導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇高分子材料的光學(xué)性能，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

較詳細(xì)地評(píng)述了高分子材料的研究方向和應(yīng)用發(fā)展方向.

關(guān)鍵詞：高分子材料 應(yīng)用 現(xiàn)狀 發(fā)展

高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子材料是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。

高分子材料按來(lái)源分為天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進(jìn)化的基礎(chǔ)。人類社會(huì)一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產(chǎn)資料，并掌握了其加工技術(shù)。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。19世紀(jì)30年代末期，進(jìn)入天然高分子化學(xué)改性階段，出現(xiàn)半合成高分子材料。1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹脂，標(biāo)志著人類應(yīng)用合成高分子材料的開始?，F(xiàn)代，高分子材料已與金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料相同，成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料。

高分子材料的結(jié)構(gòu)決定其性能，對(duì)結(jié)構(gòu)的控制和改性，可獲得不同特性的高分子材料。高分子材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和易改性、易加工特點(diǎn)，使其具有其他材料不可比擬、不可取代的優(yōu)異性能，從而廣泛用于科學(xué)技術(shù)、國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，并已成為現(xiàn)代社會(huì)生活中衣食住行用各個(gè)方面不可缺少的材料。很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然橡膠、棉花、人體器官等

目前，高分子材料的應(yīng)用現(xiàn)狀主要有以下幾個(gè)方面：

1.傳統(tǒng)產(chǎn)品

如纖維、橡膠、塑料等等

2.高分子分離膜

高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇性透過(guò)功能的半透性薄膜。采用這樣的半透性薄膜，以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動(dòng)力，使氣體混合物、液體混合物或有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的溶液等分離技術(shù)相比，具有省能、高效和潔凈等特點(diǎn)，因而被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。

3.高分子磁性材料

高分子磁性材料，是人類在不斷開拓磁與高分子聚合物(合成樹脂、橡膠)的新應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，而賦予磁與高分子的傳統(tǒng)應(yīng)用以新的涵義和內(nèi)容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石，以后才利用磁鐵礦(鐵氧體)燒結(jié)或鑄造成磁性體，現(xiàn)在工業(yè)常用的磁性材料有三種，即鐵氧體磁鐵、稀土類磁鐵和鋁鎳鈷合金磁鐵等。它們的缺點(diǎn)是既硬且脆，加工性差。為了克服這些缺陷，將磁粉混煉于塑料或橡膠中制成的高分子磁性材料便應(yīng)運(yùn)而生了。這樣制成的復(fù)合型高分子磁性材料，因具有比重輕、容易加工成尺寸精度高和復(fù)雜形狀的制品，還能與其它元件一體成型等特點(diǎn)，而越來(lái)越受到人們的關(guān)高分子材料。

4.光功能高分子材料

所謂光功能高分子材料，是指能夠?qū)膺M(jìn)行透射、吸收、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換的一類高分子材料。目前，這一類材料已有很多，主要包括光導(dǎo)材料、光記錄材料、光加工材料、光學(xué)用塑料(如塑料透鏡、接觸眼鏡等)、光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)材料、光顯示用材料、光導(dǎo)電用材料、光合作用材料等。光功能高分子材料在整個(gè)社會(huì)材料對(duì)光的透射，可以制成品種繁多的線性光學(xué)材料，像普通的安全玻璃、各種透鏡、棱鏡等;利用高分子材料曲線傳播特性，又可以開發(fā)出非線性光學(xué)元件，此外，利用高分子材料的光化學(xué)反應(yīng)，可以開發(fā)出在電子工業(yè)和印刷工業(yè)上得到廣泛使用的感光樹脂、光固化涂料及粘合劑;利用高分子材料的能量轉(zhuǎn)換特性，可制成光導(dǎo)電材料和光致變色材料;利用某些高分子材料的折光率隨機(jī)械應(yīng)力而變化的特性，可開發(fā)出光彈材料，用于研究力結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部的應(yīng)力分布等。

5.高分子復(fù)合材料

高分子材料和另外不同組成、不同形狀、不同性質(zhì)的物質(zhì)復(fù)合粘結(jié)而成的多相材料。高分子復(fù)合材料最大優(yōu)點(diǎn)是博各種材料之長(zhǎng)，如高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質(zhì)高分子結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包括兩個(gè)組分：增強(qiáng)劑。為具有高強(qiáng)度、高模量、耐溫的纖維及織物，如玻璃纖維、氮化硅晶須、硼纖維及以上纖維的織物;基體材料。主要是起粘合作用的膠粘劑，如不飽合聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂，這種復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量比金屬還高，是國(guó)防、尖端技術(shù)方面不可缺少的材料。

目前，我國(guó)高分子材料應(yīng)在進(jìn)一步開發(fā)通用高分子材料品種、提高技術(shù)水平、擴(kuò)大生產(chǎn)以滿足市場(chǎng)需要的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)發(fā)展以下方向：

1.工程塑料

全世界通用熱塑性樹脂約占97%，工程塑料的生產(chǎn)規(guī)模遠(yuǎn)不如通用塑料，但因市場(chǎng)的需求,近年來(lái)其發(fā)展的速度則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通用塑料,年均增長(zhǎng)率達(dá)7%~8%。近年來(lái)工程塑料的發(fā)展方向是研究開發(fā)工程塑料高分子合金、發(fā)展超韌尼龍、超韌聚甲醛、耐應(yīng)力開裂聚碳、聚苯醚和聚礬等高性能合金研究開發(fā)特種工程塑料,如聚酞亞胺。

2.復(fù)合材料

復(fù)合材料合成一種新材料使之滿足各種高要求的綜合指標(biāo)。復(fù)合材料的發(fā)展可以分為4個(gè)方面。一是以玻璃纖維增強(qiáng)為手段,對(duì)大品種塑料進(jìn)行改性研究開發(fā)新的復(fù)合工藝；二是采用高性能增強(qiáng)劑如碳纖維等來(lái)增強(qiáng)耐高溫等高性能樹脂；三是開發(fā)新型熱塑性樹脂基體如熱塑性聚酞亞胺；四是研究開發(fā)功能復(fù)合材料,如壓電材料等。

3. 液晶高分子材料

液晶聚合物是介于固體結(jié)晶和液體之間的中間狀態(tài)的聚合物 ,其分子排列的有序性雖不如固體晶體那樣有序,但也不是液體那樣的無(wú)序 ,而是具有一定的 一維或二維 有序性 ,當(dāng)加工此種聚合物 ,如紡絲或注射成型時(shí),其分子發(fā)生取向 這種分子取向一旦冷卻即被固定下來(lái),從而具有不尋常的物理和機(jī)械性能。

篇2

關(guān)鍵詞：高分子材料；發(fā)展；應(yīng)用

隨著高分子材料應(yīng)用范圍的不斷拓展，作為一名高中學(xué)生，還是應(yīng)該對(duì)高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用趨勢(shì)有一定的了解，這樣才能夠?qū)ξ磥?lái)的生活與工作起到一定的鋪墊作用。

一、高分子材料含義與發(fā)展現(xiàn)狀

（一）高分子材料

高分子材料指的是多個(gè)重復(fù)單元共價(jià)連接，分子量很大一類的分子從而組成了相關(guān)的聚合物，并且還具有一定的粘彈性。現(xiàn)階段，高分子材料正逐漸朝著高功能化、復(fù)合化、高性能化等方向不斷發(fā)展。因此，我國(guó)高分子材料需要在通用性進(jìn)一步開發(fā)的基礎(chǔ)上，偏向于高分子材料品種、技術(shù)水平以及生產(chǎn)的重點(diǎn)發(fā)展，這樣才能夠促進(jìn)市場(chǎng)的發(fā)展需求[1]。

（二）發(fā)展現(xiàn)狀

為了滿足汽車工業(yè)、家用電器、電子信息等多個(gè)領(lǐng)域的需求，高分子材料重點(diǎn)發(fā)展主要是：第一，高性能化，如耐熱性、高機(jī)械性、耐腐蝕性以及耐久性等方面。第二，高功能化，如生物學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等多種功能。第三，復(fù)合化。如復(fù)合材料，通常是基于高性能結(jié)構(gòu)的材料作為基本的符合材料組成。第四，智能化，如材料本身?yè)碛幸欢ǖ纳锕δ茴A(yù)知性，如識(shí)別能力、修復(fù)能力、反應(yīng)能力等。

二、高分子材料應(yīng)用趨勢(shì)

（一）具有記憶的高分子材料

1.熱響應(yīng)型

室溫以上的變形，室溫形態(tài)固定，同時(shí)可以進(jìn)行長(zhǎng)期的存放，當(dāng)溫度再一次提升到特定，溫度，制件也可以迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。針對(duì)這一能力，主要是在電子通訊、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、汽車保險(xiǎn)杠、油田封井器等領(lǐng)域之中使用，具體如醫(yī)用器械、熱縮連接緊固件、光信息、座墊、泡沫塑料等。熱響應(yīng)型形狀的記憶高分子形變溫度很容易控制，并且制作相對(duì)漸變，目前是記憶高分子研究之中開發(fā)最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域。尤其是形狀記憶纖維的開發(fā)利用，有利于紡織業(yè)發(fā)展的推動(dòng)。

2.電/磁響應(yīng)型

屬于熱響應(yīng)形狀記憶功能高分子材料同具有一定導(dǎo)電性能的金屬粉末、導(dǎo)電炭黑以及導(dǎo)電高分子等復(fù)合材料。當(dāng)電流產(chǎn)生熱量之后，就會(huì)提升材料的溫度，導(dǎo)致形狀恢復(fù)，不但擁有導(dǎo)電性能，同時(shí)也具有一定的形狀記憶功能。一般來(lái)說(shuō)，在電子集束管、電磁屏蔽材料等電子通訊以及儀器儀表等領(lǐng)域之中得到廣泛的應(yīng)用[2]。

3.光響應(yīng)型

指的是將某一部分光感應(yīng)變色的基團(tuán)引入到高分子的主鏈以及側(cè)鏈之中，一旦有紫外光照射，PCG就會(huì)出現(xiàn)光異構(gòu)化反應(yīng)，這樣就會(huì)改變分子鏈狀態(tài)，導(dǎo)致其宏觀形態(tài)也出現(xiàn)相應(yīng)的變化；當(dāng)停止光照之后，PCG光構(gòu)化反應(yīng)就可以逆行，分子鏈會(huì)恢復(fù)到原本的狀態(tài)。主要用于光記錄材料、藥物緩釋劑、印刷材料等。

4.化學(xué)感應(yīng)型

材料的周邊介質(zhì)性質(zhì)的變化就可以將材料的變形以及形狀恢復(fù)激發(fā)出來(lái)。其條件主要是PH值扁你話、相變反應(yīng)、平衡離子置換等。這一類型的物質(zhì)，還存在部分的皂化聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。這一材料主要是在“化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)”、蛋白質(zhì)或者是酶的分離膜中廣泛使用。

（二）水溶性高分子化合物

主要包含了水溶性的樹脂和聚合物。屬于一種擁有較強(qiáng)親水性的高分子材料，在水中可以溶解成為溶液。在分子結(jié)構(gòu)之中包含了陽(yáng)離子、陰離子，極性非離子等親水基團(tuán)，這樣就可以讓高分子材料擁有性、分散性以及減磨性等多種性能。其主要的種類包含了：

第一，淀粉、動(dòng)植物膠以及纖維素等天然性的水溶高分析。第二，人工合成水溶高分析，主要包含了離子型、非離子型以及縮合類等。

其物理性能包含了分子量、溶解度、絮凝作用、分散作用、減阻作用等。

溶解度指的是每一分溶劑之中，溶質(zhì)溶解的平均值。一般來(lái)說(shuō)，溶液之中的溶解溶質(zhì)要多于平均值，這個(gè)時(shí)候就稱之為過(guò)飽和溶液。所以，水溶性就是最重要的特性之一。分子量作為水溶性高分子的一大特性，其平均值就直接決定了高分子材料本身的性能。同時(shí)分子量分布，也會(huì)對(duì)分子量產(chǎn)生一定的影響。

分散作用指的是兩相界面之中分散劑有序的排列，這樣就可以確保分散體系本身的穩(wěn)定性。水溶性高分子屬于良好的分散劑，其本身具有疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)，本身也擁有一定的表面活性能。

當(dāng)存在一定量的電解質(zhì)，就會(huì)降低微粒的物理穩(wěn)定性，將其聚集成為絮狀，但是在振搖之后又能夠均勻的分散，這樣的作用就可以稱之為絮凝作用。水溶性高分子本身?yè)碛袠O性基團(tuán)，可以吸附水中的固體離子，這樣就能夠形成絮凝團(tuán)。增稠劑本身屬于流變助劑，能夠讓低稠度的水性涂料增加粘稠度。

將高分子聚合物注入到流體之中，能夠降低流動(dòng)阻力，這樣使用于降低流體流動(dòng)阻力的化學(xué)劑就可以將其稱之為減阻劑。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，也帶動(dòng)了高分子材料加工行業(yè)的不斷發(fā)展，雖然目前國(guó)內(nèi)的高分子材料的研究與應(yīng)用還與發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定的差距，但是相信在廣大研究人員的努力下，我國(guó)高分子技術(shù)必定會(huì)發(fā)展的越來(lái)越迅速。作為高中生的我們，從現(xiàn)在開始，能夠認(rèn)識(shí)其作用，相信在未來(lái)發(fā)展中，也可以貢獻(xiàn)自己的一份力。

參考文獻(xiàn)：

篇3

關(guān)鍵詞： 光學(xué)膠； 超彈性； 黏彈性； 動(dòng)態(tài)力學(xué)行為； 本構(gòu)模型； 靜態(tài)壓縮； 落球試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TQ433； TB115.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

引言

隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品功能的集成化、復(fù)雜化，大量的結(jié)構(gòu)連接通過(guò)黏膠黏結(jié)實(shí)現(xiàn).在當(dāng)前最熱的移動(dòng)終端市場(chǎng)，智能手機(jī)、平板電腦等結(jié)構(gòu)中均出現(xiàn)大量的黏膠.黏膠材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的影響也越來(lái)越大.因此，在結(jié)構(gòu)仿真中，黏膠材料動(dòng)態(tài)力學(xué)行為定義的準(zhǔn)確性對(duì)結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果的影響變得越來(lái)越重要.

常見(jiàn)的黏膠為高分子材料，一方面高分子材料均具有非線性的彈和大變形特性——超彈性特性[1]；另一方面，高分子材料的力學(xué)行為均表現(xiàn)出顯著的時(shí)間相關(guān)性，即率相關(guān)性[2].高分子材料力學(xué)行為的復(fù)雜性，導(dǎo)致當(dāng)前還不存在一個(gè)物理意義明確，既可以描述高分子材料超彈性，又可以準(zhǔn)確描述率相關(guān)性的本構(gòu)模型.當(dāng)前，對(duì)高分子材料超彈性的描述應(yīng)用比較廣泛的是建立在唯象理論基礎(chǔ)上的應(yīng)變能密度函數(shù)模型[3].對(duì)材料力學(xué)行為的率相關(guān)性定義的方法通常有2種：（1）以不同應(yīng)變率下的材料變形行為為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)不同應(yīng)變率的力學(xué)行為進(jìn)行插值，獲得材料的率相關(guān)特性[4]；（2）以特定與時(shí)間無(wú)關(guān)力學(xué)行為為基礎(chǔ)，通過(guò)引入與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)方法對(duì)基準(zhǔn)力學(xué)行為進(jìn)行與時(shí)間相關(guān)的縮放，從而實(shí)現(xiàn)材料力學(xué)行為的率相關(guān)性描述[5].

本文選擇一種常見(jiàn)的光學(xué)膠為研究對(duì)象，基于Abaqus的超彈性和黏彈性材料模型，定義光學(xué)膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，通過(guò)靜態(tài)壓縮和動(dòng)態(tài)落球測(cè)試的仿真與試驗(yàn)對(duì)比，基于Abaqus超彈性和黏彈性理論模型，對(duì)光學(xué)膠動(dòng)態(tài)力學(xué)行為定義的有效性和準(zhǔn)確性進(jìn)行探討.

1試驗(yàn)方法

1.1靜態(tài)壓縮試驗(yàn)參數(shù)

測(cè)試設(shè)備為島津AG50kNX萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，壓縮速度為0.1 mm/min，樣品尺寸為10 mm×10 mm×1 mm.

1.2動(dòng)態(tài)落球測(cè)試參數(shù)

動(dòng)態(tài)落球測(cè)試在自制的落球測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)完成，動(dòng)態(tài)落球測(cè)試系統(tǒng)示意見(jiàn)圖1.

圖 1動(dòng)態(tài)落球測(cè)試系統(tǒng)示意

落球測(cè)試系統(tǒng)為三明治結(jié)構(gòu).光學(xué)膠由上、下2個(gè)墊塊夾持，落球?qū)ι蠅|塊施加一個(gè)沖擊載荷，光學(xué)膠作為載體，在下墊塊處產(chǎn)生一個(gè)沖擊力，通過(guò)力傳感器采集該動(dòng)態(tài)沖擊力信號(hào).落球高度不同，則施加在光學(xué)膠上的沖擊壓縮速度不同，從而在光學(xué)膠上產(chǎn)生不同沖擊壓縮速率作用，實(shí)現(xiàn)光學(xué)膠在不同應(yīng)變率下的變形工況.本文中具體動(dòng)態(tài)落球測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表1.表1動(dòng)態(tài)落球測(cè)試參數(shù)落球質(zhì)量/g130樣品尺寸20 mm×20 mm×1 mm落球高度/mm5， 10， 15， 20

2仿真建模

2.1材料模型

本文選用的材料模型為Abaqus提供的超彈性和黏彈性理論模型.超彈性參數(shù)描述材料在靜態(tài)變形過(guò)程中的非線性彈；黏彈性參數(shù)的引入，起到隨應(yīng)變率縮放的效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)材料力學(xué)性能與時(shí)間相關(guān)的率相關(guān)性.

Abaqus中對(duì)超彈性材料模型的定義存在多種應(yīng)變能函數(shù)形式：MooneyRivlin，Odgen和多項(xiàng)式等.本文選擇的模型為Marlow模型，直接采用測(cè)試數(shù)據(jù)定義即可.光學(xué)膠超彈性由單軸靜態(tài)壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行定義.

2.2仿真模型

本文中靜態(tài)壓縮和動(dòng)態(tài)落球仿真均采用Abaqus/Explicit分析.由于光學(xué)膠的大變形特性，選擇的單元類型為C3D8R，用沙漏控制.

3結(jié)果與討論

3.1靜態(tài)壓縮仿真與試驗(yàn)

采用Abaqus/Explicit分析進(jìn)行光學(xué)膠靜態(tài)壓縮仿真，計(jì)算時(shí)間為20 ms.考慮到準(zhǔn)靜態(tài)分析的目的，在壓縮仿真時(shí)不考慮材料力學(xué)性能率相關(guān)特性，因此，材料卡片的定義不包括黏彈性（率相關(guān)性）.靜態(tài)壓縮仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖2，可知，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果幾乎完全重合，表明超彈性模型對(duì)該光學(xué)膠非線性力學(xué)行為的定義和描述非常準(zhǔn)確.圖 2靜態(tài)壓縮仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比4.2動(dòng)態(tài)落球仿真與試驗(yàn)對(duì)比

為驗(yàn)證光學(xué)膠動(dòng)態(tài)力學(xué)行為定義的準(zhǔn)確性，本文采用自制的動(dòng)態(tài)落球系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試和仿真對(duì)比驗(yàn)證.通過(guò)調(diào)整落球高度，實(shí)現(xiàn)光學(xué)膠在不同應(yīng)變率下的沖擊壓縮工況.不同高度落球仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖3，可知，隨著跌落高度的增加，落球系統(tǒng)的接觸反力峰值增加，沖擊振動(dòng)的周期減?。煌瑫r(shí)，在應(yīng)力波的周期和峰值方面，仿真與試驗(yàn)結(jié)果均吻合較好.

另外，圖3存在3個(gè)方面的小差異：（1）在落球高度較低時(shí)（5和10 mm），起始階段仿真和試驗(yàn)的沖擊波重合性很高，而在15和20 mm落球時(shí)，沖擊波起始階段存在一定差異；（2）峰值存在差異，仿真結(jié)果均大于試驗(yàn)結(jié)果；（3）應(yīng)力波的下降階段均存在偏差.對(duì)于第一個(gè)差異點(diǎn)，可能與仿真接觸定義有關(guān)，上墊塊與光學(xué)膠的剛度差異較大，而本文采用簡(jiǎn)單的通用接觸，并未對(duì)其接觸剛度約束進(jìn)行詳細(xì)的定義，接觸阻尼等也沒(méi)有考慮，因此在仿真結(jié)果中，沖擊振動(dòng)起始階段存在一些微小偏差.對(duì)于第二個(gè)差異點(diǎn)，在整個(gè)落球試驗(yàn)仿真系統(tǒng)中，除黏膠引入黏彈性特性外，落球系統(tǒng)其他組成部分的材料阻尼、結(jié)構(gòu)阻尼等沒(méi)有被考慮，導(dǎo)致仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在峰值上存在一點(diǎn)差異.對(duì)于差異點(diǎn)三，應(yīng)力波下降階段在落球試驗(yàn)的過(guò)程中反映的是光學(xué)膠壓縮中的回彈階段，這個(gè)結(jié)果表明當(dāng)前光學(xué)膠參數(shù)定義中其加載階段比較準(zhǔn)確，但是其卸載行為還存在一定的偏差，這主要是由于光學(xué)膠的非線性力學(xué)行為的復(fù)雜性引起的.在高分子材料的加載和卸載過(guò)程中，由于Mullins效應(yīng)的存在，其加載路徑和卸載路徑并不重合.在Abaqus中對(duì)高分子材料Mullins效應(yīng)的定義提供理論模型，但是由于其無(wú)法與率相關(guān)性（黏彈性）同時(shí)使用，本文沒(méi)有引入.

在仿真與試驗(yàn)對(duì)比的基礎(chǔ)上，給出在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和動(dòng)態(tài)落球時(shí)光學(xué)膠壓縮變形的應(yīng)變率分析結(jié)果，見(jiàn)圖4.

圖 4不同工況下光學(xué)膠變形應(yīng)變率對(duì)比

在靜態(tài)壓縮過(guò)程中，光學(xué)膠壓縮變形的應(yīng)變率為0.001 67 s-1；在動(dòng)態(tài)落球仿真分析中，隨著落球高度的增加，光學(xué)膠的最大沖擊應(yīng)變率增加.當(dāng)落球高度為5 mm時(shí)，光學(xué)膠的最大壓縮應(yīng)變率為18 s-1；當(dāng)?shù)涓叨葹?0 mm時(shí)，光學(xué)膠的壓縮應(yīng)變率最大值接近50 s-1，光學(xué)膠變形的應(yīng)變率在10～50 s-1量級(jí)，該結(jié)果表明本文落球系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)光學(xué)膠在高應(yīng)變率下的變形.結(jié)合二者的應(yīng)變率分析和仿真與試驗(yàn)對(duì)比分析，在準(zhǔn)靜態(tài)到高應(yīng)變率變形范圍內(nèi)，基于Abaqus超彈性和黏彈性定義的光學(xué)膠力學(xué)參數(shù)，有效且準(zhǔn)確地描述光學(xué)膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，仿真與試驗(yàn)結(jié)果均吻合較好，充分說(shuō)明基于Abaqus的超彈性和黏彈性模型的本構(gòu)定義，可以準(zhǔn)確地描述光學(xué)膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為——非線性和率相關(guān)性.

4結(jié)論

從仿真與試驗(yàn)對(duì)比的角度，分析基于Abaqus超彈性和黏彈性本構(gòu)模型，對(duì)黏膠動(dòng)態(tài)力學(xué)行為定義的準(zhǔn)確性和可靠性，得到以下結(jié)論.

（1）Abaqus提供較完備的定義高分子材料非線性力學(xué)行為及其率相關(guān)性的方法，可以準(zhǔn)確地描述高分子材料動(dòng)態(tài)力學(xué)行為——非線性彈性和率相關(guān)性.

（2）給出一種簡(jiǎn)單、方便地驗(yàn)證黏膠材料高應(yīng)變率力學(xué)行為的方法.

（3）在動(dòng)態(tài)沖擊系統(tǒng)仿真中，接觸方式、阻尼等因素對(duì)結(jié)果存在一定影響，該部分工作還需進(jìn)一步的研究.

參考文獻(xiàn)：

[1]CHARTON D J， YANG J. A review of methods to characterize rubber elastic behavior for use in finite element analysis[J]. Rubber Chem & Technol， 1994， 67（3）： 481483.

[2]XIE J R. Analysis of strain rate impact on make up of oil field premium casing connections[C]//SIMULIA Customer Conf， 2011： 110.

[3]AMIN A F M S， ALAM M S， OKUI Y. An improved hyperelasticity relation in modeling viscoelasticity response of natural and high damping rubbers in compression： experiments， parameter identification and numerical verification[J]. Mech Mat， 2002， 34（2）： 7595.

[4]KOLLING S， du BOIS P A， BENSON D J， et al. A tabulated formulation of hyperelasticity with rate effects and damage[J]. Comput Mech， 2007， 40（5）： 885899.

篇4

關(guān)鍵詞：構(gòu)建原則；創(chuàng)新思維；能力培養(yǎng)；教學(xué)模式

職業(yè)學(xué)校的化學(xué)教學(xué)是為了提高學(xué)生的化學(xué)素質(zhì)，為其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。在教學(xué)中不能僅關(guān)心提高課程內(nèi)容的理論水平，和化學(xué)學(xué)科知識(shí)技能的傳授，更重要是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)，最終達(dá)到提高綜合國(guó)力的目的。特別是目前化學(xué)與社會(huì)、化學(xué)與材料、化學(xué)與能源、化學(xué)與環(huán)境、化學(xué)與生命科學(xué)等的關(guān)系越來(lái)越密切。社會(huì)、生活、生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新對(duì)化學(xué)的需要也越來(lái)越大。因此原來(lái)的職業(yè)學(xué)校的化學(xué)教學(xué)模式，已落后于化學(xué)的發(fā)展。本文對(duì)職業(yè)學(xué)校的化學(xué)教學(xué)的新模式做些粗淺的探討。

一、化學(xué)教學(xué)模式的構(gòu)建原則

在教學(xué)模式在構(gòu)建過(guò)程中應(yīng)該遵循下面的原則：

1．基礎(chǔ)性原則。

職業(yè)學(xué)校的化學(xué)課程是其他專用課程的基礎(chǔ)，決定了化學(xué)教學(xué)是一種基礎(chǔ)性的課程，從構(gòu)建教學(xué)模式上來(lái)說(shuō)，主要以化學(xué)基本知識(shí)的普及為框架滲透有關(guān)化學(xué)與社會(huì)的內(nèi)容。

2．社會(huì)價(jià)值原則。

職業(yè)學(xué)校的學(xué)生畢業(yè)就是社會(huì)的高素質(zhì)的勞動(dòng)者，所以在教學(xué)模式上“化學(xué)與社會(huì)”內(nèi)容十分廣泛，作為新的教學(xué)模式上應(yīng)全程體現(xiàn)教學(xué)的社會(huì)價(jià)值。

3．實(shí)踐性原則。

化學(xué)是門實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程，在教學(xué)模式構(gòu)建中，要重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生既掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，又培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力和科學(xué)研究與創(chuàng)新能力等，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。

4．發(fā)展性原則。

由于新材料、新技術(shù)、新能源、環(huán)境等方面是知識(shí)不斷出現(xiàn)，所以在教學(xué)模式上要體現(xiàn)現(xiàn)代課程意識(shí)，要不斷將動(dòng)態(tài)的具有較高價(jià)值的新成果引入教學(xué)過(guò)程。在教學(xué)模式上要不斷改革。

二、化學(xué)教學(xué)新模式的類型

遵循上述原則，我們?cè)谡n改實(shí)踐中總結(jié)出以下基本教學(xué)模式

1．主題型教學(xué)模式。

“化學(xué)—人類進(jìn)步的關(guān)鍵”這個(gè)是化學(xué)新課程的總主題，在整個(gè)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該盡可能體現(xiàn)這一主題。在實(shí)際教學(xué)中我們根據(jù)知識(shí)體系的結(jié)構(gòu)采取不同的分主題來(lái)實(shí)施教學(xué)。氮族元素結(jié)合生物圈中氮的循環(huán)，聯(lián)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氮肥，以氮肥為主題；化學(xué)反應(yīng)與能量、原電池原理以開發(fā)新能源為主題；硅和硅酸鹽工業(yè)、金屬和合成材料以材料為主題；如糖類、蛋白質(zhì)、油脂可以人類重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為主題；烴以石油化工為主題。

主體型教學(xué)模式可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)內(nèi)容的社會(huì)價(jià)值及其實(shí)用性，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和保持。

2．用途聯(lián)系型模式。

在元素化合物教學(xué)中應(yīng)該將現(xiàn)代最新的有價(jià)值的有關(guān)元素化合物用途納入教學(xué)之中。如在鹵素學(xué)習(xí)時(shí)，可聯(lián)系海水化學(xué)資源的開發(fā)、利用和飲水與消毒化學(xué)；在學(xué)習(xí)NO的性質(zhì)時(shí)，可聯(lián)系醫(yī)學(xué)新成就，介紹NO對(duì)人體某些疾病的治療作用，然后提出問(wèn)題：為什么大量NO吸入人體有害，而少量的NO吸入?yún)s能治療某些疾??？在硅和硅酸鹽學(xué)習(xí)時(shí)，可聯(lián)系新型無(wú)機(jī)高分子材料等；在學(xué)習(xí)有機(jī)高分子材料時(shí)，可聯(lián)系智能高分子材料、導(dǎo)點(diǎn)高分子材料、醫(yī)用高分子材料、可降解高分子材料、高吸水性高分子材料等。

用途聯(lián)系型模式使學(xué)生理解學(xué)習(xí)化學(xué)的重要性，激發(fā)學(xué)生學(xué)好化學(xué)的社會(huì)責(zé)任感。

3．情境滲透型模式。

對(duì)某些與中學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)有密切關(guān)系的新的應(yīng)用型成果可采取情境滲透型模式。例如，進(jìn)行晶體類型與性質(zhì)學(xué)習(xí)時(shí)，可以設(shè)定情境：將晶體缺陷對(duì)晶體生長(zhǎng)、晶體的力學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能和光學(xué)性能等有重要影響，如許多過(guò)渡金屬氧化物中的價(jià)態(tài)可以變化并形成非整比化合物，從而使晶體具有特意色彩等光學(xué)性質(zhì)，甚至具有半導(dǎo)性或超導(dǎo)性。討論具有NaCl型結(jié)構(gòu)的NiO晶體發(fā)生晶體缺陷形成的非整比化合物NiXO的結(jié)構(gòu)特征等。

情境滲透型模式，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的親和力，促進(jìn)了知識(shí)間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

4．實(shí)驗(yàn)探究式模式。

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)探究為基本特征的，因此，化學(xué)教學(xué)也應(yīng)體現(xiàn)這一特征，并將其作為化學(xué)教學(xué)的主模式。探究的內(nèi)容有物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化規(guī)律以及物質(zhì)的實(shí)用性等。在教學(xué)中，可把一些演示實(shí)驗(yàn)改為邊講邊實(shí)驗(yàn)，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探索性實(shí)驗(yàn)。如：聯(lián)系生物實(shí)驗(yàn)“空氣中SO2含量的測(cè)定”，可讓學(xué)生聯(lián)系化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)反應(yīng)原理，根據(jù)具體操作，提出問(wèn)題：為什么抽拉活塞時(shí)不能過(guò)快也不能過(guò)慢？設(shè)計(jì)“HCO3－結(jié)合H＋容易還是CO32－結(jié)合H＋容易”等探索性實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)探究式模式，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的求知欲，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生去探索化學(xué)知識(shí)的價(jià)值活動(dòng)。

5．調(diào)查研究型模式。

對(duì)于某些與社會(huì)聯(lián)系緊密的、具有開放性的問(wèn)題可采用“調(diào)查研究型”策略。如：調(diào)查食品添加劑的用途、種類；調(diào)查合成洗滌劑的成分、性能、種類、價(jià)格；調(diào)查各種電源的組成、性能、價(jià)格、使用壽命等；調(diào)查工業(yè)污染的現(xiàn)狀并提出合理的建議等。

調(diào)查研究型模式，通過(guò)接觸社會(huì)、接觸生活的方式，進(jìn)一步使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)在社會(huì)生活中的應(yīng)用。

6．專題探究型模式。

化學(xué)與能源、材料、環(huán)境、人體健康、軍事等社會(huì)問(wèn)題領(lǐng)域有著密切的聯(lián)系，教學(xué)中，可以將上述領(lǐng)域內(nèi)容作為專題組織學(xué)生進(jìn)行交流討論。教師和學(xué)生可以通過(guò)查閱圖書資料、上網(wǎng)進(jìn)行充分的討論前準(zhǔn)備。

專題探究型模式，既拓寬了學(xué)生對(duì)化學(xué)的視野，又培養(yǎng)了學(xué)生多渠道獲取信息的能力，同時(shí)也很好的體現(xiàn)了教學(xué)的民主性。

綜上所述，面對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)，聯(lián)系當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的實(shí)際，是構(gòu)建化學(xué)教學(xué)模式一種科學(xué)方法。職業(yè)學(xué)校里的化學(xué)教育，無(wú)論是從理論還是從實(shí)踐的角度來(lái)看，都是一個(gè)大型的系統(tǒng)工程。在教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同合理的選擇不同的教學(xué)模式。

參考文獻(xiàn)

篇5

作為開創(chuàng)了手性大分子全新領(lǐng)域的手性導(dǎo)電高分子聚合物，對(duì)科學(xué)研究者產(chǎn)生了極大的吸引力。手性導(dǎo)電高分子聚合物的優(yōu)點(diǎn)在于：1、導(dǎo)電性能佳；2、在溶液里，能提現(xiàn)其良好的承受PH值發(fā)生轉(zhuǎn)變的能力；3、在溶液里，具有出色的氧化還原性；4、良好的手性選擇性；5、優(yōu)秀的分子識(shí)別能力。這些能力使其將來(lái)會(huì)在電化學(xué)開關(guān)、手性色譜、手性化學(xué)傳感器、膜層析技術(shù)及表面修飾電極等領(lǐng)域得到廣泛發(fā)展。手性分子在自然界中存在廣泛，天然氨基酸、簡(jiǎn)單糖類等很多重要的生物藥劑，都是手性分子，最引人重視的是某種旋光對(duì)映異構(gòu)體，是它們唯一存在的結(jié)構(gòu)。手型結(jié)構(gòu)廣泛存在與生物大分子中，在生命系統(tǒng)中兼具著十分重要的職能，例如普遍存在于重要生物聚合物（DNA、核苷酸、蛋白質(zhì)）等螺旋狀的手性，手性控制更是藥物試驗(yàn)中一個(gè)是關(guān)鍵的要素，針對(duì)手性藥物的設(shè)計(jì)和合成，在近幾十年來(lái)都采取了大量的研究。這里重點(diǎn)介紹新一類手性大分子，就是手性導(dǎo)電高分子聚合物。

當(dāng)作為手性基質(zhì)或手性電極材料對(duì)具備手性的導(dǎo)電有機(jī)高分子聚合物進(jìn)行使用時(shí)，后者一些諸如獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)和電化學(xué)特性會(huì)在使用過(guò)程中被表現(xiàn)出來(lái)。利用能被聚合物骨架官能團(tuán)吸附的特性，微粒、動(dòng)植物體內(nèi)的薄膜與納米纖維等都可以運(yùn)用它們制作，應(yīng)用這些功能，可以在特定分子的識(shí)別、提純開展上開拓更廣闊的空間。

二、手性導(dǎo)電高分子聚合物的發(fā)展

Baughman等在1985年就提出，具有單一旋光性的純?nèi)〈虿⒌骄酆衔镦溕系氖中該诫s陰離子可以誘導(dǎo)共軛導(dǎo)電聚合物的π-π*吸收帶上的光學(xué)活性。前一種路徑主要應(yīng)用在合成一系列的手性聚吡咯及手性聚噻吩上，后者對(duì)于合成手性聚苯胺有很高的成功率。隨著對(duì)手性導(dǎo)電高分子聚合物研究的進(jìn)一步加深，更多的有效的手性導(dǎo)電高分子聚合物合成路徑被研究者們報(bào)道出來(lái)。這些路徑在手性導(dǎo)電高分子聚合物合成領(lǐng)域做出極大的貢獻(xiàn)。

1.手性聚苯胺

手性聚苯胺作為一種特殊的導(dǎo)電聚合物，在電化學(xué)不對(duì)稱合成、手性拆分和電磁功能材料等方面有著良好的應(yīng)用前景。

合成手性聚苯胺的方法中，日常應(yīng)用比較廣的有電化學(xué)聚合法及二次摻雜法。

二次摻雜法合成手性聚苯胺的原理是基于手性摻雜離子的加入來(lái)增長(zhǎng)聚苯胺鏈或預(yù)合成聚苯胺鏈。此類方法不能夠用于合成聚吡咯及聚噻吩。

電化學(xué)聚合法的作用機(jī)理是通過(guò)電極形成的電位差作為引發(fā)和反應(yīng)聚合反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，在適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)條件下，苯胺在陽(yáng)極上發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，聚苯胺粉末就會(huì)粘附在電極表面薄膜或者沉積在電極表面，利用這種方式，就可以獲得聚苯胺。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)電極電位可以令手性聚苯胺的旋光性產(chǎn)生變化，調(diào)整反應(yīng)溫度還可以改變聚苯胺主鏈構(gòu)型。

要生成單一螺旋鏈構(gòu)型的導(dǎo)電聚苯胺膜必須在左（或右）旋樟腦磺酸根離子存在的環(huán)境下對(duì)映體選擇電聚合。此薄膜出現(xiàn)強(qiáng)烈的圓二色性，左旋、右旋偏振光的吸收系數(shù)差值在445nm時(shí)達(dá)到0.16mol/c㎡。原子空間排列的穩(wěn)定劑，可以使用聚苯乙烯磺酸來(lái)充當(dāng)，同時(shí)摻雜右（或左）旋樟腦磺酸，電化學(xué)聚合法可以用于手性聚苯胺膠體的制備，而且采取恒電位法也是適用的。同時(shí)，在摻雜過(guò)程里，為了誘導(dǎo)聚苯胺主鏈對(duì)映體選擇重排，可以利用手性樟腦磺酸采取單一螺旋構(gòu)型的方式，使得聚苯胺膠體具有旋光性。

手性聚苯胺的結(jié)構(gòu)及性能對(duì)于電化學(xué)聚合過(guò)程電位的高低很敏感。聚苯胺鏈和對(duì)映體選擇摻雜劑間的靜電力和氫鍵作用使得聚合物鏈優(yōu)先采取單向螺旋構(gòu)型，因此，手性誘導(dǎo)劑樟腦磺酸的濃度是決定螺旋構(gòu)型成長(zhǎng)速率的關(guān)鍵。

此外，不同電極上苯胺聚合的初始氧化電位不同，假如電位定于初始氧化電位低時(shí)，在電聚合前就有一個(gè)明顯的孵化期，電位越低，孵化期越長(zhǎng)，低聚物于孵化期慢慢生成。導(dǎo)電基底不同，孵化時(shí)間亦不同。減少或消除孵化期，可以通過(guò)調(diào)整電位進(jìn)行。

利用電化學(xué)聚合法合成手性聚苯胺過(guò)程中，溫度的改變也促使聚苯胺主鏈螺旋型構(gòu)型的變化，所以，電化學(xué)沉積溫度對(duì)PANI·（+）-HCSA的手性具有中有影響。

手性導(dǎo)電聚苯胺具備很多優(yōu)秀獨(dú)特的性能，除了催化性能、電性能、電致顯色性能、電磁屏蔽以及吸波等，還具有旋光性。獨(dú)特的摻雜可逆特性讓手性導(dǎo)電聚苯胺在生物傳感器、手性識(shí)別等方面具有很大的潛在應(yīng)用前景。手性導(dǎo)電聚苯胺擴(kuò)展了聚苯胺的應(yīng)用，磁屏蔽及吸波性能等，讓手性導(dǎo)電聚苯胺有望在制備電磁低損耗、質(zhì)輕、寬頻的吸波材料上得到很好的應(yīng)用。

2.手性聚吡咯

手性吡咯高分子聚合物被Baughman等在1985年通過(guò)聚吡咯單體的電聚合首次將手性取代基工價(jià)結(jié)合到吡咯的氮上而誕生，在波攤點(diǎn)機(jī)上沉積的穩(wěn)定聚吡咯，它的循環(huán)二色譜特征很明顯。隨后運(yùn)用電聚合，研究者們成功的合成了3-取代吡咯環(huán)單體。新合成的取代吡咯聚合物對(duì)比于未取代的來(lái)說(shuō)，導(dǎo)電性較低。取代基體積過(guò)大，致使聚合物鏈扭曲，可能是導(dǎo)致其導(dǎo)電性的主因。

手性聚吡咯可用于生物、離子檢測(cè)、超電容及防靜電材料及光電化學(xué)電池的修飾電極、蓄電池的電極材料。此外，還可以作為電磁屏蔽材料和氣體分離膜材料，用于電解電容、電催化、導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料等，應(yīng)用范圍很廣。

3.手性聚噻吩

類似芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)令手性聚噻吩具有很好的環(huán)境穩(wěn)定性，合成方便，摻雜后擁有很高的導(dǎo)電性和發(fā)光性，這些都使它備受人們關(guān)注。作為高分子材料，聚噻吩尺寸極小，具有豐富的潛在功能，導(dǎo)電能力調(diào)控范圍包括絕緣到接近金屬內(nèi)，而且，經(jīng)過(guò)加工后還可以讓材料獲得電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等特性。

單體的化學(xué)、電化學(xué)的氧化是合成具有光學(xué)活性的手性聚噻吩的最常用方法，這次單體都是噻吩環(huán)3位取代手性產(chǎn)物。噻吩不溶于水的特性，令其氧化反應(yīng)多在溶液中發(fā)生。近來(lái)手性晶體排列的聚噻吩很多都是利用在膽固醇結(jié)構(gòu)晶體排列的溶劑中非手性噻吩的電化學(xué)合成的，或者利用帶有晶體排列的側(cè)基的聚合合成。生物聚合和金屬離子作側(cè)鏈的聚噻吩的絡(luò)合也是被應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)

[1]楊豐科，曹偉麗，李金芝，手性導(dǎo)電高分子聚合物的研究進(jìn)展，材料導(dǎo)報(bào)，2011（25）

篇6

我國(guó)發(fā)展支持節(jié)能減排的化工新材料，主要是發(fā)展以下3類：高性能化、功能化通用聚合物材料，節(jié)約能源提高能效的化工新材料以及利用可再生能源的新材料。1.發(fā)展高性能化和功能化通用聚合物材料發(fā)展支持節(jié)能減排的化工新材料，首先是要發(fā)展高性能化、功能化通用聚合物材料，提高通用聚合物材料的性能，實(shí)現(xiàn)材料使用減量化，延長(zhǎng)材料使用壽命。例如有機(jī)高分子材料就是一種高能量密度材料，其中通用聚合物材料產(chǎn)量大，應(yīng)用面廣。2011年，我國(guó)僅聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯-丁二烯-苯二烯（ABS）等合成樹脂的產(chǎn)量達(dá)到4798萬(wàn)t。提高材料的性能和功能化水平，對(duì)材料使用合理化、減量化、延長(zhǎng)使用壽命有重要作用，可以明顯減少凝結(jié)在材料中的資源和能源消耗，如現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中使用地膜通過(guò)提高強(qiáng)度減薄一半，大棚膜壽命延長(zhǎng)一倍，其節(jié)材節(jié)能效果就高達(dá)50%。通用聚合物材料高性能化、功能化的技術(shù)路線主要有以下4種：①增加或改變共聚單體或調(diào)整共聚單體的比例。如氣相法或溶液法聚乙烯用丁烯-1做共聚單體改變成用己烯或辛烯共聚；丙烯與丁烯共聚生產(chǎn)高透明丙-丁共聚聚丙烯；調(diào)節(jié)醋酸乙烯含量，生產(chǎn)各種比例乙烯-醋酸乙烯共聚物。②開發(fā)新催化體系或改進(jìn)現(xiàn)有的催化體系。如開發(fā)新外給電子體與氫氣和共聚單體共同調(diào)節(jié)聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)新牌號(hào)聚丙烯材料；采用茂金屬催化體系取代齊格勒-納塔催化體系，生產(chǎn)新牌號(hào)聚乙烯、聚丙烯產(chǎn)品。③開發(fā)新聚合工藝與反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)合成材料的高性能化。如雙反應(yīng)器或多反應(yīng)器串聯(lián)工藝，生產(chǎn)雙峰分布的性能更優(yōu)異的聚烯烴產(chǎn)品；采用氣相法帶預(yù)聚合的臥式反應(yīng)器串聯(lián)工藝以更低的能耗生產(chǎn)均聚、無(wú)規(guī)共聚、共聚聚丙烯，尤其共聚產(chǎn)品分子鏈中允許有更高的橡膠相含量，因此有更高的抗沖擊性能；開發(fā)溶液聚合工藝生產(chǎn)具有優(yōu)異耐熱性、強(qiáng)度、韌性的聚丁烯-1；采用溶液聚合工藝生產(chǎn)的丁苯橡膠也是一種適合生產(chǎn)節(jié)能環(huán)保輪胎的新膠種。④共混或接枝改性提升通用聚合物合成材料的性能。如2種或多種聚合物共混改性；納米材料共混改性；聚合物接枝改性。2.發(fā)展節(jié)約能源提高能效的化工新材料我國(guó)單位GDP的能源消耗與國(guó)外先進(jìn)水平有明顯差距（見(jiàn)表3）。這與我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中第三產(chǎn)業(yè)比例低有關(guān)，更和我國(guó)能源使用效率低有關(guān)。為此，發(fā)展節(jié)約能源提高能效的化工材料應(yīng)該受到重視，主要包括：提高汽車能效的化工新材料、建筑物節(jié)能材料和低能耗照明燈具材料。（1）提高汽車能效的化工新材料提高汽車能效的化工新材料有：汽車輕量化的化工新材料、高性能用材料和綠色輪胎用合成橡膠材料。①汽車輕量化的化工新材料包括低成本碳纖維及其熱固性和熱塑性復(fù)合材料，塑料油箱專用的聚乙烯、EVOH（乙烯/乙烯醇共聚物），替代擋風(fēng)玻璃的高透光、高強(qiáng)、高韌聚合物，汽車專用聚丙烯等各種合成樹脂材料。②高性能用材料包括聚-烯烴類、茂金屬聚-烯烴、烷基萘等基礎(chǔ)油，以及改進(jìn)油粘度指數(shù)、耐磨性、氧化安定性等性能的各類添加劑。③綠色輪胎用合成橡膠材料包括可降低輪胎滾動(dòng)阻力、提高耐磨性和抗?jié)窕缘木G色輪胎用合成橡膠材料，包括溶聚丁苯橡膠、稀土異戊橡膠、丁二烯、異戊二烯、苯乙烯共聚的集成橡膠等。（2）建筑物節(jié)能材料建筑物節(jié)能材料包括：適合建筑物隔熱保溫的聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等基材；無(wú)公害阻燃技術(shù)生產(chǎn)的聚合物發(fā)泡墻體材料；長(zhǎng)壽命隔熱隔音建筑物門窗結(jié)構(gòu)材料、密封材料。（3）低能耗照明燈具材料低能耗照明燈具材料包括：白色發(fā)光二極管（LED）材料、有機(jī)光半導(dǎo)體（OLED）材料。①白光LED材料在LED材料中，與太陽(yáng)光一致的白光LED用途最廣泛。白光LED用熒光粉用綠、藍(lán)、紅三色熒光粉混配而成。要求開發(fā)具備高輝度、高演色性、溫度消光特性和良好的色彩再現(xiàn)性的三色熒光粉。②OLED材料OLED材料主要包括：OLED照明用耐老化底襯薄膜、有機(jī)發(fā)光材料、高透光耐老化面層薄膜。3.發(fā)展利用可再生能源的新材料利用可再生能源的新材料主要包括：太陽(yáng)能熱發(fā)電用材料、太陽(yáng)能光伏電池材料、風(fēng)力發(fā)電用材料和儲(chǔ)能材料。（1）太陽(yáng)能熱發(fā)電用材料太陽(yáng)能熱發(fā)電用材料包括：可替代玻璃的耐老化、高強(qiáng)度、高韌性聚合物基材，涂敷用反射層材料。（2）太陽(yáng)能光伏電池材料太陽(yáng)能光伏電池材料包括：電池效率更高（＞20%）的晶硅材料；長(zhǎng)壽命的組件材料，如可以替代玻璃或金屬的更低成本的輕量化、耐老化聚合物材料；有機(jī)薄膜太陽(yáng)能材料，如耐光熱老化的背板薄膜材料，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料，耐老化光學(xué)薄膜和封裝材料等。（3）風(fēng)力發(fā)電用材料目前，風(fēng)力發(fā)電呈現(xiàn)出了發(fā)電機(jī)功率越來(lái)越大、海上風(fēng)電場(chǎng)快速發(fā)展、葉片長(zhǎng)度不斷增加（已達(dá)120m）以及材料從玻璃纖維向碳纖維轉(zhuǎn)化等特點(diǎn)。適應(yīng)風(fēng)電發(fā)展，要開發(fā)以下化工新材料：復(fù)合材料用新型樹脂材料，如環(huán)氧樹脂聚雙環(huán)戊二烯樹脂；風(fēng)力發(fā)電機(jī)用高性能絕緣材料、材料、密封材料；海上風(fēng)電機(jī)組防腐涂層材料。（4）儲(chǔ)能材料由于太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的突出問(wèn)題——電力輸出不穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行影響大，所以發(fā)展分散式電能儲(chǔ)存裝備是一項(xiàng)可行措施。鈉硫電池、全釩電池、鋰電池是適合不穩(wěn)定電能儲(chǔ)存的3種主要的分散式儲(chǔ)能裝置，電池材料包括電解液、負(fù)極材料、正極材料、隔膜材料。為了適合儲(chǔ)能或動(dòng)力性要求，電池要不斷提升能量密度、縮短充放電時(shí)間、提高循環(huán)壽命、改善安全性，因此必須不斷改善材料性能，開發(fā)新材料和新體系電池，如鋰硫電池、鋰空電池等。

二、發(fā)展服務(wù)環(huán)境保護(hù)的化工新材料

我國(guó)發(fā)展服務(wù)環(huán)境保護(hù)的化工新材料，主要是要發(fā)展用于廢氣處理的新材料，發(fā)展用于污水深度處理實(shí)現(xiàn)污水回用的膜材料和脫除污水中難降解有機(jī)物和重金屬的材料，以及發(fā)展生物基可降解的高分子材料。1.發(fā)展用于廢氣處理的新材料我國(guó)在治理大氣污染的過(guò)程中，必須高度重視工業(yè)過(guò)程排放氣中煙塵、SO2、NOx、微量有機(jī)物的深度脫除。2012年我國(guó)消費(fèi)煤炭35.15億t，其中發(fā)電用煤占49%，其余大部分用于工業(yè)窯爐。目前，全國(guó)500多萬(wàn)臺(tái)工業(yè)窯爐中95%使用煤炭做燃料，煤炭燃燒產(chǎn)生的煙氣中有一定量顆粒污染物、SO2、NOx，因此，煙氣深度除塵、脫硫、脫硝是治理大氣污染的最重要措施。此外，一些工業(yè)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生含塵尾氣，必須進(jìn)行除塵處理；一些工業(yè)過(guò)程還會(huì)有含有微量有機(jī)物的尾氣排放。汽車尾氣中會(huì)有微量沒(méi)有充分燃燒的烴類和一氧化碳。（1）重視開發(fā)過(guò)濾除塵材料為了滿足工業(yè)過(guò)程排放氣體除塵的要求，必須要重視開發(fā)和發(fā)展適合不同溫度環(huán)境的過(guò)濾除塵材料，如芳綸、芳砜綸、聚酰亞胺纖維，以及與纖維織物復(fù)合的多孔聚四氟乙烯薄膜。（2）重視開發(fā)新型脫硝催化材料為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程尾氣的深度脫硝，要重視新型脫硝催化材料的開發(fā)與生產(chǎn)，包括適合不同溫度尤其是低溫條件下具有高活性的脫NOx催化劑、高效脫NOx催化劑的低阻力降載體。（3）重視開發(fā)工業(yè)過(guò)程排放氣及汽車尾氣凈化材料工業(yè)過(guò)程排放氣中有機(jī)污染物及汽車尾氣凈化材料，包括：催化燃燒法脫除工業(yè)排放氣中微量有機(jī)物的高活性催化劑，尤其在低溫下具有良好活性的催化劑；能滿足第5階段、第6階段汽車尾氣排放要求和低貴金屬含量的汽車尾氣高效轉(zhuǎn)化催化劑及載體。2.發(fā)展污水處理材料我國(guó)淡水資源總量為28000億m3，僅占全球6%，人均占有2200m3，為世界平均水平的1/4，美國(guó)的1/5，列世界第109位。我國(guó)水資源的時(shí)間空間分布又很不均勻，北方地區(qū)淡水資源只有南方的1/4，全國(guó)有45%的國(guó)土面積年降水量小于400mm，且降水集中在6～9月，屬干旱缺水地區(qū)，全國(guó)669個(gè)大中城市有400多個(gè)城市常年淡水不足，嚴(yán)重缺水城市有108個(gè)，北京人均占有水資源量?jī)H為世界人均的1/13，還不如一些干旱的阿拉伯國(guó)家。我國(guó)不僅水資源十分貧乏，而且還有大量的工業(yè)污水、養(yǎng)殖業(yè)污水和生活污水。為此，我國(guó)要針對(duì)自身水體污染的現(xiàn)狀、實(shí)現(xiàn)污水深度處理回用的要求，發(fā)展用于水處理化工新材料。諸如，我國(guó)要開發(fā)用于污水深度處理、實(shí)現(xiàn)污水回用的膜材料，發(fā)展脫除污水中難降解有機(jī)物和重金屬的材料。（1）水處理膜材料水處理膜材料，包括提高污水處理效率的膜生物反應(yīng)器用膜材料、污水深度處理用膜材料。在污水的深度處理方面，超濾與反滲透結(jié)合可以對(duì)污水深度處理，實(shí)現(xiàn)污水回用；另外，要發(fā)展高通量、高選擇性的超濾膜、反滲透膜，包括膜用材料（如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺）和膜的骨架織物材料、膜組件材料。（2）脫除污水中難降解有機(jī)物和重金屬的材料脫除污水中難降解有機(jī)物和重金屬的材料，包括可見(jiàn)光條件下催化分解廢水中有機(jī)物的石墨烯基催化材料（石墨烯-ZnFe2O4）、可脫除水中重金屬和有機(jī)小分子的納米纖維親和膜。3.發(fā)展可降解生物基材料通用塑料的使用帶來(lái)了白色污染，而開發(fā)生物基可降解高分子材料是消除白色污染的重要途徑。生物基可降解高分子材料主要有以下3類：（1）聚乳酸聚乳酸是利用生物質(zhì)生產(chǎn)的可降解聚合物中生物碳利用率最高的高分子材料，被稱為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高分子材料。但是，聚乳酸存在玻璃化溫度低、加工過(guò)程容易降解、熱性能差等缺點(diǎn)。近年的研究已發(fā)現(xiàn)，在聚L-乳酸中摻入少量聚D-乳酸可以解決熱性能差的缺陷，提高聚乳酸的使用性能。（2）聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBTS)利用生物質(zhì)生產(chǎn)丁二酸，丁二酸加氫生成丁二醇，利用丁二酸、丁二醇和PTA作為單體生產(chǎn)的PBS、PBTS，是使用性能較好的生物基高分子材料。（3）其他除了以上2類可降解生物基材料，還有利用生物質(zhì)或部分利用生物質(zhì)資源的新型可降解高分子材料，如聚羥基脂肪酸酯（PHA），CO2和環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷共聚得到的脂肪族聚碳酸酯、聚-己內(nèi)酯（PCL），PCL改性聚合物。

三、我國(guó)化工新材料發(fā)展中存在的問(wèn)題與對(duì)策

篇7

摘要：

采用自制的特種炸藥利用爆轟法合成粒徑為50nm的納米CeO2。將納米CeO2以一定比例與環(huán)氧樹脂(EP)混合，采用澆鑄的方法制備納米CeO2改性的EP薄膜。利用設(shè)計(jì)的紫外老化試驗(yàn)箱對(duì)制備的薄膜進(jìn)行了21d加速老化試驗(yàn)，對(duì)比測(cè)試純EP和改性EP老化前后薄膜的質(zhì)量和力學(xué)性能變化規(guī)律。結(jié)果表明：納米CeO2對(duì)紫外線表現(xiàn)出較強(qiáng)的屏蔽作用。當(dāng)納米CeO2在EP中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，改性EP薄膜對(duì)波長(zhǎng)為254nm的紫外吸光度最大，EP薄膜的力學(xué)性能有所提高。相比純EP薄膜，添加納米CeO2后在紫外線條件下的使用壽命增加62%，對(duì)抗拉強(qiáng)度的保持率提高35%。

關(guān)鍵詞：

納米氧化鈰；紫外屏蔽；環(huán)氧樹脂；改性；老化

紫外輻射不僅對(duì)人類自身有傷害，還使一些高分子材料在使用過(guò)程中發(fā)生老化，導(dǎo)致其失去本來(lái)的利用價(jià)值，所帶來(lái)的危害越來(lái)越受到人們的重視。國(guó)內(nèi)外研究表明[12]，在高分子材料中添加紫外吸收劑可有效抵御紫外線對(duì)它的破壞作用，提高抗老化性能。傳統(tǒng)的紫外吸收劑通常為有機(jī)類化合物，如水楊酸酯類、苯酮類和受阻胺類等[3]。但傳統(tǒng)類紫外線吸收劑存在的缺點(diǎn)是本身為有機(jī)物，容易受紫外線破壞，影響其使用的持久性[4]。而且對(duì)紫外線的吸收具有選擇性，并對(duì)人體有一定毒害作用。納米CeO2是一種新型的無(wú)機(jī)紫外吸收劑，不僅對(duì)紫外線具有較好的屏蔽作用，而且對(duì)可見(jiàn)光具有較好的透過(guò)性，是一種寬波長(zhǎng)的紫外屏蔽材料[5]。而且本身是無(wú)機(jī)物，在紫外線下的生存周期長(zhǎng)，不易受侵害。本文作者采用炸藥爆轟合成的納米CeO2，通過(guò)改性環(huán)氧樹脂(EP)，以EP的質(zhì)量和力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度)的改變情況來(lái)表征納米CeO2對(duì)紫外線的屏蔽作用。

1實(shí)驗(yàn)

1.1納米CeO2的爆轟法合成以Ce(NO3)3•6H2O、NH3NO3和蠟為原料制備得到具有雷管感度的炸藥。將該炸藥置于密閉爆炸容器中起爆，收集爆轟產(chǎn)物。將產(chǎn)物進(jìn)行提純，利用馬弗爐600℃高溫煅燒60min。采用布魯克D8Advance型X射線衍射儀(XRD)分析爆灰的晶型，結(jié)果譜圖如圖1所示。利用軟件MDIJade對(duì)圖譜進(jìn)行處理分析，按衍射曲線上4個(gè)最強(qiáng)峰所對(duì)應(yīng)的2θ角查PDF卡片，確定產(chǎn)物成分是CeO2。利用Scherrer公式：D=Kλ/(βcosθ)，計(jì)算納米CeO2粒徑。式中：D為平均顆粒粒徑；K為形狀因子，為0.89；λ為銅靶波長(zhǎng)，為1.54060Å；β為半高寬，為0.157°；θ為衍射峰對(duì)應(yīng)的半衍射角度。取圖1中2θ=28.592º處特征峰(111)半高寬代入公式中，計(jì)算納米CeO2的晶體粒徑，為51.7nm。利用JEM2100型透射電子顯微鏡(TEM)觀察納米CeO2的尺寸，如圖2所示。顆粒粒徑在50nm左右，這與Scherrer公式計(jì)算結(jié)果一致。

1.2納米CeO2紫外屏蔽性能試驗(yàn)將0.04%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))納米CeO2分散在去離子水中，加適量分散劑，超聲分散20min。利用Evolution220型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-Vis)，測(cè)試其在波長(zhǎng)為190~400nm對(duì)紫外線的屏蔽作用。

1.3改性環(huán)氧樹脂抗老化試驗(yàn)

1.3.1薄膜制備按照GB/T25672008[6]的規(guī)定，樣品采用澆鑄的方法制備。首先將CeO2分散在適量無(wú)水乙醇中，采用PS20A型桌面型超聲波清洗機(jī)超聲分散30min。在環(huán)氧樹脂中添加適量無(wú)水乙醇使其充分溶解，每100gEP中添加0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0和1.2gCeO2，攪拌15min后添加EP固化劑。在50℃條件下，高速攪拌加熱蒸發(fā)多余無(wú)水乙醇。超聲消泡后澆鑄到180mm×180mm見(jiàn)方，深度為1mm的模具中，室溫固化48h后脫模，在40℃加熱條件下放置72h。利用UV-Vis測(cè)試薄膜對(duì)紫外線的屏蔽作用，挑選紫外線波長(zhǎng)為254nm吸光度A最大的做抗老化試驗(yàn)。

1.3.2抗老化試驗(yàn)參照GB/T164222006[7]，設(shè)計(jì)一個(gè)紫外老化試驗(yàn)箱。老化條件為溫度60℃、254nm紫外線照射下加速老化21d。在溫度和紫外線的作用下，薄膜的性能發(fā)生變化：質(zhì)量減少和力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度)降低。質(zhì)量減少用質(zhì)量損失率ηm表示。按照GB/T25672008在CMT4254型微機(jī)控制電子萬(wàn)能(拉力)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。研究CeO2對(duì)EP薄膜抗紫外老化的影響，影響結(jié)果以拉伸強(qiáng)度(TS)隨斷裂伸張率的變化來(lái)評(píng)定。

2結(jié)果與分析

2.1納米CeO2紫外屏蔽性能分析圖3所示為納米CeO2懸浮液的紫外吸收光譜圖。從圖3中可以看到，納米CeO2在濃度很低的情況下，在紫外線波長(zhǎng)220~350nm范圍內(nèi)依舊存在較強(qiáng)的屏蔽作用，其最高吸收峰的吸光度A為0.69，而對(duì)大于400nm的可見(jiàn)光表現(xiàn)出較好的透過(guò)性。有研究表明[8]，CeO2電子結(jié)構(gòu)由充滿電子的價(jià)電子帶(O2p)和無(wú)電子空軌道形成的導(dǎo)帶(Ce4f)構(gòu)成，存在禁帶寬度Eg=3.1eV[9]。當(dāng)一定能量的光線入射到CeO2粒子上時(shí)，比禁帶寬度能量大的光子被吸收，價(jià)電子帶的電子躍遷至導(dǎo)帶[10]，使CeO2具有吸收紫外線的能力。根據(jù)公式λg(nm)=1240/Eg(eV)，計(jì)算得出電子躍遷的臨界波長(zhǎng)λg=400nm。所以，當(dāng)入射光波長(zhǎng)λ＜400nm時(shí)，CeO2電子結(jié)構(gòu)發(fā)生電子能級(jí)躍遷，使CeO2在190~400nm波段表現(xiàn)出強(qiáng)烈吸收紫外線的能力。且由于納米CeO2顆粒小，比表面積大，對(duì)紫外線具有較強(qiáng)的光散射和反射作用。

2.2納米CeO2改性環(huán)氧樹脂對(duì)紫外線的屏蔽特性老化試驗(yàn)采用的紫外線波長(zhǎng)為254nm，光能量為470kJ/mol，大于C—C的離鍵能(413kJ/mol)和C—H的離鍵能(347kJ/mol)[11]。當(dāng)EP薄膜暴露在紫外線下，紫外線的能量使材料中的C—C和C—H等共價(jià)鍵斷裂，引起薄膜中成膜物質(zhì)分子鏈發(fā)生斷裂，形成活性游離基[12]。游離基能進(jìn)一步加速起成膜作用的分子鏈發(fā)生降解，且材料處在60℃較高溫條件下使聚合物發(fā)生熱降解，最終導(dǎo)致薄膜老化[13]。為防止紫外線對(duì)EP薄膜的上述裂解破壞產(chǎn)生，在薄膜中添加納米CeO2來(lái)提高EP的抗紫外線性能，將紫外線通過(guò)物理轉(zhuǎn)化為熱能或其他波長(zhǎng)光的形式來(lái)分散大部分能量，降低紫外線對(duì)材料的老化程度。以改性EP薄膜在紫外線波長(zhǎng)為254nm的吸光度A與添加納米CeO2含量之間的關(guān)系作圖(見(jiàn)圖4)。由圖4可知，吸光度A隨著納米CeO2含量的增加而增大，當(dāng)納米氧化鈰的含量為0.8%時(shí)，吸光度A達(dá)到最大值。當(dāng)CeO2繼續(xù)增加時(shí)，A反而減小。這是由于納米CeO2顆粒的紫外吸收效果受顆粒本身分散效果的影響，分散性越好，紫外吸收越強(qiáng)。CeO2的量不斷增加，加劇了納米顆粒的團(tuán)聚作用，導(dǎo)致在EP中分散效果下降。過(guò)多的顆粒發(fā)生團(tuán)聚，CeO2對(duì)紫外線的接觸面減少，導(dǎo)致A下降。

2.3抗老化試驗(yàn)

2.3.1EP質(zhì)量減少分析根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，取多次試驗(yàn)平均值，得到薄膜在60℃加熱、254nm紫外線條件下不同老化時(shí)間的質(zhì)量損失率ηm。將質(zhì)量損失率ηm與老化時(shí)間t作圖，并線性擬合，其結(jié)果如圖5所示。式(2)和(3)分別為兩者的擬合曲線方程，純EP擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為0.9971，EP-CeO2擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為0.9928。通過(guò)圖5可以直觀的看到，純EP和EP-CeO2兩個(gè)樣品在老化過(guò)程中質(zhì)量減少。純EP擬合曲線的增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯大于EP-CeO2擬合曲線的。為了更加清楚地比較兩者之間的差別，利用理論壽命來(lái)分析。根據(jù)GB/T110262012電氣絕緣材料試驗(yàn)判斷標(biāo)準(zhǔn)的選擇[14]中規(guī)定，當(dāng)ηm=3.0時(shí)，EP材料失效。將ηm=3.0代入式(2)和(3)中，分別求得t2=1291h，t3=2102h。這表明，EP經(jīng)納米CeO2改性處理后，在設(shè)定的紫外老化環(huán)境中，抗老化能力得到了提高，理論推測(cè)壽命增加了62.82%。

2.3.2EP力學(xué)性能改變分析純EP薄膜以及EP-CeO2的老化前后拉伸強(qiáng)度隨斷裂伸張率的變化情況如圖6所示。圖6(a)為老化前EP-CeO2和純EP的曲線圖。從圖6(a)中可以看到，添加納米CeO2后，EP的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有所提高。圖6(b)為老化后EP-CeO2和純EP的曲線圖。與圖6(a)中曲線1和2相比，經(jīng)過(guò)老化之后，兩者的拉伸性能和斷裂伸長(zhǎng)率均有所下降。為了更好地體現(xiàn)兩者老化前后的差距，利用式(4)計(jì)算拉伸強(qiáng)度保持率。老化前后相比得出，EP-CeO2的保持率E=67.17%，純EP的E=31.92%?？芍?，添加CeO2后，EP對(duì)于抗拉強(qiáng)度的保持率提高了35.25%。從中可以得出結(jié)論，在EP薄膜中添加納米CeO2后，提高了EP的抗紫外老化性能。納米顆粒由于表面配位不足，存在大量的懸空鍵，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的表面效應(yīng)，易與高分子樹脂中的氧起鍵合作用[15]。納米粒子與高分子通過(guò)表面作用力提高彼此間的鍵力，構(gòu)成一個(gè)由共價(jià)鍵連接而成的界面層，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)納米粒子同有機(jī)高分子材料間的有效連接[16]。納米CeO2與EP基體形成結(jié)合良好的柔性過(guò)渡層，當(dāng)環(huán)氧樹脂基體受外力拉伸時(shí)，可以轉(zhuǎn)移和分散應(yīng)力，使分子間不易分離，起到強(qiáng)化作用[17]。同時(shí)，由于納米氧化鈰的粒徑小，超大的比表面積使氧化鈰在樹脂體系中具有很大的接觸面積。當(dāng)材料受外力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生比一般填料存在時(shí)更多的微裂紋，耗散更多的力，可以阻止和鈍化裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，達(dá)到增韌的目的。

3結(jié)論

1)利用炸藥爆轟合成粒徑為50nm的納米CeO2，此納米CeO2在220~350nm波段表現(xiàn)出較強(qiáng)的紫外屏蔽作用。EP薄膜中添加0.8%的納米CeO2，薄膜對(duì)254nm的紫外線吸光度達(dá)到最大值，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有所提高。2)在溫度為60℃、254nm紫外線的條件下老化21d。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，添加納米CeO2后EP薄膜的使用壽命增加62%，對(duì)抗拉強(qiáng)度的保持率提高35%。由此得出，納米CeO2具有較強(qiáng)的紫外屏蔽作用，提高了EP對(duì)紫外線的抗老化能力。

參考文獻(xiàn)

[1]何小芳,楊南南,賀超峰,王爽,王運(yùn)霞.納米TiO2在聚合物抗紫外光老化中的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2013,27(8):5053.HEXiao-fang,YANGNan-nan,HEChao-feng,WANGShuang,WANGYun-xia.Researchprogressonnano-TiO2forenhancingUVagingresistanceofpolymer[J].MaterialsReview,2013,27(8):5053.

[2]EL-FEKYOM,HASSANEA,FADELSM,HASSANML.UseofZnOnanoparticlesforprotectingoilpaintingsonpapersupportagainstdirt,fungalattack,andUVaging[J].JournalofCulturalHeritage,2014,15(2):165172.

[3]FRANÇOISED,FABIENNEF,VIRGINIEM.TheinfluenceofUVagingofastyrene/butadiene/styrenemodifiedbitumen:Comparisonbetweenlaboratoryandonsiteaging[J].Fuel,2007,86(10/11):14461451.

[4]萬(wàn)靜,何茗.超細(xì)氧化鈰結(jié)晶度和粒徑對(duì)抗紫外性能影響研究[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,38(1):106112.WANJing,HEMing.TheinfluenceofthecrystallinityandparticlesizeontheultravioletabsorptionofCeO2powder[J].JournalofSouthwestUniversityforNationalities(NaturalScienceEdition),2012,38(1):106112.

[5]史艷麗,張金生,李麗華,李秀萍.Ti4+摻雜納米CeO2的制備及其抗紫外性能[J].稀土,2012,33(3):6063.SHIYan-li,ZHANGJin-sheng,LILi-hua,LIXiu-ping.PreparationofTi4+dopednano-CeO2anditsanti-ultravioletpeformance[J].ChineseRareEarths,2012,33(3):6063.

[6]GB/T25672008.樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法[S].GB/T25672008.Testmethodsforpropertiesofresincastingboby[S].

[7]GB/T164222006.塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法[S].GB/T164222006.Plasticsmethodsoftheexposuretolaboratorylightsources[S].

[8]朱兆武,龍志奇,崔大立,張順利,張國(guó)成.超細(xì)CeO2粉體的制備及其紫外線吸收性能[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2005,15(3):435440.ZHUZhao-wu,LONGZhi-qi,CUIDa-li,ZHANGShun-li,ZHANGGuo-cheng.Preparationofultra-fineparticle-sizedCeO2powderanditsUVabsorbance[J].TheChineseJournalofNonferrousMetals,2005,15(3):435440.

[9]戴艷,侯永可,龍志奇,黃小衛(wèi),崔大立.摻雜納米氧化鈰紫外屏蔽材料的表征與性能[J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào),2011,29(2):195200.DAIYan,HOUYong-ke,LONGZhi-qi,HUANGXiao-wei,CUIDa-li.CharacterizationandUV-shieldingpropertiesofdopedceriananoparticles[J].JournaloftheChineseRareEarthSociety,2011,29(2):195200.

[10]郭剛,楊定明,熊玉竹,段小平,黃婉霞,涂銘旌.納米TiO2和納米ZnO的紫外光學(xué)特性及其在聚丙烯抗老化改性中的應(yīng)用研究[J].功能材料,2004,35(z1):183187.GUOGang,YANGDing-ming,XIONGYu-zhu,DUANXiao-ping,HUANGWan-xia,TUMing-jing.Studyonopticalpropertiesandapplicationinpolypropyleneageingresistanceofnano-TiO2andnano-ZnO[J].JournalofFunctionalMaterialsContents,2004,35(z1):183187.

[11]汪斌華.半導(dǎo)體無(wú)機(jī)納米材料的光學(xué)特性及其應(yīng)用研究[D].成都:四川大學(xué),2003.WANGBin-hua.Opticalpropertiesofnano-semiconducto-materialandtheirapplications[D].Chengdu:SichuanUniversity,2003.

[12]HUJW,LIXG,JING,ZHAOQL.UVagingcharacterizationofepoxyvarnishcoatedsteeluponexposuretoartificialweatheringenvironment[J].MaterialsandDesign,2009,30(5):15421547.

[13]張書第,文松林,楊國(guó)生,趙春英.納米TiO2+SiO2復(fù)合粉體改性外墻乳膠漆的研究[J].沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011,30(1):9094.ZHANGShu-di,WENSon-lin,YANGGuo-sheng,ZHAOChun-ying.Researchofnano-TiO2+SiO2powdermodifiedexteriorwalllatexcoating[J].TransactionsofShenyangLigongUniversity,2011,30(1):9094.

[14]GB/T110262012.電氣絕緣材料:耐熱性[S].GB/T110262012.Electricalinsulatingmaterials:Thermalenduranceproperties[S].

[15]PRASHANTG,MADHUB.Developmentofsiliconizedepoxyresinsandtheirapplicationasanticorrosivecoatings[J].AdvancesinChemicalEngineeringandScience,2011,1(3):133139.

[16]吳炬,程先華.稀性劑處理對(duì)芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的影響[J].稀有金屬材料與工程,2005,34(12):19171920.WUJu,CHENGXian-hua.Effectofrareearthmodifiertreatmentoninterlaminarshearstrengthofaramid/epoxycomposites[J].RareMetalMaterialsandEngineering,2005,34(1):19171920.

篇8

關(guān)鍵詞：納米 陶瓷膜

一、前言

陶瓷材料作為全球材料業(yè)的三大支柱之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。但是由于存在脆性（裂紋）、均勻性差、可靠性低、韌性、強(qiáng)度較差等的缺陷，因而使其應(yīng)用受到了一定的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，它克服了陶瓷材料的許多不足，并對(duì)材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁光學(xué)等性能產(chǎn)生重要影響，為陶瓷材料的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域使陶瓷材料跨入了一個(gè)新的歷史時(shí)期。

納米陶瓷膜便是納米陶瓷材料的大家庭中的一種，其產(chǎn)生于21世紀(jì)初，具有分離效率高、效果穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機(jī)械強(qiáng)度高、膜再生性能好、分離過(guò)程簡(jiǎn)單、能耗低、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、膜使用壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)GPS信號(hào)無(wú)任何屏蔽作用。納米陶瓷隔熱膜是21世紀(jì)的航天領(lǐng)域高科技產(chǎn)品，該產(chǎn)品起先應(yīng)用于美國(guó)軍事、航空、航天領(lǐng)域。

二、正文

1.納米陶瓷膜簡(jiǎn)介及研發(fā)歷史

陶瓷膜技術(shù)是膜技術(shù)中的翹楚，但20世紀(jì)80年達(dá)國(guó)家已在廣泛應(yīng)用時(shí)，中國(guó)在此領(lǐng)域卻還是一片空白。十幾年過(guò)去了，依靠自主創(chuàng)新，中國(guó)陶瓷膜技術(shù)從無(wú)到有，不僅打破了國(guó)外的封鎖與壟斷，還達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。膜是一種高分子化學(xué)材料，它有無(wú)數(shù)個(gè)只能用微米甚至納米計(jì)算的小孔，既有分離、濃縮、凈化和脫鹽功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾等特征。膜技術(shù)發(fā)明之后便廣泛運(yùn)用于食品加工、水質(zhì)凈化、環(huán)境治理、制藥工業(yè)、化工與石油化工等領(lǐng)域，用來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的凈化分離。陶瓷膜就是由經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)的陶瓷材料制成的分離膜。由于具有獨(dú)特的耐性，其一進(jìn)入市場(chǎng)便成為膜領(lǐng)域發(fā)展最為迅速、也最有發(fā)展前景的品種之一。

到1989年底，南京工業(yè)大學(xué)徐南平院士才開始了在陶瓷膜領(lǐng)域的艱難探索。經(jīng)過(guò)二十多年的不懈奮斗與努力，中國(guó)在陶瓷膜領(lǐng)域不僅打破了西方的封鎖與壟斷，而且依靠自主創(chuàng)新達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

2.納米陶瓷膜特征與原理

相較于傳統(tǒng)聚合物分離膜材料，陶瓷膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑；機(jī)械強(qiáng)度大，可反向沖洗；抗微生物能力強(qiáng)；耐高溫；孔徑分布窄、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)、生物工程、環(huán)境工程、化學(xué)工業(yè)、石油化工、冶金工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其市場(chǎng)銷售額以30%的年增長(zhǎng)率發(fā)展著。陶瓷膜的不足之處在于造價(jià)較高、無(wú)機(jī)材料脆性大、彈性小、給膜的成型加工及組件裝備帶來(lái)一定的困難。

陶瓷膜分離工藝是一種“錯(cuò)流過(guò)濾”形式的流體分離過(guò)程：原料液在膜管內(nèi)高速流動(dòng)，在壓力驅(qū)動(dòng)下含小分子組分的澄清滲透液沿與之垂直方向向外透過(guò)膜，含大分子組分的混濁濃縮液被膜截留，從而使流體達(dá)到分離、濃縮、純化的目的。

陶瓷膜是由孔隙率30%～50%、孔徑50nm～15μm的陶瓷載體，采用溶膠-凝膠法或其它工藝制作而成的非對(duì)稱復(fù)合膜。用于分離的陶瓷膜的結(jié)構(gòu)通常為三明治式的：支撐層（又稱載體層）、過(guò)渡層（又稱中間層）、膜層（又稱分離層）。其中支撐層的孔徑一般為1～20μm，孔隙率為30%～65%，其作用是增加膜的機(jī)械強(qiáng)度；中間層的孔徑比支撐層的孔徑小，其作用是防止膜層制備過(guò)程中顆粒向多孔支撐層的滲透，厚度約為20～60μm，孔隙率為30%～40%；膜層具有分離功能，孔徑從0.8nm～1μm不等，厚度約為3～10μm，孔隙率為40%～55%。整個(gè)膜的孔徑分布由支撐層到膜層逐漸減小，形成不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)分布。

陶瓷膜根據(jù)孔徑可分為微濾（孔徑大于50nm）、超濾（孔徑2～50nm）、納濾（孔徑小于2nm）等種類。進(jìn)行分離時(shí)，在外力的作用下，小分子物質(zhì)透過(guò)膜，大分子物質(zhì)被膜截留，從而達(dá)到分離、濃縮、純化、去雜、除菌等目的。

3.納米陶瓷膜的優(yōu)勢(shì)

陶瓷隔熱膜系是由導(dǎo)電性物質(zhì)氮氧化物組成，具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，是一種性能獨(dú)特并持久耐用的復(fù)合陶瓷膜結(jié)構(gòu)。因而其具有阻隔紅外線、分離效率高、效果穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑、耐菌、耐高溫、抗污染、機(jī)械強(qiáng)度高、膜再生性能好、分離過(guò)程簡(jiǎn)單、能耗低、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、膜使用壽命長(zhǎng)、隔熱性能好，質(zhì)量穩(wěn)定等眾多優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)GPS信號(hào)無(wú)任何屏蔽作用。能夠保持最高的可見(jiàn)光透射率的同時(shí)，又能提供最高的紅外線和遠(yuǎn)紅外線的反射。

4.納米陶瓷膜的研究現(xiàn)狀

納米陶瓷膜目前主要采用納米材料淀積技術(shù)，與PET表面涂布納米陶瓷有所不同，它是將納米陶瓷材料混合到PET基材顆粒，從而提高產(chǎn)品性能，使其達(dá)到前所未有的穩(wěn)定。在金屬膜的技術(shù)上通過(guò)納米陶瓷技術(shù)，采用先進(jìn)的真空磁控濺射工藝，用精微的納米狀陶瓷物質(zhì)來(lái)制造，從而使產(chǎn)品對(duì)光進(jìn)行智能濾光篩選，最大限度阻隔熱量，性能大大優(yōu)于單純金屬薄膜。此外，納米陶瓷膜的生產(chǎn)還采用了高隔熱低反光技術(shù)，一方面可以使薄膜有效隔熱率超過(guò)90%，提高室內(nèi)舒適度和節(jié)省能源；另一方面卻沒(méi)有增加薄膜的反光。通常提高隔熱能力的同時(shí)，總是要加強(qiáng)隔熱膜的反光，這樣會(huì)使得室內(nèi)可見(jiàn)光大量損失，并且使得通信信號(hào)大幅減弱；強(qiáng)烈的內(nèi)反光極易干擾視線，引起視覺(jué)疲勞。

5.納米陶瓷膜的應(yīng)用前景

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視節(jié)能和環(huán)。建筑物門窗玻璃、頂棚玻璃、汽車玻璃和船艦玻璃對(duì)可見(jiàn)光的透過(guò)性有較高的要求，但在滿足采光需要而使可見(jiàn)光透過(guò)的同時(shí)，太陽(yáng)光的熱量也隨之傳遞。因此，對(duì)室內(nèi)溫度和空調(diào)制冷能耗產(chǎn)生一定程度的影響。在夏季這種影響特別顯著，透過(guò)玻璃窗進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)能量加大的了空調(diào)的載荷。通?？照{(diào)的設(shè)定溫度與負(fù)荷具有如下關(guān)系：設(shè)定的制冷溫度提高2℃，制冷電力負(fù)荷將減少約20%；設(shè)定的制熱溫度調(diào)低2℃，制熱電力負(fù)荷將減少約30%。為了節(jié)約能源，人們采用了金屬鍍膜熱反射玻璃和各種熱反射貼膜，用以反射部分太陽(yáng)光中的能量，從而達(dá)到隔熱降溫的目的。但是，這種做法對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用構(gòu)成影響，要么達(dá)不到預(yù)定的效果，要么加大了制作工藝成本。納米陶瓷膜出現(xiàn)，為透明隔熱問(wèn)題的解決提供了新的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景及市場(chǎng)價(jià)值。目前在國(guó)內(nèi)，研發(fā)應(yīng)用此產(chǎn)品已經(jīng)引起了不少公司的關(guān)注。

三、結(jié)論

近幾十年來(lái)，陶瓷材料的應(yīng)用及發(fā)展是非常迅速的，陶瓷材料作為繼金屬材料、高分子材料后最有潛力的發(fā)展材料之一，它在各方面的綜合性能明顯優(yōu)于現(xiàn)在使用的金屬材料和高分子材料。陶瓷材料的應(yīng)用前景還是相當(dāng)廣闊的，尤其是能源、信息、空間技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，更加拉動(dòng)了具有特殊性能材料的應(yīng)用。相信在不久的將來(lái)，陶瓷材料會(huì)有更好、更快的發(fā)展，展示出其重要的應(yīng)用價(jià)值，為人類的文明發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn) ：

篇9

關(guān)鍵詞：光散射；面散射；體散射；共混；共聚

光散射材料是指能夠使光通過(guò)而又能有效的散射光的材料。透光率和霧度是評(píng)定光散射材料的兩項(xiàng)主要指標(biāo)。透光率是指透過(guò)試樣的光通量和射到試樣上的光通量之比。它是表征透明高分子材料透明程度的一個(gè)重要性能指標(biāo)。霧度，又稱濁度，是透過(guò)試樣而偏離入射光方向的散射光與透射光通量之比，是材料內(nèi)部或表面上的不連續(xù)性或不規(guī)則性所造成。通常用霧度的大小來(lái)表征材料的光散射強(qiáng)弱。

光散射材料能將點(diǎn)、線光源轉(zhuǎn)化成線、面光源，可以作為面光源材料應(yīng)用指示標(biāo)牌、廣告招牌、展示櫥窗、投影背墻以及壁掛式均勻照明光源等，也可以作為背光源材料應(yīng)用于液晶顯示，還可以與液晶元件復(fù)合制備高分子分散型散射元件。

1光散射產(chǎn)生的機(jī)理

如果媒質(zhì)的均勻性遭到破壞，即尺度達(dá)到波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)的鄰近媒質(zhì)小塊之間在光學(xué)性質(zhì)上（如折射率）有較大差異，在光波作用下，它們將成為強(qiáng)度差別較大的次波源，而且從它們到空間各點(diǎn)已有不可忽略的光程差，這些次波相干疊加的結(jié)果，光場(chǎng)中的強(qiáng)度分布將與上述均勻媒質(zhì)情形有所不同，這時(shí)，除了按幾何光學(xué)規(guī)律傳播的光線外，其他方向或多或少也有光線存在，這就是散射光，即產(chǎn)生了散射。對(duì)于不均勻形態(tài)較大的媒質(zhì)，光散射也可看作是反射和折射的綜合結(jié)果。

散射光強(qiáng)除了與入射光的波長(zhǎng)、散射角有關(guān)外，還與散射體材料的折射率（N）和機(jī)體材料的折射率有關(guān)。目前，關(guān)于散射光強(qiáng)的計(jì)算理論，發(fā)展還不十分完善。

計(jì)算散射光強(qiáng)，最簡(jiǎn)單的近似理論為Rayleigh-Gans-Debye(RGD)理論。對(duì)于半徑較大或折射率較大的粒子，要用Mie理論來(lái)計(jì)算光強(qiáng)。如果粒子達(dá)到Mie理論不適用時(shí)，就要用傳統(tǒng)的射線光學(xué)來(lái)處理。下面的公式可以用于聚合物光散射材料散射光強(qiáng)的近似計(jì)算：

Iv=KI0R3π3λ0-4(n2B-n2)［1+（8/3）2R2υ2sin2(θ/2)］-2



式中，K為常數(shù)，υ=2π/λ，λ為光在介質(zhì)中的波長(zhǎng)，λ0為光在真空中的波長(zhǎng)，θ為光散射角，n是介質(zhì)的平均折射率：n=nAVA+nBVB。

2光散射材料的分類



根據(jù)散射機(jī)理的不同可以將光散射材料分為：面散射材料和體散射材料。

傳統(tǒng)的光散射材料大多為面散射材料，采用面散射機(jī)理，即將透明板材或其它形狀制品的一個(gè)表面(一般為內(nèi)表面)打磨，涂層或?qū)⑵涑尚湍＞叩南鄳?yīng)面做噴砂或刻痕處理，利用它們粗糙的表面來(lái)產(chǎn)生光散射。這種材料的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是：它不能較好地兼顧材料的光散射性和透明性，綜合性能較差。因而大大限制了它的應(yīng)用范圍。

體散射材料多為分散有光散射體的透明合成材料，起散射作用的散射體的尺寸等于或大于可見(jiàn)光波長(zhǎng)。這種材料應(yīng)用了整體散射機(jī)理：即材料的內(nèi)部與表面均起散射作用，能夠很好地克服面散射所固有的弱點(diǎn)，制品具有高的光散射性，較好的透明性及優(yōu)異的綜合性能。目前，它已成為一種新型的背光源材料，逐漸在許多領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)光散射材料，并進(jìn)一步擴(kuò)展了新的應(yīng)用領(lǐng)域如液晶顯示等。

另外，還有一種體-面散射材料，由產(chǎn)生體散射的基板和涂覆在基板上的能夠產(chǎn)生面散射的表面組成，即將消光顆粒與涂料共混，涂覆在基板表面，利用涂層的收縮形成表面微結(jié)構(gòu)，同時(shí)消光顆粒導(dǎo)致了涂層的光學(xué)非均一性，產(chǎn)生光散射。

3光散射材料的制備

3.1面散射材料的制備方法

通過(guò)對(duì)透明的基體材料表面進(jìn)行磨砂處理，或利用特殊的成型模具或浮雕輥得到浮雕或噴砂效果的表面，利用材料表面的粗糙度得到散射效果；也有以表面凸凹起伏的高分子材料制備，巧妙設(shè)計(jì)表面的波紋實(shí)現(xiàn)材料的散射效應(yīng)。面散射材料的制備方法存在著顯著的缺點(diǎn)：一方面，散射光的量取決于刻痕和劃痕等的數(shù)量及分布，使散射發(fā)生的不均勻，另一方面折射率和透光率不易控制。

3.2體散射材料的制備方法

體散射材料的制備方法大致分為兩種：聚合法和共混法。

3.2.1聚合法

利用折光率有一定差異、相容性不太好的聚合物單體共聚合或采用分段聚合來(lái)制備光散射材料。具體又可分為以下幾種情況：

①將一種單體混合分散于透明的基體中，使單體聚合，生成的聚合物作為散射體，其折射率不同于透明基體的折射率，因而入射光產(chǎn)生光散射。

②將一種單體混合分散于一種透明材料中，使單體聚合，生成的聚合物作為基體，其折射率不同于透明材料，進(jìn)而材料產(chǎn)生光散射。

③散射體材料是無(wú)機(jī)粒子或有機(jī)粒子，將散射體粒子分散于基體單體中，使單體聚合生成聚合物基體。

ISHIHARADAM等人以玻璃轉(zhuǎn)化溫度低于室溫的彈性體橡膠為基體材料，以折射率不同于基體的透明材料（可以是無(wú)機(jī)粒子或有機(jī)物）為散射體，通過(guò)聚合法制備了一種光散射材料，廣泛應(yīng)用于照明裝置，也可以作為燈箱廣告牌的面光源，還可以與透光管和光波導(dǎo)管聯(lián)用。由于基體的玻璃轉(zhuǎn)化溫度低于室溫，所以材料在室溫下即可操作加工。華南理工大學(xué)高峰等人，以不同分子量的聚苯乙烯作為散射材料，將其溶解在甲基丙烯酸甲酯中，通過(guò)原位聚合法制備了光散射材料，研究發(fā)現(xiàn)PS作為散射體分布在基體PMMA中能夠產(chǎn)生散射，PS的分子量要高于臨界分子量43900。當(dāng)聚苯乙烯分子量大于43900，且其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%-0.3%時(shí)散射板性能最優(yōu)，透光率為73.0%，霧度為74.7%。

近年來(lái)，納米粒子摻雜有機(jī)玻璃制備新型復(fù)合材料廣受關(guān)注。張啟衛(wèi)等人通過(guò)原位聚合和同步溶膠-凝膠過(guò)程制備了PMMA/SiO2雜化材料，研究表明該材料有機(jī)/無(wú)機(jī)兩相間的相容性好，材料的透明性好，透光率可達(dá)80%左右。清華大學(xué)錢志勇等人以納米Al2O3、SiO2和CaO顆粒,采用三種不同粒度的納米顆粒利用在位分散法制備了以PMMA為基體的復(fù)合光散射材料，成功用于平板顯示。其研究指出：由于微粒的散射和納米粒子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，隨著納米粒子粒度的減小,復(fù)合材料樣品板亮度增加,視角變大,整體光學(xué)性能變得優(yōu)異。中國(guó)專利03127636.9提供了一種納米硅改性有機(jī)玻璃光散射材料及制備方法。該方法先將納米SiO2粉末通過(guò)高頻超聲波震蕩混入MMA單體中，使其呈乳白色半透明狀，加入引發(fā)劑及其他組分真空脫氣后在90℃預(yù)聚合，冷卻灌漿入模后在25-100℃處理24-72小時(shí)即可得到光散射材料。材料的光譜透過(guò)曲線與本體材料相近，光散射分布均勻，可用作照明顯示器件。

3.2.2共混法

共混法是通過(guò)透明的聚合物基體材料和散射體粒子的共混制備光散射材料的方法。

在共混法中，散射體粒子的制備至關(guān)重要。歐洲專利EP0634445報(bào)道了一種核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合散射粒子，這種光散射復(fù)合物以類橡膠的乙烯基聚合物為核，具有一層或多層殼，散射體粒子中含有至少15%的烷基丙烯酸或烷基甲基丙烯酸。日本專利JP04161448中介紹的光散射材料，使用一種粉末狀的TiO2，外層涂有交聯(lián)球形環(huán)己順丁烯-二酰亞胺-苯乙烯共聚物作為散射體粒子，但是成本很高。美國(guó)專利Pat.Nos.5237004和5346954中使用了一種具有橡膠核熱塑殼的散射體粒子，能夠很好的分散于基體中，而基體的抗沖性能和物理性質(zhì)不受影響，而且核內(nèi)聚合物的折射率可以調(diào)節(jié)，也保證了基體良好的透光率。目前，大多數(shù)新型光散射材料是采用共混法生產(chǎn)的。因?yàn)檫@種方法與一般聚合物摻混的工藝過(guò)程非常類似，特別是對(duì)于用量最大的光散射板材，它能夠連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)率較高。但是共混法制備光散射材料經(jīng)常會(huì)遇到一些問(wèn)題，例如：粒子與基體材料的相容性差，不易分散于基體材料中；分散相粒子在基體中的分散性能差導(dǎo)致基體材料的透光率下降以及物理性能老化；材料的折光率不易調(diào)節(jié)，導(dǎo)致光學(xué)性質(zhì)不易調(diào)節(jié)；分散相粒子堅(jiān)硬導(dǎo)致材料的抗沖擊性能變差等。如何行之有效地克服這些問(wèn)題，將是今后共混法研究的方向。

4光散射材料的發(fā)展方向

目前，光散射材料在照明領(lǐng)域和顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，隨著光散射材料性能的不斷提高和完備，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大。一些具備特殊功能的光散射材料將會(huì)不斷被開發(fā)出來(lái)，例如熱可逆記錄材料和表面具有自清潔功能的光散射材料等。由于納米技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)機(jī)摻雜聚合物制備復(fù)合光散射材料也將成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。



參考文獻(xiàn)

［1］IshiharadaMinoru,TanumaItsuo,NaitoKazuo.Lightscatteringmaterial［P］.US5744534.1998-04-28.

［2］孫氏彧,等.高散射材料的透光率和霧度［J］.輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2000.

［3］魏鵬.超細(xì)聚硅氧烷類微球的制備及其在顯示硬屏中的應(yīng)用［D］.上海:華東理工大學(xué),2004.

［4］Oda,Masaharu,Chiba,Issei,Hayashi,Yasuko.Surfacelightsourcedevice,andliquidcrystaldisplaydevice,signdisplayapparatusandtrafficsigndisplayapparatususingthesurfacelightsourcedevice［P］.US6332691.2001-12-25.

篇10

關(guān)鍵詞：通用飛機(jī)；風(fēng)擋玻璃；低成本制作

引言

隨著中國(guó)低空空域不斷放開的政策引導(dǎo)下，使得中國(guó)通用飛機(jī)市場(chǎng)成為全世界通用航空業(yè)者最垂涎的“蛋糕”。龐巴迪、灣流、塞斯納、豪客比奇等世界知名通用飛機(jī)制造商紛紛展開在國(guó)內(nèi)合作項(xiàng)目。在國(guó)家及地方政策大力扶持下，各地正新建數(shù)十個(gè)航空產(chǎn)業(yè)地基。中國(guó)通航產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)正在步入高速發(fā)展階段。在未來(lái)幾年中，國(guó)內(nèi)通用飛機(jī)持有量即制造數(shù)量將呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。

風(fēng)擋玻璃作為通用飛機(jī)的一項(xiàng)不可或缺的關(guān)鍵零件，因其獨(dú)特的加工工藝技術(shù)及零件薄、尺寸大、外形復(fù)雜、批產(chǎn)量大、低制造成本的產(chǎn)品特點(diǎn)，使國(guó)內(nèi)通用飛機(jī)風(fēng)擋玻璃制造技術(shù)及制造產(chǎn)業(yè)相對(duì)空白。面對(duì)國(guó)內(nèi)通用飛機(jī)市場(chǎng)巨大的需求，加速完善國(guó)內(nèi)通用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈條，搶占市場(chǎng)先機(jī)。有必要大力發(fā)展飛機(jī)風(fēng)擋玻璃低成本制作技術(shù)。

1 通用飛機(jī)風(fēng)擋玻璃產(chǎn)品介紹

小型通用飛機(jī)風(fēng)擋普遍采用單塊鑄造丙稀酸脂有機(jī)玻璃，其設(shè)計(jì)尺寸大，無(wú)中央隔框，平面投影面積約2m×1m，厚度約3-5mm。在保證飛機(jī)氣動(dòng)性能的同時(shí)，給內(nèi)部乘員提供良好的視界，還能使飛機(jī)外觀時(shí)尚美觀。

2 風(fēng)擋玻璃材料選擇

座艙蓋透明件材料要求具有良好的光學(xué)性能，透光度應(yīng)在90%以上，能為飛行員提供清晰的視界，同時(shí)又要具有一定的綜合力學(xué)性能，可以承受一定載荷作用。目前用于座艙蓋透明件的材料有兩大類，一類為丙稀酸脂材料，另一類為聚碳酸脂材料。

聚碳酸脂材料優(yōu)點(diǎn)是韌性好，疲勞強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是硬度低，使用中易磨損和劃傷，需要在表面涂一層耐磨油脂，另外透光度（88-91%）比丙稀酸脂材料（91%）略低。但由于透光度難以達(dá)到要求，聚碳酸脂材料使用并不普遍。

丙稀酸脂材料優(yōu)點(diǎn)是透光度高，具有一定的硬度，缺點(diǎn)是比較脆。目前飛機(jī)座艙蓋透明件普遍采用丙稀酸脂材料。丙稀酸脂又分為拉伸丙稀酸脂（也稱定向有機(jī)玻璃）和鑄造丙稀酸脂（也稱非定向有機(jī)玻璃）兩種，拉伸丙稀酸脂與鑄造丙稀酸脂相比，韌性好、疲勞強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度高，由于拉伸丙稀酸脂需要吹塑成形，其成形技術(shù)難度高、制造成本高。對(duì)于通用飛機(jī)風(fēng)擋外形太復(fù)雜、制造成本低的原因，只能選用鑄造丙稀酸脂材料。

3 某型飛機(jī)風(fēng)擋加工過(guò)程介紹

3.1 典型工藝流程圖（見(jiàn)圖1）

3.2 典型工藝流程

（1）原材料儲(chǔ)存

原材料尺寸36"×72"，室溫下儲(chǔ)存，濕度不高于70%，環(huán)境無(wú)大量灰塵。

（2）原材料檢驗(yàn)

去除保護(hù)紙并檢驗(yàn)材料厚度及表面質(zhì)量，是否存在劃傷、氣泡、雜質(zhì)、裂痕等質(zhì)量缺陷。

（3）成型前的準(zhǔn)備

檢查成型工裝胎面是否潔凈，成型工裝胎面須在成型4-6架份后，在胎面上重新均勻撒嬰兒爽身粉（中性）。成型工裝胎面每?jī)赡旮鼡Q氈布。然后將材料懸掛至滑軌上，使用中性肥皂水對(duì)玻璃兩面進(jìn)行清洗。

（4）材料加熱

將材料懸掛至烘箱滑軌，并送至烘箱內(nèi)加熱。升溫至160±5℃，并保溫14min。

（5）零件成型

零件出爐時(shí)，工人應(yīng)迅速、動(dòng)作協(xié)調(diào)一致，將零件取下。材料需在5秒鐘內(nèi)放到工裝胎面上。兩名工人端起風(fēng)擋材料應(yīng)同時(shí)置于工裝胎面上，不允許將零件離開胎面重新調(diào)整，并且材料兩端余量應(yīng)相當(dāng)。

然后迅速將成型工裝上蓋板扣下，并進(jìn)行人工壓緊。在材料冷卻10分鐘后，對(duì)材料表面按零件邊緣線進(jìn)行標(biāo)記，最后取下。

如果零件成型后出現(xiàn)折皺等質(zhì)量缺陷，可將玻璃回爐重新加熱成型。經(jīng)驗(yàn)表明重新成型次數(shù)不能超過(guò)3次。

（6）光學(xué)檢驗(yàn)

成型后的零件在暗室中對(duì)著光柵檢驗(yàn)零件的光學(xué)性能。對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷進(jìn)行打磨返修或者回爐返工。

（7）零件回火

零件在70±5℃的封閉潔凈空間內(nèi)，回火12-20小時(shí)。以便消除零件成型時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力。

（8）噴涂膠衣

為防止在儲(chǔ)存、周轉(zhuǎn)、裝配的過(guò)程中零件表面受到劃傷，對(duì)零件表面噴涂保護(hù)膠衣。

（9）切割零件

將零件放至銑切工裝上，按銑切工裝托架邊緣銑切零件外形，并去除銳邊及毛刺。銑切工具選擇轉(zhuǎn)速為20000轉(zhuǎn)/分鐘的高速手持銑槍。切割時(shí)應(yīng)注意銑刀與零件表面盡量成垂直狀態(tài)，避免銑到零件邊緣線內(nèi)。

（10）終檢打包

對(duì)零件進(jìn)行最終檢驗(yàn)，并貼零件標(biāo)示后進(jìn)行包裝周轉(zhuǎn)。

4 設(shè)備配備

4.1 烘箱

設(shè)備工作溫度160℃，爐溫均勻性±5℃。采用熱風(fēng)循環(huán)加熱方式，循環(huán)方式采用上下流動(dòng)形式，加熱空氣有過(guò)濾裝置，保證加熱空氣相對(duì)潔凈。烘箱帶有上掛式滑道。有溫度自動(dòng)記錄系統(tǒng)及報(bào)警系統(tǒng)。烘箱內(nèi)腔尺寸不小于2.5m（長(zhǎng)）×1.2m（寬）×2m（高），有效加熱面積不小于2m（長(zhǎng)）×1.5m（高）。

4.2 回火加熱設(shè)備

可將40m2封閉區(qū)域加熱至70℃，爐溫均勻性±5℃。采用熱風(fēng)循環(huán)加熱方式，加熱空氣有過(guò)濾裝置，保證加熱空氣相對(duì)潔凈。有溫度自動(dòng)記錄系統(tǒng)及報(bào)警系統(tǒng)。

4.3 工具

4.4 工裝

5 常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題

（1）霧氣：透過(guò)玻璃觀察，存在霧氣般的模糊。

產(chǎn)生原因：使用不當(dāng)?shù)那鍧崉ㄈ缇凭龋?/p>

解決措施：可通過(guò)對(duì)玻璃表面進(jìn)行拋光消除。

（2）細(xì)紋：玻璃內(nèi)部有裂痕，出現(xiàn)銀紋現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：玻璃在成型、回火、切割工序中由于內(nèi)部應(yīng)力釋放不均產(chǎn)生的。

解決措施：無(wú)

（3）劃傷：玻璃表面不同程度的凹陷。

產(chǎn)生原因：玻璃表面保護(hù)不當(dāng)，在制造、周轉(zhuǎn)等工序中對(duì)零件表面產(chǎn)生的劃傷。

解決措施：測(cè)量劃傷深度及面積。對(duì)于一定程度的劃傷可通過(guò)打磨和拋光進(jìn)行消除。

（4）畸變：玻璃的光學(xué)性能發(fā)生變形。

產(chǎn)生原因：由于對(duì)玻璃表面進(jìn)行打磨、拋光不均勻，產(chǎn)生的視覺(jué)差異。

解決措施：通過(guò)光柵檢驗(yàn)，劃定畸變區(qū)域，進(jìn)行進(jìn)一步的打磨、拋光，直至完全消除。

6 結(jié)束語(yǔ)

通用飛機(jī)風(fēng)擋玻璃成型工藝及工藝參數(shù)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)應(yīng)證，不僅效率高，而且合格率高。實(shí)踐證明上述成型工藝技術(shù)可行，而且滿足產(chǎn)量大、低成本制造的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]肖亮.飛機(jī)風(fēng)擋動(dòng)力響應(yīng)的MCA方法分析[D].沈陽(yáng)理工大學(xué)，2006.

[2]毛坤.某飛機(jī)座艙罩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化[D].西北工業(yè)大學(xué)，2007.

[3]顏鳴皋.中國(guó)航空材料手冊(cè)（第5冊(cè)）[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988.

[4]岳錫華，張維佳，趙屹.飛機(jī)座艙有機(jī)玻璃透明導(dǎo)電膜的制備及透光和微波散射性能[J].航空學(xué)報(bào)，1995，16（5）：545-551.

[5]吳志恩.國(guó)外飛機(jī)有機(jī)玻璃件成形中的質(zhì)量保證[J].航空工程與維修，1999（1）：40-42.

[6]陶公德.飛機(jī)透明件及其制造技術(shù)的發(fā)展[J].西飛科技，1991（4）：33-36.

[7]史偉琪.F-16飛機(jī)的透明件技術(shù)[J].航空制造工程，1997（5）：3-5.

[8]馮力軍，尹志華，干蘇，等.聚甲基丙烯酸甲酯疲勞裂紋擴(kuò)展的研究[J].高分子材料科學(xué)與工程，2000，16（6）：121-123.