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有關高分子材料畢業論文
高分子材料作為一種重要的材料， 經過約半個世紀的發展巳在各個工業領域中發揮了巨大的作用。下文是我為大家整理的有關高分子材料畢業論文的范文，歡迎大家閱讀參考!
有關高分子材料畢業論文篇1
淺析高分子材料成型加工技術.
【摘要】高分子材料成型加工技術在工業上取得的飛速發展，介紹高分子材料成型加工技術的發展情況，探討其創新研究，并詳細闡述高分子材料成型加工技術的發展趨勢。
【關鍵詞】高分子材料;成型加工;技術
近年來，某些特殊領域如航空工業、國防尖端工業等領域的發展對聚合物材料的性能提出了更高的要求，如高強度、高模量、輕質等，各種特定要求的高強度聚合物的開發研制越來越顯迫切。
一、高分子材料成型加工技術發展概況
近50年來，高分子合成工業取得了很大的進展。例如，造粒用擠出機的結構有了很大的改進，產量有了極大的提高。20世紀60年代主要采用單螺桿擠出機造粒，產量約為3t/h;70年代至80年代中期，采用連續混煉機+單螺桿擠出機造粒，產量約為10t/h;80年代中期以來。采用雙螺桿擠出機+齒輪泵造粒，產量可以達到40-45t/h，今后的發展方向是產量可高達60t/h。
在l950年，全世界塑料的年產量為200萬t。20世紀90年代。塑料產量的年均增長率為5.8%，2000年增加至1.8億t至2010年，全世界塑料產量將達3億t，此外。合成工業的新近避震使得易于璃確控制樹脂的分子結構，加速采用大規模進行低成本的生產。隨著汽車工業的發展，節能、高速、美觀、環保、乘坐舒適及安全可靠等要求對汽車越來越重要.汽車規模的不斷擴大和性能的提高帶動了零部件及相關材料工業的發展。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鍵。
據悉，目前汽車上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的傳統汽車材料(如鋼鐵等)。因此，汽車中越來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、日本等汽車制造業發達的國家，模具產業超過50%的產品是汽車用模具。
目前，高分子材料加工的主要目標是高生產率、高性能、低成本和快捷交貨。制品方面向小尺寸、薄壁、輕質方向發展;成型加工方面，從大規模向較短研發周期的多品種轉變，并向低能耗、全回收、零排放等方向發展。
二、現今高分子材料成型加工技術的創新研究
(一)聚合物動態反應加工技術及設備
聚合物反應加工技術是以現雙螺桿擠出機為基礎發展起來的。國外的Berstart公司已開發出作為連續反應和混煉的十螺桿擠出機，可以解決其它擠出機(包括雙螺桿和四螺桿擠出機)作為反應器所存在的問題。國內反應成型加工技術的研究開發還處于起步階段，但我國的經濟發展強烈要求聚合物反應成型加工技術要有大的發展。指交換法聚碳酸酯(PC)連續化生產和尼龍生產中的比較關鍵的技術是縮聚反應器的反應擠出設備，我國每年還有數以千萬噸計的改性聚合物及其合金材料的生產。關鍵技術也是反應擠出技術及設備。
目前國內外使用的反應加工設備從原理上看都是傳統混合、混煉設備的改造產品，都存在傳熱、傳質過程、混煉過程、化學反應過程難以控制、反應產物分子量及其分布不可控等問題.另外設備投資費用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統反應加工設備的缺陷。聚合物動態反應加工技術及設備與傳統技術無論是在反應加工原理還是設備的結構上都完全不同，該技術是將電磁場引起的機械振動場引入聚合物反應擠出全過程，達到控制化學反應過程、反應生成物的凝聚態結構和反應制品的物理化學性能的目的。
該技術首先從理論上突破了控制聚合物單體或預聚物混合混煉過程及停留時間分布不可控制的難點，解決了振動力場作用下聚合物反應加工過程中的質量、動量及能量傳遞及平衡問題，同時從技術上解決了設備結構集成化問題。新設備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應性好、可靠性高等優點，這些優點是傳統技術與設備無法比擬或是根本沒有的。該項新技術使我國聚合物反應加工技術直接切人世界技術前沿，并在該領域處于技術領先地位。
(二)以動態反應加工設備為基礎的新材料制備新技術
1.信息存儲光盤盤基直接合成反應成型技術。此技術克服傳統方式的中間環節多、周期長、能耗大、儲運過程易受污染、成型前處理復雜等問題，將光盤級PC樹脂生產、中間儲運和光盤盤基成型三個過程整合為一體，結合動態連續反應成型技術，研究酯交換連續化生產技術，研制開發精密光盤注射成型裝備，達到節能降耗、有效控制產品質量的目的。
2.聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術。此技術在強振動剪切力場作用下對無機粒子表面特性及其功能設計(粒子設計)，在設計好的連續加工環境和不加或少加其它化學改性劑的情況下，利用聚合物使無機粒子進行原位表面改性、原位包覆、強制分散，實現連續化制備聚合物/無機物復合材料。
3.熱塑性彈性體動態全硫化制備技術。此技術將振動力場引入混煉擠出全過程，控制硫化反直進程，實現混煉過程中橡膠相動態全硫化.解決共混加工過程共混物相態反轉問題。研制開發出擁有自主知識產權的熱塑性彈性體動態硫化技術與設備，提高我國TPV技術水平。
三、高分子材料成型加工技術的發展趨勢
近年來，各個新型成型裝備國家工程研究中心在出色完成了國家級火炬計劃預備項目和國家“八五”、“九五”重點科技計劃(攻關)等項目同時，非常注重科技成果轉化與產業化，完成產業化工程配套項目20多項，創辦了廣州華新科機械有限公司和北京華新科塑料機械有限公司，使其有自主知識產權的新技術與裝備在國內外推廣應用。塑料電磁動態塑化擠出設備已形成了7個規格系列，近兩年在國內20多個省、市、自治區推廣應用近800臺(套)。銷售額超過1.5億元，還有部分新設備銷往荷蘭、泰國、孟加拉等國家.產生了良好的經濟效益和社會效益。
例如PE電磁動態發泡片材生產線2000年和2001年僅在廣東即為國家節約外匯近1600萬美元，每條生產線一年可為制品廠節約21萬k的電費。塑料電磁動態注塑機已開發完善5個規格系列，投入批量生產并推向市場;塑料電磁動態混煉擠出機的中試及產業化工作已完成，目前開發完善的4個規格正在生產試用。并逐步推向市場目前新設備的市場需求情況很好，聚合物新型成型裝備國家工程研究中心正在對廣州華新科機械有限公司進行重組。將技術與資本結合，引入新的管理、市場等機制，爭取在兩三年內實現新設備年銷售額超億。我國已加入WTO，各個行業都將面臨嚴峻挑戰。
綜上所述，我國必須走具有中國特色的發展高分子材料成型加工技技術與裝備的道路，打破國外的技術封鎖，實現由跟蹤向跨越的轉變;把握技術前沿，培育自主知識產權。促進科學研究與產業界的結合，加快成果轉化為生產力的進程，加快我國高分子材料成型加工高新技術及其產業的發展是必由之路。
參考文獻：
[1]Chris Rauwendaal，Polymer Extrusion，Carl Hanser Verlag，Munich/FkG，l999.
[2]瞿金平，聚合物動態塑化成型加工理論與技術[M].北京：科學出版社，2005 427435.
[3]瞿金平，聚合物電磁動態塑化擠出方法及設備[J].中國專利9O101034.0，I990;美國專利5217302，1993.
有關高分子材料畢業論文篇2
淺論高分子材料的發展前景
摘要：隨著生產和科技的發展，以及人們對知識的追求，對高分子材料的性能提出了各種各樣新的要求?，F代，高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同，成為科學技術、經濟建設中的重要材料。本文主要分析了高分子材料的發展前景和發展趨勢。
關鍵詞：高分子材料;發展;前景
一 高分子材料的發展現狀與趨勢
高分子材料作為一種重要的材料， 經過約半個世紀的發展巳在各個工業領域中發揮了巨大的作用。從高分子材料與國民經濟、高技術和現代生活密切相關的角度說， 人類已進人了高分子時代。高分子材料工業不僅要為工農業生產和人們的衣食住行用等不斷提供許多量大面廣、日新月異的新產品和新材料又要為發展高技術提供更多更有效的高性能結構材料和功能性材料。
鑒于此， 我國高分子材料應在進一步開發通用高分子材料品種、提高技術水平、擴大生產以滿足市場需要的基礎上重點發展五個方向：工程塑料，復合材料，液晶高分子材料，高分子分離材料，生物醫用高分子材料。近年來，隨著電氣、電子、信息、汽車、航空、航天、海洋開發等尖端技術領域的發展和為了適應這一發展的需要并健進其進? 步的發展， 高分子材料在不斷向高功能化高性能化轉變方面日趨活躍，并取得了重大突破。
二 高分子材料各領域的應用
1高分子材料在機械工業中的應用
高分子材料在機械工業中的應用越來越廣泛， “ 以塑代鋼” ，“ 塑代鐵” 成為目前材料科學研究的熱門和重點。這類研究拓寬了材料選用范圍，使機械產品從傳統的安全笨重、高消耗向安全輕便、耐用和經濟轉變。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葉輪、蓋板， 廣泛使用在工況條件為磨粒磨損的浮選機械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性， 對金屬的同比磨耗量比尼龍小， 用聚四氟乙烯、機油、二硫化鑰、化學潤滑等改性， 其摩擦系數和磨耗量更小， 由于其良好的機械性能和耐磨性， 聚甲醛大量用于制造各種齒輪、軸承、凸輪、螺母、各種泵體以及導軌等機械設備的結構零部件。在汽車行業大量代替鋅、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用
高分子電解質膜的厚度會對電池性能產生很大的影響， 減薄膜的厚度可大幅度降低電池內阻， 獲得大的功率輸出。全氟磺酸質子交換 膜的大分子主鏈骨架結構有很好的機械強度和化學耐久性， 氟素化合物具有僧水特性， 水容易排出， 但是電池運轉時保水率降低， 又要影響電解質膜的導電性， 所以要對反應氣體進行增濕處理。高分子電解質膜的加濕技術， 保證了膜的優良導電性， 也帶來電池尺寸變大增大左右、系統復雜化以及低溫環境下水的管理等問題?，F在一批新的高分子材料如增強型全氟磺酸型高分子質子交換膜耐高溫芳雜環磺酸基高分子電解質膜納米級碳纖維材料新的一導電高分子材料等等， 已經得到研究工作者的關注。
3 高分子材料在現代農業種子處理中的應用及發展
高分子材料在現代農業種子處理中的應用：新一代種子化學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， 便于機械播種。高分子材料在現代農業種子處理中研究開發進展：種子處理用高分子材料已經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展。其中較為常見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發的天然高分子材料等， 其中利用可持續生物資源并發的種衣劑尤為引人關注。
4 高分子材料在智能隱身技術中的應用
智能隱身材料是伴隨著智能材料的發展和裝備隱身需求而發展起來的一種功能材料，它是一種對外界信號具有感知功能、信息處理功能。自動調節自身電磁特性功能、自我指令并對信號作出最佳響應功能的材料/系統。區別于傳統的外加式隱身和內在式雷達波隱身思路設計，為隱身材料的發展和設計提供了嶄新的思路，是隱身技術發展的必然趨勢 ，高分子聚合物材料以其可在微觀體系即分子水平上對材料進行設計、通過化學鍵、氫鍵等組裝而成具有多種智能特性而成為智能隱身領域的一個重要發展方向。
三 高分子材料的發展前景
1高性能化
進一步提高耐高溫，耐磨性，耐老化，耐腐蝕性及高的機械強度等方面是高分子材料發展的重要方向，這對于航空、航天、電子信息技術、汽車工業、家用電器領域都有極其重要的作用。高分子材料高性能化的發展趨勢主要有創造新的高分子聚合物，通過改變催化劑和催化體系，合成工藝及共聚，共混及交聯等對高分子進行改性，通過新的加工方法改變聚合物的聚集態結構，通過微觀復合方法，對高分子材料進行改性。
2高功能化
功能高分子材料是材料領域最具活力的新領域，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熱導電的高聚物，能吸收自重幾千倍的高吸水性樹脂，可以作為人造器官的醫用高分子材料等。鑒于以上發展，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復合化
復合材料可克服單一材料的缺點和不足，發揮不同材料的優點，擴大高分子材料的應用范圍，提高經濟效益。高性能的結構復合材料是新材料革命的一個重要方向，目前主要用于航空航天、造船、海洋工程等方面，今后復合材料的研究方向主要有高性能、高模量的纖維增強材料的研究與開發，合成具有高強度，優良成型加工性能和優良耐熱性的基體樹脂，界面性能，粘結性能的提高及評價技術的改進等方面。
4智能化
高分子材料的智能化是一項具有挑戰性的重大課題，智能材料是使材料本身帶有生物所具有的高級智能，例如預知預告性，自我診斷，自我修復，自我識別能力等特性，對環境的變化可以做出合乎要求的解答;根根據人體的狀態，控制和調節藥劑釋放的微膠囊材料，根據生物體生長或愈合的情況或繼續生長或發生分解的人造血管人工骨等醫用材料。由功能材料到智能材料是材料科學的又一次飛躍，它是新材料，分子原子級工程技術、生物技術和人 工智能諸多學科相互融合的一個產物。
5綠色化
雖然高分子材料對我們的日常生活起了很大的促進作用，但是高分子材料帶來的污染我們仍然不能小視。那些從生產到使用能節約能源與資源，廢棄物排放少，對環境污染小，又能循環利用的高分子材料備受關注，即要求高分子材料生產的綠色化。主要有以下幾個研究方向，開發原子經濟的聚合反應，選用無毒無害的原料，利用可再生資源合成高分子材料，高分子材料的再循環利用。
四 結束語
高分子材料為我國的經濟建設做出了重要的貢獻，我國已建立了較完善的高分子材料的研究、開發和生產體系，我國雖然在高分在材料的開發和綜合利用方面起步較晚，但目前來看也取得了不錯的進步，我們應提高其整體技術水平，致力于創新的高分在聚合反應和方法，開發出多種綠色功能材料和智能材料，以提高人類的生活質量，并滿足各項工業和新技術的需求。
參考文獻：
[1]金關泰.《高分子化學的理論和應用》，中國石化出版社，1997
[2]李善君 紀才圭等.《高分子光化學原理及應用》復旦大學出版社2003 6.
[3]李克友， 張菊華， 向福如. 《高分子合成原理及工藝學》，科學出版社，1999
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5. 關于材料學方面論文
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、超高強聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚對苯撐苯并雙惡唑 (POB)纖維和 M5 纖維等高性能纖維的重要特性以及它們的應用狀況。 【關鍵詞】高性能纖維;先進復合材料;分子結構;重要特性;應用 [中圖分類號]TS102，528 [文獻標識碼]A [文章編號]1002-3348（2005）01-0054-04 高性能纖維 (High-Performance Fibers)是從 20 世紀 60 年代開始研發并推廣的纖維材 料， 它的出現使傳統紡織工業產生了巨大變革。 所謂高性能纖維是指有高的拉伸強度和壓縮 3 強度、耐磨擦、高的耐破壞力、低比重(g/m )等優良物性的纖維材料，它是近年來纖維高分 子材料領域中發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 工及纖維復合材料中的加固材料，其發展涉及許多不同的領域。本文分析和比較了碳纖維、 超高強聚乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚對苯撐苯并雙惡唑(PBO)纖維、M5 纖維等高性能 纖維的特性以及它們的應用狀況。 1 高性能纖維 1·1 高性能纖維分類 無機纖維:碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維等。 有機纖維:超高強聚乙烯纖維(HPPE)、芳香族聚酰胺纖維、聚對苯撐苯并雙惡唑(PBO) 纖維、M5 纖維等。 1·2 碳纖維 碳纖維的生產始于 20 世紀 60 年代末 70 年代初， 由有機纖維如腈綸(PAN)纖維、 粘膠纖 維或瀝青纖維經預氧化、 炭化和石墨化加工而成。 碳纖維的石墨六方晶體結構決定了其強度 大、模量高等優良性能，如日本東麗公司生產的 T-400 碳纖維，拉伸強度可達 4.2GPa，斷 裂伸長率為 1.5%。碳纖維不燃燒，化學性能穩定，不受酸、鹽等溶媒侵蝕。 1·3 超高強聚乙烯纖維 高強高模聚乙烯在 20 世紀 70 年代出現， 具有超高分子量， 高取向度， 且分子間距很近， 3 使纖維具備高強高模的特征， 其密度具有 0.97g/cm ， 是唯--能浮在水面上的高強高模纖維。 除此之外，其他機械性能亦比較突出，如良好的韌性和耐疲勞性能，耐高速沖擊性等。 1·4 芳香族聚酰胺纖維 20 世紀 70 年代，人們開始從事液晶態紡絲技術的研究，用于紡制高性能纖維，與普通 紡絲的分子結構截然不同，液晶態紡絲時形成的分子鏈只有剛棒狀高取向的有序結構。 圖 1 液態高聚物分子的構型示意圖 (a)為典型普通大分子，為無規則線團;(b)為剛性大分子， 在沒有良好側向作用和導向情況下的狀態;(c)為無規的棒狀 液晶;(d)為向列型液晶 芳香族聚酰胺是最為人所熟知的，通過液晶紡絲紡制的高性能纖維，如 Kevlar(聚對苯 二甲酰對苯二胺纖維)、 Twaron(聚對苯二甲酰間苯二胺纖維)、 Technora(聚對苯二甲酰對苯 二胺纖維)等，如圖 3 所示，為芳香族聚酰胺高結晶和高取向分子結構。這類纖維性能比較 均衡，具有高強伸性能， 高韌性、耐腐蝕、耐沖擊、較好的熱穩定性，不導電，除了強酸和強堿外，具有較強的抗化 學性能。 圖 3 芳香族聚酰胺晶體結構圖 聚對苯撐苯并雙惡唑(PBO)纖維 1998 年國際產業纖維展覽會上，日本東洋紡展出了商品名為 Zylon 的 PBO 纖維，其化 學名為聚對苯撐苯并雙惡唑，化學結構為: 1·5 PBO 纖維采用液晶紡絲法紡絲，由苯環和苯雜環組成的剛棒狀分子結構以及分子鏈的高 取向度， 決定了它的優良性能。 PBO 初紡普通絲(AS 絲-標準型)就具有 3.5N/tex 以上的強度 和 10.84N/tex 以上彈性模量， 經熱處理后可得到強度不變、 模量達 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，具有高強度、高模量、耐熱性、阻燃性 4 大特點，其強度與模量相當于 Kevlar (凱夫拉)的 2 倍，限氧指數(L01)為 68，熱分解溫 度高達 650℃，在有機纖維中為最高，被認為是目前具有最高耐熱性能的有機材料之一。 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 宇航級碳纖維 密度(g/cm ) 纖維直徑(?m) 抗拉強度(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)公司開發了一種新型液晶芳族雜 環聚合物:聚[2,5-二烴基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑]，簡稱 "M5"或 PlPD，化學結構為: M5 纖維的結構與 PBO 分子相似——剛棒結構。 M5 分子鏈的方向上存在大量的-OH 和-NH 在 基團，容易形成強的氫鍵。如圖 4 所示，與芳香族聚酰胺晶體結構不同，M5 在分子內與分 子間都有氫鍵存在，形成了氫鍵結合網絡。 圖 4 為 M5 纖維沿分子鏈軸方向的晶體結構，虛線為氫鍵。 圖 4 M5 晶體結構 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合的網絡，類似一個 蜂窩。這種結構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-碳共價交鍵的存在，使作用于碳纖維上的應力，從一個石墨層轉 移到相鄰層面， 這些共價交鍵保證了碳纖維具有高的拉伸模量和壓縮強度。 但這些共價鍵為 純彈性鍵，一旦被打破，不可復原，即不顯示任何屈服行為。所以碳纖維受力時，應力-應 變曲線是線性關系，纖維斷裂是突然發生的。 有機纖維的性能取決于分子結構、分子鏈內鍵及分子鏈間結合鍵。如前所述，超高強聚 乙烯纖維、PBO 纖維都具有優良的性能，但由于超高強聚乙烯纖維大分子鏈間的結合鍵為弱 的范德華鍵，使其纖維易產生蠕變，壓縮強力較低，另外超高強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有形成氫鍵結合、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，與樹脂的結合能力較差，在復 合材料成型過程中，有明顯的界面層，從而影響也限制了 PBO 的應用。 芳香族聚酰胺纖維高結晶度、高取向度的分子結構，使其具有高強伸性能，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度低。芳香族聚酰胺 纖維由氫鍵結合成的薄片狀結構在受壓縮載荷作用時易塑性變形， 薄片相對容易斷開， 在嚴 重過載時會出現原纖化，最終導致壓縮失效。 分子鏈間結合鍵以 M5 比較理想， M5 大分子間和大分子內的 N-H-O 和 O-H-N 的雙向氫 在 鍵結構，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 360GPa，拉 伸強度超過 4GPa，剪切模量和抗壓強度可達 7GPa 和 1.7GPa。此外 M5 而大分子鏈上含有羥 基，使它與樹脂基體的粘結性能優良，采用 M5 纖維加工復合材料產品時，無需添加任何特 殊的粘合促進劑，且具有優良的耐沖擊和耐破壞性。有資料顯示，以 M5 為加固纖維的復合 材料，在壓縮過載的情況下，測試樣品仍能繼續承受顯著的(壓縮)載荷，與之相比，碳纖復 合材料會粉碎，而芳香族聚酰胺復合材料則會被擠成纖絲狀薄片(原纖化)。如圖 5、圖 6 分 別為一個碳纖維和一個 MS 纖維復合材料的失效測試條，顯示了脆性與韌性失效之間的明顯 差異。此外，M5 纖維的剛棒結構又決定了它有高的耐熱性和高的熱穩定性，空氣中熱分解 溫度達到了 530℃，超過了芳香族聚酰胺纖維，與 PBO 接近，極限氧指數（LOI）為 59，在 阻燃性方面也優于芳綸。 圖 5 碳纖維復合材料測試條的失敗 圖 6 M5 纖維料測試條的失敗 表 1 為幾種高性能纖維力學及物理特性。 表 1 高性能纖維的力學和物理特性 特性 高 強 度 超高強聚 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（實驗值） 抗拉強度(GPa) 伸長率(%) 拉伸模量(GPa) 壓縮強度(GPa) 壓縮應變(%) 密度(克/cm ) 標準回潮率(%) 限氧指數（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都接近或超過其它高性能纖維，為綜合性能優良的 高性能纖維。 3 應用與前景 目前超高強聚乙烯纖維的應用主要是加工防彈用特種織物、防彈板、漁業用繩網、極低 溫絕緣材料、混凝土補強加固用試驗片材、光纜補強材料、降落傘繩帶、汽車保險杠等。芳 香族聚酰胺纖維常見的品種 Kevlar、Twaron、Technora 纖維等，主要應用有作為復合材料 的增強體、漁業工業等用繩網、防彈服、防彈板、頭盔、混凝土補強材料等。碳纖維的優良 特性使其廣泛用于航空、航天、軍工、體育休閑等結構材料，應用于宇宙機械、電波望遠鏡 和各種成型品，還有直升飛機的葉片、飛機剎車片和絕熱材料、密封填料和濾材、電磁波屏 蔽材料、防靜電材料、醫學材料等。PBO 纖維從問世以來就受到人們的關注，其應用主要有 防沖擊方面的加固補強材料、復合材料中的加固材料，用于防護的防彈服、防彈頭盔、消防 服、高性能及耐高溫傳動帶、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越，這使得它的應用領域更廣泛。尤 其是 M5 纖維的抗沖擊力和耐破壞性，使它在制造經濟、高效的結構材料方面有廣闊的應用 前景，如應用于航空航天等高科技領域，在高性能纖維增強復合材料中 M5 也具有很強的競 爭力。當前 M5 纖維的研究比較活躍，隨著研究的深人，其性能和應用將得到不斷的提高和 拓展。 高性能纖維的不斷創新是高性能產業用紡織品及復合材料用纖維領域的重要進步， 隨著 世界高新技術、纖維合成與紡絲工藝的發展，以及軍事、航空航天、海洋開發、產業應用的 迫切需要，高性能纖維的開發與應用前景將更為廣闊。
新型高性能纖維M5的研究與應用
摘要:本文介紹了一種新型液晶芳族雜環聚合物,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(簡稱M5).簡述了M5纖維的制作方法,M5纖維特殊的分子結構特征,并通過與其它高性能纖維的比較,闡述了M5纖維優良的性能,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脂基體粘接,這使M5纖維的綜合機械性能比目前其它高性能纖維都好.文中還展望了M5纖維的應用前景.
前言
近年來,隨著對有機高性能纖維的不斷深入研究,在剛性高性能纖維領域已經取得了很大的進展.但大多數高性能纖維,因分子間結合力的薄弱而導致某些力學性能上的不足,如PBO纖維大分子鏈間較弱的結合力,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].通常纖維扭轉模量可作維表征大分子之間相互作用程度的一個量度.因此,如何增強大分子鏈之間的相互作用,已成為進一步強化剛性聚合物纖維力學性能的一個重要問題.
作為Akzo-Nobel實驗室的研究成果,一種新型的高性能纖維,即著稱的M5已經被研究出來.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絡結構,所以M5纖維不僅具有類似PBO纖維的優異抗張性能,而且還顯示出優于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聚合物的制備過程中,其關鍵步驟是單體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)經硝化還原后制成,反應方程式如下所示:
在M5的合成過程中,TAP需經鹽酸化處理并以鹽酸鹽形式參與聚合反應.若TAP直接以磷酸鹽的形式參與反應,不但可以避免鹽酸腐蝕作用,還可以加快聚合反應速度,但卻易發生氧化作用.
另一單體2,5-二羥基對苯二甲酸(2,5-Dihydroxyterephthalicacid,DHTA)的合成也是制備M5聚合物的重要環節,可由2,5-二羥基對苯二甲酸二甲酯(2,5-dihydroxy-1,4-dimethylterephthalate,DDTA)水解后制得,反應方程式如下所示:
M5纖維的聚合過程與聚對苯撐苯并二惡唑(poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO)相似,可將TAP和DHTA兩種單體按一定的等當比同時加入到聚合介質多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)中,脫除HCI后逐漸升溫至180℃,反應24h,得到M5聚合物,反應方程式如下所示:
2 M5的分子結構特征及聚合物的聚集態結構
2.1 M5的分子結構特征
M5纖維在分子鏈的方向上存在著大量的-OH和-NH基團,容易在分子間和分子內形成強烈的氫鍵.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構特點決定了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脂基體粘接.圖1熱處理后PIPD-HT單斜晶胞的雙向氫鍵網絡晶體結構示意圖[5].圖2熱處理后PIPD單斜晶胞沿C軸的分子結構示意圖[5].圖1和圖2都顯示了熱處理后PIPD纖維的微觀二維結構,即在大分子間和大分子內分別形成了N-H-O和O-H-N的氫鍵結構,這種雙向氫鍵的網絡結構正是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絡晶體結構示意圖
圖2 熱處理后PIPD單斜晶胞沿C軸的分子結構示意圖
2.2 M5的聚集態結構
圖3 PIPD-AS沿C軸方向的分子結構示意圖
如圖3所示,為含有21%左右水分子的PIPD-AS纖維的結晶結構.由于PIPD-AS纖維中存在著大量的水,因而使得PIPD-AS纖維有很大的質量熱容,而且具有良好的耐燃性能.表2和表3所列出的實驗結果也證實了這一結論[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纖維在熱處理過程中晶體中的水分被脫出,變成無水聚合物晶體,從而在垂直于纖維方向的平面內形成二維氫鍵網狀結構.有實驗表明,經過熱處理后PIPD纖維的結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PIPD晶體結構的X射線衍射實驗研究發現,因PIPD試樣的處理溫度不同,在PIPD的分子內部可出現不同形式的結晶結構—單斜結晶晶胞和三斜結晶晶胞(如圖5和圖6所示).單斜和三斜的晶胞參數分別為:
單斜結晶: a=12.49 ,b=3.48 ,c=12.01 ,=90°,=107°,=90°
三斜結晶:a=6.68 ,b=3.48 ,c=12.02 ,=84,=110°,=107°
Takahashi等[20,21]采用中子方法測得的PIPD-HT晶胞參數為:
a=13.33 ,b=3.462 ,c=12.16 ,=84°,=105.4°,空間結構為P21/,
單斜晶胞區別于三斜晶胞的不同之處在于,三斜晶胞的氫鍵網絡結構僅僅是靠沿對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形成了二維氫鍵網絡結構,顯然這種二維氫鍵網絡結構,使得M5具有其它高性能纖維所無法比擬的高剪切強度,剪切模量和壓縮強度.
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纖維的紡絲是將質量分數為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,實驗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行水洗,以除去附著在纖維表面的溶劑PPA,并進行干燥.
圖7 M5纖維的熱處理示意圖
3.2 M5纖維的熱處理
為了進一步提高初生纖維取向度和模量,對初生纖維在一定的預張力下進行熱處理,如圖7所示.在這一過程中,M5纖維取向度將伴隨著由其分子結構的改變引起的剪切模量的增加而增大.對M5初生纖維進行熱處理能夠改善纖維的微觀結構,從而提高纖維的綜合性能.M5初生纖維再進一步用熱水洗滌除去殘留的多聚磷酸水溶液(PPA)和干燥后,在氮氣環境下于400℃以上進行大約20s的定張力熱處理,最終可得到高強度,高模量的M5纖維.在此需要特別指出的是,如果熱處理溫度過低或處理時間過短,則PIPD-AS和PIPD-HT的轉變是可逆的.因此,熱處理溫度與熱處理時間對M5纖維的模量影響很大.
4 M5纖維的性能
4.1 力學性能
圖8 PIPD-AS和PIPD-HT纖維的應力-應變曲線圖
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纖維不存在這種現象.Lammwers M[18]等研究發現,經過200℃熱處理的初生纖維壓縮強度由原來的0.7Gpa提高到1.7Gpa,而經過400℃熱處理的初生纖維壓縮強度由原來的0.7Gpa提高到1.1Gpa.顯然對于PIPD的初生纖維來講,并非熱處理溫度越高越好.通過用偏光顯微鏡觀察發現:在400℃熱處理的纖維中存在裂紋,這可能是導致壓縮強度下降的原因,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性能和其它性能的對比數據,其中的力學性能包括拉伸強度,斷裂伸長,模量以及抗壓縮強度等.與其它3種纖維相比,M5的抗斷裂強度稍低于PBO,遠遠高于芳綸(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,達到了350GPa;M5的壓縮強度低于碳纖維,但卻遠遠高于Twaron-HM纖維和PBO纖維,這歸因于M5的二維分子結構[17].
表1 M5纖維與其它高性能纖維的比較
纖維
拉伸強獨/Gpa
斷裂伸長/%
初始模量
/ Gpa
壓縮強度
/ Gpa
壓縮應變
/ %
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
空氣中的熱穩定性
/℃
LOI
/%
電導性
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纖維特殊的分子結構,使其除具有高強和高模外,還具有良好的壓縮與剪切特性,剪切模量和壓縮強度分別可達7GPa和1.6GPa,優于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
一般來講,當高性能纖維受到來自外界的軸向壓縮力時,其纖維內部的分子鏈取向會因軸向壓縮力的存在而發生改變,即沿著纖維軸向出現變形帶結構.而對M5纖維來講只有當這種軸向壓縮力很大時才會出現這種結構[11].如圖9所示,當M5纖維受到外界的軸向壓縮力時,壓縮變形后的M5纖維中也會出現一條變形帶結構,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[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引燃時間(TTI);③比消光面積(SEA);④耐燃性能指數(FPI)
表2所列數據是熱量計熱流為75kW/m2時測得的,也就是在試樣表面溫度為890℃左右時測得的值.纖維試樣放在一塊1cm2的線網上.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,也就是說單位時間內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纖維的點燃時間最長為77s,遠高于Nomex纖維.SEA是用來衡量單位物質燃燒時產生的煙霧量,PIPD-AS纖維達到了224m3/kg,而Nomex纖維為38670m3/kg,二者相比PIPD-AS纖維的SEA值遠低于Nomex纖維,說明PIPD-AS纖維燃燒時產生的煙霧量要遠少于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(FPI)最高為1.76sm2kW-1.從表2中各項耐燃性能參數可以看出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用前景.
M5纖維的剛棒狀分子結構決定了它具有較高的耐熱性和熱穩定性.從表2中可以看出,PIPD-HT纖維具有與聚對苯亞基苯并雙嗯哇(PBO)纖維相似的FPI值,但它在燃燒過程中更不容易產生煙.M5在空氣中的熱分解溫度為530℃,超過了芳香族聚酰胺纖維,與PBO纖維接近.M5纖維的極限氧指數(LOI)值超過50,不熔融,不燃燒,具有良好的耐熱性和穩定性[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脂基體粘接.采用M5纖維加工復合材料產品時,無需添加任何特殊的粘合促進劑.M5纖維在與各種環氧樹脂,不飽和聚酯和乙烯基樹脂復合成形過程中,不會出現界面層,且具有優良的耐沖擊和耐破壞性[6,8].
4.4 熱力學性能
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熱量計測得的四種不同含水量M5纖維的DSC譜圖.研究發現將1g試樣材料放在一個開放的測試槽內,以0.2℃/min的速度,在30℃-200℃范圍內得到一張掃描圖,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放測試槽內水分的蒸發有關.從表3可以看出,含有結晶水的M5初生纖維的熱吸收值與不含結晶水的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有什么差別.通過以上研究發現完全干燥的PIPD初生纖維的晶體結構與PIPD-HT試樣結構類似.
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 應用及展望
作為一種先進復合材料的增強材料,M5纖維具有許多其它有機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域具有更加廣闊的應用前景;M5纖維可用于航空航天等高科技領域;用于國防領域如制造防彈材料;用于制造運動器材如網球拍,賽艇等.
M5纖維特殊的分子結構決定了其具有許多高性能纖維所無法比擬的優良的力學性能和粘合性能,使它在高性能纖維增強復合材料領域中具有很強的競爭力.與碳纖維相比,M5纖維不僅具有與其相似的力學性能,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域發揮作用,如電子行業.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法比擬的性能和更加廣闊的應用前景,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,隨著對M5纖維研究的進一步深入,作為新一代的有機高性能纖維—M5纖維必將得更加廣泛的應用.
碳纖維乙烯基酯類上漿劑對碳纖維及其復合材料性能的影響 論文的文獻綜述 怎么寫啊
從力學性能講環氧的最好，而且日本的碳纖維上江劑也是基本滿足環氧類的，但是在中國國內，上將劑的水平還是相對比較低的，一來國內碳纖維行業是個技術密集型產業，而且國產碳纖維也沒有產業化，二來科研力度和資金的相對薄弱。說實話，乙烯基絕不是最佳的選擇，界面的性能沒有環氧的好，但是鑒于國內碳纖維的民用化以及低端化，對力學性能等不適要求很高，同時考慮到成型工藝常用手糊和導入，而很少用成本高的預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脂。
你需要進行澆注體，碳纖維復合材料力學性能測試，以及SEM電子顯微鏡查看界面。
碳纖維復合材料制品
中航泰達對于碳纖維復合材料制品的成型工藝較常見的有5種：裱糊成型工藝，纖維纏繞成型工藝，拉擠工藝，樹脂傳遞模壓工藝，編制成型工藝。因為復合材料本身的比強度和比剛度較高，而且在耐高溫以及抗疲勞上性能良好，因此碳纖維復合材料制品也繼承了這些優點，不僅工藝簡單而且性能較好，因此近年來碳纖維復合材料制品的應用范圍可以說是不可謂不廣，因此在航空航領域，汽車工業，化工以及醫學領域都有復合材料的身影，希望對您有所幫助，望采納
碳纖維能用于火箭和航天器？
1、
碳纖維——含炭量在90%以上的高強度高模量纖維。耐高溫居所有化纖之首。用腈綸和粘膠纖維做原料，經高溫氧化碳化而成。是制造航天航空等高技術器材的優良材料。
2、 在碳纖維行業中，日本獨占鰲頭，尤其是東麗等公司做的比較好，而中國尚有差距！
3、具體可以參考論文：
一篇文章讀懂碳纖維復合材料在航空航天領域的應用淺析
碳纖維復合材料在航天領域的應用
碳纖維復合材料在航天領域的應用 《中國光學》
高性能PAN基碳纖維及其復合材料在航天領域的應用 《高科技纖維與應用》
碳纖維復合材料在航空航天領域的應用 《玻璃鋼》
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