復合材料輕量化解決方案如何推動新加坡智慧城市發(fā)展

新加坡經常被譽為全球首屈一指的智慧城市。隨著全球城市變得越來越智能，基礎設施將如何支持智慧城市發(fā)展？領先的復合材料技術公司Exel Composites的營銷主管Robert Glass解釋了復合材料如何幫助推動智慧城市的發(fā)展。公共交通系統(tǒng)是智慧城市的一個關鍵要素。為了優(yōu)化通勤，智慧城市需要傳感器來積累和管控大量的交通數(shù)據(jù)。顯然，響應數(shù)據(jù)基礎設施將與當今的電力和水務基礎設施同樣重要。為了支持此基礎設施，復合材料將在提供不間斷的數(shù)據(jù)流中發(fā)揮關鍵作用。

復合材料為保護數(shù)據(jù)基礎設施提供了極大的可能性。與屏蔽這些信號的金屬不同，玻璃鋼之類的復合材料是透波的。這使復合材料成為理想的材料，可以在整個智慧城市中連續(xù)不斷地傳輸數(shù)據(jù)。

復合材料是人們運用先進的材料制備技術將不同性質的材料組分優(yōu)化組合而成的新材料。一般定義的復合材料需滿足以下條件：

（i） 復合材料必須是人造的，是人們根據(jù)需要設計制造的材料;

（ii） 復合材料必須由兩種或兩種以上化學、物理性質不同的材料組分，以所設計的形式、比例、分布組合而成，各組分之間有明顯的界面存在;

（iii）它具有結構可設計性，可進行復合結構設計;

（iv） 復合材料不僅保持各組分材料性能的優(yōu)點，而且通過各組分性能的互補和關聯(lián)可以獲得單一組成材料所不能達到的綜合性能。

復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬。

復合材料中以纖維增強材料應用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復合的材料，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復合可得到熱膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性，因此可按制件不同部位的強度要求設計纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料，在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合， 使用溫度可達1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，構成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導彈和原子能反應堆中。非金屬基復合材料由于密度小，用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當。

5G成為智慧城市發(fā)展中的另一個關鍵推動力。玻璃鋼天線可以隱藏在燈桿和交通信號燈等現(xiàn)有基礎設施中，使城市可以輕松地集成該技術。復合材料的輕質、耐腐蝕和透波的特性，有助于在當今和未來的智慧城市中推動數(shù)據(jù)傳輸。

基礎設施對短波頻率形成了進一步的障礙，可能會導致5G擊墻。由于其超低延遲，5G的可用性可能會大幅降低，因為其高頻可能難以穿透建筑物。由于80％的設備在建筑物內部使用，因此這種損失或可用性下降會嚴重影響該技術的采用。

但是，將玻璃鋼構件結合到建筑物中（例如在門窗框架中）將有助于減少信號進入我們的房屋減弱的情況。此外，由于玻璃鋼能夠承受強烈的紫外線、極端溫度和濕度的變化，復合材料部件還為智能城市建筑提供了耐用的材料，從而降低了整體生命周期成本。

為了優(yōu)化公共交通，復合材料可以提供一種輕量化解決方案。復合材料用于整個車輛，這有助于節(jié)省燃料，減少污染并降低車輛生命周期的維護成本。

智慧城市不再是未來。復合材料在智慧城市的成功中扮演著重要的角色，它們的一系列優(yōu)勢打造了持久的解決方案。

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