11_产品设计中的材料选择和开发.ppt

10 产品设计中的材料选择和开发 10.3设计材料的开发 可以看出，新材料的研究与开发主要围绕着材料本身的功能和性质这一主题。 但是，一种新材料的出现是否对人类文明产生深刻影响，是否能满足人类生活的需求，仅仅考虑上述问题则不够，还必须考虑新材料的产业化、产品化，这样才能使人们享受到实惠，对人类文明产生促进作用。 10.3设计材料的开发 1 基础材料的开发 基础材料是指金属、木材、玻璃、陶瓷、塑料等常见材料。这些材料由于其特性的限制，不能在更多的领域中应用。 因此新材料的开发往往是对基础材料的性能进行改良开发，进一步探索材料的组成、结构和性能，以提高或替代原有材料的特性为具体目标，使材料扬长避短，从而获得期望的材料特性，扩大材料的使用范围。 10.3设计材料的开发 在日常生活与设计实践中几乎离不开塑料，但由于塑料特性的限制使它不能在更多的领域应用。因此就对高分子材料的性能提出了新的要求，如表5—1和表5—2所示。 5．3设计材料的开发 10.3设计材料的开发 图5—4所示为Ribbon自行车手把包带，以聚亚胺酯塑料为基料，添加天然的软木成分而制成，木质成分的加入，给自行车手把包带添加了在此之前所没有的一些优异特性。 当把它缠绕在车手把上时，它可以吸收手上的汗液，以确保能安全、舒适地握住车把。包带的颜色是将材料进行染色，从而有效的阻止颜色的退色。 10.3设计材料的开发 2．复合材科的开发 复合材料是指两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的材料，通过不同的工艺方法组成的多相材料，它具有单一素材无法取得的机能。 10.3设计材料的开发 这些机能包括有： ①各素材所保持的机能。 ②在复合与成型过程中形成的机能。 ③由复合结构特征产生的机能。 ④复合效应所致的机能。 10.3设计材料的开发 由于可用于复合的素材种类繁多，所以组合成的复合材料也不计其数。如将之归类至少可能有如图5—5所示的10类。其中每一根线的两端指示一种可能的组合。 10.3设计材料的开发 10.3设计材料的开发 开发复合材料的目的为： 1、弥补某些有用材料的缺点，以更好地发挥有用的机能。 2、利用具有某些特性的材料以构成单一材料无法实现的特性。 3、产生从未有的新机能。 10.3设计材料的开发 图5—6所示为“绳结”躺椅，由荷兰设计师Marcel Wanders设计。 躺椅采用特制粗绳依据传统编结工艺编织打结并经特殊处理而成。这种粗绳由碳化纤维和“aramid”编织套组成，粗绳在经特殊处理前与普通粗绳一样，但经环氧处理后，粗绳在高温下晾干后变得又坚固又结实。利用粗绳这一特性，在经特殊处理前将粗绳按设计构思编织打结，编结后的形态柔软松散，不具有实用功能。经环氧处理后按设计的形式将它悬挂在框架上，使之具有椅子的形状。高温下晾干后就具有椅子的实用功能。 10.3设计材料的开发 10.3设计材料的开发 复合材料涵盖面很宽，目前常采用如下方法分类。 ①按基体分类，有金属基复合材料和高分子(树脂)基复合材料。 ②按添加物的几何形状分类，有颗粒增强复合材粒、纤维增强复合材料、叠层增强复合材料、弥散增强复合材料等。 10.3设计材料的开发 3．纳米材料与纳米技术 纳米材料与纳米技术是一种基于全新概念而形成的材料和材料加工技术，是当前国际前沿研究课题之一。 10.3设计材料的开发 (1)纳米材料 纳米材料是由纳米级原子团组成的，由于其独特的体积和表面效应，它从宏观上显示出许多奇妙的特征。 10.3设计材料的开发 (1)纳米材料 ①体积效应：当粒径减小到一定值时，材料的许多物性都与晶粒尺寸有敏感的依赖关系，表现出奇异的小尺寸效应或量子尺寸效应。例如，当金属颗粒减小到纳米量级时，电导率已降得非常低，原来的良导体实际上已完全转变为绝缘体。 10.3设计材料的开发 (1)纳米材料 ②表面效应：纳米材料的许多物性主要是由表面决定的，大量的界面为原子扩散提供了高密度的短程快扩散路径。例如，普通陶瓷在室温下不具有可塑性，而许多纳米陶瓷在室温下就可以发生塑性变形。纳米材料的塑性变形主要是通过晶粒之间的相对滑移实现的。 10.3设计材料的开发 (2)纳米(加工)技术 在人们为纳米材料的神奇而惊叹的时候，纳米(加工)技术也健步向我们走来。纳米加工技术的核心是原子或分子位置的控制、具有特殊功能的原子或分子集团的自复制和自组装。 10.3设计材料的开发 科技界认为，纳米材料与纳米技术可能引发下一场新的技术革命和产业革命，成为21世纪科学技术发展的前沿。它们不仅是信息产业的关键之一，也是先进制造业最主要的发展方向之一。 * * 10.1 设计材料的选用 10.2 材料工程的发展 10.3 设计材料的开发 10.1 设计材料的选用 10.1.1 选择原则 1