、耐腐蝕、類(lèi)似金屬的斷裂行為、對(duì)裂紋不敏感和沒(méi)有災(zāi)難性損毀的特點(diǎn)。目前，Cf/SiC、S

13、iCf/SiC和SiCf/Al2O3等連續(xù)纖維增韌的CMC已在推重比 910一級(jí)的多種型號(hào)軍用發(fā)動(dòng)機(jī)和民用發(fā)動(dòng)機(jī)中等載荷靜止件上試驗(yàn)成功，主要試驗(yàn)應(yīng)用的部位有燃燒室、燃燒室浮壁、渦輪外環(huán)、火焰穩(wěn)定器和尾噴管（矢量噴管）調(diào)節(jié)片等。實(shí)踐表明，航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用 CMC 構(gòu)件大大節(jié)約了冷卻氣量，提高了工作溫度，降低了結(jié)構(gòu)重量并提高了使用壽命。美國(guó)、英國(guó)和法國(guó)在推重比520 發(fā)動(dòng)機(jī)的研制中，CMC更成為不可缺少的材料，應(yīng)用部位顯著增加，目前已進(jìn)行了大批試驗(yàn)和應(yīng)用。在 CMC 中碳化硅陶瓷基復(fù)合材料還是一種新型制動(dòng)材料。3.3 聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)材料（PMC）是以熱固性或熱塑性樹(shù)脂為基體材料和另外不

14、同組成、不同性質(zhì)的短切的或連續(xù)纖維及其織物復(fù)合而成的多相材料。常用的增強(qiáng)纖維材料有玻璃纖維、碳纖維、高密度聚乙烯纖維等。聚合物基復(fù)合材料密度低、比強(qiáng)度高，耐腐蝕、減振性能好，模量高和熱膨脹系數(shù)低，是一種高性能工程復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天和軍事等領(lǐng)域。聚合物基復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)，可顯著減輕汽車(chē)自重，降低油耗，提高汽車(chē)安全舒適性，降低汽車(chē)的制造與使用綜合成本。另外聚合物基復(fù)合材料在交通、建筑、環(huán)保體育用品等方面的應(yīng)用也日趨廣泛，已占復(fù)合材材料天地47料用量的90%以上。在民用領(lǐng)域，某些功能性聚合物基復(fù)合材料具有防靜電、抗菌除臭的效果，市場(chǎng)上出現(xiàn)的抗菌冰箱，無(wú)菌塑料餐具等便是這種技術(shù)的應(yīng)用

15、。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，納米技術(shù)和納料材料得到飛速發(fā)展，科學(xué)家將具有納米尺寸（小于100nm）的金屬或金屬氧化物材料采用填充、共混、增強(qiáng)等技術(shù)分布于聚合物基體中，利用納米材料獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)及量子效應(yīng)引起的一系列特異的聲、光、熱、電等性能，開(kāi)發(fā)出具有特殊功能的聚合物基納米復(fù)合材料，能吸收和衰減電磁波、減少反射和散射，用于隱形飛機(jī)、隱形軍艦等其他需要電磁波屏蔽場(chǎng)所的涂敷。3.4 炭/炭復(fù)合材料炭/炭（C/C）復(fù)合材料是以碳纖維增強(qiáng)炭基體的復(fù)合材料，其使用溫度高達(dá) 2000以上，密度低于 2.0g/cm3，比強(qiáng)度是高溫合金的5倍，是一種優(yōu)秀的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。從 20 世紀(jì)60年代美國(guó)

16、 NASA的Apollo登月計(jì)劃實(shí)施以來(lái),C/C 復(fù)合材料已成為航空航天領(lǐng)域不可替代的熱結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)今,無(wú)論是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、導(dǎo)彈的再入防護(hù)，還是航空剎車(chē)副，C/C 復(fù)合材料都是首選材料。C/C 復(fù)合材料早在20世紀(jì)70年代末80年代初已成功用于航天飛機(jī)的鼻錐帽和機(jī)翼前緣，滿足了航天飛機(jī)多次往返飛行的需求。C/C 復(fù)合材料在高溫非結(jié)構(gòu)方面因能夠很好地滿足各種苛刻技術(shù)要求而嶄露頭角，其應(yīng)用正向多個(gè)方向發(fā)展，其中最重要的應(yīng)用對(duì)象有：火箭噴管；導(dǎo)彈鼻錐（端頭帽）。更具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用是在多次重復(fù)的高溫氧化環(huán)境下長(zhǎng)期工作初級(jí)或次級(jí)承力結(jié)構(gòu)，這是當(dāng)前C/C研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。C/C 復(fù)合材料還是一種優(yōu)異的航

17、空剎車(chē)材料，它不僅重量輕、壽命長(zhǎng)、熱容大，而且工作更加可靠。因此，國(guó)內(nèi)外新一代的飛機(jī)（無(wú)論是民航機(jī)還是軍用機(jī)），其剎車(chē)副已大多采用 C/C 復(fù)合材料，它代表了新型航空剎車(chē)材料的發(fā)展方向。4功能性生物質(zhì)炭復(fù)合材料的研究進(jìn)展利用生物質(zhì)生產(chǎn)一些材料的替代品也是將來(lái)材料發(fā)展的一個(gè)方向,如利用生物質(zhì)熱壓成板材,中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所對(duì)利用農(nóng)業(yè)剩余物秸稈作原料生產(chǎn)人造板重大課題進(jìn)行了研究,并獲得了國(guó)家專(zhuān)利。1200萬(wàn)噸可供作人造板生產(chǎn)原料,生產(chǎn)約2000萬(wàn)方人造板,可代替6000萬(wàn)方木材。目前,世界人造板產(chǎn)量的15%20%是利用農(nóng)業(yè)剩余物生產(chǎn)的。秸稈熱壓板材具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、剖面密度均勻等特點(diǎn),并且經(jīng)特

18、殊處理后還可阻燃、防火、防蟲(chóng)9。利用生物質(zhì)炭本身具有的吸附性、研磨性、吸光性、隔熱性和較強(qiáng)的反應(yīng)性,再加上復(fù)合的其它材料的性能,制成新的具有特殊用途的功能材料,是開(kāi)發(fā)生物質(zhì)炭的新用途的重要途徑。目前國(guó)內(nèi)生物質(zhì)炭化復(fù)合材料的研究非常有限,且主要集中于對(duì)木陶瓷和C/C復(fù)合材料的研究。在日本崗部敏弘于1990年首次提出木陶瓷后,李淑君等10、李堅(jiān)等11對(duì)木陶瓷的生產(chǎn)工藝、力學(xué)性能進(jìn)行了研究,并采用低溫氮吸附法對(duì)比木炭研究了木陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)。林銘等12對(duì)不同材料制造木陶瓷得炭率和硬度進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:試樣的得炭率和硬度隨升溫速率升高而減小;材質(zhì)不同,硬度差異顯著;該研究結(jié)果為木陶瓷的生產(chǎn)和利用提供

19、了科學(xué)的理論依據(jù)。謝志勇等13對(duì)氈體密度對(duì)C/C復(fù)合材料增密和結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了研究,研究表明,化學(xué)氣相滲透工藝增密速度隨氈體密度的增加呈下降趨勢(shì),而較高的氈體密度有利于獲得較高石墨化度的高結(jié)構(gòu)的粗糙層結(jié)構(gòu)(RL)熱解炭。韓紅梅等14對(duì)C/C復(fù)合材料高溫力學(xué)行為進(jìn)行了研究,研究表明,界面在C/C復(fù)合材料中起著重要作用,界面狀態(tài)的改變會(huì)直接影響材料的破壞方式及力學(xué)性。陳騰飛15對(duì)基體炭結(jié)構(gòu)對(duì)C/C復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:基體炭的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型影響炭纖維,基體炭間的界面強(qiáng)度,粗糙層熱解炭與炭纖維間的界面強(qiáng)度比光滑層熱解炭的高,而樹(shù)脂炭和瀝青炭由于與炭纖維間存在化學(xué)鍵合,因而界面

20、強(qiáng)度較高。曹偉等16-17對(duì)C/C復(fù)合材料CVI工藝的各種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了研究,指出對(duì)C/C復(fù)合材料CVI工藝的精確數(shù)值模擬必須建立在完備的、精確的動(dòng)力學(xué)描述的基礎(chǔ)上,需對(duì)熱解炭的沉積機(jī)理以及沉積過(guò)程有清楚的認(rèn)識(shí),對(duì)預(yù)制體結(jié)構(gòu)的變化有準(zhǔn)確的描述;而目前這兩方面都還有待于進(jìn)一步探索。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,竹炭已不再是一種簡(jiǎn)單的能源性材料,對(duì)其利用的范圍和領(lǐng)域?qū)?huì)更加寬廣。尤其是納米技術(shù)和高新材料制備技術(shù)的發(fā)展使竹炭的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到整個(gè)材料領(lǐng)域,其作為環(huán)保材料和功能性材料將會(huì)取得更為廣泛的應(yīng)用。把導(dǎo)電性的竹炭粉和助劑混合后裝入衣物、織物、蒲團(tuán)、枕頭、帽子、墊子和寵物用具等物品中縫合或黏合,具有空氣清凈

21、、按摩、消臭、抗紅外線、調(diào)溫調(diào)濕、抗菌和抑制毒性的作用。因此由竹炭開(kāi)發(fā)的上述保健炭枕、床墊、坐墊等生活用品十分有利于健康18。張齊生等成功地把不具催化性能的納米材料負(fù)載到竹炭上,使竹炭的性質(zhì)發(fā)生根本的變化,得到了納米改性竹炭光催化吸附、殺菌劑,使竹炭的吸附作用和納米材料的優(yōu)異性能得到了完善的結(jié)合。納米改性竹炭催化吸附、殺菌劑材料除了具有較強(qiáng)的吸附能力外,同時(shí)具有很好的抑菌、殺菌能力,能將吸附過(guò)來(lái)的有毒、有害物質(zhì)分解為無(wú)毒、無(wú)害的二氧化碳和水,也能將吸附過(guò)來(lái)的細(xì)菌殺死,起到殺菌的作用。利用納米技術(shù)將竹炭粉化,再通過(guò)熔融紡絲程序把竹炭均勻地融入聚酯纖維中,從而制成竹炭纖維,竹炭纖維在日本市場(chǎng)有“黑

22、鉆石”的美譽(yù),不僅具有自然和環(huán)保特性,更有抗菌、負(fù)離子等多種功能,適用于生產(chǎn)貼身衣物和防護(hù)型紡織品19。目前日本正在進(jìn)行大型的研究計(jì)劃,利用竹炭極好的電磁特性開(kāi)發(fā)可用于磁懸浮列車(chē)的超導(dǎo)體材料。5展望生物質(zhì)炭復(fù)合材料研究還處于初始階段,因其具有耐火、防腐防霉、熱膨脹系數(shù)低、吸振性好等一系列優(yōu)點(diǎn),開(kāi)始引起科技工作者的關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)在生物質(zhì)炭化復(fù)合材料領(lǐng)域的研究非常有限,大量的資源得不到利用,更談不上相關(guān)的新材料開(kāi)發(fā)。目前主要存在的問(wèn)題和發(fā)展方向有以下幾點(diǎn)：1)國(guó)內(nèi)外在生物質(zhì)固化成型方面進(jìn)行了大量的研究,“八五”期間,我國(guó)重點(diǎn)對(duì)生物質(zhì)固體成型技術(shù)進(jìn)行了科技攻關(guān),引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)機(jī)型,經(jīng)消化、吸收,研制出

23、各種類(lèi)型的適合我國(guó)國(guó)情的生物質(zhì)壓縮成型機(jī),其螺桿使用壽命達(dá)500h以上,屬?lài)?guó)際先進(jìn)水平。但粉體炭化材料的固體成型工藝和設(shè)備的研究尚未成熟,離實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)炭化復(fù)合材料還有較大距離。2)對(duì)竹炭等生物質(zhì)炭的物理性質(zhì)、力學(xué)性能、特殊功能等方面進(jìn)行了一定的研究,表明竹炭等生物質(zhì)炭是環(huán)境友好型的多功能材料,為其精深加工提供了一定的依據(jù)。但各種添加劑對(duì)其成型后所具備的功能及其影響機(jī)理尚未可知。3)生物質(zhì)炭化復(fù)合材料的耐火、防腐、防霉等功能已較明確,但缺少?gòu)幕瘜W(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)、加工工藝3個(gè)方面進(jìn)行理論研究,使得生物質(zhì)炭復(fù)合材料無(wú)法產(chǎn)業(yè)化。4)金屬、聚合物、玻璃和陶瓷等發(fā)泡體多孔固體作為一種優(yōu)秀的工程材料,具

24、有功能和結(jié)構(gòu)的雙重屬性,是一類(lèi)廣為使用而又具有巨大應(yīng)用潛力的功能結(jié)構(gòu)材料,其結(jié)構(gòu)與性能的研究已達(dá)到較高水平。而作為天然改性多孔固體的生物質(zhì)炭復(fù)合材料,其結(jié)構(gòu)和性能相關(guān)性研究還處于初始階段,結(jié)構(gòu)和性能模型化將是其發(fā)展方向。參考文獻(xiàn):1周義德,王方,岳峰.我國(guó)生物質(zhì)資源化利用新技術(shù)及其進(jìn)展J.節(jié)能,2004,10:8-11.2孫振鈞. 中國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)及發(fā)展取向J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004,20(5):1-5.3Steininger K W, Voraberger H. Exploiting the medium term biomass energy potentials in Austria:a

25、comparison of costs and macroeconomic impactJ. Environmental and Resource Economics, 2003,24(4):359-377.4Lin D A I. The development and prospective of bio-energy technology in ChinaJ. Biomass and bio-energy, 1998,15(2):181-186.5Demirba A. Energy balance,energy sources,energy policy,future developments and energy investments in TurkeyJ. Energy Conversion and Management,2001, 42(10):1239-1258.6Cook J, Bey