生物合成材料将引发第三次工业革命.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物合成材料将引发第三次工业革命.精品文档.生 物 刚覆颠世界的材料之王合成生物学将引发第三次工业革命采煤炼钢、煅烧水泥是促成工业革命发展的主要因素，由煤、钢铁和水泥支撑的工业革命开始，雾都伦敦和中国雾霾呛人的空气碳排放严重威胁人类生存与健康，英国最早开始工业革命也是最早结束工业革命的国家。回归到工业革命之前的气候，人们希望出现一种替代钢铁、水泥混凝土的建筑材料，既有木材在建筑使用上的特性与便利，又能满足建筑物对防火与耐腐蚀和减轻自重快速施工的要求。生物刚是农业木质生物基合成材料，是替代钢铁、水泥、木材的可持续的绿色生态建筑材料。生物刚有两个

2、基本属性：刚性、柔性（刚强柔韧）。刚柔相济的双属性生物刚弥补了矿物钢、混凝土脆性断裂的缺陷，人类理想建筑与地震共存。生物刚保持木材所有的优良属性，但更防火、防水、防腐、防虫蛀，不存在白蚁等生物灾害。生物刚比金属钢轻8倍，比强度大于金属钢5倍，生物刚结构建筑可整体漂浮在洪水中，是人类躲避灾难的诺亚房舟。一、 合成生物学将引发第三次工业革命衣食住行是生活的必需品。生物是人类赖以生存的第一要素。人类穿的衣服面料成分为棉、蚕丝、羊毛是生物材料。人类食用的粮食、蔬菜、肉类、乳制品、蛋类是生物资源。原始建筑都是由木材建造的是生物材料。人类出行方式使用的交通工具如水路的木船，旱路的马车、坐轿和木桥也全是生物

3、材料制作。住房是人类生活的必需品，祖先给我们留下的建筑遗产基本上全是木结构建筑，大开间大跨度梁柱卯榫结构建筑合成厚重的生物木材是所有建筑师的梦想。木质合成结构材料经历了三个时代：第一代：木质塑料材料第二代：木质聚合材料第三代：生物刚（木质生物合成材料）（一） 木质塑料材料 电木1905年德国发明了电木（学名称为酚醛塑料），是塑料中第一个投入工业生产的品种。它具有较高的机械强度、良好的绝缘性，耐热、耐腐蚀，因此常用于制造电器材料，如开关、灯头、耳机、电话机壳、仪表壳等，“电木”由此而得名。它的问世，对工业发展具有重要的意义。将酚醛树脂和锯木粉、乌洛托品混合，并在混炼机中加热混炼，即得电木粉。将电

4、木粉在模具中加热压制成型后得到热固性木质酚醛塑料制品。 工程塑料1946年英国发明了工程塑料（称为热塑性聚酯PET，或饱和聚酯，涤纶树脂），1949年英国完成中试，美国杜邦购买专利后，1953年建立了生产装置，在世界最先实现工业化生产。广泛用于建筑、汽车等领域。 玻璃钢70年代日本发明了玻璃钢，一般采用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂或酚醛树脂基体，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。玻璃钢轻质高强相对密度1.5只有碳钢的1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相

5、比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。环氧的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。玻璃钢耐腐蚀玻璃钢是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。玻璃钢电性能好是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。玻璃钢热性能良好玻璃钢热导率低，室温下为1.25kJ/（mhK），只有金属的1/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下是理想的热防护和耐烧蚀材料，保护宇宙飞行

6、器2000以上承受高速气流的冲刷。 竹木人造板1998年浙江安吉研制出竹木人造板采用冷压工艺，然后将模具输送到热隧道加热固化，再送入冷却道释放板材内部的热量，由于木质纤维不导热性，外界热量很难传入木材内部，同样被加热固化的木材内部的热量也很难释放出来，只能生产3公分（cm）家具板材，限制了结构厚重木材的生产。2009年不去青黄的疏解技术推动了竹产业的发展，重组竹压制设备同样分为冷压和热压两大系列，主要区别在铺装和压制工段，冷压工艺铺装工段是将竹丝铺装在模具里，热压工艺是把竹丝直接铺装在热压垫板上。1）冷压工艺技术特点：将浸渍树脂的竹束干燥到含水率12%15%后，直接装模，在约60MPa的高压下

7、成型，将模具锁定后，送入固化道加热200 固化胶合。主要用于压制厚度1518cm的重组竹方材，密度相对均匀。重组竹方料常用的规格尺寸（长宽厚）为：193cm105cm150cm和200cm145cm150cm。2）热压工艺技术特点：采用传统接触式传热技术，在一定温度下压制板坯，单位压力46MPa，远低于冷压工艺的压力，主要压制板材。常规尺寸为（长宽厚）：244cm122cm154cm，最大幅面可达12m5m，一般最大板厚可达5cm。 木塑（木质复合材料）1998年欧美等国家发明了木塑，即木塑复合材料，利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与70%以上的木粉等废植物纤维混合成木质

8、塑料材料。200是木塑复合材料加工温度上限，因此在使用木粉填料之前一定要先除去水气。加工成型之前木粉要进行干燥处理，处理后的水气含量要低于1%。（二） 木质聚合材料木质聚合材料采用化学结合弥补了热压高能耗和冷压热固化高能耗难题，化学反应热替代了物理加热降低了生产成本。在重组竹木聚合材料研究开发领域，如在生产技术及装备方面需攻关重组竹冷压方料过程中的自动控制问题，冷压设备的连续化和自动化问题，以减少劳动力的使用，提高劳动生产效率及板坯铺装均匀性等问题。在重组竹木聚合板材、方材制品的应用技术研究领域，重组竹木聚合板材的防霉等问题、炭化工艺过程中竹材材性和颜色变化问题亦需要重点研究。（三） 生物刚（

9、木质生物合成材料）生物刚常温合成，生物刚强度高于任何硬木材，突破了人工一次快速合成厚木材的世界难题。方材厚度范围0.2米1米（m）、宽度范围0.2米1米（m）、长度范围1米8米（m）。板材厚度范围1厘米8厘米（cm），宽度范围120厘米150厘米（cm），长度范围240厘米350厘米（cm）。生物合成材料寿命长，原因是天然菌落“不吃”这些东西，酶对合成聚合物几乎无分解活性。二、 回归到工业革命前的气候1 APEC蓝在2014年北京APEC会议期间京津冀实施污染企业停工等措施，北京城区空气质量接近一级优水平。APEC蓝，也是2014年新的网络词汇，北京蓝蓝的天空短暂，不真实的美好。当然APEC蓝

10、也是中国梦的一个重要组成部分。2 钢铁、水泥产业加剧全球变暖和雾霾工业革命以来，建筑和交通网络，高铁桥梁，带动的相关行业都是污染大、产能过剩的行业，如水泥、钢铁、煤电等。中国高速铁路投资额每年7000亿元，高铁每天消耗1万吨钢筋、3.5万吨水泥、11万立方混凝土。治理大气雾霾途径是不依赖钢铁、水泥。3 常温合成生物材料回归工业革命前的气候生物刚是一种天然的生物合成材料，生物刚常温合成无需竹木材干燥和碳化处理，降低设备初投资和前处理的高能耗。生物刚整个生产过程都是在常温下进行，消除燃煤、燃气、燃油和电锅炉加热的高能耗、高污染，彻底根治大气雾霾。生物刚用于建筑结构梁和柱使人类将不再依赖矿物钢结构和

11、混凝土结构，减少开采矿物材料。回归自然生活。三、 最美的建筑最简单原始建筑都是由木材建造的，卯榫连接的框架体系造就了中国古木建筑的辉煌成就。祖先给我们留下的建筑遗产基本上全是木结构建筑，故宫古木建筑没有华丽的装饰装修，显示出最本质力学的美载入世界建筑史册。1 生物刚建筑最简单生物刚自重比矿物金属钢轻8倍，比强度大于金属钢5倍，生物刚结构体可以承受各种荷载。家，是人类最重要的地方，生物刚建筑让人类在大地震中回家。生物刚结构建筑就像人的小腿肌肉表现出强大的力度，力度使人感觉安全奋起。传统观点认为结构设计立足于力学，建筑设计立足于美学。一个好的建筑，一定是结构力学与建筑美学的融合才能更好、更持久。生

12、物刚建筑无需装修使建筑更简单。2 生物刚技术参数解读1) 防火建筑材料检验2) 生物刚性能替代性 物理力学性能拉伸强度300MPa 抗压强度175MPa 拉伸弹性模量24GPa 弯曲弹性模量24GPa 弯曲强度300MPa 密度可调0.31.1g/cm3 含水率：8-15% 28h循环吸水厚度膨胀率：5% 甲醛释放量：达到国际 E0标准3) 生物刚指数比较比属性，生物刚具有刚强、柔韧两个属性，矿物钢和混凝土同属脆性断裂材料。比强度，生物刚比强度大于矿物钢5倍，生物刚比强度大于混凝土13倍。比耐热，生物刚500弹性模量强度性能稳定，金属钢弹性模量200降低，强度下降。比传热，生物刚传热系数小于金

13、属钢500倍。比密度，生物刚重量比矿物金属钢轻8倍。3 木结构建筑趋势木结构建筑越来越受到人类的青睐。日本新建木结构住宅比例上升到45%。北欧、芬兰、瑞典90%以上居民住在2层木结构住宅中。北美90%以上的人居住在木结构建筑中。美国有近80%人居住在木质房屋里，尤其是高档别墅几乎全部是木制的。世界都将木结构住宅作为防范地震的重要措施。德国设有国家生态住宅研究设计院，专门从事采用生态材料建造住宅、门窗的研究设计，并建造了各式各样的建筑群。据美国复合材料世界网站2014年9月1日报道：美国能源部（DOE）宣布已选定南方研究院，资助其1130万美元，用于以农业废弃物或木质生物质为原料，研制出造价低廉

14、、性能优异的可再生碳纤维材料，将会有效降低生产成本，实现轻量化设计，还能够节能降耗，保护环境。四、 建筑抗震与防火1 钢筋混凝土结构对抗地震脆性断裂唐山城市大地震，钢筋混凝土对抗地震脆性断裂7秒钟造成24万人死亡。混凝土建筑与地震对抗，就像鸡蛋碰石头，与自然对抗地震人类没有家。大地震时人类住在哪最安全？人们住进最轻的帐篷悬浮于土壤之上才会感到最安全。地震的经验和帐篷的启迪告诉我们，建筑自重轻最安全。混凝土结构是传热快的建材，自从提倡建筑节能应用了保温材料，保温不防火，防火不保温，火灾年年不断。央视大楼放鞭炮，外保温装饰起火。上海教师公寓外保温材料起火导致58人聚氨酯外保温氰化氢中毒死亡。防火逃

15、生经验告知我们，低层建筑比高层建筑更安全。2 美国911事件谈钢结构建筑防火美国世贸中心是人类建筑史上的伟大杰作，矗立在曼哈顿的这两座姊妹大厦，就像支撑着美国精神的政治、经济两大擎天柱，就这样倒塌了。纽约世贸中心高度411m，地上110层，总用钢量为78000吨（t），飞机撞击大楼上部，为何下部倒塌？大楼为何会垂直塌落而不是倾倒？耐火性差是钢结构的致命缺陷。钢材200时随温度升高弹性模量降低， 500时弹性模量为常温的50%。钢结构和混凝土同属传热快的材料，600失去承载力。飞机撞击上面楼层起火燃烧，金属钢以高于木材500倍的传热速度，将高温快速传导下面楼层，整体钢结构丧失承载力，致使大楼多米

16、诺骨牌塌落效应，层层垂直垮塌。911大火是全世界建筑界的悲哀，钢结构给人类敲响了警钟。高层建筑一旦发生火灾、风灾、地震等灾害，救生是世界难题。人类对钢结构、混凝土结构在大地震中的脆性断裂无奈，对建筑美也不满。人们用装饰装修弥补不足，装饰装修费用已超越土建（毛坯房）费用，装修材料甲醛的释放亦成为室内污染头号杀手。五、 最美的建筑最简单历史上优秀建筑体系兴起与衰落揭示了这样一条规律，结构技术的运用受到建筑艺术创作得不到发展的时候，就是建筑生命力开始枯竭的时候。1 生物刚结构美学建筑结构力学和美学融合才有生命。结构美才是真美。生物刚以农业木质生物基纤维合成还原高级硬木特性，保留植物纤维自然纹理显示的

17、是一种最本质的美感，达到力学和美学的统一，体现的是一种“素面朝天”的品位，所呈现的是一种其他人工建筑材料无法模仿的“天然质朴与厚重大气”，增强建筑艺术的表现力。结构技术美创造建筑艺术美，青春少女躶体的自然美才是最美的，刚中有柔结构技术显示了建筑艺术作品的审美价值。2 生物刚结构安全大地震哪最安全？人们住进最轻的帐篷才会感到安全。地震的经验告诉我们建筑减重最重要。人和建筑重量比是很轻的，如何减轻建筑的自重？刚柔共济是建筑师的梦。生物刚比金属钢轻8倍，比强度大于金属钢5倍，刚强柔韧特性就像人的小腿肌肉，建筑基础和梁柱卯榫结构刚柔相济，悬浮于土壤之上，整体浮筏式基础好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形

18、成的惊涛骇浪中，是人类躲避灾难的诺亚房舟，让人类在大地震中找到回家的路。3 生物刚建筑接地气人需要自然阴阳平衡才健康，人体白天晒太阳生命光线激发阳气，人体晚间睡觉接地气得到阴阳平衡，接地气就是头北脚南顺应接受磁场睡眠提高免疫力。钢结构和钢筋混凝土结构屏蔽磁场，严重影响了人类的身体健康。手机进入建筑、电梯井道消失信号，人类想办法在建筑中安装双向天线，然而，人类自身得不到地磁场应该怎么补偿？人生存在地球磁场之中，住进木房屋得到地磁场沐浴，人在生物刚建筑中可以很好地接地气。4 生物刚技术发明生物墙融入相变调温微胶囊技术是国家“十一五”重大科技支撑项目，获多项发明专利。美国“墙体空调”、德国“空调墙”

19、技术已得到应用。5 国家“十一五”重大科技支撑项目延续6 生物刚助力三农三农问题的核心是农民和农业，房舟生态建筑原材料全部是植物即农作物，它必将消化和吸收大量的农民以形成新型房舟生态建筑原材料的产业化。房舟生态建筑的原材料可以利用荒山、荒地和荒坡来生产，其产值不可估量。生物刚原料来自农村、农业、农民利用荒山、荒地种植生物纤维并初加工，农民再也不用背井离乡到城里打工，在家当农民工，加速实现新型城镇化和农业现代化。让农民以家庭为单元产业化。让农民富裕起来。7 生物刚建筑是可持续发展的强大动力生物刚是每年可持续生长的农业木质生物基合成材料，是替代钢铁、水泥、木材的可持续绿色生态建筑材料。生物刚密度可

20、调，密度大于水用于大开间大跨度建筑结构，密度小于水可以用于船甲板，为船舶减重和救生提供支撑。生物刚应用在国防军事和工业民用人类回归自然生活，保护地球、保护环境，可保持国民经济数十年持续稳增长。生物刚应用广泛，无论静态的住宅、公共设施；还是动态的运输工具及其设施；无论工农业生产的大型设施，还是景观环境的娱乐消遣，都能游刃有余。8 生物刚给人类带来没有污染的进步生物刚原材料是农民种植的每年可持续生长的农作物。例如麻、竹、棕。生物刚生产过程常温合成没有排放，生产过程零污染。生物刚从原料到生产过程没有污染，生物刚建筑工厂化生产，网络化定制，现场组装，没有建筑垃圾，使建筑更简洁。刚柔共济建筑结构与建筑美学一体化。生物刚结构符合力学规律，带来了建筑形象的巨大改变，不依赖开采铁矿、采煤炼钢和煅烧水泥，保护地球、保护环境，彻底消除雾霾危机。生物刚是建筑结构的伟大革命，是二十一世纪的建筑新宠，它如同蒸汽机和电力的发明一样，生物合成材料引发第三次工业革命，对人类产生重大的影响。生物刚告别污染，回归工业革命前的气候，给人类带来没有污染的进步。生物刚是最美的最简单的建筑作品。生物刚将改变人类生活方式。