綠色選材在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用研究

張中領(lǐng)

【摘 要】以自然為本是機(jī)械設(shè)計(jì)的基本思想。因而在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇綠色材料進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)具有相當(dāng)重要的意義，綠色材料在機(jī)械產(chǎn)品的工藝、結(jié)構(gòu)等方面有重要的應(yīng)用。在機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用綠色設(shè)計(jì)的目的就是要降低對(duì)自然資源和能源的消耗，盡量減少對(duì)環(huán)境的污染，為可持續(xù)發(fā)展做一些積極的貢獻(xiàn)。本文將對(duì)綠色材料和綠色設(shè)計(jì)的概念以及特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)介，并對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中綠色材料的選擇進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】綠色選材；機(jī)械設(shè)計(jì)；運(yùn)用

隨著人類經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的不斷發(fā)展，人類與環(huán)境保護(hù)和有限的資源之間的矛盾越來(lái)越突出，人類也逐漸意識(shí)到經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能以損耗環(huán)境和消耗資源為代價(jià)。走可持續(xù)發(fā)展之路是實(shí)現(xiàn)人類長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)的要求。材料是人們生存發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料科學(xué)也是現(xiàn)代科技的主要支柱之一，綠色材料對(duì)環(huán)境的保護(hù)起著重要的先鋒作用。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇綠色材料符合節(jié)約能源和資源、保護(hù)環(huán)境的要求。

1.綠色材料

現(xiàn)階段，地球上的資源、環(huán)境以及能源問(wèn)題還在不斷惡化，為了人類的可持續(xù)發(fā)展，研究人員于1988年從材料學(xué)的角度提出了環(huán)境材料，又稱綠色材料的概念。綠色材料指在材料選取、制造產(chǎn)品、循環(huán)利用以及最后處理等階段都能夠不污染生態(tài)環(huán)境，不危害人類健康的材料。綠色材料的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：首先，綠色材料的使用具有舒適性；其次，綠色材料本身的性能相當(dāng)先進(jìn)；第三，綠色材料與環(huán)境之間具有協(xié)調(diào)性，包括在綠色材料的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)能源與資源的消耗比較低，綠色材料在使用時(shí)對(duì)環(huán)境的污染比較低甚至無(wú)污染，在處理綠色材料時(shí)容易對(duì)其進(jìn)行再回收，而且綠色材料的循環(huán)利用率比較高。綠色材料所具有的這些特點(diǎn)是其于普通材料進(jìn)行區(qū)別的主要特征。綠色材料在研究時(shí)充分考慮到了它與資源、環(huán)境以及能源之間的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系。比如，一次性的塑料以及難以降解的快餐飯盒造成的"白色污染"已經(jīng)持續(xù)了很長(zhǎng)一段時(shí)間，相關(guān)部門(mén)對(duì)此也非常重視，紙質(zhì)餐盒和購(gòu)物袋的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，能夠有效的解決塑料污染的問(wèn)題；在建筑業(yè)使用的材料方面，倡導(dǎo)在選材時(shí)遵循3R原則，即重復(fù)使用（Repeat）、減少使用（Reduce）和循環(huán)使用（Recycle）。

2.綠色設(shè)計(jì)的概念及特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計(jì)中的綠色設(shè)計(jì)對(duì)綠色選材的影響極大。綠色設(shè)計(jì)起源于人們對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所引起的環(huán)境和生態(tài)等問(wèn)題的思索，體現(xiàn)了現(xiàn)代人類的生態(tài)環(huán)境意識(shí)。綠色設(shè)計(jì)能夠綜合考慮資源使用效率和環(huán)境保護(hù)，是可持續(xù)發(fā)展的重要體現(xiàn)。一般可分為三個(gè)步驟：第一，對(duì)材料流進(jìn)行跟蹤，確保材料輸出與輸入之間的平衡；第二，對(duì)一些特殊產(chǎn)品及其種類的環(huán)境費(fèi)用進(jìn)行評(píng)估；第三，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程要進(jìn)行全方面、系統(tǒng)性的研究。

隨著時(shí)間的發(fā)展，綠色設(shè)計(jì)已經(jīng)受到越來(lái)越多設(shè)計(jì)者的青睞。同一般的設(shè)計(jì)相比，綠色設(shè)計(jì)具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)。綠色設(shè)計(jì)除了要考慮產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、功能、成本等問(wèn)題，還要注重產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須注入新的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想，充分考慮產(chǎn)品在使用、銷售以及報(bào)廢的過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境造成的影響。綠色設(shè)計(jì)要同時(shí)兼顧環(huán)境和產(chǎn)品二者的需求。綠色設(shè)計(jì)能夠?yàn)楝F(xiàn)代的生產(chǎn)節(jié)約能源和資源，從根本上減少對(duì)環(huán)境的污染，能夠?yàn)闃?gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)作出極大的貢獻(xiàn)。

3.綠色材料的選擇

3.1在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇綠色材料

一般材料在選擇時(shí)主要對(duì)材料的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性進(jìn)行考慮，常常忽視材料對(duì)環(huán)境的影響。在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇綠色材料主要考慮兩大因素：一是盡量使用能夠循環(huán)再利用的材料；二是盡量不用或少用不可循環(huán)使用的材料。

在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇綠色材料是保證可持續(xù)發(fā)展的重要出路。由于綠色材料與環(huán)境之間具有協(xié)調(diào)性，因而必將會(huì)成為材料發(fā)展史上的重要轉(zhuǎn)折?，F(xiàn)在，綠色材料已經(jīng)成為材料研究者追逐的熱點(diǎn)，雖然現(xiàn)階段綠色材料的發(fā)展面還不是很廣，相信在不久的將來(lái)必然會(huì)取得較大的突破和進(jìn)展。比較明顯的一個(gè)例子就是綠色材料在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)容易存在腐蝕和長(zhǎng)垢的問(wèn)題，引起這些問(wèn)題的原因一是由于微生物繁殖、空氣中的塵埃以及腐蝕等形成污垢，二是水中可溶性的金屬離子沉淀形成污垢。系統(tǒng)中污垢的存在會(huì)影響冷卻水的輸送效率，嚴(yán)重者甚至能夠影響設(shè)備的正常運(yùn)行。傳統(tǒng)的處理方法就是定量、定期向水中加入殺菌劑、緩蝕劑以及阻垢劑等等，但是這些化學(xué)試劑相互干擾，效果并不好。因而，采用新型的綠色材料，如活性炭纖維等就成為很多企業(yè)的首選，不僅不會(huì)污染環(huán)境，還能夠降低系統(tǒng)的維護(hù)成本。

3.2在機(jī)械設(shè)計(jì)中減少使用的材料種類

機(jī)械設(shè)計(jì)中，在滿足基本使用功能的前提下，還要盡量避免使用多種材料，減輕對(duì)環(huán)境的污染，方便材料的回收再利用。比如，在對(duì)一個(gè)金屬箱進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就要避免使用不同的金屬焊接，還要將金屬箱設(shè)計(jì)為由多個(gè)部分獨(dú)立組成的、能夠拆分的整體，方便對(duì)其進(jìn)行在利用。

3.3盡可能選用不加涂層的材料

現(xiàn)代很多產(chǎn)品為了設(shè)計(jì)的美觀性以及耐蝕性，會(huì)在材料表面添加大量的鍍層、涂層。這些涂料不僅本身具有毒性，也給產(chǎn)品的回收再利用帶來(lái)了相當(dāng)大的困難，而且對(duì)環(huán)境的污染也相當(dāng)嚴(yán)重。因此，在選材的過(guò)程中要盡量避開(kāi)對(duì)這些材料的選擇。

3.4在機(jī)械設(shè)計(jì)中要選擇容易回的材料

當(dāng)一種材料報(bào)廢后，如果不能被回收利用，而且難以在自然中降解吸收，必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要選擇那些易于再生、回收以及對(duì)環(huán)境污染較少的材料。這樣的材料不僅能夠節(jié)約能源，還具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。發(fā)達(dá)國(guó)家如美、德等國(guó)對(duì)汽車等行業(yè)的材料易回收理念都相當(dāng)重視。

4.結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在，全球不可再生資源已經(jīng)在逐漸減少甚至枯竭，能源、資源供需矛盾日益加深，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇綠色材料具有極為重要的意義。研究綠色材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。雖然在現(xiàn)階段，綠色材料的發(fā)展還不是很迅速，但是隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，選擇綠色材料已經(jīng)成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，綠色材料的時(shí)代已經(jīng)要到來(lái)了。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳紅.論機(jī)械設(shè)計(jì)中的綠色思維—綠色設(shè)計(jì)及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（9）.

[2]梅志敏，李云云，盧偉.綠色選材在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用研究[J].機(jī)械制造（研究·開(kāi)發(fā)），2012（7）.

[3]席俊杰.面向綠色制造的材料選擇研究[J].材料報(bào)導(dǎo)（綜述篇），2009（5）.