合成材料行业研究范例6篇

合成材料行业研究

合成材料行业研究范文1

一、国内外纳米材料的研究现状

随着各种新兴技术以及相关产业的发展,对纳米材料的需求日益增多,纳米技术的基础理论等相关研究也都在飞速发展,相关技术在医疗、电子等行业应用得比较广泛,并已面向产业化的方向发展。虽然在美国、日本等几个国家已经实现纳米粉体材料的批量生产,但未来的研发之路是任重而道远的,纳米生物材料和纳米医疗诊断材料等产品还将处在不断的探索过程中。有关机构曾经做过预测:到2020年,全球纳米新材料市场规模达86亿美元,行业的年增长率为24.6%。最近几年,各国政府和企业对纳米技术的研究投入了大量的人力和物力,促进了纳米新材料产业的发展,纳米材料的市场规模将进一步扩大。美国将纳米材料的研发列为国家战略层面的科研项目之一,这与其在国防、军事、航空航天等领域的广泛应用分不开。纳米材料优良的性能已被认可,正逐渐应用到农业、生物、医疗等领域,创造巨大的经济效益。我国开展纳米材料的研究并不算晚,目前,我国有100多个从事纳米材料基础和应用研究的机构。其中,开展研究工作比较早的单位既有高校也有研究所,例如清华大学、吉林大学、东北大学等老牌学校,以及长春应用化学研究所、感光化学研究所等研究院所。在过去的一段时间里,我国纳米材料基础领域的研究取得了丰硕的成果。在研究过程中,主要采用物理和化学方法,并且将多种方法结合使用,研制出金属以及合金的氧化物和氮化物等一系列纳米颗粒;积极地向走在前列的国家学习,并且引进一些急缺但是却不能自主生产的设备,对纳米微粒的尺寸进行有效的控制,将研究的成果应用于生产中,其中生产出一系列高科技产品,例如纳米薄膜、纳米块材等;积极地从各个角度对纳米材料的特性进行挖掘,在很多的方面都积极而显著地创新,取得了一系列的进展,成功地研制出具有优良性能的纳米陶瓷,其主要表现在密度高和结构复杂等方面;另外,我国在世界上首次发现超塑性形变现象,即纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳应力集区所表现出的特性;在其他纳米技术应用的领域也取得了不菲的战绩,例如对功能纳米材料进行了深入的研究,并且取得一系列的丰硕成果。在“八五”研究工作的基础上,我国建立了几个纳米材料研究基地,具有代表性的主要有南京大学、中科院金属所、中科院物理所、国防科技大学、清华大学等。这些基地的建立为纳米材料的研发创造了条件。经过数十年的工作基础和工作积累,我国在纳米材料和纳米结构的研究方面取得了长足进步,在国际社会上具有一席之地。新时期,国内的科研院校不仅为我国纳米材料研究培养了高质量的纳米材料科研人员,还对纳米材料的应用进行了研究,促进了成果转化工作。今后一段时期内,这些科研单位和高校都将是我国纳米材料研究的重要组成部分。据有关部门的统计,目前我国已有700多个以“纳米”命名注册的公司,注册资金达到560多亿元。通过纳米材料的标准化工作,规范纳米材料产品的生产,使纳米材料高新技术与传统产业的改造有机结合,提高了传统产业的技术水平,提升了产品的档次与性能,促进了传统产业的结构调整,加速了传统产业的改造。

二、纳米产业发展的趋势

纳米材料作为一种新型材料,其研究虽然还存在诸多问题,但是伴随着科学技术水平的发展,纳米技术上存在的问题都会一一被解决。纳米技术将逐渐与其他技术相融合,最终融入到社会生活中。

第一,纳米技术与信息产业的融合。信息产业在世界上占有举足轻重的地位。2010年,我国信息产业的利润占GDP的10%。纳米技术与信息产业相融合,具体表现在以下几个方面:首先,现阶段网络通讯、芯片技术以及高清晰度数字显示技术不断发展,推动了纳米技术的发展。未来对通讯和集成等方面的零件性能要求会越来越高,美国等一些发达国家已经着手研究,实验室的研究也取得了一定的成功。其次,我国在分子电子器件和巨磁电子器件等领域的研究起步较晚,研究比较滞后。最后,在网络通讯中,我国对其中一些关键的器件如谐振器、微电容和微电极等方面的研究不足,与世界的差距较大,在进行研发的时候也要努力提升相关零件的性能,这些都为纳米技术与其产业的融合留下了巨大的空间。

第二,纳米技术与环境产业的融合。纳米技术在空气净化以及水污染物的降解方面不可或缺,纳米技术在净化环境方面的意义重大。目前,我国已经制造出可以充分降解甲醛、氮氧化物等一系列污染物的设备,可以大为降低空气的污染程度,可以将有害气体的浓度从10ppm(指用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度)降低到0.1ppm;近年来,很多公司致力水处理产业,利用纳米技术的光催化性能净化水质,提高生活用水和工业用水的质量,已经取得了一定成就;在未来,纳米技术在环境领域的应用将会更加广泛。

第三,纳米技术与能源环保产业的融合。当今,对能源的不合理开发和滥用已致使其呈现出日益枯竭的状态。所以,合理有效地利用能源是我国今后的一项重要工作,同时对新能源的开发和利用也刻不容缓。一方面在传统能源领域,加紧对其催化剂的研究,这样可以使煤炭、石油等资源充分利用,充分燃烧,同时减少废气的排放,这些都需要纳米技术的支持。另一方面,在开发新能源方面,我们不仅要自主创新,还要积极地借鉴国外的先进经验,开发一些可燃气体,开发清洁能源,将一系列的新能源更便捷的在日常生活中应用。

第四,纳米技术与生物医药产业的融合。我国加入世界贸易组织后,各个行业都受到不同程度的冲击。以医药行业为例,在国际医药行业决定采用纳米尺度发展制药业的大背景下,我国必须奋起直追,不能落后。纳米生物医药发展的方向在于从动植物提取需要的材料,之后通过纳米技术处理,使其药效最大限度地发挥出来,这也是我国中医的理论思想。在医药方面采用纳米技术生产,也可以提高纳米技术的适用层次。

第五,纳米新材料的研发。美国一家机构预测:到21世纪50年代前后,汽车上60%的金属材料要被新型复合材料所代替,采用高强度轻质量的材料可节省油量达到55%;还减少了尾气的排放量,尤其是二氧化碳的排放。在车体使用纳米材料,发挥其优良的性能,不仅提升汽车的力学性能,而且还使汽车具有反射各种紫外线、红外线的功能,减少了外界的干扰。

合成材料行业研究范文2

关键词:协同创新;材料科学与工程;工程实践

作者简介:张旺玺(1967-),男,河南淮阳人,中原工学院材料与化工学院院长,教授;彭竹琴(1964-),女,河南三门峡人,中原工学院材料与化工学院,副教授。(河南 郑州 450007)

中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)10-0181-02

一、专业发展背景及工程实践教育面临的主要问题

我国现有高等学校中有170多所大学设有材料科学与工程类本科专业330个(包括金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程、复合材料工程、冶金工程、材料物理、材料化学等专业),各学校由于发展的历史不同形成了各自的特色,适应了社会发展对不同材料的人才需求,为国家培养了大量的材料科学与工程技术人才。[1]新材料是21世纪支柱产业或战略性新型产业之一,材料科学与工程学科不断快速发展与演化,新知识、新理论、新方法、新技术层出不穷,学科交叉日益深化。同时,随着社会经济的快速发展,高新技术产业急速发展,人民的生活质量日益提高,基础产业需要改造和不断升级,这些重大需求都对材料科学与工程专业人才培养提出了更高要求。

中原工学院是一所省属地方普通高等学校,长期具有明显的纺织机电行业特征。经过50多年的奋斗历程,现在已经发展成为以工为主、以纺织服装为特色,工、管、文、理、经、法、艺协调发展的教学型大学。为适应学校的规模发展和学科、专业建设的需要,学校于2002年设立了材料科学与工程本科专业。对于一个快速发展的省属地方高校来说,由于专业设立时间不长,资本投入不足,高层次人才匮乏,材料科学与工程专业发展面临很多问题,因此如何培养适应社会和科技发展需求的具有较强工程实践能力的高级应用型人才,成为目前最迫切需要解决的问题。[2]

教学过程中存在的影响工程实践能力提高的主要问题有:专业办学历史较短,校内实验教学条件不足;校外实习实践教学时间不充分、效果差;实践教学组织和管理不能满足工程实践能力培养目标的要求。

二、建立有区域优势特色的协同创新中心

2011年总书记在庆祝清华大学建校100周年大会上提出,要积极推动协同创新,通过机制创新和政策项目引导,鼓励高校同科研机构、企业开展深度合作,建立协同创新的战略联盟,促进资源共享。2012年教育部实施了以推进协同创新为核心内容的“高等学校创新能力提升计划”,即“2011计划”。推进协同创新成为国家全面提升高等教育质量的重要战略举措。在这一背景下,中原工学院积极联合相关科研院所和行业知名企业等单位,建立了校级“超硬材料制品工程”协同创新中心。

选择超硬材料制品工程这一方向作为材料科学与工程学科的协同创新中心是基于如下考虑:中国是世界上超硬材料生产第一大国,占全球产量95%,而河南省是超硬材料大省,产量占全国的70%以上。河南省是全国唯一的“国家火炬计划超硬材料产业基地”、全国唯一的“超硬材料特色产业链”建设基地。目前河南省超硬材料产业已形成明显的产业链,专业化特点明显。郑州是我国超硬材料及制品产业的主要发源地和行业中心,是技术和人才的辐射源,是我国超硬材料的重要生产研发基地。根据服务于中原经济区建设的要求,作为一所地方高校,选择具有突出区域特色产业优势的超硬材料制品工程建设协同创新中心,通过建立协同创新联盟,真正促进政产学研用紧密协作,是实现人才培养工程实践能力快速有效提高的新要求。

三、通过协同创新提高工程实践能力的路径和效果

1.促进校企科学研究水平提升

作为一所地方高校,教师的科研活动受到实验室条件、仪器设备、研究经费和研究人员等多方面的制约,原创性、高层次的项目难以立项。为了完成学校对科研经费任务的考核,教师们主动到企业联系横向课题。材料与化工学院也有目的的组织教师到企业进行产学研合作、培育科研团队。通过产学研合作,以企业为主体,以市场为导向,教师有了科研项目、经费,研究的课题解决了企业的实际问题,双方受益形成了良性循环,不断扩大了双方合作的空间。

协同创新中心把企业同高校、研究机构结合起来,实现了单个主体所无法实现的组织目标和结果,类似于复合材料因为基体材料和增强材料的协同作用,使得复合材料的某些性能既优于其基体材料,又优于增强材料。企业同高校、研究机构协同创新的效率远远高于企业独立创新和模仿创新的效率,[3]尤其是通过协同创新中心建设的实施,协同创新联盟各方都感受到了实实在在的受益,效果显著。协同的本质是复杂系统中各子系统相互协同和作用,以实现单个主体所无法实现的组织目标和结果。如2011年由中原工学院提出,把与郑州华晶、郑州三磨所三方合作多年的“触媒法合成高品级金刚石关键设备与成套工艺技术开发”项目,联合申报国家科技进步奖,最后该成果获得了国家科技进步二等奖,对提升学校美誉度和企业创新能力及声誉具有重要影响。

2.促进共建科学研究平台建设

作为一所地方高校,设备投入和实验室条件都很有限。中原工学院通过实施协同创新,联合郑州三磨所、郑州华晶、中南杰特、河南富耐克等国内知名研究所和企业,申报共建了高档超硬材料工具河南省工程实验室、郑州市金刚石锯切工具工程技术研究中心。另外,还联合郑州博特硬质材料有限公司共建了郑州市超硬复合材料刀具工程研究中心。协同创新思想突破了传统线性、链式创新模式,呈现出非线性、多角色、开放性的多元主体互动协同特征。通过实验室共建,共享分析仪器和实验设备资源,促进了人员交流,提高了科研效率。

3.促进教师工程实践教学水平提高

在协同创新中心,学校与研究所、企业各方可以实现有条件的互相兼职和聘任。材料与化工学院根据政策,通过“博士服务团”、“企业博士后科研工作站”、“科技特派员”等多种形式选送教师到企业挂职锻炼。如材料与化工学院一教授通过与许昌恒源公司的合作,作为带头人建设了“基于发制品用途的化学纤维绿色工艺技术研究”河南省创新型科技团队。现在材料与化工学院大部分教师都有了在企业工作或兼职科研工作的亲身经历,学生感受到教师的授课不再空洞乏味,而是非常实际和富有兴趣,对提高材料科学与工程专业学生的工程实践教育教学质量具有较大影响。

4.促进创新人才培养模式优化

“协同创新”已经成为学校人才培养活动中的重要理念,并在教育实践中形成了一系列富有成效的人才培养模式。[4,5]通过协同创新使原本各单位独立的资源变成了创新联盟内共享的资源,一些潜在的能量得到了充分释放。形成的新机制和新体制为协同创新各方激发了无限生机与活力,对人才培养模式的影响尤其深刻。协同创新实施之前,按照传统的人才培养模式,理论教学和实验教学都在学校内进行,全部由高校教师授课,教学效果不理想,学生普遍感到枯燥乏味、不感兴趣;而需要到企业进行的认识实习、生产实习和毕业实习等实践教学环节,由于资金投入不足和企业不愿意接待等诸多难题,实习质量大打折扣,学生的实习环节基本上变成了“参观”,走马观花下来,学生受益很少。协同创新实施以后,学生可以根据个人爱好加入不同的科研兴趣小组和导师制教学团队,学生到企业“出入自由”,在科研中遇到的实际问题,可以及时在企业联络员的帮助和许可下到现场获得第一手资料与信息,随着参与时间的延长,学生很容易亲自动手进行操作。在课堂教学环节,聘任了企业技术人员和高层管理人员为学校兼职教授,可以给学生进行生动的具有丰富实践经验的教学,学生的兴趣明显提高,也收到了良好的教学效果。

5.促进学生工程实践能力提高

通过协同创新工作的不断深入,科研促进教学的效果极其明显。教师联合企业进行科学研究,把获得的成果有针对性的在教学过程中传授给学生,这种知识的传授不仅可以在理论课堂上进行,也可在科研兴趣小组的科研活动中进行;而同时学生在该科研创新活动中会发现很多问题,提出的问题也可反馈给教师。这种知识传授和学习的过程是一个双向激励的过程,双方通过互相影响和碰撞,教学效果和质量在潜移默化中快速提高。

学生在协同创新中心联盟单位内共享资源,教育活动的空间和时间都被扩大,在参与科研和实习创新活动中,不仅可以使用实验室、仪器和设备等硬件资源,同时还得到了研究所和企业技术人员及一线工人的亲身教育,对社会及企业对人才的真实需求有了实在的认识和了解,对学习目的和就业导向有了明确的方向。在研究生教育和本科生毕业论文环节聘任研究所和企业技术人员为指导教师或合作导师已成为常态。

在参与科研活动时,学生能亲临企业参与生产一线的科研课题,通过解决实际问题和获得一定的薪酬,不仅提高了兴趣,感受到了成功的快乐,还能在自己实实在在的科研活动中提高工程实践能力。通过接触和工作实践,学生毕业后能快速适应工作岗位,强化的工程实践能力将会在新的工作岗位上充分显现其效果,协同创新中心联盟企业对此也非常认可。

四、结语

国家实施协同创新战略的目的是把政产学研用具有不同功能的主体联合到一起,产生综合创新能力质变提升效应。中原工学院材料与化工学院结合超硬材料在河南省的区域优势特色,联合研究所和行业内知名企业建立了超硬材料制品工程协同创新中心,通过促进共建科学研究平台、提升科学研究水平、强化教师工程实践教学水平、革新创新人才培养模式和提高人才培养质量,获得了协同创新中心联盟单位的一致认同,大大强化了材料科学与工程专业工程实践能力的教育教学效果。

参考文献:

[1]赵长生,顾宜.高分子材料与工程专业发展与现状[J].塑料工业,2008,36(1):70-71.

[2]张旺玺,潘玮,王艳芝,等.高分子材料与工程专业建设改革与实践[J].河南化工,2010,27(5):59–61.

[3]王子镐.大力加强行业特色大学协同创新能力建设[J].北京教育高教,2012,(1):14-16.

合成材料行业研究范文3

关键词:实验中心;材料学科;平台建设;实验教学

中图分类号:G640 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)39-0276-03

对开设材料学科的高等院校来说,培养大批适应材料产业和技术飞速发展的宽口径材料科学与工程专业人才已成为人们的共识[1]。但对于材料科学与工程这种实践性强、投入大的学科,大部分地方高等院校的材料学科都面临着投入不足、实验平台建设相对滞后、实验教学队伍编制少等问题,严重制约了材料学科人才的培养质量。特别是材料学科研究所需的一些大型仪器和设备在培养学生科学素养和创新能力、提高其综合素质方面扮演着十分重要的角色[2]。我院根据实际情况和专业特点,通过整合院内资源,成立了材料科学与工程实验教学中心,同时,与企业共建省级工程中心,实现资源共享,并进行了实践,为划转地方院校材料类实验中心的建设积累了一些经验供借鉴。

一、设立材料科学与工程实验中心背景

我校的材料科学与工程是从1986年设立的焊接专业逐渐发展起来的一个学科。2003年成立材料科学与工程系,2006年成立材料科学与工程学院,目前有焊接技术与工程、材料成型及控制工程、材料物理和金属材料工程四个本科专业。在实验室建设初期,借鉴同类型高校实验室建设的成果和经验,分别设立了材料基础实验室和材料加工工程、材料物理和金属材料工程三个专业实验室。它们共同承担材料类的实验教学、学生毕业设计、学生课外科技活动、教师科研工作等任务。但由于各专业成立的时间、实验室规模及招生的数量不同,不同专业实验室之间在设备数量、总值、人均工作量等方面的矛盾突出,严重影响到实验教师工作的积极性。同时,随着各专业的快速发展,各类实验设备和仪器随之增加,使设备使用、管理与实验人员数量不足的矛盾也开始变得突出[3]。资金上,一方面由于实验室建设经费不足,材料研究的高端的仪器设备缺乏,影响到人才的培养质量和学科的发展。另一方面,不同专业实验室建设往往力求“小而全”,常有仪器设备、工具等重复购置,造成有限资金的浪费。为了解决上述问题,2007年我院成立了材料科学与工程实验教学中心,并提出了院级统一管理、教师参与、校企共建、资源共享的实验室建设与管理模式。

二、实验中心的建设思路和措施

材料科学与工程实验中心所需实验设备不但涉及面广,而且大多设备价格昂贵,可以说是一个“贵族”学科。对于大部分实验经费不足的划转地方院校,找准办学定位,设立合理的实验教学体系,优化实验室结构,多方筹措经费,完善、提高实验平台建设和管理水平应是现阶段实验中心建设的重点之一。

1.设立“大材料”的实验教学体系。我校材料科学与工程实验教学中心依托现有的材料科学与工程一级学科硕士点、材料加工工程省级重点学科和陕西省焊接钢管工程技术研究中心(与宝鸡石油钢管有限责任公司共建),由学院统一管理组建材料科学与工程实验教学中心。实验教学体系的建立基于“材料制备及热处理”、“材料成型加工”、“材料性能测试”、“材料组织结构表征”四个实验平台,分成五个层次进行建设。实验教学体系框架见图1。

材料基础实验主要包括材料科学与工程学院公共基础课的知识以及各专业方向课中的共性知识,目的是加强共性和基础性知识的教育。专业方向特色实验的设置是针对每个专业学生所需的专门知识,如管线全位置焊接实验、管线钢组织性能测定实验等。在此基础上将逐渐开设《石油工程材料热处理工艺-组织-性能分析》、《石油工程材料焊接工艺-组织-性能评定》等专业方向综合实验。综合型实验是知识体系的综合、实验技能的综合和实验设计的综合。增加综合性实验所占的比例,进一步减小验证性实验,可以使学生充分发挥主观能动性,避免以往为实验而实验、为检测而检测的呆板性和单一性,使材料各个学科专业之间能够相互交叉与融合。本科毕业设计是一个实践性非常强的教学环节,它不同于课堂讲授,又有别于科研工作。在组织学生毕业设计时指导教师在重视每名学生共性发展时,还特别注重每个学生的个性发展与提高,通过开放实验室,鼓励学生参与教师的科研项目或自己设计、自己动手做实验,使特别优秀的学生脱颖而出[4,5]。同时,也充分调动基础较差学生的积极性,使其获得自信心。科研与研究生创新实验是提高学生创新意识和分析问题、解决问题的能力,为培养具有宽材料基础的复合型人才奠定基础。

2.整合资源,优化实验室结构。划转地方院校的材料科学与工程大体是通过冶金与机械或金属、非金属、高分子三大类材料所依存的专业而建立的学科,侧重于从具体应用的角度来探求新材料的性能评价与使用。这种类型的学科大都有原先专业发展残留的痕迹,学科方向发展不均衡,如果一味追踪材料科技前沿的基础,往往会失去原有的特色。我院材料科学与工程实验教学中心充分利用原先专业发展的基础,通过资源整合,优化实验室结构,建立“材料制备及热处理”、“材料成型加工”、“材料性能测试”、“材料组织结构表征”四个实验平台。在整合实验室的基础上,对实验教学的内容也进行了调整。从各专业能力培养的目标出发,调整相关学科的知识配套,使实验教学内容能随学科发展、国家和地方经济建设的需要不断更新,使一些先进的科技成果及时转化到实验教学中。通过对全院的实验资源进行整合,建立开放、共享的实验平台,并能通过网络进行仪器设备使用的预约,从而实现学院内实验资源的优化配置,避免实验室不必要的重复建设,减少资金及人力资源的浪费。

3.充分利用中省共建资金,完善实验教学平台。中省共建资金是财政部于2000年针对划转地方院校设立的“中央和地方共建高等学校专项资金”。我院根据学科及实验教学平台建设需要,通过认真组织、积极申报,截至2010年共获得800万元中省共建资金的资助。这些资金在相当程度上缓解了学生规模不断扩大与基础设施严重不足的矛盾。2008年,利用中省共建资金,通过购买万能试验机、示波冲击试验机、疲劳试验机完善材料性能测试实验平台;通过购买扫描电镜、XRD衍射分析仪等提高材料组织性能表征实验平台,使我院材料科学与工程实验中心的平台建设上升到一个新的台阶。2010年通过中央与地方共建实验室资金建成的“国际焊接工程师实训基地”,将理论教育与实践相结合、专业教育与工程教育相结合,将国际焊接工程师培训课程纳入专业课程教学模块,对在校生开展“学历学位教育+职业资格认证”教学模式的探索与实践,使在校生可以提前获得从业资质,不仅提高自身专业能力和素质,而且拓宽就业渠道,增加就业机会,培养国际化焊接技术专门人才,满足石油石化行业和陕西地方经济建设对国际资质焊接技术人才的需求。2010年和2011年共有80余名本科生参加了国际焊接工程师培训班,64名学生一次通过考核,并获得由IIW颁发的国际焊接工程师资格证书,受到了哈尔滨培训中心的好评。我院材料科学与工程实验中心通过近几年中省共建资金的扶持,较好地完善了实验教学平台。目前,实验中心可为企业、其他高校或研究机构提供力学性能测试、金相组织分析、X射线衍射分析等技术服务。

4.开展校企合作,提高实验平台建设水平。校企合作的目的是要实现高校资源、企业在市场经济条件下的合理配置和有效运行[6]。共建实践教学平台是校企合作办学的重要方面。我院与宝鸡石油钢管有限责任公司焊接钢管研究院签订了校企合作协议。双方本着资产明晰、资源共享、联合研究、成果共有的原则,共同建设“焊接钢管工程技术研究中心”,建立校企合作技术创新体系,构建技术研究、开发平台,为学校教育质量的提高和企业技术发展提供服务。焊接钢管工程技术研究中心组建后,学院既可以利用宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院的产品中试生产线,又可以利用其在材料组织性能检测分析方面的高端实验设备和仪器,为教师和学生提供科技创新的实践平台;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院可以借鉴西安石油大学在焊接钢管领域的理论研究成果,充分发挥高校教师科研攻关的优势,合作承担国家和中国石油天然气集团公司在焊接钢管研究方面的科研项目和企业的产品开发任务,为企业的生产及产品研发提供服务。通过建立研究中心这一科技平台,校企双方通过优势互补和资源共享,不但增强企业的竞争力,创造经济效益;同时又提高了实验平台建设水平,增强了高校的科研实力,扩展了双方在彼此领域的影响。2007年“焊接钢管工程技术研究中心”被评为陕西省钢管工程技术研究中心,校企合作实现了“双赢”。

5.加强队伍建设,完善实验室管理体系。针对实验教学中心专职实验队伍编制少的问题,为了保证实验教学质量和科研服务水平,中心采取以专职实验队伍为主体,与兼职实验教师相结合的互补互助建设方针。专职实验教师队伍将建设成为一支具有现代教育理念,掌握先进实验教学方法和管理方法,动手能力强,结构合理的队伍。兼职实验队伍采取聘用高水平的学术带头人、青年博士为兼职实验教师,充实实验教师队伍。同时,派遣实验技术人员到同行科研院所和高等院校学习、交流,鼓励实验教师到知名大学进修等一系列行之有效的措施,来加强实验教师队伍建设。与此同时,进一步完善实验中心管理体系,规范仪器设备操作规程,尤其是大型设备的管理和使用,并重点加强了危害性大、涉及面广的危险化学品类管理制度建设,保证了实验室高效、安全地运行。

通过对实验室进行整合、重组、优化,成立了材料科学与工程实验教学中心,采用院一级管理体制,搭建了满足实验教学和科研工作的共享平台,并与企业共建,资源共享,实现了人力、物力、社会资源的优化利用。随着实验中心的进一步建设和在实践中的不断完善,实验中心在学生培养和服务社会方面必将发挥更大作用。

参考文献:

[1]张钧林.材料科学与工程的学科发展、现状及人才培养J].甘肃科技,2008,24(15):165-168.

[2]刘红星,陈福北,黄初升.高校大型仪器培养学生科研创新能力探讨[J].广西师范学院学报(自然科学版),2008,25(1):105-108.

[3]梅建平,王仕勤,庞超明,等.材料实验中心开放管理模式研究与实践[J].2011,28(6):288-291.

[4]雅菁,刘志锋,辛颖,等.材料类专业实验中心建设与实验教学改革的探索与实践[J].实验室科学,2009,(1):27-30.

[5]汪应玲,齐西伟,罗绍华,等.材料学科实验室建设与管理的探索[J].实验技术与管理,2011,28(6):300-302.

[6]傅利斌,陈爱华,郑旭.校企合作共建科技创新平台[J].航海教育研究,2006,(2):24-25.

合成材料行业研究范文4

关键词:高分子材料新型材料市场应用农业领域

1.前言

随着社会的发展,我国的科技有了崭新的发展机会以及广阔的发展平台,高分子材料科学也处于飞速发展的状态。经过多年的发展,高分子材料已经在我国市场上的多个领域得到了十分广泛的应用。值得一提的是,合成高分子材料凭借着其独特的优良性质以及相对良好的使用性能,在市场上已经占据了比较重要的地位。伴随着时代的持续发展,人们对新型高分子材料也相应的提出了更高的要求,因此,为了适应人类的需要,对新型高分子材料的研究便十分重要。

2.高分子材料简述

高分子化合物是高分子材料的组成基础,构成高分子化合物的基本成分是聚合物。所以,高分子材料所具有的性质便是其构成基础聚合物所具有的性质了,其含有的主要材料所具有的特性,便是这种高分子材料的特征性能。目前,高分子材料和无机非金属材料以及金属材料是在当前的市场上应用的材料主体,是应用性材料科学的主要内容。在三者当中,属高分子材料最受欢迎,由于其优良的性能得以广泛的应用,在整体的新型材料的市场上都占据着重要的地位。在全球范围内的材料市场上,高分子材料的发展一直都没有停止,反而是以高速的发展形态展现在人类的面前。例如,合成树脂的数量在十年之内几乎增加了一百倍,高分子材料的飞速发展,给人类的生活带来了极大的便利以及翻天覆地的变化。塑料便是一种典型的高分子材料,塑料的用途广泛,传统的木材和水泥的年产量加起来也远远没有塑料的产量高。合成橡胶的产量也大于天然橡胶的产量,合成纤维一年的产量几乎达到了羊毛和棉花等人造纤维或者天然纤维总产量的二倍之多。还要合成树脂的发展等等。但是,即使高分子材料在我国取得了很大的研究进展以及生产应用,但是相比于世界上的发达国家,我国的科技仍然是较为落后,与各大发达国家存在着较大的距离。

高分子材料于一九三零年问世,至今已经发展了将近九十年的时间。但是一直到二十世纪末期,高分子材料才正式收到人类的重视和研究。科技处于不断的进步当中,人类对新型高分子材料的需求也在不断增加。例如大家都熟知的纳米材料,纳米高分子材料是一种聚合物基材以及纳米微粒的复合材料,这种材料具有独特的优良性质,在研究纳米材料的时候,要以其潜在的性质为依托,寻找最有效、迅速的开发方式。

2.新型高分子材料的应用概述

高分子材料作为材料市场的后起之秀,发展速度十分迅速。并且在整个材料市场上的应用十分广泛,在各行各业,在我们生活中的各个角落都能见到高分子材料的身影。例如在功能材料方面随处可见高分子材料,在结构材料方面高分子材料也表现出其难以比拟的优势。新型高分子材料的主要分类为:光功能材料和高分子分离膜,高分子复合材料以及该分子磁性材料。所谓光功能材料即是指这种材料能够对光进行吸收和转换,或者透射和储存。所谓高分子分离膜材料,其本身是一种薄膜性质的材料,即是利用高分子材料来制作成的一种具有半透性质的过滤膜,它的典型特征是选择透过性。这种材料对环保工作等做出了重要贡献,并且分离效率高,使用条件好。所谓高分子复合材料是指有多种具有不同的性质的物质所复合而成的多相材料。这种材料聚集了多种材料的特征,优势十分明显,例如复合材料能够同时具备耐高温和高强度等多种优点。所谓高分子磁性材料是指磁性材料于高分子材料的一种复合形式,也属于高分子复合材料的一种。这些新兴的高分子材料已经渗透进了人类生活的各个领域,在医疗行业以及工业行业都做出了重大的贡献

3.举例说明新型材料在农业领域的应用

科技的进步无疑大大促进了农业的发展,我国是一个农业大国,新兴材料在农业领域的应用,对促进农业的发展发挥了很大的作用。

在我国农业以及工业的生产领域,木塑复合材料的应用十分常见,木塑复合材料大多应用在农业领域,这种高分子材料具有以下优点:韧性好,较高的强度,可再生性好并且能够耐腐蚀。因此,木塑复合材料能够在一定程度上取代传统的钢铁材料,故在我国农业领域具有广泛的应用前景。在我国大片的庄稼地中,大量存在着秸秆这种新型材料,我国对秸秆加以利用的研究已经投入了很大的精力。秸秆用于沼气发电,秸秆用于提取纤维素制作高能燃料等,将秸秆作为一种重要的新型材料仍然需要研究。部分农作物的生长需要在温室中进行,因此温室大棚便是农业领域当中的必需品。新型温室大棚保温材料能够在白天充分吸收阳光,并自动进行恒温工作的处理,在夜晚能够使大棚内维持同样的温度和空气中的湿度。这种采用新型温室大棚保温材料的温室能够使植物自然生长,提高了农业产量和质量。对于温室材料的研究,最主要的研究性能便是其保温性能。新型温室保温材料的研究意义重大。

4.新型材料的发展前景

我们现在共同的目标是可持续发展,新型材料的开发能够满足人类对可持续发展目标的推进,新型材料能够凭借其优良的性能以及可重复利用的特点为人类社会的发展做出重要贡献。但是,我们要时刻铭记,新型高分子材料的发展要坚持以下原则:首先,新型高分子材料的使用不能对环境产生污染,其次,新型高分子材料要尽量追求成本低廉,能够满足大部分人的需求。目前我国所研究出的新型高分子材料大多价钱昂贵,因此,寻找廉价的基础材料作为高分子材料的生产成本至关重要,原材料的选取和加工工艺的选择都是未来新型高分子材料的研究重点问题之一,人类也从未停止过对新型高分子材料的探究工作。同时,要对新型高分子材料进行宣传,让大家都有所了解,才能提高高分子材料的利用率。最后再次强调,不能以牺牲环境为代价去发展新型高分子材料,才能让这种高分子材料对我们的社会发展发挥重要的作用。

参考文献: 

[1]谭志坚,王朝云,易永健,等.可生物降解材料及其在农业生产中的应用[J].塑料科技,2014,42(2):83-89. 

[2]祁春媛,方东辉,任小杰.木塑复合材料在农业机械上的应用 

[J].黑龙江水利科技,2014,42(5):149-151. 

合成材料行业研究范文5

Abstract:The expanding human population of the world is placing greater demand on forest resources, both natural forests and plantations. Situation and prospect analysis on wood-based Composites in application as structure materials are presented, also some suggestions are involved.

引言:木质复合材料的最大特点在于不仅能保持原单一组分材料各自的特性,而且可以性能互补,使材料具有优异的综合性能,因而在航空、航天、汽车及体育用品等领域都得到广泛应用。同时利用人工速生林木材和其它材料复合成新的木质复合材料,是缓解木材资源紧张并提升木材产业结构的有效途径。

关键词: 木质复合材料 集成材 应用现状 发展趋势

国内应用现状

集成材的概念始于1901 年, 由德国人Otto Hotzer提出, 1952 年日本引进集成材制造和生产技术, 并在此基础上加以改进, 使集成材得到了很大的发展。20 世纪80 年代, 集成材被引进我国, 首先进行此项研究的是黑龙江省林产工业研究所, 并于1987 年建厂, 当时产品主要出口日本。

我国在利用人造板制造结构用复合材料方面虽然起步较晚,但发展很快, LVL 的生产已达到一定的规模, 并已有产品出口。但目前我国木结构建筑主体框架材料绝大多数从北美国家进口, 其设计和建造技术也来源于国外, 由于缺乏检验技术、标准和规范,因此对已建成竣工的木结构建筑质量无法进行检验。近几年, 为规范和完善木结构市场, 以应对国外木结构住宅在我国的迅速发展, 我国相继制定出台了GB50206- 2002 《木结构工程施工质量验收规范》、GB50005- 2003《木结构设计规范》和《木结构设计手册》。同时, 我国在“十一五”期间, 将对木结构规格材的锯割工艺、规格材的分级检测、木结构的增强技术和木结构连接件等进行重点研究和开发, 并制定《结构用原木》、《结构用锯材》、《结构用胶合木检验方法》和《结构规格材机械分等》等相关标准和规范。此外, 我国还是国际标准化组织木结构技术委员会ISO/TC165 的P ( 积极)成员国, 并且参加第2( 胶合木结构) 、第6( 胶合指接)和第9( 原木结构含竹材) 3 个工作组的工作。建设部批准成立的建筑学会、建筑结构分会、木结构专业委员会等对我国今后木质结构复合材料的发展, 都具有非常重要的意义。

近几年, 随着北美木结构进入我国建筑市场, 我国开始对木结构房屋及其材料进行研究, 并取得了一些成果。但总体而言, 我国对木质复合材料应用于住宅建筑方面的研究与国外发达国家相比差距较大。通过引进一些国外木结构建筑技术和经验的项目, 对发展我国的木结构市场有很大促进作用。

与此同时,我国各大高校和科研院所也致力于研究各种新型木质复合材料,并取得很大进展。例如:贺福等研究发现碳纤维增强塑料--木材(CFRW)的增强效果十分显著,其弯曲模量可比木材提高12倍;张双保等[12-13]进行了玻璃纤维增强人造板的一系列研究,发表的研究报告有:木材玻璃纤维复合材料性能改善的研究、玻璃纤维增强三倍体毛白杨木质(纤维)复合材料等研究;王卫东等[14]进行了金属网增强型杨木单板层积材的研究。以上研究得到的复合材料,其物理力学性能以及耐老化性能均有明显改善,可以达到或超过相关的欧洲结构板(PrEN300-94 OSB/4)标准要求,用作为工程结构材料。王增春等[15]关于新型高性能材料FRP加固木结构的应用和理论研究。

国外应用现状

国外结构用木质复合材料的发展较早( 如日本、澳大利亚、美国和加拿大等国) 。1973 年, 由澳大利亚人J.D.Coleman 提出将木材天然结构解离到重新组合为所需要产品的程度, 即不打乱纤维的排列方向, 保留木材的基本特性, 进而重新组合成具有木桁梁那样强度的产品。1985 年Repco 公司宣布重组木诞生, 同时宣布重组木为澳大利亚联邦科学院林业产品研究所( CSIRO)发明, 并于1987 年在澳大利亚南方公司建厂生产重组木。1985 年日本也进行了类似的研究, 1986 年重组木在日本进入了工业化试生产。

新型纤维增强材料的应用是近几年发展起来的又一新型结构材料, 包括碳纤维增强集成材、纤维增强集成木梁等。木结构工字木搁栅( Wood I- Joist) 也被广泛应用于木结构建筑中, 它与胶合集成材相匹配, 是替代实木规格材的有效木结构材料, 并已在北美住宅结构中占据了重要的地位。美国和加拿大在木结构中使用工字梁居多, 且已经替换了实木托梁或横梁等。这些木质复合工程材料持续、高速的发展势头, 成为用木质复合材料建筑的发展基础, 同时开发结构用木质复合材料这一特有的林产品市场, 在国内外受到格外关注。

目前,国外利用木质复合材料建造房屋已经达到专业化水平。极大限度的把施工现场的工作转移到工厂中完成,加速了进度,减轻了劳动强度,提高工作效率及产品质量,减少材料损耗,而且不受季节限制,可以取得较好的效益。

发展趋势

我国是一个森林结构失衡和资源匮乏的国家,木材资源供需矛盾日益突出,原料供应的紧缺已成为制约人造板行业发展的瓶颈,但是原料短缺的压力也加快了人造板产业木材供给渠道的调整。

我国的人工林面积已达4466.7 万h m2, 人工林蓄积10.1 亿m3, 居世界首位。当前木材资源结构形式发生了变化, 已由天然优质大径级材向人工速生低质小径木转变, 小径木材已成为我国工业用材的主体。为解决木材供求矛盾, 应最大限度地利用低质小径木和提高木材利用率, 寻找可替代实体结构木材的新产品。

在当前形势下,结构用木质复合材料应致力于利用低等级木材制造出高强度结构材。

木质复合材料的优势在于,提供健康、舒适的生活环境, 给建筑带来新的形式和风格。国内木质工程材料的迅速发展, 使得建筑与装修合二为一, 使用面积增加, 造价明显降低。

相关高校和科研院所都在进行结构用木质复合材料研究, 该研究是一个系统科学, 从结构单元到最终产品环环相扣, 一个结构单元的性能会影响到结构组件、结构系统甚至整个建筑的使用性能。结构用木质复合材料在我国虽起步较晚, 但发展速度非常快, 它的独特功能和良好的结构性能, 越来越受到人们的关注和青睐, 在未来的木结构建筑市场中将具有很强的竞争力。但同时我们也要对其进行客观地分析, 解决好目前存在的问题, 以利于木结构房屋的顺利发展。

目前, 我国建筑行业和房地产业空前发展,,加之政府对木结构建筑的支持,,以及相关规范标准的健全,,非常有利于我国木结构的发展。有关资料显示,“九五”期间城镇住宅竣工面积23.45 亿m2, 大大高于“九五”计划12 亿m2 的目标。“十五”期间全国城乡住宅累计竣工面积57 亿m2,其中城镇住宅竣工而积27 亿m2。但新建住房的大部分为钢筋混凝土结构,只有不到1%为木结构建筑,未能满足不同层次人们的需要。而加拿大90%以上、美国80%以上的别墅和低层公寓采用木结构,日本每年的木结构住宅竣工数达到10 万套。在我国, 木结构建筑还鲜为人知, 木结构房屋市场基本还是空白,因此其发展的空间很大。加拿大联邦政府官员曾宣称,目前在中国内地建造中的木结构房屋只有300 栋,计划再建9000 栋,估计中国内地五年内将使其每年建造的木结构房屋数量达到15000 栋,木结构住宅别墅正在中国悄然兴起。

几点意见

我国结构用木质复合材发展速度缓慢的主要原因有以下几方面: ①缺乏系统的应用研究;②建筑规范标准不完善, 使结构用木质复合材的应用缺乏依据, 进入建筑业巨大的消费市场有一定的难度; ③国产设备与制造工艺尚不成熟, 生产规模、产品质量、制造成本及销售价格缺乏市场竞争力; ④结构用木质复合材的市场定位不够准确。

在市场经济大潮中,当我们不断追逐经济利益时,也应该考虑环境协调可持续发展,在木材加工中,废弃木质材料的循环利用,既可以实现废弃木质材料作为人造板工业的原料,在一定程度上缓解木材资源供应不足的压力,又可以改变传统单方向木材消耗模式,走循环经济发展模式,对建设资源节约型环境友好型社会都具有重要的现实意义。

要落实木质材料循环利用,主要有以下四种方法

1)再使用。即对使用过的板材及木制品经过修整后重新利用,基本上不改变原来的形状、性质和用途。对于质量比较好的废旧木材回收复用,是废旧木材循环利用最直接也应是首选的途径。如建房拆下的废旧建筑木料,经分类后可按市场需求加工成各种可用木料;木质包装材料回收后可根据情况回收复用。

2)再循环利用。即将废弃木质材料进行物理、化学处理后,制造出具有较高附加值的产品,如制造刨花板或纤维板。

3)再生利用。即利用废弃木质材料生成一种与原来木材性质不同,且具有较高价值的产品,如碳纤维增强材料和木塑复合发泡材料。

4)降解。即将再三利用后不能再循环利用的废弃木质材料在自然或人工条件下,降解或水解作为肥料和饲料。

参考文献

[ 1] 王允飞等,废弃木质材料循环利用现状及前景分析,安徽农业大学等,2010

[ 2] 熊陈福等,木材-FRP 工程复合材料的发展与展望,北京林业大学,2006

[ 3] 沈照仁,从“木材工程学”谈起,中国林业科学研究院,1994-2001

[ 4] 王宏棣等,我国结构用木质复合材现状与应用前景,黑龙剑省林产工业研究所,2007 .

[ 5] 张双保等,玻璃纤维增强三倍体毛白杨木质(纤维)复合材料的研究[J],北京林业大学学报,2001

[ 6] 张一帆等,一种新型木质建筑工程构件--字型托梁,东北林业大学,2003

[ 7] 胡剑虹等,发展木质复合建筑的探讨,南京林业大学,1994--2011

[ 8] 丁杰等,纤维增强树脂在工程木质复合材料中的应用 ,北京林业大学,2007

[ 9] 张涛,木质材料用阻燃剂的现状与发展方向,广州建材企业集团有限公司投资发展部,1994--2008

[10] 刘燕吉,木质材料的阻燃处理,1997

合成材料行业研究范文6

【关键词】机电产品;包装;节材代木;关键技术

0.引言

我国已成为世界上最大的机电产品加工、制造基地。机电产品的行业的发展离不开包装,而包装的最大消耗材料是木材,我国每年机电产品包装所消耗的优质原木达1000多万立方米,约占全国商品木材年使用量的1/6。推进机电产品包装节材代木工作,对于节约优质木材,保护森林资源和生态环境,具有重要意义。这既是建设资源节约型、环境友好型社会的要求,更是促进我国机电产品包装升级,加快与国际接轨的现实需要。

1.大型机电产品包装行业面临的问题

随着国际国内市场对木质包装的要求越来越严,我国机电产品的包装的材料制造及运用研究显得尤为迫切。诸如,复杂运输条件与极端环境下代木材料与型材的环境适应性研究,代木材料制造与应用全过程低碳化研究,代木材料结构与其材料力学性能研究,大型重载包装箱的个性结构化软件设计,代木材料快速高效成型设备的研制与工程化,代木材料质量在线无损检测技术等均未深入涉足。木质包装的材料制造及运用领域普遍存在包装不规范、过度使用材料、防湿与阻燃性能差、包装档次低、无法回收使用等问题,这些技术的缺失与包装质量上的缺陷直接影响了机电产品的安全保护与出口竞争能力。

2.推广机电产品包装节材代木的技术影响因素

随着国家发展绿色经济,节能减排政策的出台和企业社会责任感的增强,我国在机电产品包装节材代木方面进行了积极探索。如单板层积材、农作物秸秆板、竹胶板、重型瓦楞纸板、蜂窝纸板、钢木混合结构,其性能与木材接近,价格适当,原材料来源丰富,特别适合在机电产品包装中推广。但这些材料的生产企业档次参差不齐,生产设备能力相差较大,工艺流程不够统一,缺乏相应的检测手段,因此,生产出的成品质量差别较大,性能也不够稳定,影响了节材代木项目的广泛推广。

大型机电产品的包装不同于一般产品包装,是技术含量较高的功能性产品包装,需满足大型机电产品在储存、吊装、运输过程的功能性要求。机电产品包装是装备制造业生产全过程的重要环节,是包装工业的重要组成部分,特别是与国民经济和国防建设关系较为密切的重大装备的产品包装,即大型、精密、贵重、单件、小批量,其包装性能要求很高。

我国机电产品木质包装存在着包装不规范、过度使用材料、防潮防湿阻燃性能差、包装档次低、回收使用困难、循环利用率低等问题,直接影响了机电产品出口的竞争力。目前只能根据产品尺寸,选用包装箱尺寸与构件尺寸,不能对包装结构的受力状态与响应做出准确预估,包装箱要么浪费材料,要么存在安全隐患。

3.行业发展亟待解决的共性关键技术问题

鉴于我国机电产品包装代木材料发展尚处于初级阶段,企业规模小,生产技术水平落后,创新能力差,急需及早在制造与应用的全过程推行低碳化,以期真正实现既节约木材又保护环境、减耗能源。

当前需从循环经济的减量化(Reduce)、重复利用(Reuse)和循环再生(Recycle)三大原则入手,进行代木材料制造与应用低碳化加工技术研究。根据减量化原则,重点推进节约化生产加工技术,实现高性价比。积极开发代木材料新型结构材、组合式型材与优化通用结构材,大幅度降低代木材使用量;根据再利用原则,重点开发代木材料加工工艺及其技术(如竹木复合、木塑复合材料加工及其工艺等)的研究,以期提高新型代木材料的综合机械性能,延长包装代木材料的使用周期,逐步减少包装代木材料的一次性用品;根据再循环原则,针对机电产品的结构特点,从代木包装材料板材及型材的系列化、标准化入手,重点研究机电产品包装材的模块化与组合化技术,并按照行业要求制定全国统一规范,以便优化和综合利用包装材料,并使包装制品制造方便、组装简捷、应用可靠、便于回收利用,应最大限度减少包装过程中的螺钉的使用(量),有利于包装板材及型材的循环利用。

3.1专门用于机电产品包装高强代木材料的研究与开发

专门用于机电产品包装的代木材料的工艺性能、结构优化、绿色制造技术主要包括以下几个方面:

(1)利用速生树种木材(杨树、桉树)制造高强度包装结构材的关键技术。

攻关技术有:小径级木材高出材率旋切技术,3-5mm厚单板均匀旋切技术;快速单板接长技术和设备;高强度单板层积材热压技术。

(2)利用农作物秸秆制造包装箱用材的关键技术。

攻关技术有:农作物秸秆的收集和贮存技术;农作物秸秆的新型胶粘剂技术;麦秸/稻草秸秆的纤维制备技术;秸秆板防潮和防霉技术等。

(3)利用竹木复合材料、木塑复合材料制造包装箱的关键技术。

攻关技术有:竹片与木材单板界面调控技术;竹片的施胶技术;增强竹片在板坯结构中的合理配置技术;复合板坯的铺装和热压技术等。

(4)循环利用废弃木质材料制造包装箱用材的关键技术。

攻关技术有:废旧木材的破碎技术与设备;废旧木材的清洁技术与设备(去除金属、砂石、泥土以及混入其中的塑料、油漆及贴面材料等)。

(5)提高蜂窝纸板防潮、强度等性能的原纸生产关键技术。

攻关技术有:专用高强、防水、防潮瓦楞原纸制浆造纸技术;废纸浆高浓高效纤维分级、筛分技术开发与产业化;不同状态废纸筛浆设备筛(孔)缝特征对不同浓度的非牛顿型纸浆纤维悬浮液筛分的阻力特性研究与工程验证;蜂窝纸板的缓冲动力学性能研究。

3.2大型包装箱结构设计理论研究与设计软件开发

机电产品的主要运输方式为陆运与水运。陆运的紧急刹车和道路崎岖与水运的风浪撞击和颠簸都会产生剧烈冲击与振动。冲击是一种破坏性很强的瞬态载荷,历时短、能量高度集中,会产生严重、甚至是破坏性的影响;振动引起的通常为随机载荷,对包装箱影响是累积损伤。它们对结构的破坏与损伤既与载荷强度频率有关,又与结构本身的刚度与动态性能密切相关。然而,关于代木材料包装箱在冲击与振动情况下的动态性能的适应性,目前全行业尚无系统的针对性研究。

目前,我国通用及大型重载机电产品包装箱的设计基本上仍停留在放大设计、类比设计、测绘设计等经验设计阶段,我国大型重载机械设备快速发展,与运输包装技术可靠性设计水平极不相称,急需根据广义振动有限元法和避免共振可靠性分析方法,提供基于载荷、强度、重心位置、运输条件(温度、湿度、路面状况)及相互作用完整信息的系统级的可靠建模路径,规范组合式、通用化可靠性设计方法,建立能反映包装“共因失效”的表决系统参数化模型,疲劳可靠性应力-寿命模型及可靠性寿命计算的当量模型,解决我国大型重载机电产品包装箱可靠性设计的关键技术。同时应开展对通用包装制品材料和包装制品力学性能分析、结构优化与工程化研究。重点研究不同代木材料的力学性能、包装制品结构与结构件、联接件、结构联接件等的力学性能,为包装制品的设计和结构优化提供科学的理论依据,在此基础上提出规范严格的不同承重结构材的尺寸界定、并制定相应标准,包括:

(1)包装材料力学性能研究(生物质材料物理力学性能指标、材料本构关系、材料等级)。

(2)大型包装箱安全等级(包装箱的重要性分级、可靠度设计)。

(3)包装箱载荷规范化、标准化(静力荷载、各种运载条件下动力作用、温度应力、施工荷载等)。

(4)包装箱结构分析方法(力学模型、结构计算的一般规定、静力与动力分析方法)。

(5)复杂运输条件下大型包装结构构造设计(节点设计、连接、节点承载力与变形验算方法),突破的关键是充分利用仿真技术,以包装箱结构与构件的动态性能研究为切入点,剖析其结构与材料的固有动态性能,解决动态载荷作用下的响应性差的问题。并由此为基础,通过调整结构布局、采用合理的结构型式,选取匹配的构件材料等并进行实物化试验研究与工程化。

(6)极端气候环境下包装箱耐候性研究(风吹、日晒、雨淋、温度变化等条件的耐候性研究与设计),针对重载包装箱,重点开发利用运输过程中的风能、太阳能等自然条件,实施箱内环境的温度、湿度等自动调节技术。

(7)大型重载机电产品包装箱动态可靠性设计软件开发。

3.3机电产品包装代木材料制造专用设备研究与开发

(1)基于高频、微波与靶向喷蒸热压技术的快速高效成型设备研究与工程化。

国内单板层积材的成型大多采用常规接触式热压法,板材芯层温升是由板面逐层传导。由于木材的导热系数小,传热慢,压制厚度为30cm的单板层积材需6-8小时。对较厚的层积材,因传导途经长,层芯温升慢,往往表层胶粘剂已固化过度,而芯层固化温度尚不足,不仅影响质量,而且效率低,又耗能,加之单板旋切厚度不均,生产工艺规范的非可控因素影响较大。同批次的产品质量差异,给推行组合化、标准化、通用化制造包装箱形成极大障碍。

微波与高频技术这两种加热方法皆为场能作用于介质分子,选择性强,加热迅速均匀,效率高,耗能低,将显著提高层积材的质量。因此,基于高频与微波技术的快速高效成型设备的研制与工程化乃当务之急。

同样,带有靶向喷蒸装置的大吨位热压系统的制造技术、板坯芯层温度与含水率控制技术,是重型机电产品包装用单板层积材快速热压成型技术的关键突破口,有待开发并工程化。

(2)基于计算机视觉、X射线与超声波的无损检测技术。

重点研究型材质量检测设备及仪器仪表,层积材流水生产线等生产状况的在线检测与监控,需要突破的关键技术是:承载梁材料的主要缺陷识别及剔除等无损检测技术与装备,以及层积材加工刀具与材料切削性能的研究。

(3)是针对高强度秸杆板、竹木复合板、竹木复合梁等产品流水生产线的关键技术装备的填平补齐;针对高强度秸杆板、竹木复合板、竹木复合梁等产品流水生产线自动控制系统的研究与开发。

(4)代木包装材料成型模具研究、开发及工程化,开展包装产品的代木材料高温热压模具(包括包装用标准化托盘、包装内衬、包装用人造板圆桶以及各种异型包装容器等产品的代木材料高温热压模具)设计研究与工程化。

3.4机电产品包装代木标准化与产业化研究

3.4.1机电产品包装专用层积材目标性能代表值的确定

按照国家单板层积材标准GB/T20241-2006的规定,以多层整幅(或经拼接)单板按顺纹为主组坯胶合而成的板材均称为单板层积材。机电包装用单板层积材属于结构用单板层积材,应具有良好的耐水性、耐候性和力学性能。但是,以不同树种原料、不同厚度单板、不同种类胶粘剂、不同接长单板和组坯方式以及不同压缩率制造的单板层积材的物理力学性能往往相差甚远。机电产品种类繁多,承载重则达几十吨,上百吨,轻则几十公斤或几百公斤。因此,其包装对单板层积材的性能要求也不尽相同。当前国内层积材制造厂尚无统一的有关实现目标性能代表值的工艺参数选定体系。

全行业急需根据机电产品特点确定采用单板层积材的等级(长度和厚度模数、强度指标和耐候性指标等),然后根据不同的等级研究制定单板层积材制造技术规范,包括原料树种、胶粘剂种类、单板接长方式、板坯压缩率以及强度指标等。

3.4.2建立包装节材代木模块化、组合化设计标准体系

为了使包装材料制品制造方便、组装简捷、应用可靠,便于回收利用,需开展节材代木包装制品的组合化、模块化,组合式型材研究设计,并按照行业要求制定全国统一规范,以便优化和综合利用包装材料。

3.4.3建立包装节材代木专业检验机构、评价体系和成果推广应用体系

研究制定机电产品包装节材代木评价办法,建立或授权经过资质认定的专业检测机构,对节材代木产品和企业进行评估,以确认其是否符合节材代木包装的要求;在已有试点企业的基础上,更大规模地进行节材代木包装材料的推广应用,以期大部分取代现在广泛使用的木材包装,在全国机电行业中推广应用;研究制定机电产品包装节材代木产业化的制度激励机制、产业发展的外部支撑环境以及相关的经济政策和法规;机电产品包装节材代木的技术创新、成果转化应着重于向现实生产力转化,着力于科技成果的工程化和系统集成,加快成果推广与应用。

4.结束语

在环境保护和资源约束的政策背景下,加上我国丰富人工速生林和农作物秸秆的再生资源保障,机电产品包装已经成为木材节约工作的重点行业,中国将建成集国内机电产品包装材料与设备研发、包装箱结构设计、性能测试和评价、相关标准制订、技术与信息服务、人才引进与培训为一体的综合性平台及具有可持续发展和国际竞争力的研发与工程化基地,机电产品包装节材代木也一定会成为我国木材节约代用工程的重要突破口。

【参考文献】

[1]木材节约发展中心.中国木材节约代用工作实用手册[M].中国物资出版社,2011,8.

[2]苏世伟,聂影,杨红强.关于机电产品包装节材代木发展的思考[J].林业经济,2011,(11).

[3]何玲莉,聂影,苏世伟.机电产品包装节材代木科技成果转化探讨[J].木材加工机械,2012,(1).

[4]]程宝栋,宋维明.浅议我国木材节约代用的战略选择[J].世界林业研究,2004,(6).