2010研究生讲义31ppt课件

有机高分子材料应用简介 第七章 结构特征 固有特性 测定性能 实际应用性能 性能价格比Cost(price) Performance 成型工艺 一、高机能功能高分子材料（High Functional Polymer Materials) 一）抵抗材料（Resist Materials)-感光树脂 光刻(Photography) 光抵抗材料（Photo-resist): 正模型材料（Positive Type); 负模型材料（Negative Type) 光模型制作（Photo-pattern Fabrication) 相片制版(Photo-fabrication)、光刻蚀(Photo-etching) 光电成型 (Photo-electroforming)应用 集成电路（Integrated Circuit)大规模集成电路（Large Scale Integrated Circuit)应用 半导体光刻技术（Semi-conductor Photolithography) 126 精细加工用抵抗材料（Fine Process Resist Materials) 1813年法国Njepce首先研究沥青的光固性 二）感光高分子类型 1、根据光照后物理性质的变化分为： 光致溶化型 光致不溶化型 光降解型 光导电型 光致变色型等 3、根据光反应的种类分为： 光交联型 光聚合型 光氧化还原型 光二聚型 光分解型等 2、根据感光基团分为： 重氮型、叠氮型、肉桂酸型、丙烯酸型 1）感光型化合物+高分子型：由溶剂、感光型化合物（重铬酸盐、 芳香族重氮、叠氮化合物、有机卤素化合物）、染料、引发剂、 不饱和高分子、增塑剂组成 2）光聚合型：光敏剂+单体体系；光聚合单体+高分子体系 3）带有感光基团的高分子型：主要研究对象 4、根据聚合物的形态和组成分类： 合成方法A.将带有感光基团的单体进行聚合或缩聚 B.通过反应向高分子骨架上引入感光基团 CH2=CH-C6H4-O-CO-CH=CH-C6H5 CH2=CH-C6H4-CH=CH-COOH CH2=CH-COOCH2CH2OCO-CH=CH-C6H5 CH2=CHCOOCH2- R 吡喃酮基 CH2=CHCOO CH2C(CH3)-COOCH2CH(CH3)OCO-C6H5-N3 O =O O =O 香豆素基 -(-CH2-CH-)- + C6H5-CH=CH-COCl OH -(-CH2-CH-)- O-CO-CH=CH-C6H5 改性方法：引入相应基团（如羟基、羧基、磺酸基）增加水溶性和成膜性能 R= 功 能部 件先进进复合材料 检检 测测换换能敏感元件换换能功能 传传 输输光纤纤光缆缆的缆缆芯和管碳纤维纤维 或芳纶纶/树树脂基 存 储储磁记录记录 和磁光记录盘记录盘 片磁性功能 处处理与计计算大规规模集成电电路基片 碳纤维纤维 /铜铜 计计算机及终终端用屏幕罩高频频 覆铜电铜电 路板 半导导体及导电导电 性 键盘键盘 触点柔性导电导电 执执 行打印机机械零件碳纤维纤维 /树树脂基 机械手与机器人碳纤维纤维 /树树脂基或金属基 高分子复合材料在信息技术中的应用 有机光导电材料（Organic Photoconductor Materials)(OPC)主要用在普通纸的复印机 （Plane Paper Copier,PPC)、激光打印机、数字打印机、等中作为感光体使用 电子成像过程：物质的静电现象和光导电现象的组合过程（Non-impact way) 放电带电 露光 现象 感光体膜 电阻大 表面静电 光导电层电荷消失 电阻减小 带有反电荷的 可塑性粉末现象 静电转移图象 清除 OPC感光体膜的构成 电荷移动层（Charge Transport Layer) 电荷产生层（Charge Generation Layer) 导电层 基板 CGL CTL LUMO HOMO 励起 IpIp 正孔 CGL CTL 励起 正孔 Ion-potential (Ip) Ea Ea Electron-affinity (Ea) 注入机理（模型） 129 三）电子成像用感光材料 明胶、高分子树脂 黑白：钡底，BaSO4+明胶 彩色：涂塑，TiO2+聚乙烯 四）光记录材料（Optical Memory Materials) 130 光盘 机能 保存型（Direct Read After Write Media,DRAW) 消去型（Erasable-DRAW, E-DRAW) 材料分类 有机材料 无机材料 记录原理 热模型（Heat Modle) 光模型（Photon Modle) 同时有形状变化 没有形状变化 开孔型（可逆、不可逆） 气泡成型（可逆、不可逆） 苔藓孔型（Moss Eye)(不可逆） 相变化（结晶、非结晶/可逆、不可逆） 光磁气变化（可逆） 分子结构变化（可逆、不可逆） 形状没有变化-分子结构变化（可逆、不可逆） 光盘构造 紧密型 夹心型 Pre-groove(PG)/ Pre-Adrress(PA) Fine Pattern Drive tracking 驱动跟踪 标准光设置 Optical Pick up 伺服器（Servo) 色素和粘合剂溶剂 （光记录材料） 涂膜 热处理密封 光盘 五）液晶显示材料（Liquid Crystal Display Materials) 131 1888年澳大利亚植物学家Reinizer发现（Cholestro-Derivatives) 德国物理学家Lehmann用偏光显微镜观查此流动性和折射性（Refraction) 1960年美国RCA group观察到在电场下液晶分子的向列状态（Nematic state)和散乱现象 当时电器、电子工业处于从真空管向半导体转变时期，显示器的小型化变得日益突出 构成液晶分子的要素： 1）刚直、棒状、板状 2）细长 3）两端带有基团（两端是永久极性） 棒状分子 圆盘状 主链型液晶分子 侧链型液晶分子 复合型液晶分子 芳香族聚酰胺、芳香族聚酯等 Y=CH-Z 单体共聚、硅化、酯化等 六）非线形光学材料（Non-linear Optical Materials) P = c(1)E + c(2)E2 + c(3)E3 + 半导体激光 (l=0.84mm)l=0.42mm P: Polarization induced in a molecule by a external electric field E The values of c(n) are refer to macroscopic coefficients that measure the projection of the macroscopic molecular tensor on the unit cell. E 例如：2-甲基-4-硝基苯胺 CH3 NO2 NH2 SHG (Second harmonic generation) l=0.28mm THG (Third harmonic generation) SHG NO2 NH2 -CH=CH-O2N-NMe2 132 Optical Waveguide 二次非线形光学材料所具备的条件： 1）没有对称中心（Noncentrosymmetric) 2）共轭结构且具有极性 三次非线形 (SHG) 光学材料所具备的条件：主链方向具有长的共轭结构 例如：聚乙炔 -CH = CHn- Solid-State Polymerization of Diacetylene MonomerPolydiacetylene (PDA) Characteristics of PDA: 1.Single Crystal 2.One Dimensional Conjugated Backbone Electronic Conducting Materials Electrooptics, Optics Switches and Modulators d q R RR R R RR R hn or D 133 134 七）光纤材料(Optical Fiber) 塑料光纤(Plastic Optical Fiber, POF)的构造和性质 分类:阶梯指数型光纤 (Step Index, SI) 分级指数型光纤(Graded Index, GI) q 2qmaxn1 n2 SI型光纤的折射率分布和光的传播 PMMA n =1.49 PS n = 1.59 PVC n = 1.521.55 PFE n = 1.35 制作方法:Core Clad Fiber 应用:光纤通讯, 显示器等 纤 芯 包 层 保 护 套 135 八）密封材料(Sealing Materials) 集成电路中应用: 对密封材料的要求：: 1) 硬化时间短 2) 膨胀率低 3) 弹性低 4) 强度高 5) 接着力强 6）绝缘性好 7）耐湿、耐热、难燃 8）热传导率高 9）储藏安定性 主要是酚氧树脂与环氧树脂的反应物、 橡胶、沥青等 防水工程：SBS、APP、PVC和再生胶改性沥青卷材 九）压电材料（Piezoelectricity materials) 可在耳机、高音喇叭等音响器械、医用超声波探子等医疗器械、传感器等 136 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应, 是典型的有源传感器。 当材料受力作用而变形时, 其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式 传感器具有体积小, 重量轻, 工作频带宽等特点, 因此在各种动态力、 机械冲击与 振动的测量, 以及声学、 医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。 石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。 压电薄膜有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、尼龙 聚甲基-L谷氨酸脂PMG等。高分子压电材料是一种柔软的压电材料， 不易破碎，可以大量生产和制成较大的面积。 正（顺）压电效应示意图正（顺）压电效应示意图 F F F F F F F F 十）导电性高分子材料 常见导电高分子 1977 年在纽约科学院塑料也能导电 2000年诺贝尔奖金获得者： 美国加里福尼亚大学物理学家黑格、 宾夕法尼亚大学化学家马克抵押米、 日本筑波大学化学家白川英树 导电高分子材料按结构和制备方法分类：复合型、结构型 1.复合型：以有机高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质组合而成。 如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等 特点：兼有高分子材料易加工和金属导电性：加工性好、工艺简单、 耐腐蚀、电电阻率可调范围大、价格低 2.结构型：高分子材料本身或经少量参杂后具有导电性物质（目前开发重点） 分为离子型（高分子固体电解质）；电子型（以共轭高分子为主体） 方法:将亲水聚合物或结构性聚合物与基体高分子共混 将各种导电材料填充到基体高分子中 例如：聚丙烯腈（PAN)/（PVC），PAN/PA（聚苯胺）抗静电材料等 与金属和半导体相比较： 通过参杂，导电高分子的室温电导率可在绝缘体和导体之间，导电高分子 可以拉伸，且随拉伸而增加，垂直方向电导率不变，呈各向异性，载流子不同 于金属电子，也不同于半导体的孔穴或电子，而是用弧子、极化子、双极化子 概念 ABS/HIPS 共混、ABS/PA共混制得高性能抗静电复合材料 电导率：103 S/cm以上为导体 10-8-103之间为半导体 小于10-8为绝缘体 掺杂方法：化学掺杂就是加入不同氧化态的物质，使之与聚合物接触反应。 电化学掺杂是指聚合物作为电极，掺杂剂作为电解质，在通电 的条件下使聚合物链发生氧化还原反应而直接改变其荷电状态 1.p型掺杂剂-在掺杂反应中作为电子的接受体。如：卤素，路易斯酸（PF5,AsF5,BF3,SbF5); 质子酸(HF,HCl,HNO3,ClSO3H);过渡金属卤化物（NbF5,TaF5,MoF5,ZrCl4,TeI4); 过渡金属化合物（四氰基乙烯（TCNE),四氰基对苯昆二甲烷（TCNQ),四氯对苯昆等 x聚合物 （聚合物y+）x + (xy)A- （聚合物y+）Ay-x 2.n型掺杂剂-在掺杂反应中作为电子给予体。如：碱金属（Li,Na,K);在电化学掺杂中常用 R4N+,R4P+(R=CH3,C6H5) x聚合物 （聚合物y-）x + (xy)M+ （聚合物y-）My+x I2 I - . + 弧子、极化子、双极化子概念： AsF5 Na- Na+ 压合得到半导体p-n结器件 掺杂剂的类型： 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）光导电和光致变色高分子材料 光导电高分子材料 基本原理 空穴电子 分离 再结合 外加电场 E 光照 结构要求： 线性共轭高分子 侧链有大共轭结构高分子 侧链连接芳香胺或含氮杂环高分子 可以掺杂电子接受体或授体小分子激发 N = O -NO2 NO2 NO2 掺杂 1969年美国IBM公司首次开发 在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料。发光塑料是近 年来兴起的一种高附加值新型功能材料。其产品如：交通领域通道标识、楼 梯标识、标志线；发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休 闲用品。 光致变色高分子材料（Photochromism) 光致变色高分子材料（Photochromism) 基本原理 一个化合物A，在受到一定波长的光照射下，可以进行特定的化学反应，获得产物B， 由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化，而在另一波长的光照射下或热的 作用下，又能回复到原来的形式。 Wavelength(nm) lAlB 1867年Pritsche发现并四苯（黄色）无色 1876年，Meer观察到二硝基甲烷钾盐 hn 1950年，定义 化学物理现象，主要机理有： 键的均裂、异裂、顺反互变异构、氢转移互变异构、价键互变异构、 氧化还原反应、单线态-三线态吸收 NO CH3O 光 N O- OCH3 + 键的异裂 螺苯并吡喃 质子转移互变异构 N-Ph O H N-Ph O H 氧化还原反应 = = OO = = OO = = OO = = OO O O 顺反互变异构 N = NN = N 应用感光胶片 光1 光2 抗辐射材料 伪装材料 防伪印刷 有机可擦拭激光光盘 十二）生体医疗器械材料(Medical Materials) 1).固定化材料 用于固定各种酶 原理：物理吸附、离子结合、生物特定结合方式 把生体催化剂固定在载体上 PVA(纤维状载体经过氨基化后吸附蛋白酶） 用于固定微生物 固定方法 137 2）生物医用高分子 3.）药用高分子 高分子缓释药物载体 高分子药物 药物制剂和包装用高分子材料 甲壳质是从海洋甲壳类动物中提取的动物性纤维，是纯天然活性物质，无毒副作用，对人体 有良好的亲和性，可螯合重金属，被广泛应用于各行业。利用甲壳胺的天然活性，用它作原料 制成的人工皮肤，在临床使用中反应很好。 人造心脏 人造关节 人工肾 4).生物传感器(Bio-sensor) 化学信号 分子识别装置 生体催化剂 （酶等） 变换器/电极/半导体/ 光子计数器/热敏器 电信号 酶传感器（醇传感器、番红花糖、乳酸等） 微生物传感器 组织传感器 免疫传感器 138 5).透析膜（Dialysis Membrane) 活性层（细密层） 支持层（多孔层） 纤维素类（Cellulose) 合成高分子类（PMMA、聚丙烯氰共聚物、聚酰胺、乙烯与乙烯醇的共聚物等） 血液透析、血液过滤、血浆交换、分离 要求：溶质透过 透水性 醇传感器 甘汞电极白金电极 酶固定膜 样品 十三）可降解高分子材料 生物降解 光降解 光生物双降解 氧化降解 复合降解 淀粉+PE；淀粉+PVA；淀粉+PVC 天然大分子：淀粉；聚糖；纤维素 合成高分子：生物合成:普鲁士兰、PHBV（聚羟基戊酸丁酯）、PHB（聚b羟基丁酸酯） 化学合成：聚乳酸、聚己内酯等 添加光敏剂：金属配合物；羰基聚合物 淀粉+光敏剂+光降解树脂 地膜 容器包装 十四）能源材料 太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层 复合太阳能电池，转换率高达40%。美国能源部在全部氢能研究经费中 ，大约有50%用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关 键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型 燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。 Active Layer SMU Anode Buffer Layer Cathode hh 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置 固体氧化物燃料电池： 固体氧化物燃料电池是一种新型绿色能源装置，比质子交换膜燃料电池有更高的转换效率 和节能效果，可减少二氧化碳排放50%，不产生NOx，已成为发达国家重点研究开发的新能 源技术。但目前研究的固体氧化物燃料电池的工作温度达800900，其关键部件的材料制 备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有：a）高性能电极 材料及其制备技术；b）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术；c）电池结构优 化设计及其制备技术；d）电池的结构、性能与表征的研究 光电转换效率大于18%的硅基太阳能电池商品化； 研制出光电转换效率大于18%的低成本、大面积、可商业化的硅基太阳能电池及其组件。 太阳能的综合利用 (光电、热电、热交换)及其与风力发电的耦合技术；建立总体利用效率达 15%的追尾聚集光式太阳能光电、热电、热交换系统并实用化，建立太阳能综合利用与风力发 电耦合的实用型分布式地面电站，并可并网供电。 功 能构 件先进复合材料 新能源 太阳能发电太阳能电池结构支架碳纤维 树脂基 太阳能发电热变换 器的吸热层吸热功能 风力发电 机叶片及塔身混杂碳纤维 树脂基 核能源核同位素分离离心机转子碳纤维 树脂基 核能源核燃料包覆管碳纤维 碳 节能 汽车转动轴 、轮箍活塞碳纤维 树脂基 汽车活塞连杆及销子氧化铝纤维 铝 燃气涡轮发动 机涡轮 叶片陶瓷基和耐高温金属基 储能 高效铅酸蓄电磁电极碳纤维 铅 高能锂电 池固体电解质离子导电 功能 在能源技术中先进复合材料的应用 十五）高级功能复合高分子材料简介 碳纤维复合材料、玻璃钢、玻璃纤维复合材料等 复合材料按功能分类 复合材料按基体材料分类 40年代，玻璃纤维增强塑料（GFRP）复合材料发展的第一代 6080年代，先进复合材料-复合材料发展的第二代 80 年，先进复合材料充分发展-复合材料发展的第三代 先进复合材料的发展史 玻璃纤维：成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等 碳纤维：用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得 Classification of Composite Materials 第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机里尔芳2100号， 并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇于世。 第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用 碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门，用凯芙拉纤维/环氧树脂制 造各种压力容器，用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳/碳复合材料制 造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制 成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。在这架代表近 代最尖端技术成果的航天收音机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。 第三件是在波音767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，飞机使 用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了 机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞 机的各种飞行性能。 复合材料在这几个飞行器上的成功应用，表明了复合材料的良好性能和技 术的成熟，这对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。 树脂基复合材料 先进复合材料投入应用-三件成果意义 碳纤维/环氧树脂 碳纤维/芳纶/环氧树脂 玻璃纤维增强塑料 芳纶/杜邦聚酰胺 芳纶/泡沫芯板 碳纤维/杜邦聚酰胺 飞机上用的复合材料 GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮 B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由 碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。 采用高分子复合材料制作浮雕和雕塑 Military Kevlar Helmets Ballistic Clothing + 二汽 北京 长安 华晨 上海 一汽 广州 Examples of commercially used composites materials 玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（Glass Mat Reinforced Thermorplastic）以玻璃纤维（ 毡）为增强材料，热塑性树脂为基体，通过加温、加压制成复合材料，简称GMT，是 目前国际上极为活跃的复合材料开发品种，被视为世纪新材料之一。 轻质高强度的GMT片材，通过结构优化设计，可取代部分金属材料，获得显著的减重 效果，而且节省模具费用，（仅为金属冲压模具的1020），并有利于多种零件组 合，形成模块化生产方式。用GMT片材可较原金属件减重3080，能耗仅为钢制品 的6080，铝制品的3550，价格低于同体积的金属制品。 GMT片材在汽车工业中的应用，已达40多种，主要有座椅骨架、保险杠、仪表板、发 动机罩、电池托架、脚踏板、前端、地板、护板、后牵门、车顶棚、行李托架、遮阳 板、备用轮胎架等部件。 车用热塑性复合材料 a.玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT） 车用热固性复合材料 玻纤增强树脂(FRP)如:玻纤增强不饱和聚脂片状模压成型SMC（Sheet Molding Compound）、团状模压成型BMC、冲压成型片材（Stampable Sheet）等与其他高分 子材料相比具有强度高、刚度大、耐高温、成本低,破损安全性好，独特的成型工艺 （可整体成型），减少了零部件紧固和接头数目等优异性能等优点，一直是汽车覆 盖件最理想的非金属材料。 b长纤维增强热塑性复合材料（LFT） LFT增强材料是纤维连续纱或者短切玻璃纤维（适合于LFT-D），其组成材料可以是 玻璃纤维、芳基纤维、碳纤维、钢纤维和其他能够形成连续纱的纤维。LFT-G的基体 聚合物可以是各种热塑性塑料，常用的有PP（56），Nylon（32），其他的还有 ABS、PPS、TPU（热塑性聚氨酯 ）、POM（聚甲醛）等等。为了改善界面强度，通 常还需要界面改性剂，如偶联剂以及相容剂。 LFT材料现在广泛应用在汽车工业中。Ticona公司的LFT产品（Celstran和Compel） 成功的应用在VW Golf 型上。 c天然纤维增强热塑性复合材料（NMT） 传统的纤维增强复合材料是由玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维或碳纤维等人造合成纤维组成的 ，它们一般都存在着耗能大、造价高、易造成环境污染等问题。与玻璃纤维及碳纤维相比， 各种天然纤维(如麻纤维、竹纤维、甘蔗渣纤维等)具有价廉、可回收、可降解、可再生等优 点，其复合材料的研究与开发应用，近年来成为人们对材料研究开发的热点之一。 天然纤维复合材料在汽车工业的应用目前还局限在汽车内饰件上。戴姆勒-克莱斯勒公司已 经成功的将天然纤维复合材料应用在了其生产的奔驰E系列轿车上。先前此类车的车门、车 内部件用的是木纤维复合材料，现在用亚麻/剑麻毡增强的环氧树脂进行了替换，使得重量 减轻了20%左右，而且，机械性能也得到了改善，尤其是对于安全保护方面。另外，用亚麻/ 剑麻毡增强复合材料能够成型更为复杂的立体构件，因此，这也更适用于车门外贴板等部件 ，以替换先前的材料。 福特汽车公司设在德国的材料工程部门在研究亚麻/PP注射成型方面取得了相当的进展，在 新型的福特车中这种材料将用于制造冷却器架和引擎挡板等部件。用这种材料制造的部件重 量比用玻璃纤维增强的材料轻25%左右。 各种天然纤维(如麻纤维、竹纤维、甘蔗渣纤维等)具有价廉、可回收、可降解 、可再生等优点，其复合材料的开发应用，近年来成为人们对材料研究开发的热 点之一。天然纤维复合材料在汽车工业的应用目前还局限在汽车内饰件。 汽车车零部件纤维纤维 种类类聚合物纤维纤维 含量 % 车门 板/衬垫 洋麻/大麻，50/50聚丙烯50 木纤维聚丙烯50 杂物箱/后搁物架 洋麻聚丙烯50 亚麻聚丙烯50 木纤维酚醛树 脂85 座位靠板/货车车厢 地板 亚麻聚丙烯50 备胎盖/车身后壁板 亚麻聚丙烯50 木纤维聚丙烯50 其它内装饰板 洋麻聚丙烯50 亚麻聚丙烯50 天然纤维复合材料在汽车中的应用(NMT) 大麻的果实和花顶部分经压搓后渗出的树脂制成纤维 几十年前即有预言，碳纤维增强复合材料将取代金属，用于制造汽 车底盘，这一预言正逐步实现。 2003年DaimlerChrysler公司推出的 Dodge Viper型跑车的挡板支架系统所采用的材料碳纤维复合材料, 这项技术也是碳纤维在大型底盘和车身外部部件上的首次应用。碳 纤维复合材料的挡板支架薄壁虽只有2mm，却能支撑着整个车身前 端，而且有34个零件在这里联结，刚性提高了22。 近年来，日本开始研究采用碳纤复合材料,基体树脂采用具有较高 玻璃化转变温度的聚醚酮，这样碳纤复合材料的比抗拉强度优于铝 合金的比抗拉强度。代替目前正在使用的铝合金来制造汽车涡轮增 压器压气机叶轮，具有强度高、耐久性好和可靠性高的优点，并使 叶轮质量减轻了48，降低了转子惯量，提高了转子加速性能，缩 短了涡轮增压器的响应滞后。 近年来，世界各国都致力于研究新一代磨阻材料取代石棉摩擦材料 ，其中碳纤维复合材料具有比强度高、比弹性高，耐热性好，耐磨 损等优点，已成为增强效果很好的石棉代用品。碳纤维陶瓷刹 车盘装置，国内已有厂家生产并有出口。 碳纤维增强复合材料 复合材料汽车零部件 外装饰件：保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板、前后翼子板、举升门等 。其应用特点是以塑代钢，减轻汽车自身质量； 内装饰件：仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护 板等。其应用特点是安全、环保和舒适； 功能与结构件：油箱、散热器水室、空滤器罩、风扇叶片以及发动机 进气管、气缸盖罩等。其应用以采用高强度复合材料为特点； 车型 前大灯材料后灯材料 标致 607 PP, PC, UPABS, PMMA 福特 蒙迪欧PP TV40, PC, UPABS, PMMA AUDI A4PP T40, PC, UPPC+ABS,PMMA 福特嘉年华PP TD20, PC, UP GF15ABS, PMMA 大众途安 PP TV40,PC, UP (GF+MD) ABS, PMMA 汽车在质量上和档次上的提高，汽车灯具不再是一种单纯的安全件，而且成为汽车上重要的外饰件。为 适应这种趋势，汽车灯具正在逐步向全塑化发展。 前大灯。考虑到大灯玻璃的透明性、耐候性、耐冲击性以及易于成型加工，多数表面采用涂敷硬腊的PC 材料，从而进一步提高了耐擦伤和耐候性。前大灯反射镜壳，为了满足耐热性以及表面处理要求，一般采用 BMC、PPS、PC、PBT等制成。 后排指示组合灯。灯罩材料为PMMA，灯壳为填充改性PP，它们之间用热熔胶粘结剂粘接。随着振动焊 接技术的发展，灯壳材料开始采用耐候ABS，这样灯壳和灯罩之间可用振动焊接，也便于材料的再生利用。 车灯部件 不同车型车灯的所采用的材料 顶棚 1990年乙烯基聚酯树脂热固性树 脂复合材料制造的塑料气门室盖 首次使用于美国汽车上 塑料材料可选用玻璃纤维增强PA、玻璃纤维增强PET， 如美国杜邦公司的Minlon21C（PA+玻璃纤维和矿物填 充剂）和Rynite935（PET+玻璃纤维）。Amcomo公司 拟将聚邻苯二甲酰胺和PI用于制造气门室盖，这些材 料都具有翘曲小、热稳定、高冲击韧性、尺寸稳定等 特点。 进气歧管 气门室盖 (1)无缝气囊仪表板、双色保险杠等制造技术 (2)用于吸能块的可发性PP原材料技术和聚丙烯CO2气相 板材发泡技术； (3)塑料进气岐管、塑料油箱、夹层玻璃粘接层等关键材 料国产化： 进气岐管用玻纤增强PA(适用于激光焊接的尼龙牌 号)； 油箱专用粘接剂、阻隔料（EVOH）和超高分子量 HDPE； 燃油管、刹车管用尼龙11尼龙12； 凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺基直接键合在芳香环上， 每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个 氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺纤维，我国定名为芳纶纤维（包括两大类：全苯环；杂环）。 表面膜 Surface Coat Carbon 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 地毯则可以选择耐久的羊毛 制品或者PET地毯 主要采用水性涂料、粉末涂 料和辐射固化涂料等 用于户外美化环境的产品： 可以回收的塑料做成长椅、 桌子和交通标志牌。 139 二.物理化学机能材料 1.离子交换树脂 硬水软化、盐水脱卤、纯水化、排水处理、超纯水、电镀（Plating)表面处理液的精制、 贵金属回收、糖、氨基酸、医药精制等 化学构造：三次网状的高分子 引入离子交换基 1）阳离子交换树脂：-SO3H(强酸性）、-COOH,-PO(OH)2(弱酸性） 2）阴离子交换树脂：-N(CH3)3+Cl-, -N(CH3)2CH2CH2OH+Cl- 机理：中和反应、中性盐分解、复分解反应 SO3H + Na+ OH- -SO3-Na+ + H2O + Na+Cl- -SO3+Na+ + H+Cl- -SO3-Na+ + K+Cl- -SO3-K+ + Na+Cl- CH2=CH CH2=CH CH=CH2 -CH2-CH- -CH2-CHn- -CH-CH2n- H2SO4/HNO3 ClCH2OCH3N(CH3)2CH2CH2OH N(CH3)3 CH=CH2 COOR -CH2-CH- -CH2-CHn-CH-CH2n- COOR 1)NaOH 2)HCl 3)两性离子交换树脂（表面带有阳、阴离子交换基） -COO-H+ HO-HR2N+- + Na+Cl- -COO-Na+ Cl-HR2N+- + H2O 低温 高温 热再生树脂（Sirotherm) -COO-H+ HO-HR2N+- + Na+Cl- 低温 高温 -COO-Na+ Cl-HR2N+- + H2O 4)鏊和物交换树脂（Chelate) -COOH -COOH + Ni(NH3)42+ -COO -COO Ni(NH3)2 H3+N(CH2)3NH3+-COO -COO Ni NH2 NH2 浓氨水 -COO -COO Ni(NH3)2 H3+N(CH2)3NH3+ 140 2.离子交换膜： 阳离子离子交换膜 阴离子交换膜 例如：烟草聚硅烷滤嘴材料 3.气体分离膜 构造： 均质膜（分离膜的特性） 多孔膜 非对称膜 布 -O-C6H4-C(CH3)2-C6H4-O-C6H4-S-C6H4-n- O=O 141 NNR =OO= O=O 尿不湿 PVCPE 尿布 尿不湿 吸水纸吸水纤维水溶性聚酯 4. 高吸水性和吸油性高分子材料（Super Absorbent Polymer,SAP) 荒 漠 化 吸水原理： - = COO- + = Na+; H3O+ + - + - + - + - + - + - - - - - - - + 溶液 + + - CH=CH2 COOCH3 CH=CH2 OCOCH3 -CH-CH2n- COOCH3 -CH-CH2n- OCOCH3 -CH-CH2n- COONa -CH-CH2n- OH CH2=CH-C6H4-R + CH2=CH-C6H4-CH=CH2 + 交联剂 二维 也可用淀粉、纤维素等天然高分子化合物与丙烯酸、苯乙烯磺酸聚合 用聚丙烯酸或聚乙烯醇合成 5. 表面机能材料（通过一定方法使表面具有一定的性能） 设计合成新的高分子方法 对有一定性能材料表面进行标记（brand)、沉积（deposited)、涂膜（coating)、 接支处理使表面改性 Glow 反转 内部移动 Hydrophile(亲水性）Hydrophobicity(疏水性） 142 表面处理 在高分子材料表面镀金属（如银、铜/镍）和喷涂耐老化涂料 （如漆、石蜡）作为保护层。 1）非带电表面 界面活性剂 亲水表面 带电 放电（漏电） 水分 阳离子性界面活性剂（如：RSO3Na,ROSO3Na, etc) 阴离子性界面活性剂(N(CH3)4+X-) 两性界面活性剂(R-N(CH3)2CH2COO-) 原理： 2）防雾表面 方法：表面亲水化（吸附的水形成很薄的膜、光的散射减少） 表面疏水化（附着的水由于自重、震动而脱离） 表面层吸收 一般镜片 防雾防水镜片 界面活性剂膜（亲水性、疏水性或两者结合） 143 3）润滑表面 聚乙烯毗咯烷酮在聚氯乙烯表面涂层 11.光学制品材料 光学透镜（Optics lens) 塑料透镜：易加工成型、重量轻、不易碎裂、易染色；种类少、耐热性差、易划伤、吸水性 塑料透镜种类与选择：主要指标是透过率、折射率、