功能高分子材料学 教学课件 作者李青山 8

第8章功能高分子材料应用与开发

第8章功能高分子材料应用与开发

功能高分子应用开发碳纤维复合功能材料

功能色素

粘接功能高分子材料

功能纤维织物功能性塑料树脂功能橡胶弹性材料功能性涂料功能性包装材料土建功能高分子材料极限环境功能高分子材料功能高分子应用开发碳纤维复合功能材料功能色素粘接功能高分8.1碳纤维与功能复合材料

碳纤维属于高新技术产品。它既具有碳素材料的固有本性，又具有金属材料的导电和导热性、陶瓷材料的耐热和耐蚀性、纺织纤维的柔软可编织性，以及高分子材料的轻质、易加工性能，是一材多能和一材多用的功能材料和结构材料。8.1碳纤维与功能复合材料碳纤维属于高新技术产品。它既具航天

航空能源交通

石油

化工

化肥

农药

纺织机械

建筑材料

环境工程

电子工程

医疗器械

文体器材

劳动保护

应用航天航空能源交通石油化工化肥农药纺织机械建碳纤维的原料体系

聚丙烯腈基﹙主导地位﹚沥青基

﹙工业化阶段﹚粘胶基

﹙逐步被淘汰﹚研制兼顾强度和模量的高性能碳纤维

开发高性能碳纤维的工业流程

碳纤维的聚丙烯腈基沥青基粘胶基研制兼顾开发高性8.1.1碳纤维与功能复合材料

1.碳纤维碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳，是一种非金属材料。它不属于有机纤维范畴，但从制法上看，它又不同于普通无机纤维。碳纤维性能优异，不仅质量轻、比强度大、模量高，而且耐热性高以及化学稳定性好。它在航空航天、军事、工业、体育器材等许多方面有着广泛的用途。8.1.1碳纤维与功能复合材料

1.碳纤维碳纤维的发展史20世纪50年代酚醛纤维为原丝的活性碳纤维投放市场1959196219631965197019801978美国联合碳化公司以粘胶纤维为原丝制成商品名为“Hyfi1Thomel”的纤维素基碳纤维日本炭素公司实现低模量聚丙烯腈基碳纤维的工业化生产英国航空材料研究所开发出高模量聚丙烯腈基碳纤维日本群马大学试制成功以沥青或木质素为原料的通用型碳纤维日本吴羽化学公司实现沥青基碳纤维的工业规模生产美国金刚砂公司研制出商品名为“Kynol”的酚醛纤维真正工业开发碳纤维的发展史20酚醛纤维为原丝的活19591962192.碳纤维的分类目前国内外商品化的碳纤维种类很多，一般可以根据原丝的类型、碳纤维的性能和用途进行分类。

根据碳纤维的性能分类根据原丝类型分类

高性能碳纤维低性能碳纤维

聚丙烯腈基纤维粘胶基碳纤维沥青基碳纤维

木质素纤维基碳纤维其他有机纤维基2.碳纤维的分类高性能碳纤维低性能碳纤维聚丙烯腈基纤维粘受力结构用碳纤维

耐焰碳纤维

活性碳纤维(吸附活性)

导电用碳纤维

润滑用碳纤维

耐磨用碳纤维根据碳纤维功能分类受力结构用碳纤维耐焰碳纤维活性碳纤维(吸附活性)导3.碳纤维的制造碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。以有机物为原料，采用间接方法制造。天然纤维、再生纤维和合成纤维都可用来制备碳纤维。选择的条件是加热时不熔融，可牵伸，且碳纤维产率高。到目前为止，制作碳纤维的主要原材料有三种：①粘胶纤维；②聚丙烯腈(PAN)纤维，它不同于腈纶毛线；③沥青，它或者是通过熔融拉丝成各向同性的纤维，或者是从液晶中间相拉丝而成的，这种纤维是具有高模量的各向民性纤维。制造方法有气相法和有机纤维碳化法。3.碳纤维的制造制造方法有气相法和有机纤维碳化法。无论有何种原丝纤维来制造碳纤维，都要经过五个阶段：纺丝

牵伸

稳定

碳化

石墨化2000～3000℃l000～2000℃400℃加热氧化100～300℃无论采用什么原材料制备碳纤维，都经过上述五个阶段，即原丝预氧化、碳化以及石墨化等，所产生的最终纤维，其基本成分为碳。无论有何种原丝纤维来制造碳纤维，都要经过五个4.碳纤维的结构与性能(1)结构与力学性能

对有机纤维进行预氧化、碳化等工艺处理，除去有机纤维中碳以外的元素，形成聚合多环芳香族平面结构。高模量碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行地取向。

纤维中的缺陷影响碳纤维强度的重要因素。它们来自两个方面，一是原丝中持有的，二是在碳化过程中产生的碳纤维的应力-应变曲线为一直线，伸长小，断裂过程在瞬间完成，不发生屈服。碳纤维的结构决定于原丝结构与碳化工艺原丝中的缺陷主要是在纤维成形过程中产生的，炭化时在纤维表面及内部产生空穴等缺陷。4.碳纤维的结构与性能碳纤维的结构决定于原丝结构与碳化工艺

(2)碳纤维的物理性能

碳纤维密度在1.5～2.0之间

碳纤维的热膨胀系数与其他类型纤维不同，它有各向异性的特点

碳纤维的比热容为7.12×12－1kJ(kg·℃),导热率有方向性,导热率随温度升高而下降

纤维的比电阻与纤维的类型有关.

碳纤维的电动势为正值,铝合金的为负值和原丝结构有关，更主要的是决定于碳化处理的温度平行于纤维方向是负值，垂直的是正值。当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生电化学腐蚀。和原丝结构有关，更主要的是决定于碳化处

(3)碳纤维的化学性能

碳纤维的化学性能与碳很相似。它除能被强氧化剂氧化外，对一般酸碱是惰性的。在空气中，温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO和CO2。在不接触空气或氧化气氛时，碳纤维具有突出的耐热性，与其他类型材料比较，碳纤维要在高于l500℃强度才开始下降，而其他材料包括Al2O3晶须性能已大大下降。

8.1.2聚丙烯腈基碳纤维日本炭素公司以聚丙烯腈纤维为原料制成通用级纤维英国Courtaulds公司和炭素公司分别建成了高性能碳纤维的工业装置

日本东丽公司与东邦人造丝公司相继参与聚丙烯睛基碳纤维的生产。日本用碳纤维制成了高性能钓鱼竿美国用碳纤维制成了高尔夫球棒19621969197119728.1.2聚丙烯腈基碳纤维日本炭素公司以聚丙烯英国Cour1.聚丙烯腈原丝的制备聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是1960年后迅速发展起来的新型材料，因其具有质量轻、比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗疲劳、导电、导热等优异性能，被广泛应用于卫星、运载火箭、战术导弹、宇宙飞船等军工行业，已成为航天航空工业中不可缺少的材料。

下面就如何提高原丝的质量，综述日本碳纤维生产企业的专利技术1.聚丙烯腈原丝的制备20世纪70年代末期，许多以聚丙烯腈为原料制造碳纤维的厂家为扩大产品销路，占领国际市场，在原料供应及碳纤维的产、供、销方面进行交流协作、合资建厂等，从而促进了聚丙烯腈基碳纤维工业的进一步发展。80年代后期各公司则着重发展从原丝到碳纤维中间基材的成龙配套，尽力扩大生产规模以求得经济规模的生产。20世纪70年代末期，许多以聚丙烯腈为原料制造碳纤维的厂家为（1）纺丝方法

纺丝方法熔融纺丝

干式纺丝：湿式纺丝：干湿式纺丝

原液经喷丝板从喷丝孔挤出于高温的气体氛围中，使溶剂蒸发浓缩、固化的方法纺丝原液从喷丝孔挤出之后直接进行凝固，随着牵引速度的增加，纺丝牵伸的倍率提高，在喷丝孔处易产生断丝，所以提高纺丝速度是有限度的（1）纺丝方法熔融纺丝干式纺丝：湿式纺丝：干湿式纺丝（2）纺丝工艺纺丝原液及凝固成型

拉伸工艺

干燥致密化

上油工艺

（2）纺丝工艺纺丝原液及拉伸工艺干燥致密化上油工艺

2.聚丙烯腈基碳纤维的拉伸强度（1）拉伸强度与缺陷碳纤维属于脆性材料，在断裂过程中没有塑性流变特性。集中的应力与裂纹尖端的曲率半径的关系为：裂纹是潜在的断裂之源，裂纹是制约强度的丰要因素之一。（2）强度与微晶大小拉伸强度与碳纤维微晶大小的关系为:

Lc,La分别是石墨微晶大小与厚度，显然，碳纤维拉伸强度随着微晶增大而下降。2.聚丙烯腈基碳纤维的拉伸强度（2）强度与微晶大小（3）强度的分散性与韦布尔函数

碳纤维的缺陷为随机分布，这是强度分散的主要原因之一。用韦布尔(Weibull)统计方法子以解答，韦氏经验式是：

P为生存概率，F为断裂概率，m为韦氏模数，为归一化因子，为零作用力的概率；V为体积。在韦氏模型中，最有意义的是参数m，可反映出材料断裂的内在特征。

当作用力均匀地分布在材料上时，积分可得当碳纤维是直径均匀的圆柱体和理想的单一断裂类型时，则可得

L是碳纤维长度,这是目前常用的双韦氏模型

.

当拉伸强度取平均值时，则P=0.5，则式经数学处理可得

，（3）强度的分散性与韦布尔函数，

显然，碳纤维的拉伸强度随着测试长度L的增长而下降.图8-1是测试长度与拉伸强度的关系，长度愈长，包含大缺陷的几率愈大，强度愈低；体积效应反映出缺陷的随机分布。由图还可以看出，韦氏模数m愈大，强度愈高，测试长度对拉伸强度的影响也减小。图8-1拉伸强度是测试长度的函数图8-1拉伸强度是测试长度的函数3.预氧化技术及设备聚丙烯腈分子的氰基为强极性基因，分子间存在着强的偶极-偶极力，具有较高的熔点(317℃)。即使如此，在炭化之前要对其进行预氧化处理，目的是使PAN的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温炭化时不熔不燃，保持纤维形态。在生产碳纤维的全过程中预氧化时间较长，预氧化是控制产量的主要因素。直线炉是最简单的预氧化炉型，一个或数个单元炉组成预氧化生产线，可实现温度梯度分布和多段牵伸。这种炉型虽然简单、造价低，占地面积大，走丝速度慢，产量低，能耗大，已远少被淘汰，取而代之的是各种新型预氧化炉型。这些新一代预氧化炉的持点是：大型化，处理结束多，走堂速度快，生产效率高；热风循环使用，能耗低；自动化水平高，温度精度高。功能高分子材料学教学课件作者李青山8内循环式预氧化炉

1—鼓风机2—加热板3—焚烧炉4—.新鲜空气入口

5—循环风道6—.进气口7—进丝方向热风外循环式预氧化炉的炉体结构示意图

1—纤维2—上导辊3—加热炉4—下导辊5—通气孔6—气体导出室7—通气孔8—导体导入室9—气体循环电路10—分流点11—合流点12—气体副循环路线13—气体混合器14—加热器15—送风机16—加热器17—送风机18—气体分解处理器19—排气阀20—排气阀内循环式预氧化炉1—鼓风机2—加热板3—焚烧炉4.碳化技术与设备

炭化炉和石墨化炉多用卧式炉型，但也有用立式炉的，不论哪种炉型，在设计时应备虑到以下几点：

1)有独立的牵伸系统，可实现二段或三段牵伸；牵伸机构调节灵活而方便，且牵伸平稳，牵伸辊的加工精度高，表面粗糙度值低。

2)有张力测试与自动调节系统，最好与牵伸系统联动起来。

3)有合理的密封系统，保证炉内维持正压，炉内压力可用微型压差计指示。

4)分解产物的排放合理，防止返混造成对纤维的话染。

5)低温和高温炭化炉最好分开，有利于牵伸；同时，高温炉的发热体环寿命较短，两者分开便于高温炉的维修和发热体的更换．高温炉应有温度数字显示装置。

6)有废气处理设施，以便排出废气,避免对操作间和环境的污染。4.碳化技术与设备图8-6连续碳化炉1—预氧丝2—上炉壁3—排气口4—焦油收集器5—隔板6—下炉壁7—焦油排出8—惰性气体供给机构9—入口冷却部10—出口冷却部11—惰性气体入口12—.制冷剂13—.加热元件14—.碳纤维图8-6为连续炭化炉的结构示意图.其分解产物瞬时排出炉外是设计炭化炉结构的一个重要参数。图8-6连续碳化炉1—预氧丝2—上炉壁3—排气口图8-7的炭化炉结构特征是强化了分解产物瞬时排出的措施。高纯氮气由入口3经分流装置5后，其气流垂直于纤维运行方向而流过，带走纤维周围的分解产物，并以最短的路径由出口4徘出。图8-7连续炭化炉的气封和排气装置1—预氧丝送入辊2—高纯氮气入口3—N2入口4—N2出口5—气体分流装置6—N2入口7—碳纤维送出辊8—炭化炉壳9—密封装置图8-7的炭化炉结构特征是强化了分解产物瞬时排出的措施。高纯8.1.3碳纤维的研究进展

1．碳纤维的化学改性

活性碳纤维（ACF）的特点是具有吸附容量大、吸附效率高、吸附和脱附速度快等优点.ACF属于非极性吸附剂,使它能在水溶液中有效地吸附各种非极性有机物质。但是，在水溶液中吸附具有一定极性的溶质就有困难，必须对ACF进行改性，使其表面具有一定极性；另一方面，增强ACF表面的非极性，可以增强对非极性物质的吸附性能。改性方法化学活化和催化活化改性

氧化改性

引入含氮基团改性

负载金属及金属化合物改性

8.1.3碳纤维的研究进展

1．碳纤维的化学改性改性方法2.碳纤维表面改性碳纤维的表面状况与化学基团种类对碳纤维的实际应用，特别是对材料的增强作用影响显著。未经表面处理的碳纤维由于具有表面光滑、惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性低，与树脂基体的粘接性差，能与金属进行有害的化学反应，与金属的界面浸润性欠佳，高温抗氧化性较差等缺点，从而直接影响复合材料的力学性能，限制了碳纤维高性能的发挥。经表面处理后，碳纤维增强材料的力学性能，如层间剪切强度(ILSS)有很大提高，因外围绕碳纤维(包括其制备前驱体)表面改性研究进行得十分活跃。

2.碳纤维表面改性碳纤维表面处理方法主要有氧化处理，涂覆处理，射线、激光、等离子体处理氧化处理气相氧化电化学氧化液相氧化涂覆处理

电化学沉积与化学镀气相沉积处理偶联剂涂层聚合物涂层表面生成晶须法溶胶-凝胶法射线、激光、等离子体处理

（1）（2）（3）碳纤维表面处理方法主要有氧化处理，涂覆处理，射线、激光、等离3.碳纤维的电化学氧化处理（1）电化学表面氧化法研究电化学氧化法也叫阳极氧化法。电化学氧化法是在电解液中以CF做阳极，在一定的电流条件下，依靠阳极的化学氧化法反应来完成CF表面处理的过程。

下图为阳极电解氧化法的实验装置图8-8阳极电解氧化法的实验装置图1—放丝卷筒2—电解槽3—石墨电极4—石墨辊筒5—水洗槽6—干燥装置7—收丝卷筒3.碳纤维的电化学氧化处理图8-8阳极电解氧化法的实验装（2）电解条件对CF表面含氧基团含量的影响（3)CF电化学表面氧化处理效果的表征

电解质种类

电解质浓度

CF表面含氧基团的含量

表征种类表面形貌表征氧化前后表面含氧官能团的表征

氧化前后比表面积的表征

（2）电解条件对CF表面含氧基团含量的影响电解质种类电解8.1.4功能复合材料

功能复合材料是指复合材料除具有作为结构的功能外，兼有隔热、隔离、耐磨、耐腐蚀、透过电磁波等其他功能。8.1.4功能复合材料8.2功能性色素

功能性色素是参照功能性材料的名称提出来的，指得是用于纤维、合成树脂、涂料等领域之外的染料、颜料等色素。这些功能性色素实际上是以材料的形式出现的，称之为功能性色素材料。功能性色素的发展是和有机化学、分子物理学、激光物理学、分子生物学、电子学、光化学、计算化学等的进展紧密相关的。8.2功能性色素

功能性色素是参照功能性材料的名称提出来的色素分类功能特性应用实例光盘专用色素吸收激光而热分解可制氏CD-R和DVD-R光盘激光染料改变激光波长及调Q染料激光器光导性色素受光照而导电电子照片感光体光致变色色素受光照发生结构变化和颜色变化玩具，室内装饰，服饰印花热致变色色素受热熔融反应而变色热敏纸，玩具感压变色色素受力接触反应而变色无炭复写纸色素分类功能特性应用实例光盘专用色素吸收激光而热分解可制氏C电致发光色素电场下发光薄板显示器液晶色素电场吓分子随液晶定向排列液晶显示材料，偏振光滤光片光电转换色素光能转化为电能太阳能电池光能存储色素将光能转化为化学能太阳能存储光致发光色素吸收光能发射荧光太阳光集光器，荧光油墨化学发光色素氧化反应发光化学光棒喷墨打印色素喷射液滴带电喷墨打印机墨水热熔转印色素加热融化转移热转印纸升华转印色素加热升华转移升华打印机色带电致发光色素电场下发光薄板显示器液晶色素电场吓分子随液晶定向

8.2.1光盘用色素可录式

CD-R光盘

激光光盘

光学式光盘记录材料大容量、长寿命记忆容量不够大电磁的干扰和损坏磁记录材料

体积小、坚牢、价格便宜、省电、性能稳定8.2.1光盘用色素可录式激光光2可录式CD-R光盘的原理

CD-R是将光吸收材料(染料)和光反射材料(金、银)镀在空白的基板上，经激光信号调制写录，把CD格式信息直接写在片子上。被激光写录的地方，染料被破坏了(分解或升华或熔融)，不能复原，所以只能写一次，因此叫一次写入式光盘。3.CD-R用的有机色素和其他主要材料有机色素的要求色素制成的膜能强烈吸收激光光源，有高的记录灵敏度色素成膜后的反射率高，要求在20%以上

热导率要低，记录时形成比较陡的凹坑

在溶剂中的溶解度大，尤其是醇溶性好对热、光、湿度的稳定性好，保存稳定性好毒性低

2可录式CD-R光盘的原理有机色素的要求色素制成的膜能

8.2.2光致变色色素光致变色现象指的是化合物在受光照射后，其吸收光谱发生改变的可逆过程，具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致变色色素。有机染料按照结构可分为菁染料酞菁染料

醌型稠环芳香化合物

其他类型的染料

菁染料酞菁染料醌型稠环芳香化合物其他类型的染料有机光致变色色素的种类很多，常见的有以下几种类型:(1)键断裂解离成离子化的光变色性色素

这类色素经光激发，在共价键上发生分裂，电荷转移产生一个稳定的化学构型改变，往往由无色变为有色，变化明显。

(2)顺反结构引起光变色

光能促使分子内顺式和反式结构排列的变化，往往颜色变化不大，但可区别。

有机光致变色色素的种类很多，常见的有以下几种类型:(3)氢原子移动的互变异构光变色

这类色素在光照下发生分子内氢原子的移动，可以由无色或浅黄色变为醌式的橙红色。(4)开环-闭环反应引起光变色

最常见的就是这种俘精酸酐类化合物，热稳定性好。(5)光照加氧-脱氧反应引起的光变色

(3)氢原子移动的互变异构光变色(6)利用光氧化-还原反应引起光变色的色素

(7)均裂产生自由基反应引起的光变色

(6)利用光氧化-还原反应引起光变色的色素(7)均裂产生自无机化合物发生热变色的原因有结晶改变、发生化学反应、发生热分解等有机热变色材料主要有液晶和热致变色色素两类(1)三芳甲烷类热致变色染料8.2.3热致变色现象

热致变色现象指的是某些物质能在特定温度下由于结构的变化而发生可逆性的颜色变化。这些物质可以是单一的化合物，也可以是由多种组分组成的混合物

8.2.3热致变色现象

热致变色现象指的是某些物质能在特(2)萤烷类热致变色染料(3)螺吡喃类热致变色染料(4)吩噁嗪和吩噁嗪类染料无色

有色无色有色丝网印刷、凹板印刷、各种薄膜、标签、包装物、日用品及玩具等需要随温度变色的场合。应用(2)萤烷类热致变色染料无色有色无色有色丝网印刷、凹8.2.4电致变色色素

电致变色现象(electrochromism，EC)是指物质在通电流时发生电化学氧化还原引起颜色变化的现象。利用这种现象制成的显示器简称为ECD(electrochromicdisplay)

有机色素系列的电致变色材料有

:(1)吡啶鎓类

(2)芳香胺类

无色蓝色无色蓝绿色8.2.4电致变色色素

电致变色现象(electrochr(3)氧化还原络合物

(4)含氮杂环类

(5)萤烷类(6)螺吡喃类(7)蒽醌类(8)导电有机聚合物红紫淡黄暗绿绿

无色

红色

无色

紫红色

无色黄色

(3)氧化还原络合物(4)含氮杂环类(9)六芳基乙烷衍生物氧化还原过程如下所示

循环过程的颜色变化为

Ⅱ＋→Ⅰ→Ⅱ2＋

8.2.5

有机电致发光材料电致发光(electroluminescence，EL)是一种电控发光器件，是某些物质受电子激发而发出光。这种发光器件是固体元件，应答速度快、亮度高、视角广，可制成薄型的、平面的、彩色的发光器件。Ⅰ

Ⅱ2＋(9)六芳基乙烷衍生物氧化还原过程如下所有机EL材料按功能分主要有：空穴传输材料，电子传输材料，发光材料

1．空穴传输材料空穴传输材料具备较高的空穴迁移率、较低的离化能、较高的玻璃化温度、大的禁带宽度，可形成高质量薄膜，稳定性好。主要应用的空穴传输材料有多芳基甲烷、腙类化合物、多芳基胺化合物和丁二烯类化合物等。2．电子传输材料电子传输材料一般应具备较高的电子迁移率、较高的电子亲和势!较高的玻璃化温度、大的禁带宽度、可形成高质量薄膜、稳定性好。

NPBTPD有机EL材料按功能分主要有：空穴传输材料，电子传输材料，发光PBDTAZTPS3．发光材料具备固态具有较高的荧光量子效率，且荧光光谱要覆盖整个可见光区域;具有良好的半导体特性;具有合适的熔点(200～400e)，且有良好的成膜特性；在薄膜状态下具有良好的稳定性.AlO3PPVPBDTAZTPS3．发光材料具备固态具有较高的荧8.2.6彩色液晶显示用色素材料

液晶显示器(LiquidCrystalDisplay；LCD)大致可分为三类：旋转向列型(TwistedNematic，TN)；超旋转向列型(SuperTwistedNematic，STN)和薄膜晶体管型(ThinFilmTransistor，TFT)液晶显示器是低辐射的，对人体健康影响很小，它的平面性、薄型、重量轻、耗电省等优点也是传统显像管所无比可拟的

8.2.6彩色液晶显示用色素材料

8.3功能性粘胶材料

功能性胶粘剂，也称高功能胶粘剂、新功能粘剂、特殊粘接材料，是指具有“粘接”这一主要功能以外，还同时兼有所述任何一种功能性胶粘剂。用胶黏剂连接两个物体的连接技术称粘接技术

8.3功能性粘胶材料

胶粘剂的发展史酚醛树脂的发明20世纪初出现了用天然橡胶加工的压敏胶

出现了高分子材料为主要成分的新型胶粘剂

出现双酚A型环氧树脂与有机硅树脂等出现环氧树脂胶,成为主要的结构胶粘剂

醋酸乙烯型热熔胶、脂环族外氧树脂、聚苯并咪唑、等新型材料相继问世

胶粘剂的工业逐渐转入系列化和完善化阶段70年代60年代50年代40年代30年代20年代发展方向

今后胶粘剂的发展方向应该是环保型的热熔胶型、水基型和无溶剂型胶粘剂。胶粘剂的发展史酚醛20世纪初几种胶粘剂的研究进展和发展现状1．热熔型胶粘剂2.无溶剂型胶粘剂

无溶剂型胶又称反应胶,是将可进行化学反应的组分分别涂刷在粘合的料表面,而后在热活化或其他条件下，组分紧密接触进行化学反应!达到交联的目的

反应型热熔胶粘剂

水分散型热熔胶粘剂

生物降解热熔胶粘剂

热熔压敏胶

溶液聚合型

乳液聚合型

光聚合型

双组分交联型

共混/共聚型

悬浮聚合型

热熔聚合型

交联/固化型

按其性能分类压敏胶的类型

几种胶粘剂的研究进展和发展现状无溶剂型胶又称反应胶,反应型热3．水基型胶粘剂水基型胶粘剂不含有机溶剂，无污染，是环保型胶粘剂

4.溶剂型纸塑复合胶粘剂研究现状

溶剂型复膜胶有

（1）聚氨酯胶粘剂

（2）SBS型胶粘剂

（3）EVA型胶粘剂

（4）聚丙烯酸系胶粘剂

（1）聚氨酯胶粘剂（2）SBS型胶粘剂（3）EVA型胶粘8.4功能纤维织物

功能纤维织物

物理化学功能

生物功能

化学功能

超高性能

特殊功能

主要包括

主要包括

主要包括

主要包括

主要包括

水、电、光、热、力学性能抗菌、防臭，防虫、防蛀、生物医疗膨润收缩、熔融分解、分割开织超吸水、耐热、耐药，超高强度、高弹性光传导、感光、透析、反渗透、离子交换、吸附性、气体交换、清扫性、防尘性、防护吸收反射电磁波分类8.4功能纤维织物

功能纤维织物物理化学功能生物功能几种常用的功能纤维功能纤维吸水吸汗纤维织物抗菌纤维透湿放水素材抗紫外线纤维水溶性纤维磁性纤维材料

导电性纤维织物

手术用纱外科缝合线和高档毛面料

改进吸湿性，抗起球，抗静电等保护皮肤免受致病菌危害

不透水不透雨但透气良好的紫外线遮盖率和热辐射率具有磁疗功能的保健服饰

消除静电用作静电防尘作业服

深色、变色素材抑制表面光反射感温变色几种常用的功能纤维功能吸水吸抗菌透湿抗紫水溶性磁性导电手术用8.5功能性塑料分类和实例化学功能

膨胀

气体透过

溶解

反渗透

保磁

含浸

物理功能

机械功能

光学功能

催化剂试剂

氧化还原

离子交换

螯合

感光

吸光

反射

导光

透光

光固化

偏光

润滑

耐力高硬度

弹力

吸收聚合物,水溶性高分子,Slicone硅酮膜保鲜膜,反渗透膜磁石、磁条强磁性材料,含油塑料离子交换树脂,螯和树脂,氧化还原树脂,高分子试剂,高分子催化剂感光树脂,光固化树脂,偏光膜,透明塑料PMMA,透明Nylon,光反射膜,热线吸收膜,光纤阿拉纤维即芳族聚酰胺,低成本铝晶纤维增强塑料,聚氨酯弹性体,比铁、铜硬得多塑料,尼龙齿轮、轴8.5功能性塑料分化学膨胀气体透过溶解反渗透保磁分类和实例

电功能生物功能

热功能

耐热

传热

感热

热变形

导电

荷电

压.焦电

电热绝缘

抗血栓

组织适合

医药

断热

耐热塑料发泡塑料半导体、超导体驻极体压电、焦电膜

面发热体、电子

绝缘膜

抗血栓高分子高分子药物

人工骨、人工齿

热传导性塑料

形状记忆高分子热塑料热敏真空

分类和实例电生物热耐传感热导荷压.电绝抗组医断耐发半驻压面几种常见功能塑料材料8.6功能性橡胶分类,应用范围

强磁性高分子聚烯烃高性能材料光学功能塑料抗菌功能塑料通用高分子功能塑料膜

化学

耐药品性、耐油性、耐候性，耐烧蚀性、高分子催化剂、离子交换、物质透过、物质传感器、力化学、化学发光

几种常见功能塑料材料强磁性高分子聚烯烃高性能材

力学

防振、隔音、高模量、高强度、高韧性、力化学、压电性

磁气

光学

放射线

电学

热学

生物及医用

耐热性、耐寒性、阻燃性、高热传导、电透明性、选择透过性、折射率控制、光纤、非线性光学、光色性、光保护、光蚀刻、光机械

绝缘性、导电性、电化学设计、电致发光、场致发光、超电导体

磁带、有机磁体

耐放射线、抗X射线电子线、发光(CRT、PDP)组织适应性、抗血栓性、人工生物材料、高分子医药、缓释性材料、固定化酶、生物传感器力学防振、隔音、高模量、磁气光学放射线电学热学几种常见的功能橡胶8.7功能性涂料基本功能:感光性橡胶

,导电性橡胶,医用橡胶

,声学功能橡胶

,水敏性功能弹性体,光敏性功能弹性体

辐射功能弹性体,生物医用功能弹性体

,

涂装功能

一般功能

特殊功能

美观

保护

高性能

高功能

对物理或化学外部刺激的抵抗力非常大(耐特殊功能热性、耐药品等)

变换加入物的质或量使制成物的功能改变几种常见的功能橡胶感光性橡胶,导电性橡胶,医用橡胶,涂涂料按功能分类

机械性功能

热功能生态功能

光学功能

电磁功能

表面功能

化学功能

分离功能

表面特硬，润滑、防滑高弹性、玻璃防破自动治愈性制振(防音)，发泡耐热、断热、热传导、示温热变色、发热、耐低温、防火性感热记录、紫外线放射涂料绝缘、透明导电、防止带电吸收电波封闭电磁、印刷回路电子画线、磁性涂料发光、萤光、光线反射选光吸收液晶表示、遮光感光弹性、锚射光用涂料海中防污(溶出型、非溶出型)

防雷、防虫、防鸟飞落涂料严密防腐耐药品,防止氢脆,

优良耐候性、防射线防污涂料不粘着、可剥落性、防止结冰和积雪、防水防烟、防止结露

气体分离、脱臭、透湿、防水涂料涂料按功能分类机械性功能热功能生态功能光学功能电几种常见的功能涂料8.8功能性包装材料

功能性材料通常指的是优良聚合物或功能性聚合物

：由光照射分解进而自行损坏的物质；引起交联反应的感光性物质；基于PH或氧化还原等具有能源变换功能的物质；具有氧气选择透过性或运输功能的物质；具有非带电性或半导电性的物质；具有能使氨基或羧基与金属离子形成络离子而有吸附功能的物质；以杂环为主链或侧链的耐热性物质等。示温功能涂料

防辐射功能涂料环保涂料

耐热功能涂料

烧蚀功能涂料

光电功能涂料

纳米透明功能涂料

阻尼功能涂料

新型海洋防污涂料新功能高分子材料有几种常见的功能8.8功能性包装材料示温功能涂料新功能高分8.8.1包装材料的功能要素8.8.2功能性包装材料(1)EVOH具有极好的加工性和对气味、溶剂等超常的阻隔性外，还有透明性、光泽性、机械强度、伸缩性、耐磨性和耐候性好，表面强度高等特点。(2)丙烯腈共聚树脂良好的气体阻隔性、耐化学药品性和保气、保味性能主要包括:强度与强韧性氧气透过度和水蒸气透过度导电性和抗静电性光学功能透明度高,热稳定性好,废料再利用8.8.1包装材料的功能要素8.8.2功能性包装材料主要包括(3)PVDC

单层PVDC薄膜采用双向拉伸吹塑制取,具有收缩性、阻氧性、阻水性,在微波加热条件下不分解(4)PEN

PEN具有玻璃化温度高、气体透过性低、气味的吸附性小、耐水解性好、耐化学药品性优、机械强度和加工性能好的优点，并且还具紫外线吸收性

8.8.3新功能包装材料新功能有测菌变色

可测病原菌

脱水被动和主动屏障(3)PVDC新功能有测菌变色可测病原菌脱水被动和主8.9土建功能高分子材料

在工程中的主要作用增加地基基础的承载力，防治地下水渗透改善混凝土的使用性能改进建筑物的使用功能常见的土建功能材料高性能混凝土

高分子化学灌浆材料

土工复合材料

8.9土建功能高分子材料

在工程中的主要作用增加地基基础的第8章功能高分子材料应用与开发

第8章功能高分子材料应用与开发

功能高分子应用开发碳纤维复合功能材料

功能色素

粘接功能高分子材料

功能纤维织物功能性塑料树脂功能橡胶弹性材料功能性涂料功能性包装材料土建功能高分子材料极限环境功能高分子材料功能高分子应用开发碳纤维复合功能材料功能色素粘接功能高分8.1碳纤维与功能复合材料

碳纤维属于高新技术产品。它既具有碳素材料的固有本性，又具有金属材料的导电和导热性、陶瓷材料的耐热和耐蚀性、纺织纤维的柔软可编织性，以及高分子材料的轻质、易加工性能，是一材多能和一材多用的功能材料和结构材料。8.1碳纤维与功能复合材料碳纤维属于高新技术产品。它既具航天

航空能源交通

石油

化工

化肥

农药

纺织机械

建筑材料

环境工程

电子工程

医疗器械

文体器材

劳动保护

应用航天航空能源交通石油化工化肥农药纺织机械建碳纤维的原料体系

聚丙烯腈基﹙主导地位﹚沥青基

﹙工业化阶段﹚粘胶基

﹙逐步被淘汰﹚研制兼顾强度和模量的高性能碳纤维

开发高性能碳纤维的工业流程

碳纤维的聚丙烯腈基沥青基粘胶基研制兼顾开发高性8.1.1碳纤维与功能复合材料

1.碳纤维碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳，是一种非金属材料。它不属于有机纤维范畴，但从制法上看，它又不同于普通无机纤维。碳纤维性能优异，不仅质量轻、比强度大、模量高，而且耐热性高以及化学稳定性好。它在航空航天、军事、工业、体育器材等许多方面有着广泛的用途。8.1.1碳纤维与功能复合材料

1.碳纤维碳纤维的发展史20世纪50年代酚醛纤维为原丝的活性碳纤维投放市场1959196219631965197019801978美国联合碳化公司以粘胶纤维为原丝制成商品名为“Hyfi1Thomel”的纤维素基碳纤维日本炭素公司实现低模量聚丙烯腈基碳纤维的工业化生产英国航空材料研究所开发出高模量聚丙烯腈基碳纤维日本群马大学试制成功以沥青或木质素为原料的通用型碳纤维日本吴羽化学公司实现沥青基碳纤维的工业规模生产美国金刚砂公司研制出商品名为“Kynol”的酚醛纤维真正工业开发碳纤维的发展史20酚醛纤维为原丝的活19591962192.碳纤维的分类目前国内外商品化的碳纤维种类很多，一般可以根据原丝的类型、碳纤维的性能和用途进行分类。

根据碳纤维的性能分类根据原丝类型分类

高性能碳纤维低性能碳纤维

聚丙烯腈基纤维粘胶基碳纤维沥青基碳纤维

木质素纤维基碳纤维其他有机纤维基2.碳纤维的分类高性能碳纤维低性能碳纤维聚丙烯腈基纤维粘受力结构用碳纤维

耐焰碳纤维

活性碳纤维(吸附活性)

导电用碳纤维

润滑用碳纤维

耐磨用碳纤维根据碳纤维功能分类受力结构用碳纤维耐焰碳纤维活性碳纤维(吸附活性)导3.碳纤维的制造碳纤维是一种以碳为主要成分的纤维状材料。以有机物为原料，采用间接方法制造。天然纤维、再生纤维和合成纤维都可用来制备碳纤维。选择的条件是加热时不熔融，可牵伸，且碳纤维产率高。到目前为止，制作碳纤维的主要原材料有三种：①粘胶纤维；②聚丙烯腈(PAN)纤维，它不同于腈纶毛线；③沥青，它或者是通过熔融拉丝成各向同性的纤维，或者是从液晶中间相拉丝而成的，这种纤维是具有高模量的各向民性纤维。制造方法有气相法和有机纤维碳化法。3.碳纤维的制造制造方法有气相法和有机纤维碳化法。无论有何种原丝纤维来制造碳纤维，都要经过五个阶段：纺丝

牵伸

稳定

碳化

石墨化2000～3000℃l000～2000℃400℃加热氧化100～300℃无论采用什么原材料制备碳纤维，都经过上述五个阶段，即原丝预氧化、碳化以及石墨化等，所产生的最终纤维，其基本成分为碳。无论有何种原丝纤维来制造碳纤维，都要经过五个4.碳纤维的结构与性能(1)结构与力学性能

对有机纤维进行预氧化、碳化等工艺处理，除去有机纤维中碳以外的元素，形成聚合多环芳香族平面结构。高模量碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行地取向。

纤维中的缺陷影响碳纤维强度的重要因素。它们来自两个方面，一是原丝中持有的，二是在碳化过程中产生的碳纤维的应力-应变曲线为一直线，伸长小，断裂过程在瞬间完成，不发生屈服。碳纤维的结构决定于原丝结构与碳化工艺原丝中的缺陷主要是在纤维成形过程中产生的，炭化时在纤维表面及内部产生空穴等缺陷。4.碳纤维的结构与性能碳纤维的结构决定于原丝结构与碳化工艺

(2)碳纤维的物理性能

碳纤维密度在1.5～2.0之间

碳纤维的热膨胀系数与其他类型纤维不同，它有各向异性的特点

碳纤维的比热容为7.12×12－1kJ(kg·℃),导热率有方向性,导热率随温度升高而下降

纤维的比电阻与纤维的类型有关.

碳纤维的电动势为正值,铝合金的为负值和原丝结构有关，更主要的是决定于碳化处理的温度平行于纤维方向是负值，垂直的是正值。当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生电化学腐蚀。和原丝结构有关，更主要的是决定于碳化处

(3)碳纤维的化学性能

碳纤维的化学性能与碳很相似。它除能被强氧化剂氧化外，对一般酸碱是惰性的。在空气中，温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO和CO2。在不接触空气或氧化气氛时，碳纤维具有突出的耐热性，与其他类型材料比较，碳纤维要在高于l500℃强度才开始下降，而其他材料包括Al2O3晶须性能已大大下降。

8.1.2聚丙烯腈基碳纤维日本炭素公司以聚丙烯腈纤维为原料制成通用级纤维英国Courtaulds公司和炭素公司分别建成了高性能碳纤维的工业装置

日本东丽公司与东邦人造丝公司相继参与聚丙烯睛基碳纤维的生产。日本用碳纤维制成了高性能钓鱼竿美国用碳纤维制成了高尔夫球棒19621969197119728.1.2聚丙烯腈基碳纤维日本炭素公司以聚丙烯英国Cour1.聚丙烯腈原丝的制备聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是1960年后迅速发展起来的新型材料，因其具有质量轻、比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗疲劳、导电、导热等优异性能，被广泛应用于卫星、运载火箭、战术导弹、宇宙飞船等军工行业，已成为航天航空工业中不可缺少的材料。

下面就如何提高原丝的质量，综述日本碳纤维生产企业的专利技术1.聚丙烯腈原丝的制备20世纪70年代末期，许多以聚丙烯腈为原料制造碳纤维的厂家为扩大产品销路，占领国际市场，在原料供应及碳纤维的产、供、销方面进行交流协作、合资建厂等，从而促进了聚丙烯腈基碳纤维工业的进一步发展。80年代后期各公司则着重发展从原丝到碳纤维中间基材的成龙配套，尽力扩大生产规模以求得经济规模的生产。20世纪70年代末期，许多以聚丙烯腈为原料制造碳纤维的厂家为（1）纺丝方法

纺丝方法熔融纺丝

干式纺丝：湿式纺丝：干湿式纺丝

原液经喷丝板从喷丝孔挤出于高温的气体氛围中，使溶剂蒸发浓缩、固化的方法纺丝原液从喷丝孔挤出之后直接进行凝固，随着牵引速度的增加，纺丝牵伸的倍率提高，在喷丝孔处易产生断丝，所以提高纺丝速度是有限度的（1）纺丝方法熔融纺丝干式纺丝：湿式纺丝：干湿式纺丝（2）纺丝工艺纺丝原液及凝固成型

拉伸工艺

干燥致密化

上油工艺

（2）纺丝工艺纺丝原液及拉伸工艺干燥致密化上油工艺

2.聚丙烯腈基碳纤维的拉伸强度（1）拉伸强度与缺陷碳纤维属于脆性材料，在断裂过程中没有塑性流变特性。集中的应力与裂纹尖端的曲率半径的关系为：裂纹是潜在的断裂之源，裂纹是制约强度的丰要因素之一。（2）强度与微晶大小拉伸强度与碳纤维微晶大小的关系为:

Lc,La分别是石墨微晶大小与厚度，显然，碳纤维拉伸强度随着微晶增大而下降。2.聚丙烯腈基碳纤维的拉伸强度（2）强度与微晶大小（3）强度的分散性与韦布尔函数

碳纤维的缺陷为随机分布，这是强度分散的主要原因之一。用韦布尔(Weibull)统计方法子以解答，韦氏经验式是：

P为生存概率，F为断裂概率，m为韦氏模数，为归一化因子，为零作用力的概率；V为体积。在韦氏模型中，最有意义的是参数m，可反映出材料断裂的内在特征。

当作用力均匀地分布在材料上时，积分可得当碳纤维是直径均匀的圆柱体和理想的单一断裂类型时，则可得

L是碳纤维长度,这是目前常用的双韦氏模型

.

当拉伸强度取平均值时，则P=0.5，则式经数学处理可得

，（3）强度的分散性与韦布尔函数，

显然，碳纤维的拉伸强度随着测试长度L的增长而下降.图8-1是测试长度与拉伸强度的关系，长度愈长，包含大缺陷的几率愈大，强度愈低；体积效应反映出缺陷的随机分布。由图还可以看出，韦氏模数m愈大，强度愈高，测试长度对拉伸强度的影响也减小。图8-1拉伸强度是测试长度的函数图8-1拉伸强度是测试长度的函数3.预氧化技术及设备聚丙烯腈分子的氰基为强极性基因，分子间存在着强的偶极-偶极力，具有较高的熔点(317℃)。即使如此，在炭化之前要对其进行预氧化处理，目的是使PAN的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温炭化时不熔不燃，保持纤维形态。在生产碳纤维的全过程中预氧化时间较长，预氧化是控制产量的主要因素。直线炉是最简单的预氧化炉型，一个或数个单元炉组成预氧化生产线，可实现温度梯度分布和多段牵伸。这种炉型虽然简单、造价低，占地面积大，走丝速度慢，产量低，能耗大，已远少被淘汰，取而代之的是各种新型预氧化炉型。这些新一代预氧化炉的持点是：大型化，处理结束多，走堂速度快，生产效率高；热风循环使用，能耗低；自动化水平高，温度精度高。功能高分子材料学教学课件作者李青山8内循环式预氧化炉

1—鼓风机2—加热板3—焚烧炉4—.新鲜空气入口

5—循环风道6—.进气口7—进丝方向热风外循环式预氧化炉的炉体结构示意图

1—纤维2—上导辊3—加热炉4—下导辊5—通气孔6—气体导出室7—通气孔8—导体导入室9—气体循环电路10—分流点11—合流点12—气体副循环路线13—气体混合器14—加热器15—送风机16—加热器17—送风机18—气体分解处理器19—排气阀20—排气阀内循环式预氧化炉1—鼓风机2—加热板3—焚烧炉4.碳化技术与设备

炭化炉和石墨化炉多用卧式炉型，但也有用立式炉的，不论哪种炉型，在设计时应备虑到以下几点：

1)有独立的牵伸系统，可实现二段或三段牵伸；牵伸机构调节灵活而方便，且牵伸平稳，牵伸辊的加工精度高，表面粗糙度值低。

2)有张力测试与自动调节系统，最好与牵伸系统联动起来。

3)有合理的密封系统，保证炉内维持正压，炉内压力可用微型压差计指示。

4)分解产物的排放合理，防止返混造成对纤维的话染。

5)低温和高温炭化炉最好分开，有利于牵伸；同时，高温炉的发热体环寿命较短，两者分开便于高温炉的维修和发热体的更换．高温炉应有温度数字显示装置。

6)有废气处理设施，以便排出废气,避免对操作间和环境的污染。4.碳化技术与设备图8-6连续碳化炉1—预氧丝2—上炉壁3—排气口4—焦油收集器5—隔板6—下炉壁7—焦油排出8—惰性气体供给机构9—入口冷却部10—出口冷却部11—惰性气体入口12—.制冷剂13—.加热元件14—.碳纤维图8-6为连续炭化炉的结构示意图.其分解产物瞬时排出炉外是设计炭化炉结构的一个重要参数。图8-6连续碳化炉1—预氧丝2—上炉壁3—排气口图8-7的炭化炉结构特征是强化了分解产物瞬时排出的措施。高纯氮气由入口3经分流装置5后，其气流垂直于纤维运行方向而流过，带走纤维周围的分解产物，并以最短的路径由出口4徘出。图8-7连续炭化炉的气封和排气装置1—预氧丝送入辊2—高纯氮气入口3—N2入口4—N2出口5—气体分流装置6—N2入口7—碳纤维送出辊8—炭化炉壳9—密封装置图8-7的炭化炉结构特征是强化了分解产物瞬时排出的措施。高纯8.1.3碳纤维的研究进展

1．碳纤维的化学改性

活性碳纤维（ACF）的特点是具有吸附容量大、吸附效率高、吸附和脱附速度快等优点.ACF属于非极性吸附剂,使它能在水溶液中有效地吸附各种非极性有机物质。但是，在水溶液中吸附具有一定极性的溶质就有困难，必须对ACF进行改性，使其表面具有一定极性；另一方面，增强ACF表面的非极性，可以增强对非极性物质的吸附性能。改性方法化学活化和催化活化改性

氧化改性

引入含氮基团改性

负载金属及金属化合物改性

8.1.3碳纤维的研究进展

1．碳纤维的化学改性改性方法2.碳纤维表面改性碳纤维的表面状况与化学基团种类对碳纤维的实际应用，特别是对材料的增强作用影响显著。未经表面处理的碳纤维由于具有表面光滑、惰性大、表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活性低，与树脂基体的粘接性差，能与金属进行有害的化学反应，与金属的界面浸润性欠佳，高温抗氧化性较差等缺点，从而直接影响复合材料的力学性能，限制了碳纤维高性能的发挥。经表面处理后，碳纤维增强材料的力学性能，如层间剪切强度(ILSS)有很大提高，因外围绕碳纤维(包括其制备前驱体)表面改性研究进行得十分活跃。

2.碳纤维表面改性碳纤维表面处理方法主要有氧化处理，涂覆处理，射线、激光、等离子体处理氧化处理气相氧化电化学氧化液相氧化涂覆处理

电化学沉积与化学镀气相沉积处理偶联剂涂层聚合物涂层表面生成晶须法溶胶-凝胶法射线、激光、等离子体处理

（1）（2）（3）碳纤维表面处理方法主要有氧化处理，涂覆处理，射线、激光、等离3.碳纤维的电化学氧化处理（1）电化学表面氧化法研究电化学氧化法也叫阳极氧化法。电化学氧化法是在电解液中以CF做阳极，在一定的电流条件下，依靠阳极的化学氧化法反应来完成CF表面处理的过程。

下图为阳极电解氧化法的实验装置图8-8阳极电解氧化法的实验装置图1—放丝卷筒2—电解槽3—石墨电极4—石墨辊筒5—水洗槽6—干燥装置7—收丝卷筒3.碳纤维的电化学氧化处理图8-8阳极电解氧化法的实验装（2）电解条件对CF表面含氧基团含量的影响（3)CF电化学表面氧化处理效果的表征

电解质种类

电解质浓度

CF表面含氧基团的含量

表征种类表面形貌表征氧化前后表面含氧官能团的表征

氧化前后比表面积的表征

（2）电解条件对CF表面含氧基团含量的影响电解质种类电解8.1.4功能复合材料

功能复合材料是指复合材料除具有作为结构的功能外，兼有隔热、隔离、耐磨、耐腐蚀、透过电磁波等其他功能。8.1.4功能复合材料8.2功能性色素

功能性色素是参照功能性材料的名称提出来的，指得是用于纤维、合成树脂、涂料等领域之外的染料、颜料等色素。这些功能性色素实际上是以材料的形式出现的，称之为功能性色素材料。功能性色素的发展是和有机化学、分子物理学、激光物理学、分子生物学、电子学、光化学、计算化学等的进展紧密相关的。8.2功能性色素

功能性色素是参照功能性材料的名称提出来的色素分类功能特性应用实例光盘专用色素吸收激光而热分解可制氏CD-R和DVD-R光盘激光染料改变激光波长及调Q染料激光器光导性色素受光照而导电电子照片感光体光致变色色素受光照发生结构变化和颜色变化玩具，室内装饰，服饰印花热致变色色素受热熔融反应而变色热敏纸，玩具感压变色色素受力接触反应而变色无炭复写纸色素分类功能特性应用实例光盘专用色素吸收激光而热分解可制氏C电致发光色素电场下发光薄板显示器液晶色素电场吓分子随液晶定向排列液晶显示材料，偏振光滤光片光电转换色素光能转化为电能太阳能电池光能存储色素将光能转化为化学能太阳能存储光致发光色素吸收光能发射荧光太阳光集光器，荧光油墨化学发光色素氧化反应发光化学光棒喷墨打印色素喷射液滴带电喷墨打印机墨水热熔转印色素加热融化转移热转印纸升华转印色素加热升华转移升华打印机色带电致发光色素电场下发光薄板显示器液晶色素电场吓分子随液晶定向

8.2.1光盘用色素可录式

CD-R光盘

激光光盘

光学式光盘记录材料大容量、长寿命记忆容量不够大电磁的干扰和损坏磁记录材料

体积小、坚牢、价格便宜、省电、性能稳定8.2.1光盘用色素可录式激光光2可录式CD-R光盘的原理

CD-R是将光吸收材料(染料)和光反射材料(金、银)镀在空白的基板上，经激光信号调制写录，把CD格式信息直接写在片子上。被激光写录的地方，染料被破坏了(分解或升华或熔融)，不能复原，所以只能写一次，因此叫一次写入式光盘。3.CD-R用的有机色素和其他主要材料有机色素的要求色素制成的膜能强烈吸收激光光源，有高的记录灵敏度色素成膜后的反射率高，要求在20%以上

热导率要低，记录时形成比较陡的凹坑

在溶剂中的溶解度大，尤其是醇溶性好对热、光、湿度的稳定性好，保存稳定性好毒性低

2可录式CD-R光盘的原理有机色素的要求色素制成的膜能

8.2.2光致变色色素光致变色现象指的是化合物在受光照射后，其吸收光谱发生改变的可逆过程，具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致变色色素。有机染料按照结构可分为菁染料酞菁染料

醌型稠环芳香化合物

其他类型的染料

菁染料酞菁染料醌型稠环芳香化合物其他类型的染料有机光致变色色素的种类很多，常见的有以下几种类型:(1)键断裂解离成离子化的光变色性色素

这类色素经光激发，在共价键上发生分裂，电荷转移产生一个稳定的化学构型改变，往往由无色变为有色，变化明显。

(2)顺反结构引起光变色

光能促使分子内顺式和反式结构排列的变化，往往颜色变化不大，但可区别。

有机光致变色色素的种类很多，常见的有以下几种类型:(3)氢原子移动的互变异构光变色

这类色素在光照下发生分子内氢原子的移动，可以由无色或浅黄色变为醌式的橙红色。(4)开环-闭环反应引起光变色

最常见的就是这种俘精酸酐类化合物，热稳定性好。(5)光照加氧-脱氧反应引起的光变色

(3)氢原子移动的互变异构光变色(6)利用光氧化-还原反应引起光变色的色素

(7)均裂产生自由基反应引起的光变色

(6)利用光氧化-还原反应引起光变色的色素(7)均裂产生自无机化合物发生热变色的原因有结晶改变、发生化学反应、发生热分解等有机热变色材料主要有液晶和热致变色色素两类(1)三芳甲烷类热致变色染料8.2.3热致变色现象

热致变色现象指的是某些物质能在特定温度下由于结构的变化而发生可逆性的颜色变化。这些物质可以是单一的化合物，也可以是由多种组分组成的混合物

8.2.3热致变色现象

热致变色现象指的是某些物质能在特(2)萤烷类热致变色染料(3)螺吡喃类热致变色染料(4)吩噁嗪和吩噁嗪类染料无色

有色无色有色丝网印刷、凹板印刷、各种薄膜、标签、包装物、日用品及玩具等需要随温度变色的场合。应用(2)萤烷类热致变色染料无色有色无色有色丝网印刷、凹8.2.4电致变色色素

电致变色现象(electrochromism，EC)是指物质在通电流时发生电化学氧化还原引起颜色变化的现象。利用这种现象制成的显示器简称为ECD(electrochromicdisplay)

有机色素系列的电致变色材料有

:(1)吡啶鎓类

(2)芳香胺类

无色蓝色无色蓝绿色8.2.4电致变色色素

电致变色现象(electrochr(3)氧化还原络合物

(4)含氮杂环类

(5)萤烷类(6)螺吡喃类(7)蒽醌类(8)导电有机聚合物红紫淡黄暗绿绿

无色

红色

无色

紫红色

无色黄色

(3)氧化还原络合物(4)含氮杂环类(9)六芳基乙烷衍生物氧化还原过程如下所示

循环过程的颜色变化为

Ⅱ＋→Ⅰ→Ⅱ2＋

8.2.5

有机电致发光材料电致发光(electroluminescence，EL)是一种电控发光器件，是某些物质受电子激发而发出光。这种发光器件是固体元件，应答速度快、亮度高、视角广，可制成薄型的、平面的、彩色的发光器件。Ⅰ

Ⅱ2＋(9)六芳基乙烷衍生物氧化还原过程如下所有机EL材料按功能分主要有：空穴传输材料，电子传输材料，发光材料

1．空穴传输材料空穴传输材料具备较高的空穴迁移率、较低的离化能、较高的玻璃化温度、大的禁带宽度，可形成高质量薄膜，稳定性好。主要应用的空穴传输材料有多芳基甲烷、腙类化合物、多芳基胺化合物和丁二烯类化合物等。2．电子传输材料电子传输材料一般应具备较高的电子迁移率、较高的电子亲和势!较高的玻璃化温度、大的禁带宽度、可形成高质量薄膜、稳定性好。

NPBTPD有机EL材料按功能分主要有：空穴传输材料，电子传输材料，发光PBDTAZTPS3．发光材料具备固态具有较高的荧光量子效率，且荧光光谱要覆盖整个可见光区域;具有良好的半导体特性;具有合适的熔点(200～400e)，且有良好的成膜特性；在薄膜状态下具有良好的稳定性.AlO3PPVPBDTAZTPS3．发光材料具备固态具有较高的荧8.2.6彩色液晶显示用色素材料

液晶显示器(LiquidCrystalDisplay；LCD)大致可分为三类：旋转向列型(TwistedNematic，TN)；超旋转向列型(SuperTwistedNematic，STN)和薄膜晶体管型(ThinFilmTransistor，TFT)液晶显示器是低辐射的，对人体健康影响很小，它的平面性、薄型、重量轻、耗电省等优点也是传统显像管所无比可拟的

8.2.6彩色液晶显示用色素材料

8.3功能性粘胶材料

功能性胶粘剂，也称高功能胶粘剂、新功能粘剂、特殊粘接材料，是指具有“粘接”这一主要功能以外，还同时兼有所述任何一种功能性胶粘剂。用胶黏剂连接两个物体的连接技术称粘接技术

8.3功能性粘胶材料

胶粘剂的发展史酚醛树脂的发明20世纪初出现了用天然橡胶加工的压敏胶

出现了高分子材料为主要成分的新型胶粘剂

出现双酚A型环氧树脂与有机硅树脂等出现环氧树脂胶,成为主要的结构胶粘剂

醋酸乙烯型热熔胶、脂环族外氧树脂、聚苯并咪唑、等新型材料相继问世

胶粘剂的工业逐渐转入系列化和完善化阶段70年代60年代50年代40年代30年代20年代发展方向

今后胶粘剂的发展方向应该是环保型的热熔胶型、水基型和无溶剂型胶粘剂。胶粘剂的发展史酚醛20世纪初几种胶粘剂的研究进展和发展现状1．热熔型胶粘剂2.无溶剂型胶粘剂

无溶剂型胶又称反应胶,是将可进行化学反应的组分分别涂刷在粘合的料表面,而后在热活化或其他条件下，组分紧密接触进行化学反应!达到交联的目的

反应型热熔胶粘剂

水分散型热熔胶粘剂

生物降解热熔胶粘剂

热熔压敏胶

溶液聚合型

乳液聚合型

光聚合型

双组分交联型

共混/共聚型

悬浮聚合型

热熔聚合型

交联/固化型

按其性能分类压敏胶的类型

几种胶粘剂的研究进展和发展现状无溶剂型胶又称反应胶,反应型热3．水基型胶粘剂水基型胶粘剂不含有机溶剂，无污染，是环保型胶粘剂

4.溶剂型纸塑复合胶粘剂研究现状

溶剂型复膜胶有

（1）聚氨酯胶粘剂

（2）SBS型胶粘剂

（3）EVA型胶粘剂

（4）聚丙烯酸系胶粘剂

（1）聚氨酯胶粘剂（2）SBS型胶粘剂（3）EVA型胶粘8.4功能纤维织物

功能纤维织物

物理化学功能

生物功能

化学功能

超高性能

特殊功能

主要包括

主要包括

主要包括

主要包括

主要包括

水、电、光、热、力学性能抗菌、防臭，防虫、防蛀、生物医疗膨润收缩、熔融分解、分割开织超吸水、耐热、耐药，