碳纖維論文(碳纖維論文2000字)

酒泉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2周前 ( 11-23 03:38 ) 7324 搶沙發(fā)

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本文目錄一覽：

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有關(guān)高分子材料畢業(yè)論文

高分子材料作為一種重要的材料,，經(jīng)過(guò)約半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展巳在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的作用。下文是我為大家整理的有關(guān)高分子材料畢業(yè)論文的范文,，歡迎大家閱讀參考!

有關(guān)高分子材料畢業(yè)論文篇1

淺析高分子材料成型加工技術(shù).

【摘要】高分子材料成型加工技術(shù)在工業(yè)上取得的飛速發(fā)展,，介紹高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展情況,，探討其創(chuàng)新研究，并詳細(xì)闡述高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),。

【關(guān)鍵詞】高分子材料;成型加工;技術(shù)

近年來(lái),，某些特殊領(lǐng)域如航空工業(yè)、國(guó)防尖端工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)聚合物材料的性能提出了更高的要求,，如高強(qiáng)度,、高模量、輕質(zhì)等,，各種特定要求的高強(qiáng)度聚合物的開(kāi)發(fā)研制越來(lái)越顯迫切,。

一、高分子材料成型加工技術(shù)發(fā)展概況

近50年來(lái),，高分子合成工業(yè)取得了很大的進(jìn)展,。例如，造粒用擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)有了很大的改進(jìn),，產(chǎn)量有了極大的提高,。20世紀(jì)60年代主要采用單螺桿擠出機(jī)造粒，產(chǎn)量約為3t/h;70年代至80年代中期,，采用連續(xù)混煉機(jī)+單螺桿擠出機(jī)造粒,，產(chǎn)量約為10t/h;80年代中期以來(lái)。采用雙螺桿擠出機(jī)+齒輪泵造粒,，產(chǎn)量可以達(dá)到40-45t/h,，今后的發(fā)展方向是產(chǎn)量可高達(dá)60t/h。

在l950年,，全世界塑料的年產(chǎn)量為200萬(wàn)t,。20世紀(jì)90年代。塑料產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率為5.8%,，2000年增加至1.8億t至2010年,，全世界塑料產(chǎn)量將達(dá)3億t，此外,。合成工業(yè)的新近避震使得易于璃確控制樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu),，加速采用大規(guī)模進(jìn)行低成本的生產(chǎn)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,，節(jié)能,、高速、美觀,、環(huán)保,、乘坐舒適及安全可靠等要求對(duì)汽車越來(lái)越重要.汽車規(guī)模的不斷擴(kuò)大和性能的提高帶動(dòng)了零部件及相關(guān)材料工業(yè)的發(fā)展。為降低整車成本及其自身增加汽車的有效載荷，提高塑料類材料在汽車中的使用量便成為關(guān)鍵,。

據(jù)悉,，目前汽車上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的傳統(tǒng)汽車材料(如鋼鐵等)。因此,，汽車中越來(lái)越多的金屬件由塑料件代替,。此外，汽車中約90%的零部件均需依靠模具成型,，例如制造一款普通轎車就需要制造1200多套模具,，在美國(guó)、日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家,，模具產(chǎn)業(yè)超過(guò)50%的產(chǎn)品是汽車用模具。

目前,，高分子材料加工的主要目標(biāo)是高生產(chǎn)率,、高性能、低成本和快捷交貨,。制品方面向小尺寸,、薄壁、輕質(zhì)方向發(fā)展;成型加工方面,，從大規(guī)模向較短研發(fā)周期的多品種轉(zhuǎn)變,，并向低能耗、全回收,、零排放等方向發(fā)展,。

二、現(xiàn)今高分子材料成型加工技術(shù)的創(chuàng)新研究

(一)聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備

聚合物反應(yīng)加工技術(shù)是以現(xiàn)雙螺桿擠出機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的,。國(guó)外的Berstart公司已開(kāi)發(fā)出作為連續(xù)反應(yīng)和混煉的十螺桿擠出機(jī),，可以解決其它擠出機(jī)(包括雙螺桿和四螺桿擠出機(jī))作為反應(yīng)器所存在的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)反應(yīng)成型加工技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)還處于起步階段,，但我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)烈要求聚合物反應(yīng)成型加工技術(shù)要有大的發(fā)展,。指交換法聚碳酸酯(PC)連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)是縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)擠出設(shè)備，我國(guó)每年還有數(shù)以千萬(wàn)噸計(jì)的改性聚合物及其合金材料的生產(chǎn),。關(guān)鍵技術(shù)也是反應(yīng)擠出技術(shù)及設(shè)備,。

目前國(guó)內(nèi)外使用的反應(yīng)加工設(shè)備從原理上看都是傳統(tǒng)混合、混煉設(shè)備的改造產(chǎn)品,，都存在傳熱,、傳質(zhì)過(guò)程、混煉過(guò)程,、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程難以控制,、反應(yīng)產(chǎn)物分子量及其分布不可控等問(wèn)題.另外設(shè)備投資費(fèi)用大、能耗高,、噪音大,、密封困難等也都是傳統(tǒng)反應(yīng)加工設(shè)備的缺陷,。聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上都完全不同，該技術(shù)是將電磁場(chǎng)引起的機(jī)械振動(dòng)場(chǎng)引入聚合物反應(yīng)擠出全過(guò)程,，達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能的目的。

該技術(shù)首先從理論上突破了控制聚合物單體或預(yù)聚物混合混煉過(guò)程及停留時(shí)間分布不可控制的難點(diǎn),，解決了振動(dòng)力場(chǎng)作用下聚合物反應(yīng)加工過(guò)程中的質(zhì)量,、動(dòng)量及能量傳遞及平衡問(wèn)題，同時(shí)從技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問(wèn)題,。新設(shè)備具有體積重量小,、能耗低、噪音低,、制品性能可控,、適應(yīng)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),，這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)技術(shù)與設(shè)備無(wú)法比擬或是根本沒(méi)有的,。該項(xiàng)新技術(shù)使我國(guó)聚合物反應(yīng)加工技術(shù)直接切人世界技術(shù)前沿，并在該領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位,。

(二)以動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)

1.信息存儲(chǔ)光盤(pán)盤(pán)基直接合成反應(yīng)成型技術(shù),。此技術(shù)克服傳統(tǒng)方式的中間環(huán)節(jié)多、周期長(zhǎng),、能耗大,、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程易受污染、成型前處理復(fù)雜等問(wèn)題,，將光盤(pán)級(jí)PC樹(shù)脂生產(chǎn),、中間儲(chǔ)運(yùn)和光盤(pán)盤(pán)基成型三個(gè)過(guò)程整合為一體，結(jié)合動(dòng)態(tài)連續(xù)反應(yīng)成型技術(shù),，研究酯交換連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù),，研制開(kāi)發(fā)精密光盤(pán)注射成型裝備，達(dá)到節(jié)能降耗,、有效控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的,。

2.聚合物/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料物理場(chǎng)強(qiáng)化制備新技術(shù)。此技術(shù)在強(qiáng)振動(dòng)剪切力場(chǎng)作用下對(duì)無(wú)機(jī)粒子表面特性及其功能設(shè)計(jì)(粒子設(shè)計(jì)),，在設(shè)計(jì)好的連續(xù)加工環(huán)境和不加或少加其它化學(xué)改性劑的情況下,，利用聚合物使無(wú)機(jī)粒子進(jìn)行原位表面改性、原位包覆,、強(qiáng)制分散,，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備聚合物/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料。

3.熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)全硫化制備技術(shù)。此技術(shù)將振動(dòng)力場(chǎng)引入混煉擠出全過(guò)程,，控制硫化反直進(jìn)程,，實(shí)現(xiàn)混煉過(guò)程中橡膠相動(dòng)態(tài)全硫化.解決共混加工過(guò)程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問(wèn)題。研制開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備,，提高我國(guó)TPV技術(shù)水平,。

三、高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái),，各個(gè)新型成型裝備國(guó)家工程研究中心在出色完成了國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃預(yù)備項(xiàng)目和國(guó)家“八五”,、“九五”重點(diǎn)科技計(jì)劃(攻關(guān))等項(xiàng)目同時(shí)，非常注重科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化,，完成產(chǎn)業(yè)化工程配套項(xiàng)目20多項(xiàng),，創(chuàng)辦了廣州華新科機(jī)械有限公司和北京華新科塑料機(jī)械有限公司，使其有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)與裝備在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用,。塑料電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出設(shè)備已形成了7個(gè)規(guī)格系列,，近兩年在國(guó)內(nèi)20多個(gè)省、市,、自治區(qū)推廣應(yīng)用近800臺(tái)(套)。銷售額超過(guò)1.5億元,，還有部分新設(shè)備銷往荷蘭,、泰國(guó)、孟加拉等國(guó)家.產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。

例如PE電磁動(dòng)態(tài)發(fā)泡片材生產(chǎn)線2000年和2001年僅在廣東即為國(guó)家節(jié)約外匯近1600萬(wàn)美元,，每條生產(chǎn)線一年可為制品廠節(jié)約21萬(wàn)k的電費(fèi)。塑料電磁動(dòng)態(tài)注塑機(jī)已開(kāi)發(fā)完善5個(gè)規(guī)格系列,，投入批量生產(chǎn)并推向市場(chǎng);塑料電磁動(dòng)態(tài)混煉擠出機(jī)的中試及產(chǎn)業(yè)化工作已完成,，目前開(kāi)發(fā)完善的4個(gè)規(guī)格正在生產(chǎn)試用。并逐步推向市場(chǎng)目前新設(shè)備的市場(chǎng)需求情況很好,，聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心正在對(duì)廣州華新科機(jī)械有限公司進(jìn)行重組,。將技術(shù)與資本結(jié)合，引入新的管理,、市場(chǎng)等機(jī)制,，爭(zhēng)取在兩三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)新設(shè)備年銷售額超億。我國(guó)已加入WTO,，各個(gè)行業(yè)都將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

綜上所述,，我國(guó)必須走具有中國(guó)特色的發(fā)展高分子材料成型加工技技術(shù)與裝備的道路,，打破國(guó)外的技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)由跟蹤向跨越的轉(zhuǎn)變;把握技術(shù)前沿，培育自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),。促進(jìn)科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)界的結(jié)合,，加快成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的進(jìn)程，加快我國(guó)高分子材料成型加工高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是必由之路,。

參考文獻(xiàn)：

[1]Chris Rauwendaal,，Polymer Extrusion，Carl Hanser Verlag,，Munich/FkG,，l999.

[2]瞿金平，聚合物動(dòng)態(tài)塑化成型加工理論與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,，2005 427435.

[3]瞿金平,，聚合物電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出方法及設(shè)備[J].中國(guó)專利9O101034.0，I990;美國(guó)專利5217302,，1993.

有關(guān)高分子材料畢業(yè)論文篇2

淺論高分子材料的發(fā)展前景

摘要：隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展,，以及人們對(duì)知識(shí)的追求，對(duì)高分子材料的性能提出了各種各樣新的要求?，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。本文主要分析了高分子材料的發(fā)展前景和發(fā)展趨勢(shì),。

關(guān)鍵詞：高分子材料;發(fā)展;前景

一高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

高分子材料作為一種重要的材料,，經(jīng)過(guò)約半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展巳在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的作用。從高分子材料與國(guó)民經(jīng)濟(jì),、高技術(shù)和現(xiàn)代生活密切相關(guān)的角度說(shuō),，人類已進(jìn)人了高分子時(shí)代。高分子材料工業(yè)不僅要為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的衣食住行用等不斷提供許多量大面廣,、日新月異的新產(chǎn)品和新材料又要為發(fā)展高技術(shù)提供更多更有效的高性能結(jié)構(gòu)材料和功能性材料,。

鑒于此，我國(guó)高分子材料應(yīng)在進(jìn)一步開(kāi)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)展五個(gè)方向：工程塑料，復(fù)合材料,，液晶高分子材料,，高分子分離材料，生物醫(yī)用高分子材料,。近年來(lái),，隨著電氣,、電子、信息,、汽車,、航空、航天,、海洋開(kāi)發(fā)等尖端技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展和為了適應(yīng)這一發(fā)展的需要并健進(jìn)其進(jìn)? 步的發(fā)展,，高分子材料在不斷向高功能化高性能化轉(zhuǎn)變方面日趨活躍，并取得了重大突破,。

二高分子材料各領(lǐng)域的應(yīng)用

1高分子材料在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用

高分子材料在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,， “ 以塑代鋼” ，“ 塑代鐵” 成為目前材料科學(xué)研究的熱門(mén)和重點(diǎn),。這類研究拓寬了材料選用范圍,，使機(jī)械產(chǎn)品從傳統(tǒng)的安全笨重、高消耗向安全輕便,、耐用和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變,。如聚氨酉旨彈性體，聚氨醋彈性體的耐磨性尤為突出,，在某些有機(jī)溶劑如煤油,、砂漿混合液中，其磨耗低于其它材料,。聚氨醋彈性體可制成浮選機(jī)葉輪,、蓋板，廣泛使用在工況條件為磨粒磨損的浮選機(jī)械上,。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性，對(duì)金屬的同比磨耗量比尼龍小,，用聚四氟乙烯,、機(jī)油、二硫化鑰,、化學(xué)潤(rùn)滑等改性,，其摩擦系數(shù)和磨耗量更小，由于其良好的機(jī)械性能和耐磨性,，聚甲醛大量用于制造各種齒輪,、軸承、凸輪,、螺母,、各種泵體以及導(dǎo)軌等機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)零部件。在汽車行業(yè)大量代替鋅,、銅,、鋁等有色金屬,，還能取代鑄鐵和鋼沖壓件。

2 高分子材料在燃料電池中的應(yīng)用

高分子電解質(zhì)膜的厚度會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生很大的影響,，減薄膜的厚度可大幅度降低電池內(nèi)阻,，獲得大的功率輸出。全氟磺酸質(zhì)子交換膜的大分子主鏈骨架結(jié)構(gòu)有很好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)耐久性,，氟素化合物具有僧水特性,，水容易排出，但是電池運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保水率降低,，又要影響電解質(zhì)膜的導(dǎo)電性,，所以要對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行增濕處理。高分子電解質(zhì)膜的加濕技術(shù),，保證了膜的優(yōu)良導(dǎo)電性,，也帶來(lái)電池尺寸變大增大左右、系統(tǒng)復(fù)雜化以及低溫環(huán)境下水的管理等問(wèn)題?，F(xiàn)在一批新的高分子材料如增強(qiáng)型全氟磺酸型高分子質(zhì)子交換膜耐高溫芳雜環(huán)磺酸基高分子電解質(zhì)膜納米級(jí)碳纖維材料新的一導(dǎo)電高分子材料等等,，已經(jīng)得到研究工作者的關(guān)注。

3 高分子材料在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種子處理中的應(yīng)用及發(fā)展

高分子材料在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種子處理中的應(yīng)用：新一代種子化學(xué)處理一般可分為物理包裹利用干型和濕形高分子成膜劑,，包裹種子,。種子表面包膜利用高分子成膜劑將農(nóng)用藥物和其他成分涂膜在種子表面。種子物理造粒將種子和其他高分子材料混和造粒,，以改善種子外觀和形狀,，便于機(jī)械播種。高分子材料在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種子處理中研究開(kāi)發(fā)進(jìn)展：種子處理用高分子材料已經(jīng)從石油型高分子材料逐步向天然型以及功能型高分子材料的方向發(fā)展,。其中較為常見(jiàn)和重要的高分子材料類型包括多糖類天然高分子材料,，具有在低溫情況下維持較好膜性能的高分子材料，高吸水性材料,，溫敏材料,，以及綜合利用天然生物資源開(kāi)發(fā)的天然高分子材料等，其中利用可持續(xù)生物資源并發(fā)的種衣劑尤為引人關(guān)注,。

4 高分子材料在智能隱身技術(shù)中的應(yīng)用

智能隱身材料是伴隨著智能材料的發(fā)展和裝備隱身需求而發(fā)展起來(lái)的一種功能材料,，它是一種對(duì)外界信號(hào)具有感知功能、信息處理功能,。自動(dòng)調(diào)節(jié)自身電磁特性功能,、自我指令并對(duì)信號(hào)作出最佳響應(yīng)功能的材料/系統(tǒng)。區(qū)別于傳統(tǒng)的外加式隱身和內(nèi)在式雷達(dá)波隱身思路設(shè)計(jì),，為隱身材料的發(fā)展和設(shè)計(jì)提供了嶄新的思路,，是隱身技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì) ，高分子聚合物材料以其可在微觀體系即分子水平上對(duì)材料進(jìn)行設(shè)計(jì),、通過(guò)化學(xué)鍵,、氫鍵等組裝而成具有多種智能特性而成為智能隱身領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向,。

三高分子材料的發(fā)展前景

1高性能化

進(jìn)一步提高耐高溫，耐磨性,，耐老化,，耐腐蝕性及高的機(jī)械強(qiáng)度等方面是高分子材料發(fā)展的重要方向，這對(duì)于航空,、航天,、電子信息技術(shù)、汽車工業(yè),、家用電器領(lǐng)域都有極其重要的作用,。高分子材料高性能化的發(fā)展趨勢(shì)主要有創(chuàng)造新的高分子聚合物，通過(guò)改變催化劑和催化體系,，合成工藝及共聚,，共混及交聯(lián)等對(duì)高分子進(jìn)行改性，通過(guò)新的加工方法改變聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),，通過(guò)微觀復(fù)合方法,，對(duì)高分子材料進(jìn)行改性。

2高功能化

功能高分子材料是材料領(lǐng)域最具活力的新領(lǐng)域,，目前已研究出了各種各樣新功能的高分子材料,，如可以像金屬一樣導(dǎo)熱導(dǎo)電的高聚物，能吸收自重幾千倍的高吸水性樹(shù)脂,，可以作為人造器官的醫(yī)用高分子材料等,。鑒于以上發(fā)展，高分子吸水性材料,、光致抗蝕性材料,、高分子分離膜、高分子催化劑等都是功能高分子的研究方向,。

3復(fù)合化

復(fù)合材料可克服單一材料的缺點(diǎn)和不足,，發(fā)揮不同材料的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大高分子材料的應(yīng)用范圍,，提高經(jīng)濟(jì)效益。高性能的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是新材料革命的一個(gè)重要方向,，目前主要用于航空航天,、造船、海洋工程等方面,，今后復(fù)合材料的研究方向主要有高性能,、高模量的纖維增強(qiáng)材料的研究與開(kāi)發(fā)，合成具有高強(qiáng)度,，優(yōu)良成型加工性能和優(yōu)良耐熱性的基體樹(shù)脂,，界面性能,，粘結(jié)性能的提高及評(píng)價(jià)技術(shù)的改進(jìn)等方面。

4智能化

高分子材料的智能化是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的重大課題,，智能材料是使材料本身帶有生物所具有的高級(jí)智能,，例如預(yù)知預(yù)告性，自我診斷,，自我修復(fù),，自我識(shí)別能力等特性，對(duì)環(huán)境的變化可以做出合乎要求的解答;根根據(jù)人體的狀態(tài),，控制和調(diào)節(jié)藥劑釋放的微膠囊材料,，根據(jù)生物體生長(zhǎng)或愈合的情況或繼續(xù)生長(zhǎng)或發(fā)生分解的人造血管人工骨等醫(yī)用材料。由功能材料到智能材料是材料科學(xué)的又一次飛躍,，它是新材料,，分子原子級(jí)工程技術(shù)、生物技術(shù)和人工智能諸多學(xué)科相互融合的一個(gè)產(chǎn)物,。

5綠色化

雖然高分子材料對(duì)我們的日常生活起了很大的促進(jìn)作用,，但是高分子材料帶來(lái)的污染我們?nèi)匀徊荒苄∫暋Ｄ切纳a(chǎn)到使用能節(jié)約能源與資源,，廢棄物排放少,，對(duì)環(huán)境污染小，又能循環(huán)利用的高分子材料備受關(guān)注,，即要求高分子材料生產(chǎn)的綠色化,。主要有以下幾個(gè)研究方向，開(kāi)發(fā)原子經(jīng)濟(jì)的聚合反應(yīng),，選用無(wú)毒無(wú)害的原料,，利用可再生資源合成高分子材料，高分子材料的再循環(huán)利用,。

四結(jié)束語(yǔ)

高分子材料為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要的貢獻(xiàn),，我國(guó)已建立了較完善的高分子材料的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)體系,，我國(guó)雖然在高分在材料的開(kāi)發(fā)和綜合利用方面起步較晚,，但目前來(lái)看也取得了不錯(cuò)的進(jìn)步，我們應(yīng)提高其整體技術(shù)水平,，致力于創(chuàng)新的高分在聚合反應(yīng)和方法,，開(kāi)發(fā)出多種綠色功能材料和智能材料，以提高人類的生活質(zhì)量,，并滿足各項(xiàng)工業(yè)和新技術(shù)的需求,。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李克友,，張菊華,，向福如. 《高分子合成原理及工藝學(xué)》，科學(xué)出版社,，1999

高性能纖維概述的論文

高性能纖維性能分析【摘要】分析了碳纖維,、超高強(qiáng)聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維,、聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑 (POB)纖維和 M5 纖維等高性能纖維的重要特性以及它們的應(yīng)用狀況,。【關(guān)鍵詞】高性能纖維;先進(jìn)復(fù)合材料;分子結(jié)構(gòu);重要特性;應(yīng)用 [中圖分類號(hào)]TS102，528 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1002-3348（2005）01-0054-04 高性能纖維 (High-Performance Fibers)是從 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始研發(fā)并推廣的纖維材料,，它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)紡織工業(yè)產(chǎn)生了巨大變革,。所謂高性能纖維是指有高的拉伸強(qiáng)度和壓縮 3 強(qiáng)度、耐磨擦,、高的耐破壞力,、低比重(g/m )等優(yōu)良物性的纖維材料，它是近年來(lái)纖維高分子材料領(lǐng)域中發(fā)展迅速的一類特種纖維,。高性能纖維可用于防彈服,、蹦床布等特種織物的加工及纖維復(fù)合材料中的加固材料，其發(fā)展涉及許多不同的領(lǐng)域,。本文分析和比較了碳纖維,、超高強(qiáng)聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維,、聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑(PBO)纖維,、M5 纖維等高性能纖維的特性以及它們的應(yīng)用狀況。 1 高性能纖維 1·1 高性能纖維分類無(wú)機(jī)纖維:碳纖維,、硼纖維,、陶瓷纖維等。有機(jī)纖維:超高強(qiáng)聚乙烯纖維(HPPE),、芳香族聚酰胺纖維,、聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑(PBO) 纖維、M5 纖維等,。 1·2 碳纖維碳纖維的生產(chǎn)始于 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代初,，由有機(jī)纖維如腈綸(PAN)纖維、粘膠纖維或?yàn)r青纖維經(jīng)預(yù)氧化,、炭化和石墨化加工而成,。碳纖維的石墨六方晶體結(jié)構(gòu)決定了其強(qiáng)度大、模量高等優(yōu)良性能,，如日本東麗公司生產(chǎn)的 T-400 碳纖維，拉伸強(qiáng)度可達(dá) 4.2GPa,，斷裂伸長(zhǎng)率為 1.5%,。碳纖維不燃燒,，化學(xué)性能穩(wěn)定，不受酸,、鹽等溶媒侵蝕,。 1·3 超高強(qiáng)聚乙烯纖維高強(qiáng)高模聚乙烯在 20 世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)，具有超高分子量,，高取向度,，且分子間距很近， 3 使纖維具備高強(qiáng)高模的特征,，其密度具有 0.97g/cm ,，是唯--能浮在水面上的高強(qiáng)高模纖維。除此之外,，其他機(jī)械性能亦比較突出,，如良好的韌性和耐疲勞性能，耐高速?zèng)_擊性等,。 1·4 芳香族聚酰胺纖維 20 世紀(jì) 70 年代,，人們開(kāi)始從事液晶態(tài)紡絲技術(shù)的研究，用于紡制高性能纖維,，與普通紡絲的分子結(jié)構(gòu)截然不同,，液晶態(tài)紡絲時(shí)形成的分子鏈只有剛棒狀高取向的有序結(jié)構(gòu)。圖 1 液態(tài)高聚物分子的構(gòu)型示意圖 (a)為典型普通大分子,，為無(wú)規(guī)則線團(tuán);(b)為剛性大分子,，在沒(méi)有良好側(cè)向作用和導(dǎo)向情況下的狀態(tài);(c)為無(wú)規(guī)的棒狀液晶;(d)為向列型液晶芳香族聚酰胺是最為人所熟知的，通過(guò)液晶紡絲紡制的高性能纖維,，如 Kevlar(聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維),、 Twaron(聚對(duì)苯二甲酰間苯二胺纖維)、 Technora(聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維)等,，如圖 3 所示,，為芳香族聚酰胺高結(jié)晶和高取向分子結(jié)構(gòu)。這類纖維性能比較均衡,，具有高強(qiáng)伸性能,，高韌性、耐腐蝕,、耐沖擊,、較好的熱穩(wěn)定性，不導(dǎo)電,，除了強(qiáng)酸和強(qiáng)堿外,，具有較強(qiáng)的抗化學(xué)性能。圖 3 芳香族聚酰胺晶體結(jié)構(gòu)圖聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑(PBO)纖維 1998 年國(guó)際產(chǎn)業(yè)纖維展覽會(huì)上，日本東洋紡展出了商品名為 Zylon 的 PBO 纖維,，其化學(xué)名為聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑,，化學(xué)結(jié)構(gòu)為: 1·5 PBO 纖維采用液晶紡絲法紡絲，由苯環(huán)和苯雜環(huán)組成的剛棒狀分子結(jié)構(gòu)以及分子鏈的高取向度,，決定了它的優(yōu)良性能,。 PBO 初紡普通絲(AS 絲-標(biāo)準(zhǔn)型)就具有 3.5N/tex 以上的強(qiáng)度和 10.84N/tex 以上彈性模量，經(jīng)熱處理后可得到強(qiáng)度不變,、模量達(dá) 176.4N/tex 的高模量絲 (HM 絲-高模量型),。PBO 作為一種新型高性能纖維，具有高強(qiáng)度,、高模量,、耐熱性、阻燃性 4 大特點(diǎn),，其強(qiáng)度與模量相當(dāng)于 Kevlar (凱夫拉)的 2 倍,，限氧指數(shù)(L01)為 68，熱分解溫度高達(dá) 650℃,，在有機(jī)纖維中為最高,，被認(rèn)為是目前具有最高耐熱性能的有機(jī)材料之一。表 1 PBO 纖維的性能性能 PBO 一 AS PBO—HM 密度(g/cm3) 1.54 1.56 抗拉強(qiáng)度(GPa) 5.8 5.8 拉伸模量(GPa) 180 280 斷裂延伸率(%) 3.5 2.5 熱分解溫度(℃) 650 650 L01(%) 68 68 表 2 PBO 纖維與其他纖維的主要性能比較性能 PBO-HM Kevlar-49 宇航級(jí)碳纖維密度(g/cm ) 纖維直徑(?m) 抗拉強(qiáng)度(Gpa) 拉伸模量(CPa) 斷裂延伸率(%) 3 1.56 24 5.8 280 2.5 1.45 12 3.2 115 2.0 1.80 6 3.58 230 0.5 熱分解溫度(℃) 650 550 一 1·6 M5 纖維 PBO 纖維推出的幾年后,，阿克卓·諾貝爾(Akzo Nobel)公司開(kāi)發(fā)了一種新型液晶芳族雜環(huán)聚合物:聚[2,5-二烴基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑],，簡(jiǎn)稱 "M5"或 PlPD，化學(xué)結(jié)構(gòu)為: M5 纖維的結(jié)構(gòu)與 PBO 分子相似——?jiǎng)偘艚Y(jié)構(gòu),。 M5 分子鏈的方向上存在大量的-OH 和-NH 在基團(tuán),，容易形成強(qiáng)的氫鍵。如圖 4 所示,，與芳香族聚酰胺晶體結(jié)構(gòu)不同,，M5 在分子內(nèi)與分子間都有氫鍵存在，形成了氫鍵結(jié)合網(wǎng)絡(luò),。圖 4 為 M5 纖維沿分子鏈軸方向的晶體結(jié)構(gòu),，虛線為氫鍵。圖 4 M5 晶體結(jié)構(gòu) 比較圖 3 與圖 4 可以清楚地看出,，M5 大分子所形成的雙向氫鍵結(jié)合的網(wǎng)絡(luò),，類似一個(gè) 蜂窩。這種結(jié)構(gòu)加固了分子鏈間的橫向作用,，使 M5 纖維具有良好的壓縮與剪切特性,，壓縮和扭曲性能為目前所有聚合物纖維之最。 2 高性能纖維特性分析比較碳纖維石墨層面上碳-碳共價(jià)交鍵的存在,，使作用于碳纖維上的應(yīng)力,，從一個(gè)石墨層轉(zhuǎn) 移到相鄰層面，這些共價(jià)交鍵保證了碳纖維具有高的拉伸模量和壓縮強(qiáng)度。但這些共價(jià)鍵為純彈性鍵,，一旦被打破,，不可復(fù)原，即不顯示任何屈服行為,。所以碳纖維受力時(shí)，應(yīng)力-應(yīng) 變曲線是線性關(guān)系,，纖維斷裂是突然發(fā)生的,。有機(jī)纖維的性能取決于分子結(jié)構(gòu)、分子鏈內(nèi)鍵及分子鏈間結(jié)合鍵,。如前所述,，超高強(qiáng)聚乙烯纖維、PBO 纖維都具有優(yōu)良的性能,，但由于超高強(qiáng)聚乙烯纖維大分子鏈間的結(jié)合鍵為弱的范德華鍵,，使其纖維易產(chǎn)生蠕變，壓縮強(qiáng)力較低,，另外超高強(qiáng)聚乙烯纖維耐熱性和表面粘合性有限,，因而不適合用作加固纖維。而 PBO 纖維也因大分子鏈間沒(méi)有形成氫鍵結(jié)合,、作用力較弱,，使得其壓縮和扭曲性能較低，加之纖維表面惰性強(qiáng),，與樹(shù)脂的結(jié)合能力較差,，在復(fù) 合材料成型過(guò)程中，有明顯的界面層,，從而影響也限制了 PBO 的應(yīng)用,。芳香族聚酰胺纖維高結(jié)晶度、高取向度的分子結(jié)構(gòu),，使其具有高強(qiáng)伸性能,，也是由于大分子鏈間弱的作用力 (范德華鍵)，造成大分子鏈間剪切模量及壓縮強(qiáng)度低,。芳香族聚酰胺纖維由氫鍵結(jié)合成的薄片狀結(jié)構(gòu)在受壓縮載荷作用時(shí)易塑性變形,，薄片相對(duì)容易斷開(kāi)，在嚴(yán) 重過(guò)載時(shí)會(huì)出現(xiàn)原纖化,，最終導(dǎo)致壓縮失效,。分子鏈間結(jié)合鍵以 M5 比較理想， M5 大分子間和大分子內(nèi)的 N-H-O 和 O-H-N 的雙向氫在鍵結(jié)構(gòu),，是其具有高抗壓性能的原因所在,，熱處理后的 M5 纖維，拉伸模量可達(dá) 360GPa，拉伸強(qiáng)度超過(guò) 4GPa,，剪切模量和抗壓強(qiáng)度可達(dá) 7GPa 和 1.7GPa,。此外 M5 而大分子鏈上含有羥基，使它與樹(shù)脂基體的粘結(jié)性能優(yōu)良,，采用 M5 纖維加工復(fù)合材料產(chǎn)品時(shí),，無(wú)需添加任何特殊的粘合促進(jìn)劑，且具有優(yōu)良的耐沖擊和耐破壞性,。有資料顯示,，以 M5 為加固纖維的復(fù)合材料，在壓縮過(guò)載的情況下,，測(cè)試樣品仍能繼續(xù)承受顯著的(壓縮)載荷,，與之相比，碳纖復(fù) 合材料會(huì)粉碎,，而芳香族聚酰胺復(fù)合材料則會(huì)被擠成纖絲狀薄片(原纖化),。如圖 5、圖 6 分別為一個(gè)碳纖維和一個(gè) MS 纖維復(fù)合材料的失效測(cè)試條,，顯示了脆性與韌性失效之間的明顯差異,。此外，M5 纖維的剛棒結(jié)構(gòu)又決定了它有高的耐熱性和高的熱穩(wěn)定性,，空氣中熱分解溫度達(dá)到了 530℃,，超過(guò)了芳香族聚酰胺纖維，與 PBO 接近,，極限氧指數(shù)（LOI）為 59,，在阻燃性方面也優(yōu)于芳綸。圖 5 碳纖維復(fù)合材料測(cè)試條的失敗圖 6 M5 纖維料測(cè)試條的失敗表 1 為幾種高性能纖維力學(xué)及物理特性,。表 1 高性能纖維的力學(xué)和物理特性特性高強(qiáng) 度超高強(qiáng)聚高模量芳香族高模量高模量 M5 纖碳纖維乙烯纖維聚酰胺纖維 PBO 纖維維（實(shí)驗(yàn)值）抗拉強(qiáng)度(GPa) 伸長(zhǎng)率(%) 拉伸模量(GPa) 壓縮強(qiáng)度(GPa) 壓縮應(yīng)變(%) 密度(克/cm ) 標(biāo)準(zhǔn)回潮率(%) 限氧指數(shù)（LOI） 3 3.58 1.5 230 2.10 0.90 1.80 0.0 一 3.43 4.0 98.0 一一 0.97 一一 3.2 2.0 115 0.58 0.50 1.45 3.5 29 5.8 2.5 280 0.40 0.15 1.56 0.6 68 5.0 1.5 330 1.70 0.50 1.70 2.0 59 空氣中熱老化起 800 150 450 550 530 始溫度(℃) 從表 1 看,，M5 纖維的各種性能指標(biāo)都接近或超過(guò)其它高性能纖維，為綜合性能優(yōu)良的高性能纖維,。 3 應(yīng)用與前景目前超高強(qiáng)聚乙烯纖維的應(yīng)用主要是加工防彈用特種織物,、防彈板、漁業(yè)用繩網(wǎng),、極低溫絕緣材料,、混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固用試驗(yàn)片材、光纜補(bǔ)強(qiáng)材料,、降落傘繩帶,、汽車保險(xiǎn)杠等。芳香族聚酰胺纖維常見(jiàn)的品種 Kevlar,、Twaron,、Technora 纖維等,，主要應(yīng)用有作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體、漁業(yè)工業(yè)等用繩網(wǎng),、防彈服,、防彈板、頭盔,、混凝土補(bǔ)強(qiáng)材料等,。碳纖維的優(yōu)良特性使其廣泛用于航空、航天,、軍工,、體育休閑等結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用于宇宙機(jī)械,、電波望遠(yuǎn)鏡和各種成型品，還有直升飛機(jī)的葉片,、飛機(jī)剎車片和絕熱材料,、密封填料和濾材、電磁波屏蔽材料,、防靜電材料,、醫(yī)學(xué)材料等。PBO 纖維從問(wèn)世以來(lái)就受到人們的關(guān)注,，其應(yīng)用主要有防沖擊方面的加固補(bǔ)強(qiáng)材料,、復(fù)合材料中的加固材料，用于防護(hù)的防彈服,、防彈頭盔,、消防服、高性能及耐高溫傳動(dòng)帶,、輪胎簾子線,、光纖電纜承載部分、架橋用纜繩,、耐熱墊材等,。與各種高性能纖維相比，M5 纖維的綜合性能更優(yōu)越,，這使得它的應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛,。尤其是 M5 纖維的抗沖擊力和耐破壞性，使它在制造經(jīng)濟(jì),、高效的結(jié)構(gòu)材料方面有廣闊的應(yīng)用前景,，如應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域，在高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中 M5 也具有很強(qiáng)的競(jìng) 爭(zhēng)力,。當(dāng)前 M5 纖維的研究比較活躍,，隨著研究的深人,，其性能和應(yīng)用將得到不斷的提高和拓展。高性能纖維的不斷創(chuàng)新是高性能產(chǎn)業(yè)用紡織品及復(fù)合材料用纖維領(lǐng)域的重要進(jìn)步,，隨著世界高新技術(shù),、纖維合成與紡絲工藝的發(fā)展，以及軍事,、航空航天,、海洋開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的迫切需要,，高性能纖維的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用前景將更為廣闊,。

新型高性能纖維M5的研究與應(yīng)用

摘要:本文介紹了一種新型液晶芳族雜環(huán)聚合物,聚(2,5-二羥基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纖維(簡(jiǎn)稱M5).簡(jiǎn)述了M5纖維的制作方法,M5纖維特殊的分子結(jié)構(gòu)特征,并通過(guò)與其它高性能纖維的比較,闡述了M5纖維優(yōu)良的性能,特別是其良好的壓縮與剪切特性.除此之外,M5纖維的高極性還使其更容易與各種樹(shù)脂基體粘接,這使M5纖維的綜合機(jī)械性能比目前其它高性能纖維都好.文中還展望了M5纖維的應(yīng)用前景.

前言

近年來(lái),隨著對(duì)有機(jī)高性能纖維的不斷深入研究,在剛性高性能纖維領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展.但大多數(shù)高性能纖維,因分子間結(jié)合力的薄弱而導(dǎo)致某些力學(xué)性能上的不足,如PBO纖維大分子鏈間較弱的結(jié)合力,使其壓縮和扭曲性能較差.纖維材料的壓縮性能,主要取決于纖維大分子之間的相互作用程度[1,2].通常纖維扭轉(zhuǎn)模量可作維表征大分子之間相互作用程度的一個(gè)量度.因此,如何增強(qiáng)大分子鏈之間的相互作用,已成為進(jìn)一步強(qiáng)化剛性聚合物纖維力學(xué)性能的一個(gè)重要問(wèn)題.

作為Akzo-Nobel實(shí)驗(yàn)室的研究成果,一種新型的高性能纖維,即著稱的M5已經(jīng)被研究出來(lái).聚合物是聚(2,5-二羥基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纖維(簡(jiǎn)稱M5)[3].由于M5纖維沿纖維徑向即大分子之間存在特殊的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),所以M5纖維不僅具有類似PBO纖維的優(yōu)異抗張性能,而且還顯示出優(yōu)于PBO纖維的抗壓縮性能.

1高性能纖維M5

1.1 單體的選擇及M5的合成[4]

在M5聚合物的制備過(guò)程中,其關(guān)鍵步驟是單體2,3,5,6-四氨基吡啶(2,3,5,6-tertraaminopyridine,TAP))的合成.TAP可由2,6-二氨基吡啶(2,6diaminopyridine,DAP)經(jīng)硝化還原后制成,反應(yīng)方程式如下所示:

在M5的合成過(guò)程中,TAP需經(jīng)鹽酸化處理并以鹽酸鹽形式參與聚合反應(yīng).若TAP直接以磷酸鹽的形式參與反應(yīng),不但可以避免鹽酸腐蝕作用,還可以加快聚合反應(yīng)速度,但卻易發(fā)生氧化作用.

另一單體2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸(2,5-Dihydroxyterephthalicacid,DHTA)的合成也是制備M5聚合物的重要環(huán)節(jié),可由2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸二甲酯(2,5-dihydroxy-1,4-dimethylterephthalate,DDTA)水解后制得,反應(yīng)方程式如下所示:

M5纖維的聚合過(guò)程與聚對(duì)苯撐苯并二惡唑(poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO)相似,可將TAP和DHTA兩種單體按一定的等當(dāng)比同時(shí)加入到聚合介質(zhì)多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)中,脫除HCI后逐漸升溫至180℃,反應(yīng)24h,得到M5聚合物,反應(yīng)方程式如下所示:

2 M5的分子結(jié)構(gòu)特征及聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

2.1 M5的分子結(jié)構(gòu)特征

M5纖維在分子鏈的方向上存在著大量的-OH和-NH基團(tuán),容易在分子間和分子內(nèi)形成強(qiáng)烈的氫鍵.因此,其壓縮和扭曲性能為目前所有聚合物纖維之最.M5纖維的剛棒狀分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了M5纖維具有較高的耐熱性.由于M5大分子鏈上含有羥基,M5纖維的高極性使其能更容易與各種樹(shù)脂基體粘接.圖1熱處理后PIPD-HT單斜晶胞的雙向氫鍵網(wǎng)絡(luò)晶體結(jié)構(gòu)示意圖[5].圖2熱處理后PIPD單斜晶胞沿C軸的分子結(jié)構(gòu)示意圖[5].圖1和圖2都顯示了熱處理后PIPD纖維的微觀二維結(jié)構(gòu),即在大分子間和大分子內(nèi)分別形成了N-H-O和O-H-N的氫鍵結(jié)構(gòu),這種雙向氫鍵的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正是M5纖維具有高抗壓縮性能的原因在.

圖1 熱處理后PIPD-HT單斜晶胞的雙向氫鍵網(wǎng)絡(luò)晶體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 熱處理后PIPD單斜晶胞沿C軸的分子結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 M5的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

圖3 PIPD-AS沿C軸方向的分子結(jié)構(gòu)示意圖

如圖3所示,為含有21%左右水分子的PIPD-AS纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu).由于PIPD-AS纖維中存在著大量的水,因而使得PIPD-AS纖維有很大的質(zhì)量熱容,而且具有良好的耐燃性能.表2和表3所列出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一結(jié)論[16,19].

如圖4所示,為不同熱處理溫度的PIPD-AS纖維WAXD圖[16].從圖4可以看出,PIPD-AS纖維在熱處理過(guò)程中晶體中的水分被脫出,變成無(wú)水聚合物晶體,從而在垂直于纖維方向的平面內(nèi)形成二維氫鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).有實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)過(guò)熱處理后PIPD纖維的結(jié)晶度和取向度都有很大的提高.

圖4 不同熱處理溫度的PIPD-AS纖維WAXD圖

Klop EA等[22]通過(guò)PIPD晶體結(jié)構(gòu)的X射線衍射實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),因PIPD試樣的處理溫度不同,在PIPD的分子內(nèi)部可出現(xiàn)不同形式的結(jié)晶結(jié)構(gòu)—單斜結(jié)晶晶胞和三斜結(jié)晶晶胞(如圖5和圖6所示).單斜和三斜的晶胞參數(shù)分別為:

單斜結(jié)晶: a=12.49 ,b=3.48 ,c=12.01 ,=90°,=107°,=90°

三斜結(jié)晶:a=6.68 ,b=3.48 ,c=12.02 ,=84,=110°,=107°

Takahashi等[20,21]采用中子方法測(cè)得的PIPD-HT晶胞參數(shù)為:

a=13.33 ,b=3.462 ,c=12.16 ,=84°,=105.4°,空間結(jié)構(gòu)為P21/,

單斜晶胞區(qū)別于三斜晶胞的不同之處在于,三斜晶胞的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)僅僅是靠沿對(duì)角線平面的大分子連接的,而單斜晶胞可在垂直于纖維方向的平面內(nèi)形成了二維氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),顯然這種二維氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得M5具有其它高性能纖維所無(wú)法比擬的高剪切強(qiáng)度,剪切模量和壓縮強(qiáng)度.

圖5 PIPD單斜晶胞在ab面和ac面上的投影圖6 PIPD三斜晶胞在ab面上的投影

3 M5纖維的紡絲工藝[9,16]

3.1 M5纖維的成形

M5纖維的紡絲是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18~20%左右的PIPD/PPA紡絲漿液(聚合物的MW為6.0×104~1.5×105)進(jìn)行干噴濕紡,空氣層的高度為5-15cm,紡絲溫度為180℃,以水或多聚磷酸水溶液為凝固劑,可制成PIPD的初生纖維.其中,實(shí)驗(yàn)用噴絲孔直徑范圍為65-200 m,噴頭拉伸比取決于噴絲空的直徑,可達(dá)70倍,所得纖維直徑為8-14 m.所得M5的初生纖維需在熱水中進(jìn)行水洗,以除去附著在纖維表面的溶劑PPA,并進(jìn)行干燥.

圖7 M5纖維的熱處理示意圖

3.2 M5纖維的熱處理

為了進(jìn)一步提高初生纖維取向度和模量,對(duì)初生纖維在一定的預(yù)張力下進(jìn)行熱處理,如圖7所示.在這一過(guò)程中,M5纖維取向度將伴隨著由其分子結(jié)構(gòu)的改變引起的剪切模量的增加而增大.對(duì)M5初生纖維進(jìn)行熱處理能夠改善纖維的微觀結(jié)構(gòu),從而提高纖維的綜合性能.M5初生纖維再進(jìn)一步用熱水洗滌除去殘留的多聚磷酸水溶液(PPA)和干燥后,在氮?dú)猸h(huán)境下于400℃以上進(jìn)行大約20s的定張力熱處理,最終可得到高強(qiáng)度,高模量的M5纖維.在此需要特別指出的是,如果熱處理溫度過(guò)低或處理時(shí)間過(guò)短,則PIPD-AS和PIPD-HT的轉(zhuǎn)變是可逆的.因此,熱處理溫度與熱處理時(shí)間對(duì)M5纖維的模量影響很大.

4 M5纖維的性能

4.1 力學(xué)性能

圖8 PIPD-AS和PIPD-HT纖維的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖

如圖8所示,熱處理后的PIPD纖維同PIPD的初生纖維相比較,二者的力學(xué)性能截然不同,PIPD-AS纖維存在屈服,而PIPD-HT纖維不存在這種現(xiàn)象.Lammwers M[18]等研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)200℃熱處理的初生纖維壓縮強(qiáng)度由原來(lái)的0.7Gpa提高到1.7Gpa,而經(jīng)過(guò)400℃熱處理的初生纖維壓縮強(qiáng)度由原來(lái)的0.7Gpa提高到1.1Gpa.顯然對(duì)于PIPD的初生纖維來(lái)講,并非熱處理溫度越高越好.通過(guò)用偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn):在400℃熱處理的纖維中存在裂紋,這可能是導(dǎo)致壓縮強(qiáng)度下降的原因,因此,熱處理溫度不宜太高.

表1[9-14]給出了幾種高性能纖維的力學(xué)性能和其它性能的對(duì)比數(shù)據(jù),其中的力學(xué)性能包括拉伸強(qiáng)度,斷裂伸長(zhǎng),模量以及抗壓縮強(qiáng)度等.與其它3種纖維相比,M5的抗斷裂強(qiáng)度稍低于PBO,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于芳綸(PPTA)和碳纖維,其斷后延伸率為1.4%;與其它高性能纖維相比,M5纖維的模量是最高的,達(dá)到了350GPa;M5的壓縮強(qiáng)度低于碳纖維,但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Twaron-HM纖維和PBO纖維,這歸因于M5的二維分子結(jié)構(gòu)[17].

表1 M5纖維與其它高性能纖維的比較

纖維

拉伸強(qiáng)獨(dú)/Gpa

斷裂伸長(zhǎng)/%

初始模量

/ Gpa

壓縮強(qiáng)度

/ Gpa

壓縮應(yīng)變

/ %

密度/(g.cm-3)

回潮率

/%

Twaron-HM

3.2

2.9

115

0.48

0.42

1.45

3.5

C-HS

3.5

1.4

230

2.10

0.90

1.80

0.0

PBO

5.5

2.5

280

0.42

0.15

1.56

0.6

M5

5.3

1.4

350

1.60

0.50

1.70

2.0

纖維

空氣中的熱穩(wěn)定性

/℃

LOI

/%

電導(dǎo)性

抗沖擊性

抗破壞性

編制性能

耐紫外性

Twaron-HM

450

29

-

++

+

-

C-HS

800

N/A

++

--

++

PBO

550

68

-

++

N/A

+/-

--

M5

530

50

-

++

+

++

M5纖維特殊的分子結(jié)構(gòu),使其除具有高強(qiáng)和高模外,還具有良好的壓縮與剪切特性,剪切模量和壓縮強(qiáng)度分別可達(dá)7GPa和1.6GPa,優(yōu)于PBO纖維和芳香族聚酰胺纖維,在目前所有聚合物纖維中最高.

圖9 M5纖維的軸向壓縮SEM圖

一般來(lái)講,當(dāng)高性能纖維受到來(lái)自外界的軸向壓縮力時(shí),其纖維內(nèi)部的分子鏈取向會(huì)因軸向壓縮力的存在而發(fā)生改變,即沿著纖維軸向出現(xiàn)變形帶結(jié)構(gòu).而對(duì)M5纖維來(lái)講只有當(dāng)這種軸向壓縮力很大時(shí)才會(huì)出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)[11].如圖9所示,當(dāng)M5纖維受到外界的軸向壓縮力時(shí),壓縮變形后的M5纖維中也會(huì)出現(xiàn)一條變形帶結(jié)構(gòu),但與其它高性能纖維(如PBO)相比較,M5纖維的變形程度要小很多.

4.2 阻燃性能

表2 PIPD-AS和PIPD-HT纖維耐燃性能的重要參數(shù)[5]

試樣

PHRR①

(kWm-2)

TTI②

(s)

SEA③

FPI④

(sm2kW-1)

殘留量

(%)

PIPD-AS

43.7

77

224

1.760

61

PIPD-HT

53.7

48

844

0.890

62

PBO-HM

47.7

56

2144

1.170

72

Twaron

204.4

20

70816

0.098

11

Nomex

160.4

14

38670

0.087

24

PVC

253.0

14

113937

0.055

15

注:①熱量釋放最大速率(PHRR);②引燃時(shí)間(TTI);③比消光面積(SEA);④耐燃性能指數(shù)(FPI)

表2所列數(shù)據(jù)是熱量計(jì)熱流為75kW/m2時(shí)測(cè)得的,也就是在試樣表面溫度為890℃左右時(shí)測(cè)得的值.纖維試樣放在一塊1cm2的線網(wǎng)上.試樣原始重量在10.3g-11.5g之間.

從表2可以看出,PIPD-AS纖維熱量釋放最大速率(PHRR)為43.7kWm-2,也就是說(shuō)單位時(shí)間內(nèi)PIPD-AS釋放出最小的熱量,與其它高聚物相比是一種較好的阻燃劑用材料.PIPD-AS纖維的點(diǎn)燃時(shí)間最長(zhǎng)為77s,遠(yuǎn)高于Nomex纖維.SEA是用來(lái)衡量單位物質(zhì)燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧量,PIPD-AS纖維達(dá)到了224m3/kg,而Nomex纖維為38670m3/kg,二者相比PIPD-AS纖維的SEA值遠(yuǎn)低于Nomex纖維,說(shuō)明PIPD-AS纖維燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧量要遠(yuǎn)少于Nomex纖維.同表2中的其它高聚物相比,PIPD-AS纖維的耐燃性能指數(shù)(FPI)最高為1.76sm2kW-1.從表2中各項(xiàng)耐燃性能參數(shù)可以看出PIPD纖維在耐燃性方面,要好于其它高性能纖維,即PIPD纖維在耐燃性方面將具有較好多應(yīng)用前景.

M5纖維的剛棒狀分子結(jié)構(gòu)決定了它具有較高的耐熱性和熱穩(wěn)定性.從表2中可以看出,PIPD-HT纖維具有與聚對(duì)苯亞基苯并雙嗯哇(PBO)纖維相似的FPI值,但它在燃燒過(guò)程中更不容易產(chǎn)生煙.M5在空氣中的熱分解溫度為530℃,超過(guò)了芳香族聚酰胺纖維,與PBO纖維接近.M5纖維的極限氧指數(shù)(LOI)值超過(guò)50,不熔融,不燃燒,具有良好的耐熱性和穩(wěn)定性[7].

4.3 界面粘合性能

與PBO,聚乙烯或芳香族聚酰胺纖維相比,由于M5大分子鏈上含有羥基,M5纖維的高極性使其能更容易與各種樹(shù)脂基體粘接.采用M5纖維加工復(fù)合材料產(chǎn)品時(shí),無(wú)需添加任何特殊的粘合促進(jìn)劑.M5纖維在與各種環(huán)氧樹(shù)脂,不飽和聚酯和乙烯基樹(shù)脂復(fù)合成形過(guò)程中,不會(huì)出現(xiàn)界面層,且具有優(yōu)良的耐沖擊和耐破壞性[6,8].

4.4 熱力學(xué)性能

圖10 四種不同含水量M5纖維的DSC掃描圖

圖10為M.G.NoRTHoLIT[19]等用SetaramC80D熱量計(jì)測(cè)得的四種不同含水量M5纖維的DSC譜圖.研究發(fā)現(xiàn)將1g試樣材料放在一個(gè)開(kāi)放的測(cè)試槽內(nèi),以0.2℃/min的速度,在30℃-200℃范圍內(nèi)得到一張掃描圖,如圖5所示.從DSC譜圖可以看出,四種不同含水量M5纖維的吸熱峰面積及位置與開(kāi)放測(cè)試槽內(nèi)水分的蒸發(fā)有關(guān).從表3可以看出,含有結(jié)晶水的M5初生纖維的熱吸收值與不含結(jié)晶水的M5纖維的熱吸收值之間存在著較大的差別,而PIPD初生纖維和PIPD HT試樣的熱吸收值之間幾乎沒(méi)有什么差別.通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)完全干燥的PIPD初生纖維的晶體結(jié)構(gòu)與PIPD-HT試樣結(jié)構(gòu)類似.

表3 不同含水量的PIPD纖維的熱吸收值

試樣

熱吸收值(J/g)

PIPD初生纖維(含水量20%)

637

PIPD初生纖維(干燥)

163

PIPD HT(含水量7%)

378

PIPD HT(干燥)

185

5 應(yīng)用及展望

作為一種先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料,M5纖維具有許多其它有機(jī)高性能纖維不具備的特性,這使得M5纖維在許多尖端科研領(lǐng)域具有更加廣闊的應(yīng)用前景;M5纖維可用于航空航天等高科技領(lǐng)域;用于國(guó)防領(lǐng)域如制造防彈材料;用于制造運(yùn)動(dòng)器材如網(wǎng)球拍,賽艇等.

M5纖維特殊的分子結(jié)構(gòu)決定了其具有許多高性能纖維所無(wú)法比擬的優(yōu)良的力學(xué)性能和粘合性能,使它在高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力.與碳纖維相比,M5纖維不僅具有與其相似的力學(xué)性能,而且M5纖維還具有碳纖維所不具有的高電阻特性,這使得M5纖維可在碳纖維不太適用的領(lǐng)域發(fā)揮作用,如電子行業(yè).由于M5大分子鏈上含有羥基,M5纖維的高極性使其能更容易與各種樹(shù)脂基體粘接.

正是由于M5纖維具有許多其他高性能纖維所無(wú)法比擬的性能和更加廣闊的應(yīng)用前景,這使得眾多的科研工作者都積極地致力于M5纖維的研究.相信在不久的將來(lái),隨著對(duì)M5纖維研究的進(jìn)一步深入,作為新一代的有機(jī)高性能纖維—M5纖維必將得更加廣泛的應(yīng)用.

碳纖維乙烯基酯類上漿劑對(duì)碳纖維及其復(fù)合材料性能的影響論文的文獻(xiàn)綜述怎么寫(xiě)啊

從力學(xué)性能講環(huán)氧的最好，而且日本的碳纖維上江劑也是基本滿足環(huán)氧類的,，但是在中國(guó)國(guó)內(nèi),，上將劑的水平還是相對(duì)比較低的，一來(lái)國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)是個(gè)技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),，而且國(guó)產(chǎn)碳纖維也沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化,，二來(lái)科研力度和資金的相對(duì)薄弱。說(shuō)實(shí)話,，乙烯基絕不是最佳的選擇,，界面的性能沒(méi)有環(huán)氧的好，但是鑒于國(guó)內(nèi)碳纖維的民用化以及低端化,，對(duì)力學(xué)性能等不適要求很高,，同時(shí)考慮到成型工藝常用手糊和導(dǎo)入，而很少用成本高的預(yù)浸料模壓或者熱壓罐成型,，比如汽車的引擎蓋,，尾翼之類，所以才使用乙烯基的樹(shù)脂,。

你需要進(jìn)行澆注體,，碳纖維復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試，以及SEM電子顯微鏡查看界面,。

碳纖維復(fù)合材料制品

中航泰達(dá)對(duì)于碳纖維復(fù)合材料制品的成型工藝較常見(jiàn)的有5種：裱糊成型工藝,，纖維纏繞成型工藝，拉擠工藝,，樹(shù)脂傳遞模壓工藝,，編制成型工藝。因?yàn)閺?fù)合材料本身的比強(qiáng)度和比剛度較高,，而且在耐高溫以及抗疲勞上性能良好,，因此碳纖維復(fù)合材料制品也繼承了這些優(yōu)點(diǎn)，不僅工藝簡(jiǎn)單而且性能較好,，因此近年來(lái)碳纖維復(fù)合材料制品的應(yīng)用范圍可以說(shuō)是不可謂不廣,，因此在航空航領(lǐng)域,，汽車工業(yè)，化工以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有復(fù)合材料的身影,，希望對(duì)您有所幫助,，望采納