研究生講義31

1、有機高分子材料應用簡介第七章第七章結(jié)構特征結(jié)構特征固有特性固有特性測定性能測定性能實際應用性能實際應用性能性能價格比性能價格比cost(price) performance成型工藝一、高機能一、高機能功能高分子材料（功能高分子材料（high functional polymer materials)一）抵抗材料（一）抵抗材料（resist materials)-感光樹脂感光樹脂光刻(photography)光抵抗材料（photo-resist): 正模型材料（positive type); 負模型材料（negative type)光模型制作（photo-pattern fabrication)

2、相片制版(photo-fabrication)、光刻蝕(photo-etching)光電成型 (photo-electroforming)應用集成電路（integrated circuit)大規(guī)模集成電路（large scale integrated circuit)應用半導體光刻技術（semi-conductor photolithography)126精細加工用抵抗材料（fine process resist materials)1813年法國njepce首先研究瀝青的光固性二）感光高分子類型二）感光高分子類型1、根據(jù)光照后物理性質(zhì)的變化分為：光致溶化型光致不溶化型光降解型光導電型光致變色

3、型等3、根據(jù)光反應的種類分為：光交聯(lián)型光聚合型光氧化還原型光二聚型光分解型等2、根據(jù)感光基團分為：重氮型、疊氮型、肉桂酸型、丙烯酸型1）感光型化合物+高分子型：由溶劑、感光型化合物（重鉻酸鹽、芳香族重氮、疊氮化合物、有機鹵素化合物）、染料、引發(fā)劑、不飽和高分子、增塑劑組成2）光聚合型：光敏劑+單體體系；光聚合單體+高分子體系3）帶有感光基團的高分子型：主要研究對象4、根據(jù)聚合物的形態(tài)和組成分類：合成方法a.將帶有感光基團的單體進行聚合或縮聚b.通過反應向高分子骨架上引入感光基團ch2=ch-c6h4-o-co-ch=ch-c6h5ch2=ch-c6h4-ch=ch-coohch2=ch-coo

4、ch2ch2oco-ch=ch-c6h5ch2=chcooch2- r 吡喃酮基ch2=chcooch2c(ch3)-cooch2ch(ch3)oco-c6h5-n3o=oo=o香豆素基-(-ch2-ch-)- + c6h5-ch=ch-cocloh-(-ch2-ch-)-o-co-ch=ch-c6h5改性方法：引入相應基團（如羥基、羧基、磺酸基）增加水溶性和成膜性能r=功功 能能部部 件件先進復合材料先進復合材料檢檢 測測換能敏感元件換能敏感元件換能功能換能功能傳傳 輸輸光纖光纜的纜芯和管光纖光纜的纜芯和管碳纖維或芳綸碳纖維或芳綸/樹脂基樹脂基存存 儲儲磁記錄和磁光記錄盤片磁記錄和磁光記錄盤

5、片磁性功能磁性功能處理與計算處理與計算大規(guī)模集成電路基片大規(guī)模集成電路基片 碳纖維碳纖維/銅銅計算機及終端用屏幕罩高頻計算機及終端用屏幕罩高頻覆銅電路板覆銅電路板半導體及導電性半導體及導電性鍵盤觸點鍵盤觸點柔性導電柔性導電執(zhí)執(zhí) 行行打印機機械零件打印機機械零件碳纖維碳纖維/樹脂基樹脂基機械手與機器人機械手與機器人碳纖維碳纖維/樹脂基或金屬基樹脂基或金屬基高分子復合材料在信息技術中的應用高分子復合材料在信息技術中的應用有機光導電材料（有機光導電材料（organic photoconductor materials)(opc)主要用在普通紙的復印機主要用在普通紙的復印機 （plane paper

6、copier,ppc)、激光打印機、數(shù)字打印機、等中作為感光體使用、激光打印機、數(shù)字打印機、等中作為感光體使用電子成像過程：物質(zhì)的靜電現(xiàn)象和光導電現(xiàn)象的組合過程（電子成像過程：物質(zhì)的靜電現(xiàn)象和光導電現(xiàn)象的組合過程（non-impact way)放電帶電露光現(xiàn)象感光體膜電阻大表面靜電光導電層電荷消失電阻減小帶有反電荷的可塑性粉末現(xiàn)象靜電轉(zhuǎn)移圖象清除opc感光體膜的構成感光體膜的構成電荷移動層（charge transport layer)電荷產(chǎn)生層（charge generation layer)導電層基板cgl ctllumohomohomo勵起ipip正孔cgl ctl勵起正孔ion-pot

7、ential (ip)eaeaelectron-affinity (ea)注入機理（模型）注入機理（模型）129三）電子成像用感光材料三）電子成像用感光材料明膠、高分子樹脂明膠、高分子樹脂黑白：鋇底，黑白：鋇底，baso4+明膠明膠彩色：涂塑，彩色：涂塑，tio2+聚乙烯聚乙烯四）光記錄材料（四）光記錄材料（optical memory materials)130光盤機能保存型（direct read after write media,draw)消去型（erasable-draw, e-draw)材料分類有機材料無機材料記錄原理熱模型（heat modle)光模型（photon modle)

8、同時有形狀變化沒有形狀變化開孔型（可逆、不可逆）氣泡成型（可逆、不可逆）苔蘚孔型（moss eye)(不可逆）相變化（結(jié)晶、非結(jié)晶/可逆、不可逆）光磁氣變化（可逆）分子結(jié)構變化（可逆、不可逆）形狀沒有變化-分子結(jié)構變化（可逆、不可逆）光盤構造緊密型夾心型pre-groove(pg)/pre-adrress(pa)fine patterndrive tracking驅(qū)動跟蹤標準光設置optical pick up伺服器（servo)色素和粘合劑溶劑（光記錄材料）涂膜熱處理密封光盤五）液晶顯示材料（五）液晶顯示材料（liquid crystal display materials)1311888年

9、澳大利亞植物學家reinizer發(fā)現(xiàn)（cholestro-derivatives)德國物理學家lehmann用偏光顯微鏡觀查此流動性和折射性（refraction)1960年美國rca group觀察到在電場下液晶分子的向列狀態(tài)（nematic state)和散亂現(xiàn)象當時電器、電子工業(yè)處于從真空管向半導體轉(zhuǎn)變時期，顯示器的小型化變得日益突出構成液晶分子的要素：構成液晶分子的要素：1 1）剛直、棒狀、板狀）剛直、棒狀、板狀2 2）細長）細長3 3）兩端帶有基團（兩端是永久極性）兩端帶有基團（兩端是永久極性）棒狀分子圓盤狀主鏈型液晶分子側(cè)鏈型液晶分子復合型液晶分子芳香族聚酰胺、芳香族聚酯等y=ch

10、-z單體共聚、硅化、酯化等六）非線形光學材料（六）非線形光學材料（non-linear optical materials)p = c(1)e + c(2)e2 + c(3)e3 + .半導體激光(l=0.84mm)l=0.42mmp: polarization induced in a molecule by a external electric field ethe values of c(n) are refer to macroscopic coefficients that measure the projection of the macroscopic molecular te

11、nsor on the unit cell.e例如：2-甲基-4-硝基苯胺ch3no2nh2shg (second harmonic generation)l=0.28mmthg (third harmonic generation)shgno2nh2-ch=ch-o2n-nme2132optical waveguide二次非線形光學材料所具備的條件：二次非線形光學材料所具備的條件：1）沒有對稱中心（）沒有對稱中心（noncentrosymmetric)2）共軛結(jié)構且具有極性）共軛結(jié)構且具有極性三次非線形三次非線形 (shg) 光學材料所具備的條件：主鏈方向具有長的共軛結(jié)構光學材料所具備的條件

12、：主鏈方向具有長的共軛結(jié)構例如：聚乙炔例如：聚乙炔 -ch = chn-solid-state polymerization of diacetylenemonomerpolydiacetylene (pda)characteristics of pda:1.single crystal2.one dimensional conjugated backbone electronic conducting materialselectrooptics, optics switches and modulatorsdqrrrrrrrrhn n or d d 133134七）光纖材料七）光纖材料(o

13、ptical fiber)塑料光纖(plastic optical fiber, pof)的構造和性質(zhì)分類:階梯指數(shù)型光纖 (step index, si) 分級指數(shù)型光纖(graded index, gi)q2qmaxn1n2si型光纖的折射率分布和光的傳播pmma n =1.49ps n = 1.59pvc n = 1.521.55pfe n = 1.35制作方法:corecladfiber應用:光纖通訊, 顯示器等纖纖芯芯包包層層保保護護套套135八）密封材料八）密封材料(sealing materials)集成電路中應用:對密封材料的要求：:1) 硬化時間短2) 膨脹率低3) 彈性低4

14、) 強度高5) 接著力強6）絕緣性好7）耐濕、耐熱、難燃8）熱傳導率高9）儲藏安定性主要是酚氧樹脂與環(huán)氧樹脂的反應物、橡膠、瀝青等防水工程：防水工程：sbs、app、pvc和再生膠改性瀝青卷材和再生膠改性瀝青卷材九）壓電材料（九）壓電材料（piezoelectricity materials) 可在耳機、高音喇叭等音響器械、醫(yī)用超聲波探子等醫(yī)療器械、傳感器等136壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應, 是典型的有源傳感器。當材料受力作用而變形時, 其表面會有電荷產(chǎn)生，從而實現(xiàn)非電量測量。壓電式傳感器具有體積小, 重量輕, 工作頻帶寬等特點, 因此在各種動態(tài)力、 機械沖擊與振動的測

15、量, 以及聲學、 醫(yī)學、力學、宇航等方面都得到了非常廣泛的應用。石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等材料是性能優(yōu)良的壓電材料。壓電薄膜有聚二氟乙烯pvf2、聚氟乙烯pvf、聚氯乙烯pvc、尼龍聚甲基-l谷氨酸脂pmg等。高分子壓電材料是一種柔軟的壓電材料，不易破碎，可以大量生產(chǎn)和制成較大的面積。十）導電性高分子材料十）導電性高分子材料常見導電高分子1977 年在紐約科學院年在紐約科學院塑料也能導電塑料也能導電2000年諾貝爾獎金獲得者年諾貝爾獎金獲得者：美國加里福尼亞大學物理學家黑格、賓夕法尼亞大學化學家馬克抵押米、日本筑波大學化學家白川英樹導電高分子材料按結(jié)構和制備方法分類：復合型、結(jié)構型導電高分子

16、材料按結(jié)構和制備方法分類：復合型、結(jié)構型1. 1.復合型復合型：以有機高分子材料為基體，加入一定數(shù)量的導電物質(zhì)組合而成。 如炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維、金屬氧化物等特點：兼有高分子材料易加工和金屬導電性：加工性好、工藝簡單、 耐腐蝕、電電阻率可調(diào)范圍大、價格低2.結(jié)構型結(jié)構型：高分子材料本身或經(jīng)少量參雜后具有導電性物質(zhì)（目前開發(fā)重點） 分為離子型（高分子固體電解質(zhì)）；電子型（以共軛高分子為主體）方法:將親水聚合物或結(jié)構性聚合物與基體高分子共混 將各種導電材料填充到基體高分子中例如：聚丙烯腈（pan)/（pvc），pan/pa（聚苯胺）抗靜電材料等與金屬和半導體相比較： 通過參雜，導電

17、高分子的室溫電導率可在絕緣體和導體之間，導電高分子可以拉伸，且隨拉伸而增加，垂直方向電導率不變，呈各向異性，載流子不同于金屬電子，也不同于半導體的孔穴或電子，而是用弧子、極化子、雙極化子概念abs/hips 共混、abs/pa共混制得高性能抗靜電復合材料電導率：103 s/cm以上為導體 10-8-103之間為半導體 小于10-8為絕緣體摻雜方法：化學摻雜就是加入不同氧化態(tài)的物質(zhì)，使之與聚合物接觸反應。 電化學摻雜是指聚合物作為電極，摻雜劑作為電解質(zhì)，在通電 的條件下使聚合物鏈發(fā)生氧化還原反應而直接改變其荷電狀態(tài)1.p型摻雜劑-在摻雜反應中作為電子的接受體。如：鹵素，路易斯酸（pf5,asf5

18、,bf3,sbf5); 質(zhì)子酸(hf,hcl,hno3,clso3h);過渡金屬鹵化物（nbf5,taf5,mof5,zrcl4,tei4); 過渡金屬化合物（四氰基乙烯（tcne),四氰基對苯昆二甲烷（tcnq),四氯對苯昆等 x聚合物 （聚合物y+）x + (xy)a- （聚合物y+）ay-x 2.n型摻雜劑-在摻雜反應中作為電子給予體。如：堿金屬（li,na,k);在電化學摻雜中常用 r4n+,r4p+(r=ch3,c6h5)x聚合物 （聚合物y-）x + (xy)m+ （聚合物y-）my+x i2i -. .+ +弧子、極化子、雙極化子概念：asf5na-na+壓合得到半導體p-n結(jié)器

19、件摻雜劑的類型：cie (0.33, 0.33) white organic led高效率有機白光照明二極體元件有機高分子光電材料十一）光導電和光致變色高分子材料十一）光導電和光致變色高分子材料光導電高分子材料基本原理空穴電子分離再結(jié)合外加電場 e光照結(jié)構要求：線性共軛高分子側(cè)鏈有大共軛結(jié)構高分子側(cè)鏈連接芳香胺或含氮雜環(huán)高分子可以摻雜電子接受體或授體小分子激發(fā)n=o-no2no2no2摻雜1969年美國ibm公司首次開發(fā) 在塑料中加入蓄光型發(fā)光材料經(jīng)加工就可制成發(fā)光塑料。發(fā)光塑料是近年來興起的一種高附加值新型功能材料。其產(chǎn)品如：交通領域通道標識、樓梯標識、標志線；發(fā)光涂料、發(fā)光開光、發(fā)光壁紙、

20、工藝品、玩具、體育休閑用品。光致變色高分子材料（photochromism)光致變色高分子材料（photochromism)基本原理一個化合物a，在受到一定波長的光照射下，可以進行特定的化學反應，獲得產(chǎn)物b，由于結(jié)構的改變導致其吸收光譜發(fā)生明顯的變化，而在另一波長的光照射下或熱的作用下，又能回復到原來的形式。 wavelength(nm)lalb1867年pritsche發(fā)現(xiàn)并四苯（黃色）無色1876年，meer觀察到二硝基甲烷鉀鹽hn1950年，定義化學物理現(xiàn)象，主要機理有：化學物理現(xiàn)象，主要機理有：鍵的均裂、異裂、順反互變異構、氫轉(zhuǎn)移互變異構、價鍵互變異構、鍵的均裂、異裂、順反互變異構、氫

21、轉(zhuǎn)移互變異構、價鍵互變異構、氧化還原反應、單線態(tài)氧化還原反應、單線態(tài)- -三線態(tài)吸收三線態(tài)吸收noch3o光光no-och3+鍵的異裂鍵的異裂螺苯并吡喃質(zhì)子轉(zhuǎn)移互變異構質(zhì)子轉(zhuǎn)移互變異構n-phohn-phoh氧化還原反應氧化還原反應=oo=oo=oo=oooo順反互變異構順反互變異構n = nn = n應用感光膠片光1光2抗輻射材料偽裝材料防偽印刷有機可擦拭激光光盤十二）生體醫(yī)療器械材料十二）生體醫(yī)療器械材料(medical materials)1).1).固定化材料固定化材料 用于固定各種酶用于固定各種酶原理：物理吸附、離子結(jié)合、生物特定結(jié)合方式把生體催化劑固定在載體上pva(纖維狀載體經(jīng)過

22、氨基化后吸附蛋白酶）用于固定微生物用于固定微生物固定方法1372）生物醫(yī)用高分子）生物醫(yī)用高分子3.）藥用高分子）藥用高分子高分子緩釋藥物載體高分子緩釋藥物載體高分子藥物高分子藥物藥物制劑和包裝用高分子材料藥物制劑和包裝用高分子材料 甲殼質(zhì)是從海洋甲殼類動物中提取的動物性纖維，是純天然活性物質(zhì)，無毒副作用，對人體甲殼質(zhì)是從海洋甲殼類動物中提取的動物性纖維，是純天然活性物質(zhì)，無毒副作用，對人體有良好的親和性，可螯合重金屬，被廣泛應用于各行業(yè)。利用甲殼胺的天然活性，用它作原料有良好的親和性，可螯合重金屬，被廣泛應用于各行業(yè)。利用甲殼胺的天然活性，用它作原料制成的制成的人工皮膚人工皮膚，在臨床使用中

23、反應很好。，在臨床使用中反應很好。 人造心臟人造心臟人造關節(jié)人造關節(jié)人工腎人工腎4).生物傳感器生物傳感器(bio-sensor)化學信號分子識別裝置生體催化劑（酶等）變換器/電極/半導體/光子計數(shù)器/熱敏器電信號酶傳感器（醇傳感器、番紅花糖、乳酸等）微生物傳感器組織傳感器免疫傳感器1385).5).透析膜（透析膜（dialysis membrane)活性層（細密層）支持層（多孔層）纖維素類（cellulose)合成高分子類（pmma、聚丙烯氰共聚物、聚酰胺、乙烯與乙烯醇的共聚物等）血液透析、血液過濾、血漿交換、分離要求：溶質(zhì)透過 透水性醇傳感器甘汞電極白金電極酶固定膜樣品十三）可降解高分子材

24、料十三）可降解高分子材料生物降解光降解光生物雙降解氧化降解復合降解淀粉+pe；淀粉+pva；淀粉+pvc天然大分子：淀粉；聚糖；纖維素合成高分子：生物合成:普魯士蘭、phbv（聚羥基戊酸丁酯）、phb（聚b羥基丁酸酯）化學合成：聚乳酸、聚己內(nèi)酯等添加光敏劑：金屬配合物；羰基聚合物淀粉+光敏劑+光降解樹脂地膜容器包裝十四）能源材料十四）能源材料 太陽能電池材料太陽能電池材料是新能源材料研究開發(fā)的熱點，ibm公司研制的多層多層復合復合太陽能電池，轉(zhuǎn)換率高達40%。美國能源部在全部氫能研究經(jīng)費中，大約有50%用于儲氫儲氫技術。固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關鍵是電池材料，如固體

25、電解質(zhì)薄膜固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機質(zhì)子交換膜有機質(zhì)子交換膜等，都是目前研究的熱點。 och2ooch2ooch2ooch2ossssn/4active layersmuanodebuffer layercathode太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置 固體氧化物燃料電池： 固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池是一種新型綠色能源裝置，比質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池有更高的轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能效果，可減少二氧化碳排放50%，不產(chǎn)生nox，已成為發(fā)達國家重點研究開發(fā)的新能源技術。但目前研究的固體氧化物燃料電池的工作溫度

26、達800900，其關鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發(fā)展的瓶頸。應突破的關鍵技術主要有：a）高性能電極高性能電極材料材料及其制備技術；b）新型電解質(zhì)材料新型電解質(zhì)材料及電極支撐電解質(zhì)隔膜電極支撐電解質(zhì)隔膜的制備技術；c）電池結(jié)構優(yōu)化設計及其制備技術；d）電池的結(jié)構、性能與表征的研究光電轉(zhuǎn)換效率大于18%的硅基太陽能電池硅基太陽能電池商品化； 研制出光電轉(zhuǎn)換效率大于18%的低成本、大面積、可商業(yè)化的硅基太陽能電池及其組件。 太陽能的綜合利用 (光電、熱電光電、熱電、熱交換)及其與風力發(fā)電風力發(fā)電的耦合技術；建立總體利用效率達15%的追尾聚集光式太陽能光電、熱電、熱交換系統(tǒng)并實用化，

27、建立太陽能綜合利用與風力發(fā)電耦合的實用型分布式地面電站，并可并網(wǎng)供電。 功 能構 件先進復合材料新能源太陽能發(fā)電太陽能電池結(jié)構支架碳纖維樹脂基太陽能發(fā)電熱變換器的吸熱層吸熱功能風力發(fā)電機葉片及塔身混雜碳纖維樹脂基核能源核同位素分離離心機轉(zhuǎn)子碳纖維樹脂基核能源核燃料包覆管碳纖維碳節(jié)能汽車轉(zhuǎn)動軸、輪箍活塞碳纖維樹脂基汽車活塞連桿及銷子氧化鋁纖維鋁燃氣渦輪發(fā)動機渦輪葉片陶瓷基和耐高溫金屬基儲能高效鉛酸蓄電磁電極碳纖維鉛高能鋰電池固體電解質(zhì)離子導電功能在能源技術中先進復合材料的應用在能源技術中先進復合材料的應用十五）高級功能復合高分子材料簡介碳纖維復合材料、玻璃鋼、玻璃纖維復合材料等力結(jié) 構 復 合

28、材 料電 、 磁 、 光 、 熱 、 放 射 性耐 腐 蝕 、 耐 燒 蝕 、 生 物 相 容 性 、 隱 身 等功 能 復 合 材 料復 合 材 料復合材料按功能分類復合材料按功能分類熱固性熱塑性樹脂基金屬基碳基玻璃基水泥基陶瓷基復合材料復合材料按基體材料分類復合材料按基體材料分類 40年代，玻璃纖維增強塑料（gfrp）復合材料發(fā)展的第一代 6080年代，先進復合材料-復合材料發(fā)展的第二代 80 年，先進復合材料充分發(fā)展-復合材料發(fā)展的第三代先進復合材料的發(fā)展史玻璃纖維：成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等 碳纖維：用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得 一

29、 維 ： 長 纖 維 、 短 纖 維 和 晶 須二 維 ： 碎 片 納 米 材 料三 維 ： 粒 子增 強 相界 面 相陶 瓷 基金 屬 基高 聚 物 基基 體 相復 合 材 料 的 組 成classification of composite materials 第一件是美國全部用碳纖維復合材料制成一架八座商用飛機里爾芳2100號，并試飛成功，這架飛機僅重567kg，它以結(jié)構小巧重量輕而稱奇于世。 第二件是采用大量先進復合材料制成的哥倫比亞號航天飛機，這架航天飛機用碳纖維/環(huán)氧樹脂制作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維/環(huán)氧樹脂制造各種壓力容器，用硼/鋁復合材料制造主機身隔框和

30、翼梁，用碳/碳復合材料制造發(fā)動機的噴管和喉襯，發(fā)動機組的傳力架全用硼纖維增強鈦合金復合材料制成，被覆在整個機身上的防熱瓦片是耐高溫的陶瓷基復合材料。在這架代表近代最尖端技術成果的航天收音機上使用了樹脂、金屬和陶瓷基復合材料。 第三件是在波音767大型客機上使用了先進復合材料作為主承力結(jié)構，飛機使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料制造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件，不僅使飛機結(jié)構重量減輕，還提高了飛機的各種飛行性能。復合材料在這幾個飛行器上的成功應用，表明了復合材料的良好性能和技術的成熟，這對于復合材料在重要工程結(jié)構上的應用是一個極大的推動。 樹脂基復合材料樹脂基

31、復合材料先進復合材料投入應用先進復合材料投入應用-三件成果意義三件成果意義碳纖維/環(huán)氧樹脂碳纖維/芳綸/環(huán)氧樹脂玻璃纖維增強塑料芳綸/杜邦聚酰胺芳綸/泡沫芯板碳纖維/杜邦聚酰胺飛機上用的復合材料飛機上用的復合材料glare蒙皮用于蒙皮用于a380飛機的上機身蒙皮飛機的上機身蒙皮b-2隱形轟炸機 除主體結(jié)構是鈦復合材料外，其它部分均由碳纖維和石墨等復合材料構成，不易反射。采用高分子復合材料制作浮雕和雕塑military kevlar helmets ballistic clothing+二汽二汽北京北京長安長安華晨華晨上海上海一汽一汽廣州廣州examples of commercially us

32、ed composites materials 玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料（glass mat reinforced thermorplastic）以玻璃纖維（氈）為增強材料，熱塑性樹脂為基體，通過加溫、加壓制成復合材料，簡稱gmt，是目前國際上極為活躍的復合材料開發(fā)品種，被視為世紀新材料之一。輕質(zhì)高強度的gmt片材，通過結(jié)構優(yōu)化設計，可取代部分金屬材料，獲得顯著的減重效果，而且節(jié)省模具費用，（僅為金屬沖壓模具的1020），并有利于多種零件組合，形成模塊化生產(chǎn)方式。用gmt片材可較原金屬件減重3080，能耗僅為鋼制品的6080，鋁制品的3550，價格低于同體積的金屬制品。gmt片材在汽車工業(yè)

33、中的應用，已達40多種，主要有座椅骨架、保險杠、儀表板、發(fā)動機罩、電池托架、腳踏板、前端、地板、護板、后牽門、車頂棚、行李托架、遮陽板、備用輪胎架等部件。車用熱塑性復合材料車用熱塑性復合材料a.玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料（玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料（gmt）車用熱固性復合材料車用熱固性復合材料 玻纖增強樹脂(frp)如:玻纖增強不飽和聚脂片狀模壓成型smc（sheet molding compound）、團狀模壓成型bmc、沖壓成型片材（stampable sheet）等與其他高分子材料相比具有強度高、剛度大、耐高溫、成本低,破損安全性好，獨特的成型工藝（可整體成型），減少了零部件緊固和接

34、頭數(shù)目等優(yōu)異性能等優(yōu)點，一直是汽車覆蓋件最理想的非金屬材料。b長纖維增強熱塑性復合材料（長纖維增強熱塑性復合材料（lft）lft增強材料是纖維連續(xù)紗或者短切玻璃纖維（適合于lft-d），其組成材料可以是玻璃纖維、芳基纖維、碳纖維、鋼纖維和其他能夠形成連續(xù)紗的纖維。lft-g的基體聚合物可以是各種熱塑性塑料，常用的有pp（56），nylon（32），其他的還有abs、pps、tpu（熱塑性聚氨酯 ）、pom（聚甲醛）等等。為了改善界面強度，通常還需要界面改性劑，如偶聯(lián)劑以及相容劑。 lft材料現(xiàn)在廣泛應用在汽車工業(yè)中。ticona公司的lft產(chǎn)品（celstran和compel）成功的應用在vw

35、 golf 型上。c天然纖維增強熱塑性復合材料（天然纖維增強熱塑性復合材料（nmt）傳統(tǒng)的纖維增強復合材料是由玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維或碳纖維等人造合成纖維組成的，它們一般都存在著耗能大、造價高、易造成環(huán)境污染等問題。與玻璃纖維及碳纖維相比，各種天然纖維(如麻纖維、竹纖維、甘蔗渣纖維等)具有價廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點，其復合材料的研究與開發(fā)應用，近年來成為人們對材料研究開發(fā)的熱點之一。天然纖維復合材料在汽車工業(yè)的應用目前還局限在汽車內(nèi)飾件上。戴姆勒-克萊斯勒公司已經(jīng)成功的將天然纖維復合材料應用在了其生產(chǎn)的奔馳e系列轎車上。先前此類車的車門、車內(nèi)部件用的是木纖維復合材料，現(xiàn)在用亞麻/劍

36、麻氈增強的環(huán)氧樹脂進行了替換，使得重量減輕了20%左右，而且，機械性能也得到了改善，尤其是對于安全保護方面。另外，用亞麻/劍麻氈增強復合材料能夠成型更為復雜的立體構件，因此，這也更適用于車門外貼板等部件，以替換先前的材料。福特汽車公司設在德國的材料工程部門在研究亞麻/pp注射成型方面取得了相當?shù)倪M展，在新型的福特車中這種材料將用于制造冷卻器架和引擎擋板等部件。用這種材料制造的部件重量比用玻璃纖維增強的材料輕25%左右。各種天然纖維(如麻纖維、竹纖維、甘蔗渣纖維等)具有價廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點，其復合材料的開發(fā)應用，近年來成為人們對材料研究開發(fā)的熱點之一。天然纖維復合材料在汽車工業(yè)的應

37、用目前還局限在汽車內(nèi)飾件。汽車零部件汽車零部件纖維種類纖維種類聚合物聚合物纖維含量纖維含量 %車門板/襯墊洋麻/大麻，50/50聚丙烯50木纖維聚丙烯50雜物箱/后擱物架洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50木纖維酚醛樹脂85座位靠板/貨車車廂地板亞麻聚丙烯50備胎蓋/車身后壁板亞麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50其它內(nèi)裝飾板洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50天然纖維復合材料在汽車中的應用天然纖維復合材料在汽車中的應用(nmt)大麻的果實和花頂部分經(jīng)壓搓后滲出的樹脂制成纖維 幾十年前即有預言，碳纖維增強復合材料將取代金屬，用于制造汽車底盤，這一預言正逐步實現(xiàn)。 2003年daimlerchrysler公司推出的do

38、dge viper型跑車的擋板支架系統(tǒng)所采用的材料碳纖維復合材料,這項技術也是碳纖維在大型底盤和車身外部部件上的首次應用。碳纖維復合材料的擋板支架薄壁雖只有2mm，卻能支撐著整個車身前端，而且有34個零件在這里聯(lián)結(jié)，剛性提高了22。近年來，日本開始研究采用碳纖復合材料,基體樹脂采用具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚醚酮，這樣碳纖復合材料的比抗拉強度優(yōu)于鋁合金的比抗拉強度。代替目前正在使用的鋁合金來制造汽車渦輪增壓器壓氣機葉輪，具有強度高、耐久性好和可靠性高的優(yōu)點，并使葉輪質(zhì)量減輕了48，降低了轉(zhuǎn)子慣量，提高了轉(zhuǎn)子加速性能，縮短了渦輪增壓器的響應滯后。近年來，世界各國都致力于研究新一代磨阻材料取代石棉摩

39、擦材料，其中碳纖維復合材料具有比強度高、比彈性高，耐熱性好，耐磨損等優(yōu)點，已成為增強效果很好的石棉代用品。碳纖維陶瓷剎車盤裝置，國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)并有出口。碳纖維增強復合材料復合材料汽車零部件復合材料汽車零部件外裝飾件：保險杠、擋泥板、車輪罩、導流板、前后翼子板、舉升門等。其應用特點是以塑代鋼，減輕汽車自身質(zhì)量； 內(nèi)裝飾件：儀表板、車門內(nèi)板、副儀表板、雜物箱蓋、座椅及各類護板等。其應用特點是安全、環(huán)保和舒適； 功能與結(jié)構件：油箱、散熱器水室、空濾器罩、風扇葉片以及發(fā)動機進氣管、氣缸蓋罩等。其應用以采用高強度復合材料為特點；車型 前大燈材料后燈材料 標致 607 pp, pc, upabs, pm

40、ma 福特 蒙迪歐pp tv40, pc, upabs, pmma audi a4pp t40, pc, uppc+abs,pmma 福特嘉年華pp td20, pc, up gf15abs, pmma 大眾途安pp tv40,pc, up (gf+md)abs, pmma汽車在質(zhì)量上和檔次上的提高，汽車燈具不再是一種單純的安全件，而且成為汽車上重要的外飾件。為適應這種趨勢，汽車燈具正在逐步向全塑化發(fā)展。前大燈。考慮到大燈玻璃的透明性、耐候性、耐沖擊性以及易于成型加工，多數(shù)表面采用涂敷硬臘的pc材料，從而進一步提高了耐擦傷和耐候性。前大燈反射鏡殼，為了滿足耐熱性以及表面處理要求，一般采用bmc

41、、pps、pc、pbt等制成。后排指示組合燈。燈罩材料為pmma，燈殼為填充改性pp，它們之間用熱熔膠粘結(jié)劑粘接。隨著振動焊接技術的發(fā)展，燈殼材料開始采用耐候abs，這樣燈殼和燈罩之間可用振動焊接，也便于材料的再生利用。 車燈部件車燈部件不同車型車燈的所采用的材料不同車型車燈的所采用的材料頂棚頂棚1990年乙烯基聚酯樹脂熱固性樹脂復合材料制造的塑料氣門室蓋首次使用于美國汽車上塑料材料可選用玻璃纖維增強pa、玻璃纖維增強pet，如美國杜邦公司的minlon21c（pa+玻璃纖維和礦物填充劑）和rynite935（pet+玻璃纖維）。amcomo公司擬將聚鄰苯二甲酰胺和pi用于制造氣門室蓋，這些材

42、料都具有翹曲小、熱穩(wěn)定、高沖擊韌性、尺寸穩(wěn)定等特點。進氣歧管進氣歧管氣門室蓋氣門室蓋(1)無縫氣囊儀表板、雙色保險杠等制造技術無縫氣囊儀表板、雙色保險杠等制造技術(2)用于吸能塊的可發(fā)性用于吸能塊的可發(fā)性pp原材料技術和聚丙烯原材料技術和聚丙烯co2氣相氣相板材發(fā)泡技術；板材發(fā)泡技術；(3)塑料進氣岐管、塑料油箱、夾層玻璃粘接層等關鍵材塑料進氣岐管、塑料油箱、夾層玻璃粘接層等關鍵材料國產(chǎn)化：料國產(chǎn)化：進氣岐管用玻纖增強pa(適用于激光焊接的尼龍牌號)；油箱專用粘接劑、阻隔料（evoh）和超高分子量hdpe；燃油管、剎車管用尼龍11尼龍12；凡聚合物大分子的主鏈由芳香環(huán)和酰胺鍵構成，且其中至少8

43、5%的酰胺基直接鍵合在芳香環(huán)上，每個重復單元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接與芳香環(huán)中的碳原子相連接并置換其中的一個氫原子的聚合物稱為芳香族聚酰胺纖維，我國定名為芳綸纖維（包括兩大類：全苯環(huán)；雜環(huán)）。表面膜 surface coatcarbon hybrid cloth碳纖維編紗束 carbon roving碳纖維布 carbon cloth尿烷芯材 urethane core 竹子地板 地毯則可以選擇耐久的羊毛制品或者pet地毯 主要采用水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等 用于戶外美化環(huán)境的產(chǎn)品：可以回收的塑料做成長椅、桌子和交通標志牌。139二二. .物理化學機能材料物理化學機能材料1. 1

44、.離子交換樹脂離子交換樹脂硬水軟化、鹽水脫鹵、純水化、排水處理、超純水、電鍍（plating)表面處理液的精制、貴金屬回收、糖、氨基酸、醫(yī)藥精制等化學構造化學構造：三次網(wǎng)狀的高分子 引入離子交換基1 1）陽離子交換樹脂：）陽離子交換樹脂：-so3h(強酸性）、強酸性）、-cooh,-po(oh)2(弱酸性）弱酸性）2）陰離子交換樹脂：）陰離子交換樹脂：-n(ch3)3+cl-, -n(ch3)2ch2ch2oh+cl-機理：中和反應、中性鹽分解、復分解反應so3h+ na+ oh- -so3-na+ + h2o+ na+cl- -so3+na+ + h+cl-so3-na+ + k+cl- -

45、so3-k+ + na+cl-ch2=chch2=chch=ch2-ch2-ch-ch2-chn- -ch-ch2n-h2so4/hno3clch2och3n(ch3)2ch2ch2ohn(ch3)3ch=ch2coor-ch2-ch-ch2-chn-ch-ch2n-coor1)naoh2)hcl3)兩性離子交換樹脂（表面帶有陽、陰離子交換基）兩性離子交換樹脂（表面帶有陽、陰離子交換基）-coo-h+ho-hr2n+-+ na+cl-coo-na+cl-hr2n+-+ h2o低溫高溫熱再生樹脂（sirotherm)-coo-h+ho-hr2n+-+ na+cl-低溫高溫-coo-na+cl-h

46、r2n+-+ h2o4)鏊和物交換樹脂（鏊和物交換樹脂（chelate)-cooh-cooh+ ni(nh3)42+-coo-coo ni(nh3)2h3+n(ch2)3nh3+-coo-coo ninh2nh2濃氨水-coo-coo ni(nh3)2h3+n(ch2)3nh3+1402.離子交換膜：離子交換膜：陽離子離子交換膜陰離子交換膜例如：煙草聚硅烷濾嘴材料3. 3.氣體分離膜氣體分離膜構造：均質(zhì)膜（分離膜的特性）多孔膜非對稱膜布-o-c6h4-c(ch3)2-c6h4-o-c6h4-s-c6h4-n-o=o141nnr=oo=o=o尿不濕尿不濕pvcpe尿布尿布尿不濕尿不濕吸水紙吸水紙

47、吸水纖維吸水纖維水溶性聚酯水溶性聚酯4. 4. 高吸水性和吸油性高分子材料（高吸水性和吸油性高分子材料（super absorbent polymer,sap)荒荒 漠漠 化化吸水原理：吸水原理：- =- = coo-+ = na+; h3o+ +-+ +- -+ -+ -+ -+ -+ +- -+ -+ -+溶液+ -+ -ch=ch2cooch3ch=ch2ococh3-ch-ch2n-cooch3-ch-ch2n-ococh3-ch-ch2n-coona-ch-ch2n-ohch2=ch-c6h4-r + ch2=ch-c6h4-ch=ch2 + 交聯(lián)劑二維二維也可用淀粉、纖維素等天然高

48、分子化合物與丙烯酸、苯乙烯磺酸聚合也可用淀粉、纖維素等天然高分子化合物與丙烯酸、苯乙烯磺酸聚合用聚丙烯酸或聚乙烯醇合成用聚丙烯酸或聚乙烯醇合成5. 表面機能材料（通過一定方法使表面具有一定的性能）表面機能材料（通過一定方法使表面具有一定的性能） 設計合成新的高分子方法設計合成新的高分子方法 對有一定性能材料表面進行標記（對有一定性能材料表面進行標記（brand)、沉積（、沉積（deposited)、涂膜（、涂膜（coating)、 接支處理使表面改性接支處理使表面改性glow反轉(zhuǎn)內(nèi)部移動hydrophile(親水性）hydrophobicity(疏水性）142表面處理表面處理 在高分子材料表面

49、鍍金屬（如銀、銅在高分子材料表面鍍金屬（如銀、銅/鎳）和噴涂耐老化涂料鎳）和噴涂耐老化涂料（如漆、石蠟）作為保護層。（如漆、石蠟）作為保護層。1 1）非帶電表面）非帶電表面界面活性劑界面活性劑親水表面帶電放電（漏電）水分陽離子性界面活性劑（如：rso3na,roso3na, etc)陰離子性界面活性劑(n(ch3)4+x-)兩性界面活性劑(r-n(ch3)2ch2coo-)原理：2）防霧表面）防霧表面方法：表面親水化（吸附的水形成很薄的膜、光的散射減少） 表面疏水化（附著的水由于自重、震動而脫離） 表面層吸收一般鏡片防霧防水鏡片界面活性劑膜（親水性、疏水性或兩者結(jié)合）1433 3）潤滑表面）潤滑表面聚乙烯毗咯烷酮在聚氯乙烯表面涂層11.11.光學制品材料光學制品材料光學透鏡（optics lens)塑料透鏡：易加工成型、重量輕、不易碎裂、易染色；種類少、耐熱性差、易劃傷、吸水性塑料透鏡種類