取长补短的异物复合发明法

劳永新

异物复合发明法是指将两种或两种以上的相对简单的事物以一定的方式组合在一起的发明方法。

异物复合法的特点是巧妙地利用异物的复合，发扬各自的优点而又避免各自的缺点。例如钢筋混凝土是以硅酸盐水泥为基体、“包含复合”了砂粒和钢筋的复合物。水泥粘合砂粒的混凝土抗压但不抗拉；而钢筋却抗拉不抗压，两者复合在一起能够优势互补。又如目前广泛用于通讯的光导纤维是由石英玻璃或塑料制成，都是由起着导光作用的芯材和能将光能闭合于其中的皮层复合而成的复合管。其内层芯材要求折射率大，能够全反射以传导光，而皮层的折射率要小，以避免光损耗，两者缺一不可。大城市常常把零售店、餐饮店和银行、娱乐等服务业合理地复合在一条商业街上，方便群众购物和旅游。又如现在企业最急需的复合型人才，数控机床企业急需既懂机床专业知识又会编计算机程序的复合人才；经济法庭急需懂得经济的法律人才；动漫公司需要既会绘画又会计算机的复合人才。不同领域应用复合法的实例还有很多，如液压和气动的复合传动，不干胶标签的凸印加丝印复合印刷，机械电子复合门锁，氮气、氨气和二氧化碳混合的复合气体灭火剂，铝粉和三次甲基三硝基胺的复合炸药，五香粉复合调料，橄榄木瓜复合果汁，以服务访问方式连接企业中现有的应用或系统，以满足新业务需求为目的构建的复合应用软件，传统店铺和电子商务复合营销等等。

异物复合法的应用中发展最快的是复合材料。复合材料是由有不同材料或不同物相组合而成的复合材料。它既保留原有材料的重要特色，又通过复合效应获得原有材料所不具备的性能，使各材料的性能相互补充、从而获得比单一材料更优越的性能。复合材料包括结构复合材料、叠层复合材料、金属基复合材料、功能复合材料等。

结构复合材料是以一种材料为基体、包含了另一种材料为增强体，以“包含复合”的方式复合而成的材料。基体和增强体材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于各组成材料。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、沥青和水泥等。增强材料按几何形态有纤维、薄片、颗粒和型材等。由于材料的实际强度主要取决于玻璃和陶瓷中的微孔和裂纹及金属晶格中的错位等缺陷，而人工制成的细纤维或晶须却可以做到没有缺陷，所以其强度比基体的高得多。玻璃纤维增强塑料由于质轻强度高，已经用于气垫船、工业用的冷却塔、水箱、管道、罐、风机和电表箱及民间的座椅、垃圾桶、沼气池和化粪池中。20世纪90年代出现的玻璃长纤维增强塑料的强度和寿命比较高，多用作汽车保险杠、安全头盔、滑雪板和自行车骨架等。碳纤维比玻璃纤维轻、耐高温、疲劳和冲击，碳纤维增强复合材料可用作羽毛球和网拍、高尔夫球棒、撑杆跳高杆、钓鱼杆、石油钻杆和螺旋桨等，尤其在航空航天领域中可用作火箭发动机壳体、航天飞机推进器、导弹发射管和太阳能电池板等的材料。塑钢门窗是以型钢为增强材料的硬聚氯乙烯复合产品。钢的强度高但易被腐蚀又不隔热隔音，被硬聚氯乙烯“包含复合”后，就具有良好的隔热、保温、隔音、耐腐蚀性能和足够的气密性水密性。而铝塑复合门窗利用塑料型材将室内外两层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体，其两面的外表面都为铝合金，中间用塑料型材腔体做断热材料，因此比塑钢窗型材耐冲击、防火和防盗性好，又比铝合金门窗的保温性好。

叠层复合材料是不同类型的增强组分和基体等以叠层结构形式组成的复合材料，其增强组分可以是纤维、片材或波纹和蜂窝芯材，其基体可以是纸、玻璃、塑料、橡胶、金属等，其形态有夹层结构、叠层复合板和复合管等。叠层复合板由基层和功能层等叠层复合而成。金属复合板由不同金属板经爆炸复合、轧制复合等方法复合，如不锈钢碳钢复合板兼具了不锈钢和碳钢的性能优势，具有良好的耐腐蚀性耐热性，由于不锈钢所占比例较小而节约了不锈钢，降低了材料成本，可用于石油、化工的各种腐蚀条件下的压力容器、管道、反应塔等设备中。铝塑复合板由两层经涂装的铝面板与中间一层塑料芯板粘结而成，质轻、防水、耐久、易加工和清洗及成本较低而广泛用于室内外、广告和车辆的装饰装修中。复合管是以中间层金属管材为基础，内外层为聚乙烯、交联聚乙烯等非金属材料，具有金属管材和非金属管材的优点。如铝塑复合管是中间为一层铝合金，内外各一层聚乙烯，经胶合层粘结而成的管材，具有聚乙烯塑料管耐腐蚀性好和金属管耐压高的优点，用于建筑内配水支管和热水器管。在两块玻璃之间夹进一层以聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的中间膜就是不碎的安全玻璃；贴有隔热膜、防爆膜或防弹膜的贴膜玻璃有节能、单向透视、防紫外线、防爆防弹防盗等功能。通过在建筑物下方加装多层交错的橡胶和钢板复合叠层支座把建筑物与地面隔离，当地震发生时，让建筑物在橡胶垫上滑动而减少震动，以柔克刚，既能隔震，又不影响承载力，就不会使它倒塌。

金属基复合材料是以铝、镁、铜、钛等金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。在铝基体中加入氧化铝细粉制得的金属陶瓷复合材料与合金铝比，其高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好，常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。而碳化物陶瓷基金属复合材料，以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成，具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，用作切削刀具、高温轴承及透平叶片。陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体，以纤维^晶须、颗粒等为增强增韧体的复合材料。现代技术陶瓷属于非金属的无机物，如氧化铝、碳化硅、氮化硅等，具有耐高温、高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、重量轻和价格低等优良性能，但缺点是性脆易碎。加入无缺陷的纤维、晶须、颗粒等第二相后，就增强增韧而不易碎。碳化硅颗粒增韧的氧化铝复合材料可用作切削刀具。长纤维的碳化硅陶瓷可用作高速列车的制动刹车件。虽然价格较高，陶瓷基复合材料在发动机和航空航天器等部件的应用前景仍然看好。在普通的陶瓷土中加入微粒矾土增韧，可吸收冲击、防裂，用作餐具时就摔不碎。水泥基和颗粒石料复合成混凝土后提高了其抗压强度。沥青混凝土则是沥青基的颗粒石料增强的复合材料，石料承压而沥青基料则使行车时噪声小、对轮胎面磨损小、又提高了轮胎的抓地力，而且其韧性、抗压性和拉伸性好，能够适应不很稳定的路基，并且后期维护简易，因此被普遍用作公路路面材料。聚合物混凝土是以聚合物作为胶结材料和石料复合的颗粒型有机和无机物的复合材料，与水泥基料相比，聚合物具有快硬、高强和显著改善抗渗、耐蚀、以及粘结等性能，可现场应用于混凝土工程快速修补和隧道衬里等。而用不饱和聚酯为粘结剂，与石英砂、大理石、方解石粉等搅拌混合、浇铸成型固化而制成的聚合物混凝土，俗称人造大理石，用于建筑装饰。功能复合材料是指除承压抗拉抗疲劳等机械功能以外的、提供其他功能的复合材料，有导电、超导、半导、磁性、压电、吸波、透波、屏蔽、抗辐射、透光、光催化、磨阻、减磨、阻燃、防热、隔热、吸声、防弹、机敏和智能等等的功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成，功能体可由一种或一种以上功能材料组成。例如铁氧体是以铁族元素为主的复合氧化物磁性体，再以聚合物为基体，其成型方便、可形成复杂构形，所以常用于冷藏车、电冰箱和冰柜门的密封垫圈。聚苯胺石墨复合材料具有两者协同的优点，石墨和聚苯胺都是导电功能体，又由于膨胀石墨片层结构的表面诱导作用提高了聚苯胺的结晶度、减少了缺陷，可用作导电和电磁屏蔽复合材料。在聚酰亚胺基体中添加石墨纤维增强体和聚四氟乙烯后由于三者都有协同减摩效果，可用作自润滑复合材料。外层轻质陶瓷片和内层芳纶纤维织物复合可用作防弹背心；外层高硬度合金钢、中层芳纶陶瓷和内层高韧性合金钢复合则可用作坦克的装甲。

综上所述，复合材料已经在机械、化工、石油、建筑、纺织、农业、交通、航空、航天、武器、体育和家庭装饰等各领域得到极其广泛的应用，现在所见到的材料几乎大部分都是复合材料，显示了取长补短的异物复合法的魅力。