一种仿生复合材料及其复合方法与流程

本发明涉及一种仿生复合材料及其复合方法，尤其涉及一种利用可流动的物质的仿生复合材料及其复合方法。

背景技术：

普通的单一材料或复合材料均不采用可流动的物质，或将可流动的物质固化使其不能流动，如混凝土生产时，将其中可流动的砂石或水泥反应固化后而形成。固化后使原有的可流动的物质丧失了一些未固化时的可变化的特性，也就是说，现有的材料基本上不利用可流动物质及其特性的固化的无变化的“无生命”的材料。

而生命体，包括人体，其器官组织是由“活的”有生命的材料组成，具有许多功能和特性，其功能性和活的生命特征是通过可流动物质的循环来实现，包括血液的循环等。

本发明的材料主要通过人体皮肤组织的模仿实现，人体表皮和皮下组织之间通过复杂的结构充填由大量可流动的物质，包括水和油等，从而使的人体皮肤是一个活的生命体系的一部分。

本发明通过多个空间的布置模拟人体表皮和皮下组织之间的复杂的结构来储存可流动物质，而不只是简单地将可流动的物质装在容器中以保持其流动性，其流动性的保留会使可流动的物质分布不可控，也给实际应用带来障碍。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种仿生复合材料及其复合方法，该方法将可流动的物质填充在多个空间中，并将其中的空气排出，实现片状材料与可流动物质的复合。通过该方法制备的复合材料既保留了可流动物质的流动性，又使可流动物质限位在空间中，实现了可流动物质的可控分布。

所述的可流动材料为密度大于空气的材料，材料可以克服空气的浮力，依靠重力充填，并将空气置换。

采用密度大于空气的材料进行充填有如下好处，其一是方便充填，其二是可以将被充填空间的空气排出，而空气往往会影响本发明材料所需要的相关功能，如对蓄能和加热材料而言，导致热交换性能下降，其三，密度大于空气的材料，不会悬浮在空气中，或者自动从空间上部排出，因此可以在相关应用情况下选择不封闭空间与外界有连通口，不封闭联通口，可以使得空间内外自由物质交换，实现相关功能，此外，即使不需要进行物质交换时，可将连通口置于上部，可以选择不封闭连通口，这样简化制作，节省制作成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种仿生材料复合方法采用片状材料，形成多个空间，空间内充填密度大于空气的可流动的物质置换空间内的空气，实现片状材料与可流动物质的复合。所述空间的形成可以采用粘接，焊接，热熔，缝制，模压，塑模成型等各种加工方法实现。

进一步地，多个空间至少两个以上是相互联通的。可以更大程度保留可流动物质的流动性。

进一步地，先采用所述的片状材料形成多个空间，空间与外界有连通口，通过连通口充填所述的可流动的物质。填充完毕后可封闭连通口，也可以不封闭连通口，不封闭联通口，可以使得空间内外由物质交换，实现相关功能，此外，即使不需要进行物质交换时，可将连通口置于于上部，可以选择不封闭连通口，这样简化制作，节省制作成本。

本发明还提供了一种仿生复合材料，复合材料为片状材料与可流动物质的复合体，片状材料形成多个空间，多个空间的空气排出，充填密度大于空气的可流动的物质。可流动的物质可以在空间中流动。

进一步地，所述的可流动物质为水或者相变材料，形成的复合材料用作蓄冷或蓄热材料，通过水与冰的相变，或者相变材料的相变实现蓄冷或者蓄热。

进一步地，所述的片状材料为连续柔性卷材，卷材的长度足够长，所形成的复合材料也为连续柔性卷材。

本发明采用可流动的物质形成复合材料具有如下特点：

其一，材料的复合方式简单，即简单的机械充填，无化学反应。

其二，复合的可逆性，可简单的更换充填物质而进行重新复合，常规的复合材料往往有复杂的反应，如化学反应等，其过程不可逆。

其三，可流动的物质往往具有一些未固化、可变化的特性，使得材料展现出常规固化材料未有的特性，包括材料的智能性等。

其四，本发明采用片状材料形成多个空间，空间内充填可流动的物质，所采用的片状材料，如塑料膜等成本低，而可流动的物质，如水、砂石等成本的也低，所以本发明复合材料的经济性好。

本发明所述的片状材料，为平面方向延展，而垂直平面方向的尺寸远小于平面方向的尺寸的材料，包括塑料片、塑料膜、金属片、金属板材、布匹、纸张等。

本发明所述的可流动物质指可连续流动的物质，包括液态物质，如水、油、溶液，或粉体固态物质，如砂石、微粒、粉未等，或固液混合物质，如泥浆等，融盐等，或相变物质等。

本发明基于片状材料与可流动物质进行复合，并通过多个空间分割充填可流动物质的方式，避免了可流动物质在空间上的任意分布，即通过空间的分割、分割方式的设计，保证了可流动物质分布的非任意性及可控性。

所述的可流动物质为二种或二种以上。

本发明的复合材料具有经济技术的优势，可广泛应用于以下几个方面。

1，蓄能材料，可采用金属片或者塑料片等形成多个空间，并在空间内充填相变材料或水，从而形成蓄能材料。

2，保温材料，采用片材，包括高分子材质，织物材质，纸质等构成多个空间，空间内充填多孔材料，如气溶胶等。

3制冷制热材料，采用金属材质或者塑料材质的片材充填水或者油，通过对水或油的加热或冷却，实现制冷制热功能，包括辐射冷却或者辐射制热。

4除湿材料，采用纺织布料或者多孔膜为片材，充填吸湿材料，如硅胶，分子筛，实现除湿。

上述采用本发明的方法制备的特定应用材料，因保留材料自身的流动性，能更好的与外界环境接触换能，实现更高效的蓄能、保温、制冷制热、除湿等。

5结构材料，采用塑料材质的片材充填水，或采用布料充填砂石或者粉末，实现柔性又具有强度的结构材料。

6功能材料，采用磁流体充填可实现金属吸附功能，用此制作机器人的手，或机械手抓取金属物质。

此外，本发明的复合材料还可广泛用于服装面料、包装材料、智能材料等领域。

附图说明

图1为本发明的基本原理图；

图2为空间割示意图；

图3为空间带有进出口的示意图；

图4为采用瓦楞片形成空间分割的示意图；

图5为采用瓦楞片的立体图；

图6为空间不连通时的原理图；

图7为空间为球形的示意图；

图8为空间的方形的示意图；

图9为空间内充填水的示意图；

图10为空间内充填相变材料示意图；

图11为空间内充填了水或者相变材料的示意图；

图12为一种复杂空间结构的示意图；

图13为蓄能装置示意图；图中，复合材料10，片状材料(11a、11b)、可流动物质12、空间k、进口i、通道l、出口o、水1201、相变材料1202、蓄能装置100、外壳101、蓄能材料102、蓄能物质1021

具体实施方式

如图1所示，复合材料10含片状材料11a、11b，利用两片片状材料11a、11b形成多个空间k,空间内充填有可流动物质12，多个空间之间可以相互连通，如图中通道l所示，可供可流动物质12在空间k中流动。多个空间也可以不相互连通，如图6所示，可依据实际使用要求选择。

图2显示空间排列布置的情况，图2中所有空间均连通，并可以通过进口i充填可流动物质。片状材料形成的多个空间的有序分布使得，填充在内的可流动物质12也实现了有序分布。

图3与图2不同在于，不仅有空间的进口i，还有出口o,方便空间与外界交换可流动的物质。

图4采用交错的瓦楞片11分割空间，形成完全连通的空间k，充填可流动物质12。其立体图如图5所示。

本发明的复合材料的空间形状可以为任意形状，如图7中空间为球形，图8中空间为方形，任意的其它形状的空间均对本发明的效果不产生影响。

本发明的复合材料可以由任意可流动物质构成，如图9中空间内充填水，图10中空间内充填相变材料，图11中空间内充填了水或者相变材料，依据实际功能需要选择。另外，还可以通过空间内充填不同的可流动物质获得不同的性能，如一种可流动物质为相变材料用于蓄能，另一种可流动物质为结构材料用于增加复合材料强度等。

空间不仅可以有不同形状，其结构排列也可以不同，图12为一种较复杂空间结构，与图2等不同。

图13为采用本发明的复合材料作为蓄能材料进行蓄能的蓄能装置示意图。如图13所示，蓄能装置100含有外壳101，蓄能材料102，蓄能材料含有可流动的蓄能物质1021，如相变材料或者水等，流通从fi进入，fo流出，可实现蓄能及能量释放，本发明的仿生复合材料的蓄能和能量释放效率更高。