路小軍　曹凱

摘 要：經(jīng)濟(jì)增長速度的加快以及建筑領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，推進(jìn)了高層建筑與大跨度建筑不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們對于建筑各方面的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。各種建筑裝飾工程中所涉及的材料在設(shè)計載荷方面已經(jīng)很難滿足人們?nèi)找鎳?yán)格的要求標(biāo)準(zhǔn)以及實際的使用需求，尤其是在醫(yī)院外立面裝飾工程中，隨著一些新功能的增加和開發(fā)，目前急需綜合性能優(yōu)異的材料來滿足使用和設(shè)計要求，復(fù)合材料因其優(yōu)異的綜合性能脫穎而出。以碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為例，分析了醫(yī)用建筑外立面裝飾工程復(fù)合材料的綜合性能，對于外立面裝飾工程的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用建筑;外立面;裝飾工程;復(fù)合材料;綜合性能

中圖分類號：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2022）05-0159-03

Research on comprehensive performance advantages of composite materials for medical building facade decoration engineering

Abstract： The acceleration of economic growth and the rapid development of the construction field promoted the continuous progress and development of high-rise buildings and large-span buildings， and people's quality stands for all aspects of buildings are become more and more strict. The materials involved in various building decoration projects have been difficult to meet people's increasingly stringent requirements and actual use requirements in terms of design loads， especially in the facade decoration projects of hospitals. With the increase and development of some new functions， materials with excellent comprehensive performance are urgently needed to meet the requirements of use and design. Composite materials stand out among the various materials due to their excellent comprehensive performance. The paper takes carbon fiber/epoxy resin composite material as an example to analyze the comprehensive performance of the composite material for medical building facade decoration engineering， which is of great significance to the development of facade decoration engineering.

Key words：? medical building;facade;decoration engineering;composite material;comprehensive performance

經(jīng)濟(jì)增長速度的加快以及建筑領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，推進(jìn)了高層建筑與大跨度建筑不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們對于建筑藝術(shù)效果的追求以及對于建筑各方面的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)力不從心，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展為各個領(lǐng)域都帶來新的技術(shù)，尤其是建筑外立面裝飾材料的研究和發(fā)展所表現(xiàn)出的優(yōu)勢越來越明顯。另外，建筑領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢必然是節(jié)能、環(huán)保，在保證建筑節(jié)能、環(huán)保的基礎(chǔ)上，保障建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，功能更優(yōu)的外立面裝飾材料的選擇也日趨重要。同時，環(huán)境問題已經(jīng)逐漸成為全球所關(guān)注的重要問題，綜合性能優(yōu)異，且符合環(huán)境和用戶要求的建筑外立面裝飾材料必然會成為建筑領(lǐng)域材料發(fā)展的趨勢。另外，物質(zhì)生活滿足之后，人們更加注重對美的追求，因此，建筑的藝術(shù)效果也在不斷提升，建筑外立面的曲面造型結(jié)構(gòu)也層出不窮，應(yīng)用廣泛。但是，傳統(tǒng)的建筑材料有一些難以彌補(bǔ)的缺點，尤其是在惡劣環(huán)境條件下使用壽命較短，造成資源浪費的同時也難以滿足使用要求，開發(fā)適用于建筑外立面異形造型的新型材料也成為建筑領(lǐng)域的熱點問題。針對上述建筑領(lǐng)域的發(fā)展需求，人們致力于開發(fā)、研究綜合性能優(yōu)異的材料，而復(fù)合材料則因其可設(shè)計性、可整體成型、自重輕、使用壽命長、成本低等各方面性能都突出的表現(xiàn)成為設(shè)計首選。醫(yī)療建筑因為特殊的用途對于裝飾材料的要求和性能要求更高，本文針對這一點分析了復(fù)合材料在醫(yī)用建筑外立面裝飾工程中的性能優(yōu)勢。

1 復(fù)合材料

復(fù)合材料是一種混合物，具體是指以一種材料為基體，另一種材料或多種材料為增強(qiáng)體，通過物理或者化學(xué)方法組合而成的材料。復(fù)合材料融合了多種材料的綜合性能，實現(xiàn)了各種材料在性能上的互補(bǔ)。復(fù)合材料的基本性能在一般情況下優(yōu)于其組合中的任何一種材料，可以滿足不同的使用條件和需求，擴(kuò)大了其使用范圍，隨著科研技術(shù)的不斷進(jìn)步，復(fù)合材料已經(jīng)開始慢慢取代傳統(tǒng)材料。復(fù)合材料主要可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料一般用于承力結(jié)構(gòu)，主要由能承受一定應(yīng)力的增強(qiáng)體部分和能夠傳遞應(yīng)力，同時又可以連接增強(qiáng)體的部分組成。對于結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料的應(yīng)用可以在一定程度上達(dá)到節(jié)約資源的目的。功能復(fù)合材料通常由功能體部分和基體部分組成，強(qiáng)調(diào)不同材料混合之后所體現(xiàn)的功能，功能復(fù)合材料未來的發(fā)展趨勢是多功能復(fù)合材料?；瘜W(xué)、物理等科研技術(shù)的不斷進(jìn)步，在各方面對于復(fù)合材料的研究也更加投入，因此，復(fù)合材料的發(fā)展逐漸表現(xiàn)出新的形勢。復(fù)合材料由兩種或兩種以上的材料構(gòu)成，因此其性能中包含了其組分中各種材料的優(yōu)越性能，不僅彌補(bǔ)了單一材料在某一方面的不足，同時也能體現(xiàn)單一材料的優(yōu)勢。另外，復(fù)合材料的強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、化學(xué)腐蝕等性能突出，目前已經(jīng)取代了一些金屬和木質(zhì)材料，在航空航天、醫(yī)療、建筑、化工等各行各業(yè)都表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢和獨特的作用。各種技術(shù)都在隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的提升而逐漸成熟，復(fù)合材料的發(fā)展前景十分樂觀，其發(fā)展空間和應(yīng)用前景也表現(xiàn)出良好的趨勢。

2 建筑外立面裝飾復(fù)合材料性能研究

為了研究醫(yī)用建筑外立面裝飾工程復(fù)合材料綜合性能，本文將以碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為例，研究該種材料在醫(yī)院外墻的裝飾工程中的應(yīng)用。

2.1 復(fù)合材料制備

碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料主要由碳纖維布、環(huán)氧樹脂、全氟乙烯丙烯共聚物、聚氨酯、疏水二氧化硅納米粒子、氨基硅油、硝酸、固化劑、無水乙醇等為原料進(jìn)行制備。將碳纖維布清洗干凈并烘干之后置于適當(dāng)濃度的硝酸中浸泡，浸泡溫度為100 ℃，15 min后用蒸餾水沖洗除去多余的硝酸，烘干之后在一定配比的氨基硅油和乙酸乙酯的混合溶液中浸泡，加熱至60 ℃，25 min之后取出烘干，得到疏水碳纖維布。將一定量的環(huán)氧樹脂、乙酸乙酯、疏水二氧化硅納米粒子和全氟乙烯丙烯共聚物等混合，超聲30 min，加入適量的乙酸乙酯、環(huán)氧樹脂和聚氨酯超聲10 min，最后將固化劑和疏水碳纖維布加入上述超聲過的混合溶液中浸泡10 min，取出常溫固化6 h，烘干即可得到碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

2.2 性能研究

通過對原始的碳纖維布和碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表面的觀察，不難發(fā)現(xiàn)，在碳纖維布的纖維之間孔隙較多，整體的結(jié)構(gòu)不夠緊湊，而碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料經(jīng)過環(huán)氧樹脂的填充，填補(bǔ)了纖維之間的孔隙，使其更加緊密;原始碳纖維布的纖維表面相對光滑，被硝酸浸泡過后，碳纖維的表面受到腐蝕會有很多凹坑，變得更加粗糙。碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中的碳纖維表面涂覆氨基硅油，形成一層保護(hù)性薄膜，不僅可以使碳纖維的疏水性能增強(qiáng)，還可以使碳纖維與環(huán)氧樹脂2種物質(zhì)的界面更加容易結(jié)合，對于壓力傳遞和抑制裂紋擴(kuò)展有重要作用。根據(jù)碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在醫(yī)療建筑外立面中所發(fā)揮的作用，本文中只對其表面接觸性能和耐磨性能做了介紹。

表面接觸性能。對于碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面接觸性能的研究，通過JC2000DM 接觸角測量儀對該種復(fù)合材料的3個不同的位置進(jìn)行測試，取平均值作為結(jié)果。本文中研究了全氟乙烯丙烯共聚物和聚氨酯含量的不同對碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料表面接觸性能的影響，如圖1所示。

從圖1（a）中可以發(fā)現(xiàn)，隨著聚氨酯含量的增加，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的接觸角呈先增大后減小的趨勢，且在聚氨酯含量在2%～6%時，聚氨酯含量的變化對復(fù)合材料表面接觸性能的影響不大，復(fù)合材料表現(xiàn)出疏水性能，而當(dāng)聚氨酯含量增加到8%時，復(fù)合材料的表面接觸角減小，疏水性能較差。從圖1（b）中可以看出，隨著全氟乙烯丙烯共聚物含量的增加，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的接觸角呈先增大后減小的趨勢，滾動角呈先較小后增加的趨勢。綜合全氟乙烯丙烯共聚物含量對該復(fù)合材料表面接觸角和滾動角的影響，可以發(fā)現(xiàn)，在全氟乙烯丙烯共聚物含量達(dá)到40%時，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面接觸性能較好。

耐磨性能。對于碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的耐磨性能的研究，通過MMG-5 滾動磨損試驗機(jī)進(jìn)行實驗。本文中研究了聚氨酯含量（2%～6%）的不同對碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料耐磨性能的影響，對摩擦前后的試樣通過 FA2018 型分析電子天平稱其質(zhì)量，對其質(zhì)量變化計算，并根據(jù)公式計算磨損率：

式中：為摩擦前后的質(zhì)量差，ρ為該種復(fù)合材料的密度，F(xiàn)N為作用力，L為滑行距離。

通過實驗證明，隨聚氨酯含量的增加，使碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料磨損逐漸減小，聚氨酯含量為6%時，其材料的磨損率最小，此時該種復(fù)合材料的耐磨性能最好。由表1所示，從摩擦系數(shù)的測試結(jié)果來看，聚氨酯含量越高，摩擦系數(shù)越小，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的磨損性能越好。

3 結(jié)語

用于醫(yī)療建筑外立面的材料要想具有較長的使用壽命，必須具備較好的疏水性能和耐磨性能，本文中以碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為例，對復(fù)合材料的性能進(jìn)行研究，通過實驗證明，在適當(dāng)?shù)牟牧吓浔认?，?fù)合材料可以滿足醫(yī)療建筑外立面對于材料綜合性能的要求。且通過上述實驗證明，復(fù)合材料的性能可以通過改變組成復(fù)合材料的其中一種組分的含量來調(diào)節(jié)，這種性能優(yōu)勢使其可以適應(yīng)不同的場景要求，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。本文的研究對復(fù)合材料在各個領(lǐng)域，各種場景的應(yīng)用研究具有指導(dǎo)意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]申志平.復(fù)合材料在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的回顧與展望[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2018（4）：6-8.

[2]葉向東，蔡東寶，侯俊文，等.超疏水、自清潔涂層對建筑墻體的防護(hù)[J].復(fù)合材料學(xué)報，2018，35（12）：3 271-3 279.

[3]韓瑞昕.聚合物改性水泥基復(fù)合材料在外墻裝修中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2016（19）：19.

[4]李三平，楊正.連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的性能優(yōu)勢及應(yīng)用舉例[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（20）：64-65.

[5]?程現(xiàn)標(biāo).阻燃高分子材料研究進(jìn)展及其在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].合成樹脂及塑料，2019（6）：91-94.

收稿日期：2021-08-11;修回日期：2022-04-11

作者簡介：路小軍（1982-），男，機(jī)械電子工程師，研究方向：基礎(chǔ)建設(shè)、材料。

通訊作者：曹 凱（1982-），男，工程師，研究方向：基礎(chǔ)建設(shè)、材料。