導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點精選(九篇)
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第1篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
關(guān)鍵詞：導(dǎo)電高分子 納米復(fù)合材料 應(yīng)用
確切來說，聚乙炔具有導(dǎo)電功能的發(fā)現(xiàn)是在上個世紀(jì)的1977年，距今也才四十五年的時間；而納米技術(shù)融合到導(dǎo)電高分子技術(shù)中的發(fā)展更短，不到二十年的時間，在這么短的時間里，導(dǎo)電高分子的研究已經(jīng)取得了飛躍的發(fā)展，同時導(dǎo)電高分子材料也被應(yīng)用在了眾多的領(lǐng)域眾多的產(chǎn)品中，給我們的生活生產(chǎn)起著重要的作用；從這項技術(shù)的發(fā)展中可以看出，其應(yīng)用的背景遠(yuǎn)不止目前這些。顧名思義，導(dǎo)電高分子中納米復(fù)合材料應(yīng)該具備有兩個特點，一個是納米功能，另一個是導(dǎo)電性；本文主要探討導(dǎo)電高分子技術(shù)中的納米復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時對其發(fā)展略表看法。
一、導(dǎo)電高分子中納米復(fù)合材料的應(yīng)用
在導(dǎo)電高分子技術(shù)領(lǐng)域中，納米復(fù)合材料的優(yōu)點非常多。從產(chǎn)品的特點來說，其具有高彈性、高可塑性、低密度、耐腐蝕性、質(zhì)量輕、柔軟和加工性能好等特點，另外其電導(dǎo)率的范圍非常寬，具有半導(dǎo)體的特點；從經(jīng)濟(jì)層面上來說，這種材料的價格也很便宜。導(dǎo)電高分子材料包括納米復(fù)合材料的經(jīng)濟(jì)利用價值非常高，其不僅在我國經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中具有重要作用，在進(jìn)行科學(xué)實驗中也是意義重大；在這樣的時代背景下，其商業(yè)價值已經(jīng)不用明說了。目前，不僅是科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，就連很多企業(yè)都已經(jīng)開始進(jìn)行納米復(fù)合材料的研究工作了。具體來說，導(dǎo)電高分子的納米復(fù)合技術(shù)和材料的應(yīng)用包括：
1.在電子元件特別是在晶體管和二極管上的應(yīng)用
納米復(fù)合技術(shù)及其產(chǎn)品在電子器件中的應(yīng)用非常廣泛（其他的導(dǎo)電高分子技術(shù)在這方面的應(yīng)用同樣非常廣泛），且從目前的形式來說，其應(yīng)用前景仍然非常大。在上世紀(jì)聚乙炔的導(dǎo)電性能被發(fā)現(xiàn)后，人們很快就在導(dǎo)電聚合物的基礎(chǔ)上研究出了一種可以彎曲并且也非常薄的電子元件，這種電子元件就是發(fā)光二級管；發(fā)光二級管的出現(xiàn)意義非常重大，其象征著導(dǎo)電高分子向著實用化邁出了第一步。另外，導(dǎo)電高分子很快也應(yīng)用到了場效應(yīng)管中，這種應(yīng)用很有可能會帶來下一步高分子材料的規(guī)模性應(yīng)用。另外，納米復(fù)合技術(shù)及其材料還被應(yīng)用到了高分子的發(fā)光二極管中，這項應(yīng)用時至今日仍然是社會討論和研究的熱門課題。就目前納米復(fù)合技術(shù)及其材料在電子器件中的應(yīng)用之一“發(fā)光二極管”在性能上已經(jīng)非常成熟，完全可以和那些無機(jī)的發(fā)光材料相提并論了。另外，除了聚乙炔，還出現(xiàn)了新的材料比如聚噻吩和聚吡咯，這些材料所制成的二極管都已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)被用在商業(yè)中，制成商業(yè)產(chǎn)品了。納米復(fù)合技術(shù)及其材料所制成的發(fā)光二極管在性能上相對傳統(tǒng)的二極管而言，具有成本低、可彎曲、可調(diào)色和面積大等特點。另外，納米復(fù)合技術(shù)及其材料已經(jīng)進(jìn)入到電子器件的壽命和發(fā)光效率的研究領(lǐng)域了；這表明這種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)泳薮?，另外，這項研究也是實現(xiàn)導(dǎo)電高分子技術(shù)更加實用化的有效途徑。
2.在電磁屏蔽領(lǐng)域上的應(yīng)用
在導(dǎo)電高分子技術(shù)出現(xiàn)之前，人們用來對電磁進(jìn)行屏蔽的材料一般都是銅，這種屏蔽材料和方法自身在性能上的不足導(dǎo)致了電磁干擾的情況非常嚴(yán)重；另外，使用銅來進(jìn)行電磁的屏蔽并不能很好地滿足手機(jī)、電腦、電視機(jī)、計算機(jī)房和一些醫(yī)療設(shè)備比如心臟的起搏器等的需求。在對人體健康愈加重視的今天，對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行良好的電磁屏蔽已經(jīng)越來越被重視。通過對導(dǎo)電高分子技術(shù)的研究也實驗發(fā)現(xiàn)，在對電磁進(jìn)行屏蔽的過程中將導(dǎo)電高分子特別是納米復(fù)合的技術(shù)及其材料融合在其中，不僅能夠起到防止靜電、對電磁進(jìn)行屏蔽的特點，還具有成本低和可塑性強(qiáng)不受形狀影響的優(yōu)異性能，是一種屏蔽電磁干擾的理想材料。隨著研究的不斷深入和發(fā)展，目前，導(dǎo)電高分子中的納米復(fù)合技術(shù)及其材料應(yīng)經(jīng)被應(yīng)用在電腦的屏保中了，這項應(yīng)用能夠有效防止電腦的電磁對人體的輻射。另外，在眾多的納米復(fù)合材料之中，聚苯胺的防電磁輻射性能最受重視。
3.在電池中的應(yīng)用
納米復(fù)合技術(shù)及其材料本身具有很好的摻雜與脫摻雜性能，如果將其應(yīng)用在電池中，將會帶來良好的效果。目前，對于高分子材料中的聚乙炔材料電池的研究已經(jīng)基本成功了，這款由日本生產(chǎn)出來的電池比傳統(tǒng)的電池要更加輕便，因此受到了消費者的青睞。另外，聚吡咯也具有很好的穩(wěn)定性和高摻雜度，這種材料對電的敏感性也非常高，即使是在紡織物中圖上這種材料，也能讓其具有良好的導(dǎo)電性；所以，聚吡咯正在被研究應(yīng)用在對低濃度、可發(fā)揮的有機(jī)物進(jìn)行監(jiān)測的傳感器中，這種傳感器具有很高的靈敏度。另一種納米復(fù)合材料乙烯也已經(jīng)開始使用在太陽能的電池中以及二次電池中；這種材料的使用有可能會使二次電池成為更加大眾的商品，但是這種材料在穩(wěn)定性和耐久性中的問題目前還沒有得到很好的解決。另外，導(dǎo)電高分子的納米復(fù)合技術(shù)及其材料在太陽能電池中的應(yīng)用也已經(jīng)開始嘗試了。和一般的無機(jī)光電材料比較，這種導(dǎo)電高分子的材料具有價格便宜、能夠規(guī)模生產(chǎn)、制造簡單和對太陽光中的物質(zhì)進(jìn)行篩選選擇等優(yōu)點，但是這種材料也具有穩(wěn)定性較差、阻值比較高的缺陷。
4.在導(dǎo)電橡膠中的應(yīng)用
導(dǎo)電高分子材料本身具備良好的導(dǎo)電性，通過不同的納米復(fù)合技術(shù)摻雜和加工所生產(chǎn)出來的聚乙炔在導(dǎo)電性能上可以達(dá)到銅的效果，只是目前這種高分子的材料的導(dǎo)電穩(wěn)定性不夠，所以還沒有被廣泛使用。不過，通過納米復(fù)合技術(shù)研究出來的導(dǎo)電橡膠的使用意義非常大。這種導(dǎo)電的橡膠在一般情況下并不會導(dǎo)電，不過，只要對其施加壓力，就能夠使其產(chǎn)生導(dǎo)電的效果，并且這種導(dǎo)電的效果只是出現(xiàn)在被施加壓力的部位，沒有被施加壓力的地方的絕緣性能非常好。目前，這種導(dǎo)電橡膠已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在防爆開關(guān)、壓敏傳感器、醫(yī)用電極、加熱原件和高級的自動把柄中去了。
二、導(dǎo)電高分子中納米復(fù)合技術(shù)的前景
雖然納米復(fù)合技術(shù)在屏蔽電磁干擾、光電子原件、能源等方面都已經(jīng)得到了很多的應(yīng)用，但是其實用化還是沒有得到充分的利用，甚至說其應(yīng)用尚未實現(xiàn)實用化。目前，這些材料很多還是停留在“材料”的層面上，而產(chǎn)品層面還是比較少。在未來的研究工作中，主要研究的方向有：
1.對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在穩(wěn)定性和加工型方面的研究。就目前來說，導(dǎo)電高分子的材料很多在導(dǎo)電性、加工性和穩(wěn)定性的融合上還做得很不足，解決這一問題的一個比較有效的方向是對可溶性的納米復(fù)合材料進(jìn)行合成。
2.對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在自摻雜和不摻雜方面的研究。材料不穩(wěn)定以及摻雜劑本身不穩(wěn)定往往會對納米復(fù)合材料在導(dǎo)電性能方面產(chǎn)生影響，所以對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在自摻雜和不摻雜方面的研究能夠有效結(jié)局材料在穩(wěn)定性方面存在的問題。
3.對納米復(fù)合技術(shù)及其材料在綠色生產(chǎn)上的研究。這項工作同樣引起了很大的關(guān)注。在研究的過程中如果能夠解決導(dǎo)電高分子的納米復(fù)合材料在加工上更加綠色的要求，將是一場對傳統(tǒng)的電子元件提出挑戰(zhàn)的革命。
參考文獻(xiàn)
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第2篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，塑料產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中，給人類帶來了許多的便利，與此同時，由于人們對其大量需求致使廢棄物中的塑料越來越多，這對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因而，現(xiàn)在許多科學(xué)家都在尋找新的環(huán)境友好型材料。其中生物可降解高分子材料就屬于環(huán)境友好型材料，這其中最受人們關(guān)注的就是聚乳酸（PLA），具有良好的生物降解性，在微生物作用下分解為二氧化碳和水，對環(huán)境不會造成危害。人們之所以選擇聚乳酸作為環(huán)境友好型材料來研究，是因為聚乳酸具有強(qiáng)度高，透明性好，生物相容性好等優(yōu)點，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，包括醫(yī)用、包裝、紡織等。但是由于其結(jié)晶性能差，脆性大等缺點，使其在某些性能方面存在嚴(yán)重的不足，這就嚴(yán)重限制了聚乳酸的應(yīng)用[1]。為了使聚乳酸能夠更好的應(yīng)用到各個領(lǐng)域，研究者們對其進(jìn)行表面改性，使其性能得到改善，能夠得到更好的應(yīng)用。
1.生物可降解高分子材料
生物可降解高分子材料是環(huán)境友好型材料中最重要的一類。它是指在一定條件下，一定的時間內(nèi)，能被細(xì)菌、真菌、霉菌、藻類等微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的一類高分子材料。由于其具有無毒、生物降解及良好的生物相容性等優(yōu)點，生物降解高分子被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、一次性用品、農(nóng)業(yè)、包裝衛(wèi)生等領(lǐng)域。按照來源的不同，可將其分為天然可降解高分子和人工合成可降解高分子兩大類。
天然可降解高分子：有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等，這類高分子可以自然生長，并且降解后的產(chǎn)物沒有毒性，但是這類高分子大多不具備熱塑性，加工起來困難，因此不常單獨使用，只能與其它高分子材料摻混使用。
人工合成可降解高分子：有聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚乙烯醇、聚己二酸乙二酯等。這類聚酯的主鏈大多為脂肪族結(jié)構(gòu)單元，通過酯鍵相連接，主鏈比較柔軟，容易被自然界中微生物分解。與天然可降解高分子材料相比較，人工合成可降解高分子材料可以在合成時通過控制溫度等條件得到不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，從而對材料物理性能進(jìn)行調(diào)控，并且還可以通過化學(xué)或物理的方法進(jìn)行改性[2]。
在以上眾多的天然可降解高分子材料和人工合成可降解高分子材料中，天然可降解高分子材料加工困難，成本高，不被人們選中，因此，人們把目光集中在了人工合成可降解高分子材料中，這其中聚乳酸具有其良好的生物相容性、生物可降解性、優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和剛性等性能，在諸多人工合成可降解高分子材料中脫穎而出，被人們所選中。
2. 聚乳酸材料
在人工合成可降解高分子材料中，聚乳酸是近年來最受研究者們關(guān)注的一種。它是一種生物可降解的熱塑性脂肪族聚酯，是一種無毒、無刺激性，具有良好生物相容性、強(qiáng)度高、可塑性加工成型的生物降解高分子材料。合成聚乳酸的原料可以通過發(fā)酵玉米等糧食作物獲得，因此它的合成是一個低能耗的過程。廢棄的聚乳酸可以自行降解成二氧化碳和水，而且降解產(chǎn)物經(jīng)光合作用后可再形成淀粉等物質(zhì)，可以再次成為合成聚乳酸的原料，從而實現(xiàn)碳循環(huán)[3]。因此，聚乳酸是一種完全具備可持續(xù)發(fā)展特性的高分子材料，在生物可降解高分子材料中占有重要地位。迄今為止，學(xué)者們對聚乳酸的合成、性質(zhì)、改性等方面進(jìn)行了深入的研究。
2.1聚乳酸的合成
聚乳酸以微生物發(fā)酵產(chǎn)物-乳酸為單體進(jìn)行化學(xué)合成的，由于乳酸是手性分子，所以有兩種立體結(jié)構(gòu)。
聚乳酸的合成方法有兩種；一種是通過乳酸直接縮合；另一種是先將乳酸單體脫水環(huán)化合成丙交酯，然后丙交酯開環(huán)聚合得到聚乳酸[4]。
2.1.1直接縮合[4]
直接合成法采用高效脫水劑和催化劑使乳酸低聚物分子間脫水縮合成聚乳酸，是直接合成過程，但是縮聚反應(yīng)是可逆反應(yīng)，很難保證反應(yīng)正向進(jìn)行，因此不易得到高分子量的聚乳酸。但是工藝簡單，與開環(huán)聚合物相比具有成本優(yōu)勢。因此目前仍然有大量圍繞直接合成法生產(chǎn)工藝的研究工作，而研究重點集中在高效催化劑的開發(fā)和催化工藝的優(yōu)化上。目前通過直接聚合法已經(jīng)可以制備具有較高分子量的聚乳酸，但與開環(huán)聚合相比，得到的聚乳酸分子量仍然偏低，而且分子量和分子量分布控制較難。
2.1.2丙交酯開環(huán)縮合[4]
丙交酯的開環(huán)聚合是迄今為止研究較多的一種聚乳酸合成方法。這種聚合方法很容易實現(xiàn)，并且制得的聚乳酸分子量很大。根據(jù)其所用的催化劑不同，有陽離子開環(huán)聚合、陰離子開環(huán)聚合和配位聚合三種形式。（1）陽離子開環(huán)聚合只有在少數(shù)極強(qiáng)或是碳鎓離子供體時才能夠引發(fā)，并且陽離子開環(huán)聚合多為本體聚合體系，反應(yīng)溫度高，引發(fā)劑用量大，因此這種聚合方法吸引力不高；（2）陰離子開環(huán)聚合的引發(fā)劑主要為堿金屬化合物。反應(yīng)速度快，活性高，可以進(jìn)行溶液和本體聚合。但是這種聚合很難制備高分子量的聚乳酸；（3）配位開環(huán)聚合是目前研究最深的，也是應(yīng)用最廣的。反應(yīng)所用的催化劑主要為過渡金屬的氧化物和有機(jī)物，其特點為單體轉(zhuǎn)化率高，副反應(yīng)少，易于制備高分子量的聚乳酸。但是開環(huán)聚合有一個缺點，所使用的催化劑有一定的毒性，所以目前尋找生物安全性高的催化劑成為配位開環(huán)聚合研究的重要方向。
2.2聚乳酸的性質(zhì)
由于乳酸單體具有旋光性，因此合成的聚乳酸具有三種立體構(gòu)型：左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）和消旋聚乳酸（PDLLA）。其中PLLA和PDLLA是目前最常用，也是最容易制備的。PLLA是半結(jié)晶型聚合物，具有良好的強(qiáng)度和剛性，但是其缺點是抗沖擊性能差，易脆性斷裂。而PDLLA是無定形的透明材料，力學(xué)性能較差[5]。
雖然聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性、優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和阻隔性，但是聚乳酸作為材料使用時有明顯的不足之處；韌性較差并且極易彎曲變形，結(jié)晶度高，降解周期難以控制，熱穩(wěn)定性差，受熱易分解，價格昂貴等。這些缺點嚴(yán)重限制了聚乳酸的應(yīng)用與發(fā)展[6]。因此，針對聚乳酸樹脂原料進(jìn)行改性成為聚乳酸材料在加工和應(yīng)用之前必不可少的一道工序。
2.3聚乳酸的改性
針對聚乳酸的以上缺點，研究者們對其進(jìn)行了增韌改性、增強(qiáng)改性和耐熱改性，用以改善聚乳酸的韌性和抗彎曲變形能力，提高熱穩(wěn)定性，進(jìn)一步增強(qiáng)聚乳酸材料。
2.3.1增韌改性
在常溫下聚乳酸是一種硬而脆的材料，在用于對材料要求高的領(lǐng)域，需要對其進(jìn)行增韌改性。增韌改性主要分為共混和共聚兩種方法。但是由于共聚法在聚乳酸的聚合過程中工藝比較復(fù)雜，并且生產(chǎn)成本高，因此在實際工業(yè)生產(chǎn)中，主要用共混法來改善聚乳酸的韌性。共混法是將兩種或兩種以上的聚合物進(jìn)行混合，通過聚合物各組分性能的復(fù)合達(dá)到改性目的[7]。為了拓展聚乳酸材料在工程領(lǐng)域的用途，研究者們常采用將聚乳酸與其它高聚物共混，這樣一方面能夠改善聚乳酸的力學(xué)性能和成型加工性能，另一方面也為獲得新型的高性能高分子共混材料提供了有效途徑。
增韌改性所用的共混法工藝比較簡便，成本相應(yīng)低一些，在實際工業(yè)生產(chǎn)中更加實用。不過受到聚乳酸本身的硬質(zhì)和高模量限制，共混法改性目前主要方向為增韌、調(diào)控親水性和降解能力。
2.3.2增強(qiáng)改性
聚乳酸本身為線型聚合物，分子鏈中長支鏈比較少，這就使聚乳酸材料的強(qiáng)度在一些場合滿足不了使用的要求。因此要對其進(jìn)行增強(qiáng)改性，使其強(qiáng)度達(dá)到要求。目前主要采用了玻璃纖維增強(qiáng)、天然纖維增強(qiáng)、納米復(fù)合和填充增強(qiáng)等技術(shù)來對聚乳酸進(jìn)行改性，用以提高聚乳酸材料的力學(xué)性能[7]。
目前，植物纖維和玻璃纖維對增強(qiáng)聚乳酸的力學(xué)性能效果相差不大，但是植物纖維價格低廉，并且對環(huán)境友好，因而成為對聚乳酸進(jìn)行增強(qiáng)改性的常見材料。而填充增強(qiáng)引入了與聚合物基體性質(zhì)完全不同的無機(jī)組分并且綜合性能提升明顯，因此受到廣泛的關(guān)注。這其中，以納米填充最有成效，填充后可以全面提升聚乳酸的熱穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度、氣體阻隔性、阻燃性等多種性能。此外，聚乳酸具有生物相容性和可降解的特性，因此用做人體骨骼移植、骨骼連接銷釘?shù)柔t(yī)學(xué)材料。
2.3.3耐熱改性
耐熱性差是生物降解高分子材料共有的缺點。聚乳酸的熔點比較低，因此它在高溫高剪切作用下易發(fā)生熱降解，導(dǎo)致分子鏈斷裂，分子量降低，成型制品性能下降。因此需要對聚乳酸進(jìn)行耐熱改性，用以提高其加工性能，通常采用嚴(yán)格干燥、純化和封端基等方式提高其熱穩(wěn)定性[8]。目前，添加抗氧劑是提高聚合物耐熱性的常用方法，除了采用添加改性或與其它樹脂共混改性來提高聚乳酸耐熱性，還可以通過拉伸并熱定型的方法提高聚乳酸的耐熱性，與此同時，還可以改善其聚乳酸復(fù)合材料韌性和強(qiáng)度。在紡織、包裝業(yè)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。
從上述幾種改性結(jié)果來看，與聚乳酸相比，改性后的聚乳酸復(fù)合材料綜合性能等方面都得到了全面的提升，在醫(yī)學(xué)、紡織、包裝業(yè)等領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。因此，聚乳酸復(fù)合材料得到了人們的喜愛與關(guān)注，并逐漸將人們的生活與之緊緊聯(lián)系在了一起。成為國內(nèi)外研究者所要研究的重點對象。
3.聚乳酸復(fù)合材料及研究進(jìn)展
3.1聚乳酸復(fù)合材料
經(jīng)過改性劑改性過的聚乳酸復(fù)合材料是一種新型復(fù)合材料，它是以聚乳酸為基體，在其中加入改性劑混合用各種方式復(fù)合而成的。同時它具備與聚乳酸相同的無毒、無刺激性、良好的生物相容性等性質(zhì)，但是在性能方面要都優(yōu)于聚乳酸。聚乳酸復(fù)合材料在柔順性、伸長率、力學(xué)、電、熱穩(wěn)定性等方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，目前已經(jīng)將其應(yīng)用與醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、紡織、包裝業(yè)和組織工程等[9]領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。
聚乳酸復(fù)合材料可以在微生物的作用下分解為二氧化碳和水，對環(huán)境不會造成任何的危害，加上其在各個方面都具有優(yōu)異的性能，可以用于各個領(lǐng)域。因此成為了新一代的環(huán)境友好型材料被國內(nèi)外的研究者們廣泛關(guān)注。目前，就聚乳酸復(fù)合材料的研究，國內(nèi)外研究者們都取得了一定的成果和進(jìn)展。
3.2聚乳酸復(fù)合材料研究進(jìn)展
由于聚乳酸作為生物相容，可降解環(huán)境友好材料，存在著結(jié)晶速度慢、結(jié)晶度低、脆性大等缺陷，將需要與具有優(yōu)異導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)性能，生物相容性等優(yōu)點的填料復(fù)合進(jìn)行填充改性[10]。這個方法成為目前國內(nèi)外研究的重點。對于聚乳酸復(fù)合材料的研究以下是國內(nèi)外研究者的研究進(jìn)展。
盛春英[1]通過溶液共混法制備了聚乳酸/碳納米管復(fù)合物，用紅外光譜和DSC研究了復(fù)合材料的等溫結(jié)晶和非等溫結(jié)晶性能，重點研究了CNTs的種類、管徑、管長、質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及聚乳酸分子量對復(fù)合物結(jié)晶性能的影響，以及等溫結(jié)晶對復(fù)合材料拉伸性能的影響。
范麗園[2]將左旋聚乳酸和納米羥基磷灰石用含有親水基團(tuán)的JMXRJ改性劑，通過溶液共混法，加強(qiáng)兩者親水性能和結(jié)合能力。以碳纖維為增強(qiáng)體，制備出碳纖維增強(qiáng)改性PLLA基復(fù)合材料。并分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶行為、熱性能以及等溫結(jié)晶時晶球變化。
張東飛等[3]人介紹了碳納米管制備的三種方法，即石墨電弧法、化學(xué)氣相沉積法和激光蒸發(fā)法，并闡述了碳納米管導(dǎo)熱基本機(jī)理，對碳納米管應(yīng)用于復(fù)合材料熱傳導(dǎo)性能進(jìn)行了研究與展望。
趙媛媛[4]采用溶液超聲法，選用多壁碳納米管作為填充物，制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料，并對其進(jìn)行改性研究。以碳納米管化學(xué)修飾及百分含量的變化對其在PLLA基體中的分散性、形態(tài)、結(jié)晶行為、力學(xué)性能和水解行為的影響為主要研究對象。
張凱[5]通過對有效的碳納米管分布對復(fù)合材料的導(dǎo)電性能進(jìn)行研究。并重點從形態(tài)調(diào)控角度，調(diào)節(jié)碳納米管在高分子基體中的有效分布，構(gòu)建了高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。并從晶體排斥、相態(tài)演變、隔離的角度，設(shè)計三種不同形態(tài)的導(dǎo)電聚乳酸/復(fù)合材料，降低了材料的導(dǎo)電逾滲值。
馮江濤[6]通過采用混酸處理、表面活性劑修飾和表面接枝三種方法對對碳納米管表面進(jìn)行修飾，利用溶劑蒸發(fā)法制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料，采用紅外吸收光譜、拉曼光譜、偏光顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、差示掃描量熱分析儀對復(fù)合材料的表面形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和總結(jié)。
李艷麗[7]通過混合強(qiáng)酸酸化與馬來酸酐接枝相結(jié)合，對碳納米管表面修飾，增強(qiáng)了碳納米管與聚乳酸之間的界面相互作用，獲得了碳納米管分散均勻的聚乳酸/碳納米管納米復(fù)合材料。并且研究不同條件下碳納米管對聚乳酸結(jié)晶行為的影響，發(fā)現(xiàn)碳納米管對聚乳酸的結(jié)晶有明顯的異相成核作用。
許孔力等[8]人通過溶液復(fù)合的方法制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料，并對其力學(xué)性能和電學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，而且對復(fù)合材料的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
李玉[9]通過將聚乳酸與具有優(yōu)異導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)性能、生物相容性的碳基納米填料進(jìn)行填充改性?？疾炝遂o電紡絲參數(shù)對聚乳酸纖維的形貌影響，并且考察了不同含量的碳納米管對復(fù)合纖維形貌和結(jié)構(gòu)的影響。此外，還對靜電紡絲和溶液涂膜制備工藝對復(fù)合材料性能影響。
趙學(xué)文[10]通過將碳納米粒子引入聚合物共混體系實現(xiàn)了復(fù)合材料的功能化與高性能化。并且他們提出一種基于反應(yīng)性碳納米粒子的熱力學(xué)相容策略，有效的提高了不相容共混物的界面粘附力，增強(qiáng)了材料的力學(xué)性能，同時賦予了導(dǎo)電等功能。
Mosab Kaseem等[11]人通過熱、機(jī)械、電氣和流變性質(zhì)對聚乳酸基質(zhì)中碳納米管的類型、縱橫比、負(fù)載、分散狀態(tài)和排列的依賴性。對不同性能的研究表明，碳納米管添加劑可以提高聚乳酸復(fù)合材料的性能。
Mainak Majumder等[12]人通過對聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料制備和表征方面的研究，
綜述有關(guān)碳納米管在聚乳酸基質(zhì)中分散的有效參數(shù)。并且將聚乳酸與不同材料結(jié)合用來改變其性能。
Wenjing Zhang等[13]人通過溶液共混制備了一系列PLLA/碳納米管復(fù)合材料。測試了形態(tài)，機(jī)械性能和電性能。通過研究發(fā)現(xiàn)隨著碳納米管含量達(dá)到其滲透閾值，PLLA/碳納米管復(fù)合材料的體積電阻降低了十個數(shù)量級。通過光學(xué)顯微鏡圖像顯示了納米復(fù)合材料的球晶形態(tài)，用差示掃描量熱法（DSC）測量，其結(jié)果顯示，隨著碳納米管含量的增加，冷結(jié)晶溫度升高。
Eric D等[14]人通過研究在半結(jié)晶聚合物碳納米管復(fù)合材料中，碳納米管被視為可以影響聚合物結(jié)晶的成核劑。但是，由于碳納米管的復(fù)雜性。不同的手性，直徑，表面官能團(tuán)，使用的表面活性劑和樣品制備過程可能會影響復(fù)合材料結(jié)晶。研究了半晶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，形態(tài)和相關(guān)應(yīng)用。簡要介紹聚合物中的結(jié)晶和線性成核。使用溶液結(jié)晶方法揭示了界面結(jié)構(gòu)和形態(tài)。
Kandadai等[15]人通過拉曼光譜分析表明PLLA和碳納米管之間的相互作用主要通過疏水的C-CH3官能團(tuán)發(fā)生。復(fù)合材料的直流電導(dǎo)率隨碳納米管負(fù)載的增加而增加。導(dǎo)電的碳納米管增強(qiáng)的生物相容性聚合物復(fù)合材料可以潛在地用作新一代植入物材料，從而刺激細(xì)胞生長和通過促進(jìn)物理電信號傳遞來使組織再生。
從以上國內(nèi)外研究者的研究進(jìn)展中，可以看到，大部分的研究者都是通過溶液共混的方法制備聚乳酸復(fù)合材料，這種方法對于國內(nèi)外的研究者們來說比較簡便可靠。并且他們將制備好后的聚乳酸復(fù)合材料通過紅外光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、差示掃描量熱、拉曼光譜和偏光顯微鏡等手段進(jìn)行其結(jié)構(gòu)和性能的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)聚乳酸復(fù)合材料的性能在各個方面都有顯著的提高，并且可以應(yīng)用與各個領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊。聚乳酸復(fù)合材料作為新一代性能全面的環(huán)境友好型材料，國內(nèi)外的研究者們對聚乳酸復(fù)合材料的研究還在進(jìn)行著，并且對于它的發(fā)展都有很高的期待。
4.本課題的研究思路及研究內(nèi)容
4.1 研究思路
聚乳酸作為可降解生物材料，同時又具有生物相容性，力學(xué)性能好等優(yōu)點。碳納米管則具有良好的生物相容性，功能性等優(yōu)點。將兩種材料復(fù)合可以進(jìn)一步改善聚乳酸結(jié)晶性能、力學(xué)性能、賦予其導(dǎo)電性。
對于聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料的制備可以通過共混法、原位聚合及靜電紡絲法來制備，目前通常采用溶劑揮發(fā)法制備聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料。通過拉曼光譜、電子能譜、掃描電子顯微鏡、示差掃描量熱來測定其結(jié)合能、材料表面形貌以及結(jié)晶、熔融溫度等方面進(jìn)行觀察分析。
第3篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
【關(guān)鍵字】高分子材料；成型加工技術(shù)；進(jìn)展研究
中圖分類號：O63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1前言
近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高分子材料在眾多領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用。高分子材料主要是通過對商品的制造來凸顯其價值所在。就目前而言，高分子材料成型加工技術(shù)也越來越受到廣泛的關(guān)注，因此，要想充分的利用高分子材料，就要對其成型加工進(jìn)行深入的研究和探討。
2高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
近些年來，就高分子材料而言，其合成工業(yè)的發(fā)展有了很大的突破。其中取得進(jìn)步最大的就是造粒用擠出機(jī)，通過對其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使得其產(chǎn)量有了很大的提高。在20世紀(jì)60年代進(jìn)行造粒主要采用的是單螺桿的結(jié)構(gòu)擠出機(jī)，這樣產(chǎn)量就相對較少；到了70年代到80年代的時候，有了一定的改善，主要采用的是連續(xù)混煉機(jī)和單螺桿擠出機(jī)相結(jié)合來進(jìn)行造粒，這時的產(chǎn)量就有了一定的提高；在80年代中期之后，進(jìn)行造粒主要采用的就是雙螺桿擠出機(jī)和齒輪泵相結(jié)合的模式，這是的產(chǎn)量已經(jīng)提升很大的一個高度；到了2010年的時候產(chǎn)量已經(jīng)提升了3億噸的產(chǎn)量。除此之外，通過對高分子材料合成技術(shù)的應(yīng)用，可以對樹脂的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單明了的控制，因此可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)運作，并且還可以有效的降低生產(chǎn)成本。
就目前而言，高分子材料的成型加工技術(shù)主要追求的就是提高生產(chǎn)率、提高使用性能以及降低生產(chǎn)升本。而在制作的方面所追求的就是尺寸變小、質(zhì)量變輕。在加工成型方面，主要追求的就是研發(fā)的周期逐漸變短，而且要注重環(huán)保。
3對于高分子材料成型加工技術(shù)的研究探析
3.1對聚合物的動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)的探析
聚合物的反應(yīng)加工技術(shù)是通過對雙螺桿擠出機(jī)的發(fā)展基礎(chǔ)而逐漸發(fā)展起來的。目前已經(jīng)研發(fā)出一種能夠進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)和混煉相結(jié)合的螺桿擠出機(jī)，這種螺桿擠出機(jī)具有自己獨特的優(yōu)勢，擺脫了傳統(tǒng)擠出機(jī)運行是所存在的問題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對于聚合物反應(yīng)成型加工技術(shù)也有了更大的需求。對于進(jìn)行聚合物反應(yīng)成型加工技術(shù)的主要反應(yīng)擠出的主要設(shè)備，即PC連續(xù)化生產(chǎn)以及尼龍生產(chǎn)。近些年來，大多數(shù)國內(nèi)外的企業(yè)所使用的反應(yīng)加工設(shè)備都是較為傳統(tǒng)的混合混煉相結(jié)合的設(shè)備來進(jìn)行產(chǎn)品的改造。這樣傳統(tǒng)的模式存在很多的問題，比如說，在傳熱或者傳質(zhì)的過程當(dāng)中，對于混煉和化學(xué)反應(yīng)都很難進(jìn)行控制，而且反應(yīng)的產(chǎn)物分子數(shù)量和分布情況都具有不可控制性。除此之外，這種模式的設(shè)備話費量較大，耗能又較高，噪音比較大，這樣也使得在進(jìn)行加工的時候經(jīng)常會出現(xiàn)問題。而聚合物動態(tài)反應(yīng)加工過技術(shù)不同于傳統(tǒng)的反應(yīng)加工技術(shù)，無論在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還是在反應(yīng)原理上都有了很大的改觀和創(chuàng)新，這種技術(shù)主要是在聚合物反應(yīng)基礎(chǔ)的過程中引入電磁場并且引發(fā)機(jī)械振動場的作用，這樣就可以對加工過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及對反應(yīng)所生成的物質(zhì)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的控制。
聚合物的動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)最重要的優(yōu)點就是對聚合物的化學(xué)性能和預(yù)聚物混合混煉過程或者對停滯時間的分布進(jìn)行可有效的控制，并且對聚合物在進(jìn)行反應(yīng)加工的過程中由于振動力場的作用其質(zhì)量和能量的傳遞以及平衡問題進(jìn)行了有效的保持和解決，與此同時，還在技術(shù)上有效的對設(shè)備的結(jié)構(gòu)集成化進(jìn)行了合理的解決。除此之外，這種新技術(shù)設(shè)備不但體積重量相對較小，耗能量還較小，噪音又小，而且其可靠性又高。正是由于這些優(yōu)勢，使得這種技術(shù)受到了廣泛的歡迎。
3.2對基于動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)的新材料制作技術(shù)研究
這種技術(shù)不同于以往的傳統(tǒng)技術(shù)方式，其具有步驟簡單、周期較短、耗能較低而且在儲運過程中不易受到污染等優(yōu)點，這種技術(shù)主要是將光盤級的PC樹脂生產(chǎn)、中間的儲運以及光盤盤基成型這三個步驟集合為一種新型的具有動態(tài)連續(xù)反應(yīng)的成型技術(shù)。而這種新型的技術(shù)主要是進(jìn)行對酯交換連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)的研究，并且對光盤注射成型的裝備進(jìn)行研發(fā)，從而能夠有效的對生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行控制，并且能夠達(dá)到節(jié)能低耗的作用。聚合物的這種新技術(shù)主要實在強(qiáng)大振動的剪切力場的作用之下，對高分子顆粒的表面特性以及功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計，并且在設(shè)計好的加工環(huán)境之下，可以選擇不嫁或者少加化學(xué)改性劑的前提之下，充分的利用聚合物的性質(zhì)，對高分子顆粒進(jìn)行原位表面的改性、原位包覆以及強(qiáng)制的分散等環(huán)節(jié)。
4對于高分子材料成型方法的具體分析
4.1對于擠出成型的分析
這種方法主要是將塑化成型的高分子材料通過采用螺桿旋轉(zhuǎn)加壓的方式，通過擠出機(jī)進(jìn)行連讀的擠出成型。高分子熔融物就會通過擠出機(jī)的機(jī)口成型，并且通過相應(yīng)的牽引裝置將成型的產(chǎn)品從機(jī)口連續(xù)的引出，在這個過程中還要對其進(jìn)行冷確定型，從而制作出所需要的產(chǎn)品。擠出成型這種方法主要是通過對高分子材料進(jìn)行加料、塑化、成型以及冷卻定型步驟來實現(xiàn)產(chǎn)品的制作。
4.2對于注塑成型技術(shù)的分析
4.2.1對于注塑成型技術(shù)的概括
這種技術(shù)主要用來生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑料制品。因為這種技術(shù)的應(yīng)用范圍相對較廣泛，成型的周期又相對較短，再加上產(chǎn)品生產(chǎn)的效率較高，對于尺寸較為精密，因此這種技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用，也是目前進(jìn)行塑料加工使用最多的技術(shù)。就目前而言，絕大部分的塑料之所都可以使用注塑成型技術(shù)。如果想要使得制作出來的產(chǎn)品外觀和內(nèi)在的質(zhì)量都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，那么就要對原料的配方、擠出機(jī)的運行水準(zhǔn)、對擠出機(jī)的設(shè)計和進(jìn)行加工的精密程度都有著密切的關(guān)系。在進(jìn)行成型的過程中，不但要注意過程的步驟和細(xì)節(jié)，而且還要注意成型的溫度、擠出機(jī)工作的速度等等因素。
4.2.2對于注塑成型技術(shù)的技術(shù)組合分析
可以通過對不同材料進(jìn)行不同的組合為特點的注塑成型技術(shù)；可以通過對惰性氣體進(jìn)行組合的注塑成型技術(shù)；可以通過對化學(xué)反應(yīng)的整個過程為特點的注塑成型技術(shù)；可以通過壓縮或者壓制過程進(jìn)行組合為特點的注塑成型技術(shù)；可以通過混合婚配進(jìn)行組合為特點的注塑成型技術(shù)；可以通過對取向或者延伸的過程進(jìn)行組合為特點的注塑成型技術(shù)；可以通過對模具移動或者加熱進(jìn)行組合為特點的注塑成型技術(shù)等等。
4.3對于吹塑成型技術(shù)的分析
這種技術(shù)主要通過氣壓的壓力作用使得閉合在模具中的具有熱熔性的分子材料進(jìn)行吹塑，因此可以形成中空的制品。這種方法指目前發(fā)展最快的一種成型的方法。這種技術(shù)不僅設(shè)備的花費較低，適應(yīng)性較強(qiáng)，而且可以制作較為復(fù)雜的制品。因此，這種方法也獲得了廣泛的應(yīng)用。
5結(jié)束語
隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域也隨之有了很大的進(jìn)步和發(fā)展，然而對于高分子材料的研究也有了進(jìn)一步的突破，越來越多的領(lǐng)域也都隨之投入到了對高分子材料研究的行列中。因此，對于高分子材料成型加工技術(shù)的研究也就變得越來越重要，只有不斷的對高分子材料成型的加工技術(shù)進(jìn)行深入的研究和分析，才能夠有效的控制高分子材料成型的過程，因而才能夠有效的促進(jìn)對高分子材料的研究的發(fā)展和進(jìn)步。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王勇,黃銳.炭黑復(fù)合導(dǎo)電高分子材料成型加工研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2003(3).
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第4篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
關(guān)鍵詞：金屬導(dǎo)電纖維 抗靜電 毛紡紡紗
中圖分類號：TS186 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973(2011)007-039-02
近年來，隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對輻射的危害越來越重視，特別現(xiàn)代社會電腦、微波爐等一些家用電器高頻率的使用，雖然是一些低劑量輻射，但對如孕婦、兒童等更需要特別防輻射措施。而靜電的產(chǎn)生影響穿著的舒適性，在一些特殊場所的高危場所，如石油化工廠等需要防靜電的工作服。為了滿足人們對紡織品抗靜電、防紫外線、防輻射的需要，行業(yè)內(nèi)專家進(jìn)行了長期、大量的試驗研究，不同的廠家采用的做法也不相同，不銹鋼金屬纖維是近期出現(xiàn)的新型紡織纖維，在市場上仍不多見，我們對該種纖維研究處于初級階段。
1 導(dǎo)電材料簡介
紡織品使用導(dǎo)電材料大致經(jīng)歷了幾個階段，為了使毛紡針織品消除靜電，首先考慮最簡單的在后整理助劑中添加抗靜電、抗輻射助劑來達(dá)到紡織品抗靜電、防輻射的效果，但這種方法只是將助劑附著在織物表面，隨著洗滌次數(shù)的增加，效果逐漸減退。后來業(yè)內(nèi)專家開始考慮在原料中混入導(dǎo)電物質(zhì)改進(jìn)防靜電、防輻射性能，經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)了用在毛紡纖維中混入不同不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維或者混入高分子導(dǎo)電纖維或者混入高分子半導(dǎo)體導(dǎo)電纖維來達(dá)到不同的防靜電目的。
常規(guī)高分子材料的導(dǎo)電性很低，用高分子材料制成的纖維在摩擦?xí)r容易產(chǎn)生靜電，而強(qiáng)烈的靜電放電常導(dǎo)致化學(xué)工業(yè)中的爆炸和電子工業(yè)中的集成電路的損壞，靜電還給紡織后加工帶來困難和織物使用的沾污、粘塵等問題。材料的導(dǎo)電性能和它的電阻率是成反比的，為了使紡織服裝達(dá)到較好的導(dǎo)電效果，必須降低紡織原材料的電阻率，提高其導(dǎo)電能力，充分疏導(dǎo)電荷，達(dá)到抗靜電，防輻射的功能。
利用高分子導(dǎo)電短纖與不同纖維混紡成毛紡針織品是一種可取的方法，可以達(dá)到抗靜電和防輻射的效果。高分子導(dǎo)電纖維是在高分子纖維表面利用特殊工藝附著一層金屬導(dǎo)電物質(zhì)，經(jīng)過長期洗滌和服用摩擦，就會失去或降低導(dǎo)電效果。其次是采用金屬導(dǎo)電纖維，但由于金屬導(dǎo)電纖維加工難度比較大，不易形成可用于紡織的短纖維或柔軟的長絲，一般很少在毛紡針織品。
2 應(yīng)用實施過程
隨著導(dǎo)電材料的不斷改進(jìn)，國內(nèi)外在毛紡產(chǎn)品抗靜電研究方面基本上經(jīng)歷了以下幾個過程：
2.1 改善羊毛衫的吸濕性以提高抗靜電性
應(yīng)用親水型柔軟劑在羊毛衫后整理中進(jìn)行柔軟處理，增加羊毛衫的導(dǎo)電性。經(jīng)檢測，在后整理中加入親水型助劑與同樣工藝未加親水型助劑羊毛衫在洗一次和洗二次兩狀態(tài)下對比，抗靜電性效果沒有明顯區(qū)別。經(jīng)過對比可以看出僅靠在后整理添加抗靜電劑改善羊毛衫的吸濕性不能增加毛衫抗靜電性。
2. 2在毛衫中加入高分子導(dǎo)電長絲，提高抗靜電性
高分子導(dǎo)線長絲是應(yīng)用高分子導(dǎo)電纖維制造成的長絲，可以在針織工序與毛紗并和參與編織毛衫，從而均勻分布的毛針織品表面，達(dá)到防靜電的效果，我們分別用厚羊毛衫和薄羊毛衫兩種工藝進(jìn)行實驗對比
結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入導(dǎo)電長絲的厚羊毛衫在未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)洗滌的情況下檢測電荷量，經(jīng)檢測可以達(dá)到0.6UC／件的要求，未加導(dǎo)電纖維的為1.5UC／件，說明加入導(dǎo)電纖維長絲后，毛衫明顯具有防靜電性能，但根據(jù)GBFI'12014，1989標(biāo)準(zhǔn)要求，毛衫在經(jīng)50次洗滌后電荷量在0.6UC／以下才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，我們又按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行洗滌檢測，結(jié)果為1.2UC／件，說明厚羊毛衫加入導(dǎo)電長絲有防靜電效果但達(dá)不到防靜電國家標(biāo)準(zhǔn)。在薄羊毛衫實驗過程中未經(jīng)洗滌檢測為0,2UC／件，按標(biāo)準(zhǔn)洗滌后檢測為1.1UC，件，說明薄羊毛衫也不能達(dá)到國家規(guī)定的防靜電標(biāo)準(zhǔn)。原因利用長絲防靜電效果不好主要原因可能是隨著洗滌次數(shù)的增加，羊毛衫發(fā)生縮絨，絨面偏大致使金屬導(dǎo)電長絲包裹在毛衫中間，不能及時輸導(dǎo)掉電荷。
從以上實驗可以得出結(jié)論：在針織織造時加入高分子導(dǎo)電纖維長絲的方法提高毛衫抗靜電效果不明顯且不長久。
2.3 在紡紗工序加入高分子導(dǎo)電纖維短纖，提高抗靜電性
在紡紗工序加入導(dǎo)電纖維可以使高分子導(dǎo)電纖維短纖均勻分布在紗線中間并且纖維之間互相搭接形成一個整個導(dǎo)體，無論毛針織品如何變化，導(dǎo)電纖維在紗線中的分布是均勻，搭接依然存在。我們在厚羊毛衫和薄羊毛衫都做了同樣的對比試驗，導(dǎo)電纖維比例2.5％，根據(jù)GB／T12014－1989要求進(jìn)行檢測，厚羊毛衫達(dá)到0.4UC／件，薄羊毛衫達(dá)到0.3UC／件，完全抗靜電符合標(biāo)準(zhǔn)要求。說明導(dǎo)電纖維隨著縮絨可以與其他纖維一樣露出表面，及時疏導(dǎo)掉電荷，起抗靜電作用，而且有一定的持久性。這種方法在目前使用的比較多，尤其是制作一些特殊工作場所如石油、石化等防靜電要求比較高的特種工裝。但利用這種方法制造的產(chǎn)品不具有抗輻射功能。
為了提高防輻射性能，我們專門研究了市場防輻射服裝，特別是目前市場上的防輻射孕婦裝，防輻射服采用金屬纖維與純棉纖維混紡工藝，也就是把金屬抽成細(xì)絲，在面料內(nèi)部形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種防輻射服的優(yōu)點是透氣性好、可洗滌，屏蔽效果不會降低，對人體無任何副作用，這種防輻射服屏蔽值在30DB以上，適合長時間穿著。由于金屬具有良好的導(dǎo)電性，我們考慮如果能在紡紗中使用金屬短纖維，毛紡針織品可以同時均有抗靜電和防輻射的功能。經(jīng)過長時間的市場調(diào)查并與大量客戶進(jìn)行研究，找到了一種適合紡織用的金屬短纖維，細(xì)度可以達(dá)到0.7微米，比羊絨細(xì)20倍，如此細(xì)度使得金屬變得十分柔軟近似于紡織纖維，可以與不用纖維進(jìn)行混紡。
2.4 在紡紗時加入超細(xì)導(dǎo)電不銹鋼金屬纖維，提高抗靜電、防輻射效果
不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維的電阻率較小，它的導(dǎo)電性能較好，是理想的抗靜電、防輻射材料。但將其加在紡紗工序中，必須考慮它的可紡性，需要一定的柔軟度和強(qiáng)度，它畢竟是不銹鋼金屬材料，可紡性比較差。金屬具有易氧化的特性，由于紡織品的這種纖維必須具有良好的抗氧化性和耐磨性以滿足紡紗的要求。我們根據(jù)要求這種從一個客戶那里找到的這用金屬纖維，它的表面經(jīng)過抗氧化和耐磨處理，具有良好的可紡性，可以與羊毛及其他纖維進(jìn)行混紡，可以紡成適用于日常羊毛衫所用的紗線。添加不同的比例就能同時達(dá)到抗靜電和防輻射的效果。
我們用該種2.5％超細(xì)不銹鋼金屬纖維與97，5％，細(xì)度21微米的羊毛纖維紡成精紡48支紗線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢測，
結(jié)果可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的抗靜電性能要求，并且經(jīng)檢測防輻射率大于60％(防輻射毛針織服裝無國家標(biāo)準(zhǔn))，而羊毛與高分子導(dǎo)電纖維混紡的針織服裝防輻射率幾乎為零。
從以上實驗結(jié)果可以看出，應(yīng)用超細(xì)導(dǎo)電不銹鋼金屬纖維和其他纖維混紡，可以得到具有良好的抗靜電和防輻射性能的針織品。我們分析這種高導(dǎo)電不銹鋼金屬纖維與羊毛纖維的物理性質(zhì)不同，極少量的不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維在紗線中以被羊毛纖維纏繞并以隔離的狀態(tài)自動集中于芯部，表面為羊毛纖維，因此使得羊毛衫即豐滿手感又柔軟。這種改性金屬纖維導(dǎo)電更牢固的與羊毛纖維親和在一起，牢牢地固定在紗線中間部位，更有效地保證了毛紡針織品的長久抗靜電性、防輻射性、柔軟和舒適性。
我們有對加入不同比例的金屬纖維進(jìn)行紡紗實驗，發(fā)現(xiàn)在低于2.5時標(biāo)準(zhǔn)檢測抗靜電性減小比較明顯，而比例增加到5％和10％時，檢測抗靜電、防輻射性能變化不大，經(jīng)過分析精紡紗線中金屬導(dǎo)電纖維加入比例在2-3％為比較合適的和經(jīng)濟(jì)的，如果需要就進(jìn)一步提高抗靜電性和防輻射性還需要其他的途徑有待進(jìn)一步探討。
3 工藝實施過程
3.1 加入工序
工藝設(shè)計，超細(xì)導(dǎo)電不銹鋼金屬纖維的添加比例定為2.5％，以加工精紡羊毛紗線加工為例進(jìn)行實驗：在精紡工序中采用在并條時加入，GN6混條時將不銹鋼金屬纖維毛條和羊毛條按比例加入混合，這種方法和做其他混紡紗線類似，由于GN6并條機(jī)有小比例控制裝置，可以把不銹鋼金屬纖維條比例控制的比較嚴(yán)格在2.5％左右，從最終成紗檢測可以得到結(jié)論，不銹鋼金屬纖維含量在2.5％左右。
3.2 精紡抗靜電羊毛紗線生產(chǎn)工藝流程
羊毛條、金屬導(dǎo)電纖維毛條一頭道并條(進(jìn)口GN6)一頭道針梳2次(國產(chǎn)302)－二道針梳4到5次(國產(chǎn)304)－二道并條(進(jìn)口GN6)－進(jìn)口頭針－進(jìn)口二針－進(jìn)口三針－進(jìn)口四針－進(jìn)口粗紗(FMV36)一進(jìn)口細(xì)紗(F102000)－進(jìn)口并線進(jìn)口倍捻－成品紗線
3.3 生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題
(1)并條第一遍時，不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維由于較輕，會游離在羊毛的外面，在針梳工序需要多次混合梳理，不銹鋼金屬纖維大多數(shù)均勻的混在羊毛纖維中了。
(2)因為紡紗過程中紗線含有導(dǎo)電纖維，全自動絡(luò)筒機(jī)的電子清紗自動裝置不動作，因此細(xì)紗下機(jī)后直接上并線工序，采用人工接頭。
4 存在的問題
(1)超細(xì)不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維在并條混合時，不容易混勻，這種情況在小比例混紡紡紗中經(jīng)常發(fā)生，尤其在一種纖維含量比例在5％以下時，因此在并條后需要多次混合，以保證混合均勻，每次混合后需要檢測混合情況，均勻后才能進(jìn)入下道工序。
(2)不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維本身為淺灰色，不適合做很淺的紗線，只能做深色紗線。
(3)不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維本身硬度比較大，沒有彈性，表面光滑，可紡性相對其他非金屬紡織纖維相比比較差，在纖維的可紡性方面還要進(jìn)一步改進(jìn)。
(4)針織品的防輻射屏蔽功能受針織工藝、密度影響，因此對不同的服用功能要求，還要與款式設(shè)計相結(jié)合才能達(dá)到理想的效果。
(5)我們僅在小批量羊毛產(chǎn)品做了實驗，在精紡羊絨和粗紡羊絨產(chǎn)品方面沒有試驗，我們將在這兩方面做進(jìn)一步試驗。
5 結(jié)論
超細(xì)不銹鋼金屬導(dǎo)電纖維為紡織產(chǎn)品抗靜電、防紫外線、防輻射功能提供了又一條途徑，但對其研究仍處于初級階段，隨著該產(chǎn)品研究的深入，在可紡性及服用性能方面進(jìn)一步改進(jìn)，該新型纖維在紡織品功能方面可以發(fā)揮更大的作用，特種紡織品在將來會成為市場上新的亮點。
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第5篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
熱電材料可以實現(xiàn)熱能和電能的相互轉(zhuǎn)換，其作為一種綠色環(huán)保的能量轉(zhuǎn)換材料，擁有工作時無噪音、無排棄物、無需轉(zhuǎn)動部件的優(yōu)點，是材料科學(xué)的研究熱點之一［1－2］。傳統(tǒng)的熱電材料包括Bi-Te系列，Pb-Te系列和Si-Ge系列，其中Bi2Te3基熱電材料被證實是室溫下最好的塊體熱電材料。然而無機(jī)半導(dǎo)體熱電材料相對較高的成本、較差的加工性能及重金屬污染問題，阻礙了它們的應(yīng)用。新型低維熱電材料，如超晶格納米線，超晶格薄膜，納米復(fù)合材料已相繼問世［3－4］，但是外形特征限制了它們的大規(guī)模生產(chǎn)及實際應(yīng)用。相對于無機(jī)半導(dǎo)體材料，有機(jī)高分子材料資源豐富，質(zhì)輕且易于合成及加工。關(guān)于聚苯胺［5－7］，聚吡咯［8］，聚噻吩［9－10］等導(dǎo)電高分子的熱電性能的研究已見諸報導(dǎo)。二維晶體氧化石墨烯作為填料可以提高聚合物的性能，如機(jī)械性能，電性能，熱性能和阻燃性能等［11］。Gu等［12］在表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨存在的條件下，通過原位乳液聚合制得了電導(dǎo)率為500S/m的聚吡咯－氧化石墨復(fù)合材料。Han等［13－14］制得的HCl和1，5-萘二磺酸摻雜的聚吡咯－氧化石墨復(fù)合材料，電導(dǎo)率分別達(dá)到1250和700S/m。這些文獻(xiàn)只是報導(dǎo)了電導(dǎo)率的改良情況。Xu等［15］研究發(fā)現(xiàn)，僅僅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氧化石墨即可使尼龍6的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量增大2倍以上。此外，氧化石墨已被證實可以作為填料以提高絕緣尼龍6的導(dǎo)電性能［16］，但是有關(guān)尼龍6熱電性能的研究，未見報導(dǎo)。本文以熱電性能為研究目的，制備了尼龍6－氧化石墨(PA6-GO)及聚吡咯－氧化石墨(PPy-GO)復(fù)合材料，利用氧化石墨還原后的導(dǎo)電性能研究了尼龍6－氧化石墨復(fù)合材料的熱電性能參數(shù);利用氧化石墨剝離后的模板作用，提高了聚吡咯分子鏈堆砌有序性，從而優(yōu)化熱電參數(shù)，改良聚吡咯的熱電性能。
1實驗部分
1.1實驗原料己內(nèi)酰胺、6-氨基己酸、無水乙醇、硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%～68%)、硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)、氯酸鉀、對甲苯磺酸、無水FeCl3，分析純，北京化工廠;吡咯，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
1.2氧化石墨的制備氧化石墨的制備采用改進(jìn)的Staudenmaier法［17］。具體操作如下:將混合體系在常溫下持續(xù)攪拌120h，以保證石墨的充分氧化;用蒸餾水稀釋終產(chǎn)物至1800mL，待產(chǎn)物沉淀后去掉上層清液，再用1000mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HCl溶液洗滌兩次，除去上層清液;繼續(xù)用蒸餾水充分洗滌，待產(chǎn)物不再下沉?xí)r，用高速離心機(jī)多次離心，水洗，至濾液接近中并維持10h。反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，通入氮氣以除去未反應(yīng)的單體。將產(chǎn)物置于去離子水中煮沸2h以進(jìn)一步除去未反應(yīng)的單體，烘干樣品。根據(jù)氧化石墨與復(fù)合材料的質(zhì)量比x，標(biāo)記復(fù)合材料樣品為PA6-x%GO。
1.4PPy-GO復(fù)合材料的制備用1mol/L對甲苯磺酸水溶液替代文獻(xiàn)［14］中的1，5-萘二磺酸，反應(yīng)體系置于冰水浴中攪拌6h。根據(jù)氧化石墨與復(fù)合材料的質(zhì)量比x，標(biāo)記復(fù)合材料樣品為PPy-x%GO。1.5測試及表征將樣品在液氮中冷卻斷裂，用HitachiS-4700型掃描電鏡觀察樣品斷面形貌。用ShimadzuXRD-6000型X射線衍射儀進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)表征，Cu靶，Kα輻射(λ=0.15418nm)，工作電流200mA，工作電壓40kV，階寬0.02°，步速為10°，掃描范圍5°～60°。紅外表征采用BrukerVector22型紅外光譜儀，KBr壓片法測試。分別采用熱壓及冷壓成型的方法，將PA6-GO復(fù)合材料及PPy-GO復(fù)合材料制備成規(guī)格為3mm×3mm×12mm的樣品條，置于日本ULVACZEM-2型電參數(shù)測試儀中進(jìn)行電導(dǎo)率及Seebeck系數(shù)的同步測試，測試方法為直流四點法，He為保護(hù)氣體。用PPMS-9T型物理性能測試系統(tǒng)測試樣品熱導(dǎo)率，He為保護(hù)氣體。熱電材料的效率由熱電優(yōu)值η評估η=S2σT/k其中S，σ，k，T分別代表Seebeck系數(shù)，電導(dǎo)率，熱導(dǎo)率及絕對溫度。功率因子P=S2σ也是衡量熱電材料性能的重要指標(biāo)，由電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)組成。
2結(jié)果與討論
2.1PA6-GO復(fù)合材料的性能
2.1.1熱電性能從表1可以看出，PA6-GO復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨溫度升高而增大，表現(xiàn)出半導(dǎo)體的負(fù)溫度系數(shù)效應(yīng)。由于溫度升高，熱運動加劇，載流子濃度增大，故導(dǎo)電性能增強(qiáng)。尼龍6本身為絕緣體，摻雜氧化石墨后從絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體，表明絕緣的氧化石墨在復(fù)合材料的制備過程中被熱還原為導(dǎo)電填料，極大的提高了基體導(dǎo)電性能。僅質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的GO即可使復(fù)合材料電導(dǎo)率達(dá)到10－1S/m，較純尼龍6提高了13個數(shù)量級，說明該GO含量已經(jīng)促成基體內(nèi)導(dǎo)電通路的形成。還原后的氧化石墨表面豐富的非定域化電子構(gòu)成該復(fù)合材料的載流子，載流子在導(dǎo)電通路中自由傳播或是通過隧道效應(yīng)躍遷到鄰近導(dǎo)電區(qū)域，賦予了尼龍6良好的電性能。摻入氧化石墨后，相當(dāng)于載流子注入基體，載流子濃度大大增加，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。氧化石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%增加至10%，相當(dāng)于為復(fù)合材料提供了更多的載流子，致使電導(dǎo)率進(jìn)一步增加近2個數(shù)量級。載流子的濃度主要由摻雜濃度決定，所以受溫度影響較小，由表1也可看出，電導(dǎo)率隨溫度的變化趨勢較為平緩，而氧化石墨含量的增加使電導(dǎo)率變化顯著。Seebeck系數(shù)在整個溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)值，是n型半導(dǎo)體的特征，即多數(shù)載流子為電子，電子承載了導(dǎo)電性能。Seebeck系數(shù)是材料的固有屬性，可以看出，樣品Seebeck系數(shù)絕對值隨著溫度增加而增加，與電導(dǎo)率變化趨勢一致，有利于其發(fā)展為熱電材料。載流子濃度的增加往往會引起電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)相反的變化趨勢，這種情況卻沒有發(fā)生在此樣品中。當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%增至10%時，電導(dǎo)率增加近2個數(shù)量級，Seebeck系數(shù)雖表現(xiàn)出上升趨勢，但是變化不顯著，始終維持在同一個數(shù)量級。因此，我們推斷，實驗中所采用的GO含量使復(fù)合材料的載流子濃度處于一定范圍，在此范圍內(nèi)，載流子濃度對電導(dǎo)率的影響較大，對Seebeck系數(shù)的影響卻不顯著。由于電導(dǎo)率的顯著差異，PA6-10%GO復(fù)合材料的功率因子高于PA6-5%GO復(fù)合材料2個數(shù)量級，如表2所示。對于PA6-10%GO復(fù)合材料，熱導(dǎo)率隨溫度變化不顯著，維持在1.31W/(m•K)左右，熱電優(yōu)值在150℃時取得最大值，為9.45×10－6。
2.1.2微觀形貌如圖1所示，淺色的條紋為剝離的氧化石墨片層，均勻地分散在尼龍6基體中，且片層發(fā)生了明顯的彎曲，有利于搭建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。氧化石墨表面的含氧官能團(tuán)賦予其與基體良好的復(fù)合性能，使其能夠在基體中均勻地分散。氧化石墨還原后成為石墨烯，擁有較高的長徑比，在極少含量時即可構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)基體的導(dǎo)電能力。本文采用一步法制得PA6-GO復(fù)合材料，同時實現(xiàn)了原位單體聚合及氧化石墨的還原，方法簡易，成本較低。尼龍6電導(dǎo)率從絕緣范圍突變到半導(dǎo)體范圍，Seebeck系數(shù)也表現(xiàn)為一定程度的增大，而熱導(dǎo)率僅僅增大了4倍(純尼龍6熱導(dǎo)率約為0.25W/(m•K))，3個熱電參數(shù)的不同變化程度導(dǎo)致熱電優(yōu)值增加了13個數(shù)量級。在有機(jī)熱電材料的研究中，目前尚未出現(xiàn)關(guān)于絕緣高分子材料的報導(dǎo)。本文對絕緣尼龍6為基體的復(fù)合材料的熱電性能進(jìn)行了初步探索，實驗結(jié)果表明其熱電性能可以被大幅度改善，關(guān)鍵在于進(jìn)一步提高電導(dǎo)率，以期進(jìn)一步提高熱電優(yōu)值。盡管PA6-GO電導(dǎo)率較純尼龍6有了巨大飛躍，但是較導(dǎo)電高分子仍然小1～2個數(shù)量級，致使最終的功率因子處于較低的數(shù)值。鑒于電導(dǎo)率對熱電優(yōu)值的較大影響，在后續(xù)試驗中，直接采用導(dǎo)電高分子聚吡咯為基體，探討其發(fā)展為熱電材料的可行性。
2.2PPy-GO復(fù)合材料的性能
2.2.1熱電性能圖2顯示了50℃時GO含量對PPy熱電性能的影響。GO的添加對聚吡咯熱電性能的參數(shù)，無論是電導(dǎo)率還是Seebeck系數(shù)均產(chǎn)生積極的影響。與PA6-GO體系不同，氧化石墨在吡咯單體的聚合過程中沒有經(jīng)歷還原，即氧化石墨仍然維持自身的絕緣性能，而并非轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電填料對復(fù)合材料的導(dǎo)電性能發(fā)揮作用。因此推斷氧化石墨經(jīng)歷超聲剝離為氧化石墨烯，其表面的豐富官能團(tuán)“吸引”吡咯單體附著在其表面上，從而使吡咯有序地發(fā)生聚合反應(yīng)。氧化石墨烯作為模板，可以促進(jìn)聚吡咯分子結(jié)構(gòu)及其分子鏈堆積的有序性，而聚吡咯分子鏈結(jié)構(gòu)的有序性會引起載流子遷移率的提高，所以氧化石墨的添加提高了聚吡咯的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)。此外，GO片層間二維受限空間的阻隔作用能有效地抑制PPy分子鏈的交聯(lián)，提高PPy分子鏈的共扼程度，便于載流子的傳播，載流子遷移率增加，從而熱電性能提高。當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至20%時，GO足以提供足夠的模板指引吡咯單體有序地聚合并緊密有致的堆積，電導(dǎo)率表現(xiàn)為最大值，進(jìn)一步增加GO含量，電導(dǎo)率下降，這是由GO自身的絕緣性引起。Seebeck系數(shù)為正值，表明復(fù)合材料的多數(shù)載流子帶正電荷，即聚吡咯自身的極化子賦予復(fù)合材料的電性能，氧化石墨在聚合過程中扮演“模板”角色，而非以“導(dǎo)電填料”身份存在于基體中。過多的GO會隔斷聚吡咯分子鏈間的連接，阻礙載流子在PPy分子鏈間的傳輸，因此電導(dǎo)率及Seebeck系數(shù)下降。GO含量超過20%時，Seebeck系數(shù)隨GO含量變化平緩，與電導(dǎo)率的急劇下降形成對比?？赡苁荊O固有的Seebeck系數(shù)高于聚吡咯本身，在高含量的GO因自身絕緣性破壞復(fù)合材料導(dǎo)電性能的同時，卻將自身高Seebeck系數(shù)的優(yōu)點傳遞給復(fù)合材料。圖3為50℃時，復(fù)合材料功率因子隨GO含量的變化。當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，GO充分發(fā)揮模板作用，復(fù)合材料的功率因子達(dá)到最大值。進(jìn)一步增加GO含量時，過量的GO因自身的絕緣性能限制了復(fù)合材料導(dǎo)電性能的進(jìn)一步提高，導(dǎo)致功率因子呈現(xiàn)下降趨勢。GO的添加沒有引起聚吡咯熱導(dǎo)率(0.27W/(m•K))的變化，在略高于室溫時(50℃)，PPy-GO復(fù)合材料的最大熱電優(yōu)值為6.89×10－4。圖3不同氧化石墨含量的PPy-GO材料50℃時的功率因子Fig．3Powerfactorsat50℃ofPPy-GOcompositeswithdifferentGOcontents
2.2.2紅外譜圖分析圖4中的PPy紅外譜圖，3455cm－1附近出現(xiàn)的吸收峰為N—H伸縮振動吸收峰，1632和1533cm－1處的吸收峰由聚吡咯環(huán)的CC伸縮振動引起。1024cm－1來源于聚吡咯環(huán)的C—N吸收峰，779cm－1附近出現(xiàn)的吸收峰對應(yīng)于C—H彎曲振動［18］。在復(fù)合材料中，吡咯環(huán)的CC伸縮振動峰分別出現(xiàn)在1622，1618，1608和1606cm－1處，相比純PPy發(fā)生了紅移。不同GO含量的材料的紅外圖對比表明，PPy-GO復(fù)合材料較純PPy均發(fā)生了不同程度的紅移，尤其是當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時(30%或50%)，紅移現(xiàn)象更加明顯。對于每個測試材料均進(jìn)行了多個樣品的紅外表征，重復(fù)性良好。明確了紅移現(xiàn)象并非誤差所致，說明PPy與GO復(fù)合后，GO與PPy間的相互作用使吡咯環(huán)的骨架振動發(fā)生了變化［12，19］，吡咯環(huán)上π電子的離域性增強(qiáng)，對應(yīng)于增強(qiáng)的導(dǎo)電性能。圖4純PPy及其復(fù)合材料的IR譜圖Fig．4IRspectraofrawPPyanditscomposites
2.2.3結(jié)晶度圖5的XRD顯示，聚吡咯沒有完整的晶體結(jié)構(gòu)。純聚吡咯在2θ=10～30°間存在有寬峰。加入GO后，衍射峰變得較為尖銳，表明復(fù)合材料較純聚吡咯擁有著更高的結(jié)晶度。隨著GO含量增加，結(jié)晶度增加，這與增加的電導(dǎo)率相對應(yīng)。當(dāng)GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%時，結(jié)晶度表現(xiàn)出下降趨勢，對應(yīng)電導(dǎo)率的下降，表明過量的GO作為外來因素擾亂了聚吡咯的結(jié)晶區(qū)，阻隔了作為“導(dǎo)電小島”的結(jié)晶區(qū)彼此之間連接為導(dǎo)電通路，從而使載流子運輸遭遇障礙，引起導(dǎo)電性能下降。
2.2.4微觀形貌
圖6為純PPy及其復(fù)合材料的微觀形貌?？梢钥闯觯兙圻量┑奈⒂^形貌為球狀顆粒，粒徑在200～300nm之間，這些顆粒隨機(jī)紊亂地堆積在一起。在復(fù)合材料中，可以明顯的觀察到GO剝離后以褶皺形態(tài)存在(箭頭所示)。GO大量的極性官能團(tuán)，如羧基、羥基、羰基、環(huán)氧基等，與聚吡咯之間存在強(qiáng)烈作用力，形成的聚吡咯緊密地堆積在GO片層表面。GO大部分表面被聚吡咯涂覆，僅觀察到少部分的片層，說明了氧化石墨對聚吡咯有序形態(tài)的形成起到模板作用。引入氧化石墨后，聚吡咯Seebeck系數(shù)及電導(dǎo)率均有所提高，兩者間沒有出現(xiàn)相反的變化趨勢。本實驗方案為提高有機(jī)材料熱電性能提供了有效途徑。此外，粉末狀的復(fù)合材料可通過簡單的冷壓，加工成各種形狀，制備工藝及后期加工簡單易行。
第6篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
關(guān)鍵詞：功能纖維；改性纖維；高性能纖維；分類；發(fā)展方向
1 功能纖維的概念
功能纖維（Functional fiber）是指除一般纖維所具有的物理機(jī)械性能以外，還具有某些特殊功能或某些應(yīng)用性能的新型纖維[1-2]。
2 功能纖維的分類
功能纖維分為三大類：第一類是對常規(guī)合成纖維改性，克服其固有缺點，也稱差別化纖維；第二類是針對天然纖維和化學(xué)纖維原來沒有的性能，通過化學(xué)和物理手段賦予其蓄熱、導(dǎo)電、吸水、吸濕、抗菌、消臭、芳香、阻燃、紫外遮蔽等附加性能，也稱功能性纖維；第三類為具有特殊性能，如高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐化學(xué)藥品、耐氣候等優(yōu)異性能，也稱高性能纖維[3]。
2.1 差別化纖維（differential fiber）[4]
2.1.1 異型纖維
用異形噴絲孔紡制的具有特殊橫截面形狀的化學(xué)纖維。異形纖維具有特殊的光澤、蓬松性、耐污性、抗起球性，可以改善纖維的彈性和覆蓋性[4]。
2.1.2 超細(xì)纖維
纖維直徑在5μm或線密度在0.44dtex以下的纖維，具有質(zhì)地柔軟、光滑、抱合好、光澤柔和等特點，可制成具有山羊絨風(fēng)格的織物或表面極為光滑或透氣防水的超高密織物。
2.1.3 高收縮纖維
沸水收縮率為35%～45%的纖維，常見的有高收縮型聚丙烯腈纖維（腈綸）和聚酯纖維（滌綸）兩種。
2.1.4 抗起球纖維
制成的織物受到摩擦?xí)r，不易出現(xiàn)纖維端伸出布面，形成絨毛或小球狀凸起的纖維。常見的抗起球腈綸纖維是運用物理改性方法，改變纖維的結(jié)構(gòu)性能，使由于摩擦引起的毛、球很快脫落，達(dá)到抗起球的效果。
2.1.5 三維卷曲纖維
螺旋形卷曲或者立體形卷曲的纖維，利用聚合物熔體擠出時產(chǎn)生湍流、內(nèi)應(yīng)力不勻的原理形成纖維徑向不對稱結(jié)構(gòu)而達(dá)到卷曲效果，在長毛絨玩具上應(yīng)用廣泛。
2.1.6 吸濕排汗功能纖維
為超細(xì)、多孔結(jié)構(gòu)，將毛細(xì)孔原理應(yīng)用到紡織物表面，截面為花瓣形狀的五溝槽纖維具有虹吸功能，能夠快速吸水、輸水、擴(kuò)散和揮發(fā)，達(dá)到排汗速干的功能。
2.1.7 色紡纖維
由含有著色劑的紡絲原液或熔體紡制成的有色纖維。
2.1.8 仿真纖維
模仿天然纖維而制造的化學(xué)纖維，包括仿絲纖維、仿毛纖維和仿麻纖維等。
2.2 功能性纖維[5]
2.2.1 導(dǎo)光纖維
通常以石英或高分子材料為原料制成，具有不同折射率的皮芯結(jié)構(gòu)，主要由于皮層全反射作用而能傳導(dǎo)光線的化學(xué)纖維。
2.2.2 導(dǎo)電纖維
在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) （20℃，65% 相對濕度）下電阻率小于105Ω·cm，一般包括金屬纖維、碳纖維、復(fù)合導(dǎo)電纖維和高分子導(dǎo)電纖維。
2.2.3 光反射顯色纖維
模仿南美洲閃蛺蝶翅膀上的“鱗粉”特性，將數(shù)十層可透過空氣的薄膜重疊，通過對光的散射、干涉和衍射作用，使纖維產(chǎn)生顏色。
2.2.4 變色纖維
是一種具有特殊組成或結(jié)構(gòu)的，在受到光、熱、水分或輻射等外界條件刺激后可以自動改變顏色的纖維。光致變色纖維是將光致變色材料和高聚物共混通過溶液紡絲、共混紡絲或復(fù)合紡絲技術(shù)制得的纖維。熱致變色纖維通過在纖維中引入熱致變色物質(zhì)而制得。
2.2.5 自發(fā)光纖維
也稱蓄光纖維、夜光纖維。是在合成纖維紡制過程中加入少量蓄光劑（最小平均顆粒約2μm～3μm）制成。稀土夜光纖維是利用稀土發(fā)光材料制成的功能性環(huán)保新材料，以紡絲原料為基體，采用長余輝稀土鋁酸鹽發(fā)光材料，經(jīng)特種紡絲制成夜光纖維。夜光纖維吸收可見光10min，便能將光能蓄貯于纖維之中，在黑暗狀態(tài)下持續(xù)發(fā)光10h以上。
2.2.6 芳香纖維
通過微膠囊法、共混紡絲法、復(fù)合紡絲法將芳香劑包容在纖維中而制成能釋放香味具有保健功能的纖維。
2.2.7 生物醫(yī)學(xué)纖維
用于對生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的一類功能纖維。它除了具有一定的物理—機(jī)械性能外，還必須具備生物相容性，有些用途還需要生物活性或者生物降解吸收性。人工器官使用的生物醫(yī)學(xué)纖維主要為中空纖維膜。最早應(yīng)用中空纖維膜的人工器官是人工腎，現(xiàn)在由中空纖維膜制成的人工腎、人工肝、人工肺、肝腹水超濾濃縮回輸器和血液濃縮器已投入使用， 人工胰腺也在研制中。
2.2.8 吸附纖維
具有超吸附速率和吸附容量的纖維，包括高吸水（濕）纖維、吸油纖維、活性炭纖維和一些具有吸附毒性物質(zhì)的纖維。
2.2.9 離子交換纖維
在成纖高分子中引入某些活性基團(tuán)而具有對離子交換或捕捉重金屬離子的纖維。
2.2.10 保健功能纖維
對人體健康具有防護(hù)和促進(jìn)作用的一類功能纖維，包括抗菌纖維、防臭纖維、負(fù)離子纖維、遠(yuǎn)紅外纖維、抗紫外線纖維和芳香纖維等。
2.2.11 遠(yuǎn)紅外纖維
能吸收遠(yuǎn)紅外線并將吸收的太陽能轉(zhuǎn)換成人體所需的熱能的纖維。通常由能吸收遠(yuǎn)紅外線的陶瓷粉末與成纖高分子流體在噴絲前混合而制成，如氧化鋁、碳化鋯等，其粒徑應(yīng)為0.2μm左右。
2.2.12 負(fù)離子纖維
在纖維的生產(chǎn)過程中，添加一種具有負(fù)離子釋放功能的納米級電氣石粉末，使這些電氣石粉末鑲嵌在纖維的表面，通過這些電氣石發(fā)射的電子，擊中纖維周圍的氧分子，使之成為帶電荷的負(fù)氧離子，由該纖維所釋放產(chǎn)生的負(fù)離子對改善空氣質(zhì)量、環(huán)境具有明顯的作用。
2.2.13 阻燃纖維
采用無機(jī)高分子阻燃劑在粘膠纖維等有機(jī)大分子中以納米狀態(tài)或以互穿網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)存在。
2.2.14 陶瓷纖維
以SiO2、Al2O3為主要成分的一種纖維狀輕質(zhì)耐火材料，具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、比熱小及耐機(jī)械振動等優(yōu)點?？捎米鞴I(yè)窯爐的絕熱和耐火材料、高溫高壓蒸汽管道的絕熱材料、高溫密封絕熱材料、高溫吸聲材料、耐火建筑用材和防火材料、原子反應(yīng)堆內(nèi)襯材料等。
2.2.15 抗菌纖維
混有抗菌劑或經(jīng)抗菌表面處理的纖維，具有抑制或者殺滅細(xì)菌功能的纖維?；烊胄褪菍⒑y、銅、鋅離子的陶瓷粉等具有耐熱性的無機(jī)抗菌劑，混入聚酯、聚酰胺或聚丙烯腈中進(jìn)行紡絲而得；后處理型是將天然纖維用季銨化物或脂肪酰亞胺等有機(jī)抗菌劑浸漬處理制得。
2.2.16 防輻射纖維
包括受高能輻射后不發(fā)生降解或交聯(lián)并能保持一定力學(xué)性能的纖維以及指能抵抗造成人體傷害的射線輻射的纖維。有抗紫外線纖維、防微波輻射纖維、防X射線纖維和防中子輻射纖維等。如利用是聚丙烯和固體X射線屏蔽劑材料復(fù)合制成防X射線的纖維，將鋰和硼的化合物粉末與聚乙烯樹脂共聚后采用熔融皮芯復(fù)合紡絲工藝制成防中子輻射纖維。
2.3 高性能纖維[6]
2.3.1 芳族聚胺纖維
由酰胺鍵與芳基連接的芳族聚酰胺的線型分子構(gòu)成的合成纖維，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：[NH—AR—NH—CO—AR`——CO]p，如聚間苯二甲酰間苯二胺纖維（ 間位芳綸） 簡稱為芳綸1313 ，聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（對位芳綸）簡稱為芳綸1414 。
2.3.2 碳纖維
由碳元素構(gòu)成的無機(jī)纖維。纖維的碳含量大于90%。一般分為普通型、高強(qiáng)型和高模型三大類。由粘膠纖維、聚丙烯腈纖維和瀝青纖維等有機(jī)纖維經(jīng)炭化而得到。高強(qiáng)型聚丙烯腈基碳纖維的強(qiáng)度為 3GPa～7 GPa，高模型聚丙烯腈基碳纖維的模量為300GPa～900 GPa，在惰性氣體中耐熱性優(yōu)良，耐化學(xué)腐蝕性好，有導(dǎo)電性。
2.3.3 超高分子量聚乙烯纖維
采用UHMWPE通過凍膠紡絲或者增塑熔融紡絲工藝制得的合成纖維。其強(qiáng)度為29cN/dtex～39cN/dtex，模量為934cN/dtex～1246cNd/tex，最高使用溫度100℃～110℃，具有優(yōu)良的耐酸堿性、抗水解性。
2.3.4 聚對苯撐苯并雙唑（PBO）纖維
由芳族雜環(huán)類聚合物聚對苯撐苯并雙唑的線型分子構(gòu)成的合成纖維。纖維強(qiáng)度為37cN/dtex，模量為1764cNd/tex，分解溫度650℃，極限氧指數(shù)68。
2.3.5 聚苯并咪唑（PBI）纖維
由芳族雜環(huán)類聚合物聚苯并咪唑的線型分子構(gòu)成的合成纖維。強(qiáng)度為6.6cN/dtex，模量為147cNd/tex，可耐850℃高溫，極限氧指數(shù)38～43。
2.3.6 聚苯硫醚（PPS）纖維
商品名為Ryton，指由苯環(huán)和硫原子交替排列的聚苯硫醚的線型分子構(gòu)成的合成纖維。強(qiáng)度為1.8cN/dtex～2.6cN/dtex，模量為21.5cN/dtex～35.3 cN/dtex，熔點285℃，極限氧指數(shù)34～35，耐化學(xué)性僅次于聚四氟乙烯纖維。
2.3.7 聚酰亞胺纖維
由含酰亞胺鏈節(jié)的線型分子構(gòu)成的合成纖維，大分子鏈中至少有85%的酰亞胺鏈節(jié)。醚類均聚纖維的強(qiáng)度為4cN/dtex～5cN/dtex，模量為10GPa～12GPa，在300℃經(jīng)100h后強(qiáng)度保持率為50%～70%，極限氧指數(shù)44，耐射線好；酮類共聚纖維的強(qiáng)度3.8cN/dtex，模量35cN/dtex。經(jīng)改性的聚酰亞胺纖維的強(qiáng)度為17.6cN/dtex，模量為529cN/dtex～882cN/dtex，分解溫度650℃，極限氧指數(shù)68。
2.3.8 聚酰胺?酰亞胺纖維
由含芳酰胺—酰亞胺鏈節(jié)的線型分子構(gòu)成的合成纖維。強(qiáng)度為4.4cN/dtex，模量為61.7cN/dtex，可耐350℃高溫，極限氧指數(shù)30～33。
2.3.9 聚醚醚酮（PEEK）纖維
含亞苯基醚醚酮鏈節(jié)的線型分子構(gòu)成的合成纖維。拉伸強(qiáng)度400 MPa～700MPa，模量3 GPa～6GPa，熔點334℃～343℃，長期使用溫度250℃，極限氧指數(shù)35。
2.3.10 酚醛纖維
由線型酚醛樹脂經(jīng)縮醛化或絡(luò)合化學(xué)而制成的交聯(lián)纖維。強(qiáng)度為1.14cN/dtex～1.58cN/dtex，極限氧指數(shù)30～34，瞬時可耐2500℃高溫，長期使用溫度150℃～180℃。絕熱性好。
2.3.11 蜜胺纖維
將三聚氰胺與甲醛縮聚，并溶于有機(jī)溶劑中通過濕紡和后處理而得。強(qiáng)度為1.76cN/dtex，極限氧指數(shù)32，無熔點，不熔滴，連續(xù)使用溫度180℃～200℃。
2.3.12 高強(qiáng)度聚乙烯醇纖維
由聚乙烯醇樹脂通過溶劑濕法冷卻凝膠紡絲制成。強(qiáng)度為15cN/dtex，耐堿性優(yōu)良。
2.3.13 玻璃纖維
以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個微米到二十幾米個微米。E-玻璃纖維的強(qiáng)度為 1722MPa，模量為654GPa。絕緣性好，耐熱性強(qiáng)，抗腐蝕性好，但性脆、耐磨性較差。
2.3.14 氧化鋁纖維
一種主要成分為氧化鋁的多晶質(zhì)無機(jī)纖維，主晶形可呈γ-，δ-，θ-，α-氧化鋁，是最新型的超輕質(zhì)高溫絕熱材料之一，采用高科技的“溶膠—凝膠”法，將可溶性鋁、硅鹽制成具有一定黏度的膠體溶液，溶液經(jīng)高速離心甩絲成纖維坯體，然后經(jīng)過脫水、干燥和中高溫?zé)崽幚砦鼍У裙に嚕D(zhuǎn)變成Al-Si氧化鋁多晶纖維，其主晶相為主要為剛玉相和少量莫來石相，集晶體材料和纖維材料特性于一體，使用溫度達(dá)1450℃～1600℃，熔點達(dá)1840℃，有較好的耐熱穩(wěn)定性，其導(dǎo)熱率是普通耐火磚的1/6，容重只有其1/25，節(jié)能率達(dá)15%～45%。
3 功能纖維的發(fā)展方向
3.1 高性能化
高性能纖維市場呈碳纖維、高強(qiáng)聚乙烯纖維、芳綸及新型高性能纖維共同增長的格局[7]。如生物可降解的聚酯纖維縫合線、可吸收的人工血管、PLGA纖維編織殼聚糖溶液涂層制成的人工神經(jīng)導(dǎo)管以及組織工程神經(jīng)導(dǎo)管以及組織工程肌腱等。
3.2 低維化
若使材料在某一維度（x、y 、z ）的尺寸縮小到納米級，則此材料減少相應(yīng)的一維。隨著高端物理化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，化學(xué)纖維的細(xì)度已經(jīng)達(dá)到微米級，并向納米級超細(xì)技術(shù)挑戰(zhàn)。如在醫(yī)學(xué)上將納米纖維網(wǎng)用于外科，防止人體組織在愈合過程中粘接產(chǎn)生疤痕，將細(xì)菌纖維素納米纖維網(wǎng)絡(luò)于無紡布上，制成捕捉白血球的纖維復(fù)合體濾材。
3.3 智能化
智能纖維在美國、日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)取得較大進(jìn)展。如隱身功能纖維應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。如光敏纖維可改變8種色彩。在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)出具有形狀記憶效應(yīng)的繃帶、人工肌肉及智能凝膠纖維、蓄熱調(diào)溫纖維等。
3.4 仿生化
杜邦公司曾用六氟異丙醇溶解蜘蛛絲蛋白進(jìn)行人工紡絲，東華大學(xué)研究蜘蛛吐絲的紡絲過程，以蠶絲蛋白質(zhì)為模型，仿照蜘蛛吐絲的過程進(jìn)行纖維加工。
3.5 綠色化
主要是大力發(fā)展生物質(zhì)纖維，實現(xiàn)新溶劑法纖維素纖維、聚乳酸纖維、生化法聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT ）纖維、生物法多元醇的產(chǎn)業(yè)化。新型生物質(zhì)再生纖維主要品種有：新型纖維素纖維（Lyocell纖維、離子液體纖維素纖維、低溫堿/尿素溶液纖維素纖維）、新資源纖維素纖維（竹漿纖維、麻漿纖維）、海洋生物質(zhì)纖維（甲殼素纖維、海藻纖維）、生物蛋白質(zhì)纖維（大豆蛋白纖維、牛奶蛋白與丙烯腈接枝纖維、蠶蛹蛋白纖維）。
參考文獻(xiàn)：
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第7篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
【關(guān)鍵詞】無機(jī)非金屬材料；分類；前景
當(dāng)前我國的建筑行業(yè)面臨著嚴(yán)峻的能源挑戰(zhàn)，因此必須尋找可以進(jìn)行利用的節(jié)能材料。經(jīng)過探尋，發(fā)現(xiàn)無機(jī)非金屬材料在這方面很有優(yōu)勢，是實現(xiàn)節(jié)能的理想材料。無機(jī)非金屬材料的涵蓋了除了金屬材料和高分子材料之外的幾乎所有材料領(lǐng)域，通常無機(jī)非金屬材料具有抗高溫、硬度強(qiáng)以及耐腐蝕等優(yōu)點，但也會出現(xiàn)強(qiáng)度差、韌性不良等缺點。
1無機(jī)非金屬材料在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用
1.1為信息技術(shù)革命奠基
人類的發(fā)展經(jīng)歷了諸多時代，現(xiàn)在正處于一個信息化高度發(fā)展的科技時代，每個時期的發(fā)展都與材料有著密切的聯(lián)系。從這個角度講，材料貫穿了人類的發(fā)展進(jìn)程，是社會發(fā)展的標(biāo)志性因素。在高科技背景下，無機(jī)非金屬材料成為了社會發(fā)展的基礎(chǔ)。
1.2支撐現(xiàn)代文明
無機(jī)非金屬材料具有體輕、硬度和強(qiáng)度較高、抗高溫、抵制腐蝕等優(yōu)良特性，因而具有金屬和高分子材料所無法比擬的優(yōu)勢，在航天、微電子以及海洋事業(yè)中大放異彩，在高科技的競爭領(lǐng)域中占據(jù)重要地位、起到重要的作用。
1.3可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展
事實證明，每次無機(jī)非金屬材料的重大進(jìn)展都會引發(fā)一次重大變革，比如玻璃鋼、芳綸纖維等材料的產(chǎn)生，使得火箭的外部材料發(fā)生了革新，這種效應(yīng)也擴(kuò)散到汽車和飛機(jī)等領(lǐng)域。光學(xué)纖維的橫空出世，讓廣播電視、郵電通訊以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域出現(xiàn)了飛躍性的進(jìn)步，這種推動效應(yīng)還擴(kuò)散到了印刷和自動檢測等領(lǐng)域當(dāng)中。
2無機(jī)非金屬材料的分類
2.1依據(jù)分子結(jié)構(gòu)劃分
無機(jī)非金屬材料總體上依據(jù)分子結(jié)構(gòu)可以劃分晶體和非晶體兩大類，晶體可以分為單晶和多晶，兩者都可以分為單質(zhì)和化合物兩個類型。單晶的單質(zhì)具體有單晶硅、金剛石、集成電路材料以及工具材料；單晶的化合物可以分為碲化鉍、電子器件以及半導(dǎo)體敏感材料。
多晶的單質(zhì)可以分為多晶硅、燒結(jié)金剛石、光電材料以及工具材料。其在化合物方面可以分為傳統(tǒng)陶瓷、新型陶瓷以及自然石料三個方面；傳統(tǒng)陶瓷又可以分為日用陶瓷、建筑陶瓷、美術(shù)陶瓷以及耐火材料四個方面；新型陶瓷中的結(jié)構(gòu)陶瓷則可以分為耐高溫材料、耐腐蝕材料、耐磨損材料、耐沖擊材料和硬度材料。其功能陶瓷則可以分為電子功能材料、光學(xué)功能材料和生物功能材料；自然石料則可以分為裝飾材料、建筑材料以及日用器皿。
非晶體主要指的是玻璃，玻璃可以分為單質(zhì)玻璃和化合物玻璃。單質(zhì)玻璃有無定形硅和生物玻璃兩種；化合物玻璃則分為日用玻璃和功能玻璃；功能玻璃包括導(dǎo)光透光玻璃、電學(xué)功能玻璃、熱濕等敏感玻璃以及生物玻璃。
2.2依據(jù)化學(xué)成分劃分
總體可以分為單質(zhì)和化合物兩大類。單質(zhì)分為單晶硅，如金剛石、集成電路以及工具領(lǐng)域等使用；多晶硅如多晶石墨、光電材料和電極等；單質(zhì)硒玻璃如敏感材料；無定形碳包括生物膜材料和導(dǎo)電材料等。
化合物則包括氧化物、非氧化物以及多元化合物。氧化物分為二氧化鋁和二氧化鋯、非氧化物分為氮化硅和氮化鋁；多元化合物分為生物玻璃和鈦酸鋇。
2.3依據(jù)功能劃分
總體可分為工程材料和功能材料。工程材料可以分為高強(qiáng)高韌材料、耐高溫抗熱震材料、耐磨耐腐蝕材料各種界面材料以及其他材料；功能材料分為電學(xué)材料、光學(xué)材料和生物材料三種；電學(xué)材料可以分為壓電材料、磁性材料、電導(dǎo)材料、熱電材料、電子材料以及敏感材料；光學(xué)材料可以分為導(dǎo)光材料、透光材料和光信息材料；生物材料則可以分為生物惰性材料、生物體內(nèi)可控表面活性材料、生物體內(nèi)可吸收材料。
3無機(jī)非金屬材料的分類的展望
按照其類型逐一展望。
3.1新型玻璃
新型玻璃應(yīng)該在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上運用溶膠-凝膠、CVD、超急冷以及失重等工藝，通過各種微觀方法實現(xiàn)新型玻璃領(lǐng)域的突破。
3.1.1新型的激光玻璃
未來會生產(chǎn)出輸出功率更為強(qiáng)悍、性能品質(zhì)更加優(yōu)良的摻餌玻璃以及磷酸鹽類型的激光玻璃，還有更新的激光放大纖維等材料。
3.1.2光集成電路玻璃
其制作方法為離子交換法，制成的成品玻璃成分包含F(xiàn)eo、Ce203等，本身能散發(fā)出磁光以及熱光等效應(yīng)。
3.1.3超平玻璃
這種玻璃主要的應(yīng)用范圍為光存儲器，還可以應(yīng)用在光磁存儲器和大型液晶顯等基板上面，對于那些大規(guī)模以及特大規(guī)模類型的光掩用途模板也起到較大作用。
3.2高性能陶瓷
這種陶瓷材料在性能上體現(xiàn)出極強(qiáng)的優(yōu)點，比如能夠抵抗高溫、強(qiáng)度和硬度系數(shù)都很高等，因而在航天和電子領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
3.2.1結(jié)構(gòu)陶瓷
制作材料為碳化硅、氧化鋁以及莫來石等，改進(jìn)措施為增加韌性、改善纖維強(qiáng)度，對材料的內(nèi)部構(gòu)成進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之具有堅硬、耐磨、抗腐蝕等特性，可以對軸承、不銹鋼等材料進(jìn)行更新?lián)Q代，可直接制作成發(fā)動機(jī)和電極材料等進(jìn)行運用，具有使用延長壽命、節(jié)能等效果。
3.2.2功能陶瓷
其在功能方面起到的作用為絕緣、堅硬、光敏和熱敏等，可以用在壓電元件和磁記錄存儲等領(lǐng)域，使其成為促進(jìn)信息產(chǎn)品容量擴(kuò)大、密度增大的有力武器。
3.3人工晶體
這個材料的應(yīng)用范圍很廣，而且前進(jìn)步伐迅速。晶體原有形態(tài)和功能以及用途不斷被刷新，而且新型的晶體也在不斷地取代傳統(tǒng)類型晶體，比如金剛石之所以被廣泛應(yīng)用就是因為其在硬度方面體現(xiàn)出超高的性能，其實它還具有高導(dǎo)熱的特殊功能，可以利用這個方面將其當(dāng)做熱沉材料進(jìn)行應(yīng)用，使其具有半導(dǎo)體功能，讓其在信息技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。人造水晶原本是用來發(fā)揮壓電效能的，但是經(jīng)過對其功能進(jìn)行探索，其應(yīng)用領(lǐng)域也變得開闊，當(dāng)前還應(yīng)用在延遲線以及表面波器件之中。另外，可以對輻射產(chǎn)生抵抗功能的水晶還被廣泛地應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，甚至可以在軍事領(lǐng)域發(fā)揮出很大作用。
4總結(jié)
無機(jī)非金屬材料在高科技領(lǐng)域占有重要地位，是伴隨高科技進(jìn)步而出現(xiàn)的朝陽產(chǎn)業(yè)，具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿蜕Γ囟ㄔ趯淼母偁幹忻摲f而出，因此已經(jīng)受到各方面的重視。本文分（下轉(zhuǎn)第129頁）（上接第119頁）析了無機(jī)非金屬材料在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位，詳細(xì)地對其分類進(jìn)行解讀，展望了其應(yīng)用前景。
【參考文獻(xiàn)】
［1］欒志軍.材料的分類及優(yōu)化檢索系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].青島大學(xué),2011.
第8篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
一、結(jié)合現(xiàn)代科技發(fā)展，重視吸收新的知識
化學(xué)的發(fā)展除了對物質(zhì)世界的認(rèn)識具有重要的理論意義外，還與國民經(jīng)濟(jì)、人類生活及社會的進(jìn)展有著非 常密切的關(guān)系。在面向21世紀(jì)的今天，現(xiàn)代化學(xué)正在幫助人類更好地解決能源、農(nóng)業(yè)、衣著、環(huán)保、醫(yī)療、交 通等生產(chǎn)和生活的重大問題。這種發(fā)展趨勢決定了化學(xué)在新的科學(xué)技術(shù)革命中具有十分重要的地位，其中突出 的是化學(xué)與材料科學(xué)、能源、環(huán)保科學(xué)、生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等的聯(lián)系。所以化學(xué)教育要跟上現(xiàn)代化的步伐， 就應(yīng)該結(jié)合化學(xué)學(xué)科的特點，把這些新的知識引進(jìn)教材，納入教學(xué)體系。
材料是人類、社會進(jìn)步的重要標(biāo)志，新材料的發(fā)明和利用與技術(shù)進(jìn)步的關(guān)系非常重大。如果沒有半導(dǎo)體材 料的工業(yè)化生產(chǎn)就不可能有目前的計算機(jī)技術(shù)，沒有現(xiàn)代化的高溫、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料就沒有今天的宇航工業(yè)， 沒有低損耗的光導(dǎo)纖維就沒有當(dāng)前正在快速發(fā)展的光通訊……凡此種種說明新材料是新興技術(shù)的基礎(chǔ)，是高新 技術(shù)的突破口。新教材用一定的篇幅以必學(xué)、選學(xué)、閱讀或資料的形式編入了這方面的有關(guān)知識。如在“硅” （第二冊第七章）中增加了“新型無機(jī)非金屬材料”，向我們展示了高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、光導(dǎo)纖維等 材料的性能和它們在現(xiàn)代原子能工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、激光、電子、航天等科技領(lǐng)域里所發(fā)揮的獨特作用以及今 后的研制方向。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，金屬材料已從傳統(tǒng)的鋼鐵材料、有色金屬材料及合金材料發(fā)展為包 括稀土金屬、貯氫金屬、金屬結(jié)構(gòu)材料等在內(nèi)的金屬材料體系。為使中師生了解這一發(fā)展，教材在“幾種重要 的金屬”（第二冊第九章）中編入了“新型的金屬材料”作為選學(xué)內(nèi)容。原有教材對有機(jī)高分子材料的介紹只 限于傳統(tǒng)的塑料、合成橡膠、合成纖維三大類，而事實上高分子材料種類的增多和產(chǎn)量的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無機(jī)材 料。所以對新型的有機(jī)高分子材料進(jìn)行適當(dāng)介紹，對于開闊學(xué)生視野、擴(kuò)大知識面是很有必要的。教材在第二 冊第十二章中選編了光敏性、導(dǎo)電性、生物活性等高分子材料。為體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科特點，對這些功能高分子材料 的性能和用途的敘述主要突出了與化學(xué)的關(guān)系，如用感光樹脂印刷制版來實現(xiàn)印刷工業(yè)的完全自動化，利用高 分子膜淡化海水等。
能源是維持人類生存和發(fā)展的物質(zhì)條件，發(fā)展工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)技術(shù)以及提高人民生活水平都需要 有充足的能源。面對新技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，常規(guī)能源已無法滿足需要，人類面臨的迫切問題是一方面要想方設(shè)法 提高常規(guī)能源的使用效率，另外要積極探索和開發(fā)新型能源。在開發(fā)新能源的過程中，化學(xué)學(xué)科發(fā)揮了巨大的 優(yōu)勢。教材在“烴”（第二冊第十章）中編入了“新能源的開發(fā)和展望”簡要介紹了太陽能、核能、生物能、 海洋能、氫能等幾種新型能源的基本知識及其發(fā)展情況。配合“原電池及其應(yīng)用”教材在閱讀中介紹了幾種新 型化學(xué)電池的構(gòu)造、工作原理及主要用途。
在世界人口日益增長，生產(chǎn)不斷發(fā)展、人類生活水平持續(xù)提高的過程中，環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)前和未來一項 全球性的重大課題，保護(hù)和改善生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境，防治環(huán)境污染和其它公害是我國的一項重要國策。化學(xué)與環(huán) 境有著密切聯(lián)系，在大多數(shù)情況下，環(huán)境污染主要是由化學(xué)污染造成的。教材在元素化合物知識的介紹中有機(jī) 地滲透了有關(guān)環(huán)境知識。如在氧族元素中增加了臭氧層的作用、臭氧層減少和惡化對人類、對環(huán)境的危害等內(nèi) 容；結(jié)合硫的氧化物的性質(zhì)，教材敘述了酸雨的形成及危害；在氮族元素中，分析了氮氧化物作為大氣的主要 污染物的來源、危害及其防治；在石油和煤一節(jié)中教材指出了燃煤造成的污染、“三廢”對大氣、土壤、水域 的污染方式，對生態(tài)的破壞和對人類健康造成的危害。在“環(huán)境保護(hù)”（第一冊第四章）一節(jié)中，教材比較全 面地介紹了環(huán)境污染的主要方面：大氣污染、土壤污染、水堿污染、食品污染、固體廢物、放射性、噪聲等污 染及其防治的重要措施。以使學(xué)生了解環(huán)境和社會發(fā)展的關(guān)系，使學(xué)生認(rèn)識到環(huán)境污染的嚴(yán)重性，環(huán)境保護(hù)和 環(huán)境改造的迫切性和可能性，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識。
此外，教材還充分挖掘當(dāng)今科學(xué)前沿新研究項目所包含著的基本知識和基本理論，使中師生逐步學(xué)會用已 經(jīng)掌握的知識和概念去接近和理解前沿科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)。如教材在敘述碳的同素異形體時引進(jìn)了C[，60]，教材還 在選學(xué)中編入了化學(xué)元素與人體的關(guān)系、8 千萬年以前的琥珀化石中的空氣成份與現(xiàn)代空氣成分的區(qū)別等知識 ，以期使中師化學(xué)教材更具時代感。
二、適應(yīng)培養(yǎng)現(xiàn)代人才 注意學(xué)科間的聯(lián)系滲透
自然界本身是一個相互聯(lián)系著的整體，我們所遇到的一些問題如能源、材料、生態(tài)環(huán)境等很難把它們絕對 歸屬于某一學(xué)科領(lǐng)域，因為它們都是綜合性問題。各傳統(tǒng)的分科課程，長期以來已形成了體系的完整性和邏輯 的嚴(yán)密性，有它們不少的優(yōu)點。但由于課程之間缺乏必要的橫向聯(lián)系故不易使學(xué)生從知識整體與聯(lián)系中來理解 和掌握知識，而易與現(xiàn)實脫節(jié)，不利于學(xué)生把學(xué)習(xí)與認(rèn)識世界和改造世界的實際需要結(jié)合起來。
為適應(yīng)培養(yǎng)現(xiàn)代化人才的需要，教材在敘述新增加的材料、能源。環(huán)境等知識時，注意了與其它學(xué)科的交 叉。在介紹半導(dǎo)體陶瓷、光導(dǎo)纖維、超導(dǎo)材料的性能和應(yīng)用時結(jié)合了一些物理學(xué)知識，在彩色攝影中用到了加 色法成色原理和減色法成色原理；在石英晶體的重要用途中提到了壓電效應(yīng)等；在敘述呼吸作用、固氮、酶以 及三大營養(yǎng)物質(zhì)時聯(lián)系了有關(guān)生物學(xué)知識。
中師化學(xué)教材在保持自身的知識結(jié)構(gòu)的相對完整性和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上，還注意了與初中化學(xué)和小學(xué)自然的 縱向聯(lián)系。如初中化學(xué)是中師化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，小學(xué)自然中的很多知識如空氣、氧氣、二氧化碳、溶液等都是 初中化學(xué)的內(nèi)容。但僅靠初中化學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將來難以勝任小學(xué)自然的教學(xué)，特別困難的是不能獨立完成有 關(guān)實驗的教學(xué)任務(wù)。所以教材通過有關(guān)實驗習(xí)題和選做實驗與初中化學(xué)合理銜接。在系統(tǒng)元素化合物知識的某 些章節(jié)中，通過選學(xué)、閱讀、資料以及討論題對小學(xué)自然的有關(guān)教學(xué)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和研究，使中師化學(xué)教學(xué)內(nèi) 容和教學(xué)方法能適應(yīng)小學(xué)自然教學(xué)改革的需要。
三、著眼提高全面素質(zhì) 落實各項能力訓(xùn)練
中師化學(xué)教學(xué)對學(xué)生能力的培養(yǎng)要考慮適應(yīng)學(xué)生未來職業(yè)的需要和培養(yǎng)高層次小學(xué)教師的需要，為了體現(xiàn) 師范教育的這一特點，新教材具體確定了以下能力訓(xùn)練的要點。 轉(zhuǎn)貼于
1.培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力
觀察力是指善于全面、深入、正確地認(rèn)識事物的能力。細(xì)致、正確的觀察可以使學(xué)生獲得完整、全面的感 性知識，它是記憶、表達(dá)的基礎(chǔ)和前提。
中師化學(xué)教材注意培養(yǎng)學(xué)生濃厚的觀察興趣，使學(xué)生養(yǎng)成樂于觀察、自覺觀察的習(xí)慣。如教材的序言從一 開始就教育學(xué)生把今天的學(xué)習(xí)與明天的需要結(jié)合起來，要研究小學(xué)生可能提出哪些與化學(xué)有關(guān)的問題？要重視 激發(fā)小學(xué)生學(xué)習(xí)自然的興趣。在全書中，配合教學(xué)內(nèi)容的一些演示實驗不少饒有趣味，如“焰色反應(yīng)”、“蔗 糖碳化”、“彩色噴泉”、“點火成蛇”、“火箭”等這對于深化教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的觀察興趣是十分必要 的。
研究化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的，教材共安排了87個演示實驗，25個學(xué)生實驗，18個課外實驗與制作。在這些 實驗教學(xué)的過程中，有著豐富的內(nèi)容和廣泛的途徑適用于引導(dǎo)學(xué)生熟悉觀察的原則、掌握觀察的方法。如對于 氣體的制取實驗，教材注意了教會學(xué)生觀察的順序；對于某些比較復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)實驗，教材指出了觀察的重 點；對于諸如“鈉和水反應(yīng)”，“氨氣易溶于水的反應(yīng)”等實驗，教材要求學(xué)生全面觀察現(xiàn)象；對于濃、硫酸 與銅的反應(yīng)，濃、稀硝酸與銅的反應(yīng)等實驗，教材引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)象進(jìn)行對比觀察。
教材還通過習(xí)題要求學(xué)生對周圍生活和自然現(xiàn)象進(jìn)行廣泛的觀察，如要求學(xué)生課后觀察家庭中養(yǎng)金魚的水 是如何進(jìn)行簡易處理的？生活中常見的金屬制品有哪些腐蝕現(xiàn)象及常用于鋼鐵制品的防腐蝕方法。
在觀察知識條目中出現(xiàn)了“空白”，這些“空白”主要是讓學(xué)生通過觀察實驗現(xiàn)象后歸納填寫的。
2.培養(yǎng)學(xué)生的思維能力
思維能力是智力活動的核心，良好的思維能力有助于發(fā)展學(xué)生的聯(lián)想能力和知識遷移能力，開拓學(xué)生的思 路，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和記憶。
中師化學(xué)教材中包含了辯證唯物主義觀點的豐富內(nèi)容和我國化學(xué)化工的偉大成就，這就要求我們對學(xué)生進(jìn) 行辯證唯物主義世界觀和熱愛社會主義祖國的思想政治教育，培養(yǎng)學(xué)生為社會主義現(xiàn)代化的獻(xiàn)身精神，培養(yǎng)他 們在頑強(qiáng)、自覺的學(xué)習(xí)中形成積極思維的意識。
在有限的教學(xué)課時中，中師化學(xué)教材保持了相對完整、獨立的知識結(jié)構(gòu)體系。如在元素化合物知識的安排 上，保持了適當(dāng)?shù)闹R面，側(cè)重于介紹各族中的重要元素及其化合物的知識，突出了物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律、 化學(xué)平衡、電離、氧化還原等基礎(chǔ)理論對學(xué)習(xí)元素化合物知識的指導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的 關(guān)系以及元素在周期表中的位置三者的關(guān)系，從周期律的角度介紹相關(guān)的物質(zhì)的共性及其變化規(guī)律。對某一具 體物質(zhì)，教材是以該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)為重點，以此帶動物質(zhì)的制取、用途等知識的介紹。這樣學(xué)生可以從各種 元素，各族元素的各個方面、各個層次，通過分析、綜合、比較、概括、判斷、推理等過程發(fā)展思維能力。
教材適時介紹了化學(xué)理論和概念的發(fā)展改革，以使學(xué)生在充分理解它們的正確性和絕對意義的內(nèi)涵的同時 ，認(rèn)識到化學(xué)理論和概念的發(fā)展及其相對意義，進(jìn)而誘發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維能力。如在原子結(jié)構(gòu)中，教材簡介了 從湯姆遜的“葡萄干蛋糕”原子結(jié)構(gòu)模型盧瑟福的原子有核模型玻爾的舊量子化原子結(jié)構(gòu)模型電子云模 型的發(fā)展這一系列人類對原子結(jié)構(gòu)的探索歷程。
教材還在每章小結(jié)中引導(dǎo)學(xué)生對一章的知識聯(lián)線成網(wǎng)歸納知識鏈，通過精編與各類知識聯(lián)系較密切的習(xí)題 訓(xùn)練學(xué)生思維的邏輯性和靈活性。
3.培養(yǎng)學(xué)生的動手能力
根據(jù)大綱規(guī)定，中師生不僅要會作實驗還要求會自制簡易教具和利用代用品，會指導(dǎo)小學(xué)生開展科技活動 ，這就必須要求具備較強(qiáng)的動手能力。對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)和提高教材是從以下幾方面落實到實處的：
一是增加動手實驗的機(jī)會?；瘜W(xué)實驗和制作具有很強(qiáng)的技能性，沒有反復(fù)多次，認(rèn)認(rèn)真真的嚴(yán)格訓(xùn)練是難 以達(dá)到要求的。所以教材在確定必修課教學(xué)內(nèi)容時，充分注意了實驗的比例。如講授課時與演示實驗個數(shù)之比 為3∶1.84，大于現(xiàn)行高中化學(xué)教材中的3∶1.02；學(xué)生分組實驗的課時占總課時的19.2％，大于原中師化學(xué)教 材中的17.9％，更大于現(xiàn)行高中化學(xué)教材中的12.5％。
二是確保實驗內(nèi)容的多樣性。僅以學(xué)生實驗為例，教材中安排了基本操作訓(xùn)練；元素化合物知識的驗證性 實驗；與小學(xué)自然教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的實驗習(xí)題；體現(xiàn)實驗教學(xué)靈活性的選做實驗；旨在進(jìn)一步培養(yǎng)動手能力，鼓 勵課外研究和提高的課外實驗與制作。
三是強(qiáng)調(diào)實驗和制作設(shè)計的應(yīng)用性。教材中的實驗內(nèi)容具有明顯的應(yīng)用性，特別是在小學(xué)自然教學(xué)和課外 活動中的應(yīng)用（如粗鹽的提純、空氣成分的測定、氧氣的制取和性質(zhì)，自制蒸餾水，自制教具），在生活中的 應(yīng)用（如配制消毒液，自制甜酒釀、化學(xué)刻字、自制雪花膏等）。
為了使學(xué)生動手能力的培養(yǎng)取得良好的效果，大綱強(qiáng)調(diào)了實驗考查的必要性，教材中編排的有關(guān)實驗習(xí)題 可供教師在實驗考查時選用。
4.培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力
培養(yǎng)語言表達(dá)能力是素質(zhì)教育的任務(wù)之一，提高全民族的口語素質(zhì)是現(xiàn)代化社會的重要組成部分，良好的 語言表達(dá)能力是合格教師能力結(jié)構(gòu)中最基本的組成部分。大量事實說明，在掌握了一定的學(xué)科知識，一定的教 育理論水平的條件下，教育、教學(xué)效果在很大程度是取決于教師的語言表達(dá)能力和技巧，為此提高和培養(yǎng)師范 生的語言表達(dá)能力是中師各科教學(xué)的共同任務(wù)。
教材上、下冊設(shè)置了多處討論、資料、選學(xué)等欄目，教師可以通過提問、練習(xí)、組織討論、講述化學(xué)史料 等方式和途徑培養(yǎng)、訓(xùn)練學(xué)生的表達(dá)能力。
5.培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力
自學(xué)能力是學(xué)生綜合能力的體現(xiàn)，在知識不斷更新的時代，文盲不再是指那些目不識丁的人，而是沒有自 學(xué)能力的人。由于學(xué)習(xí)時間有限，學(xué)習(xí)門類偏多，所以中師生在校學(xué)到的知識是有限的，有了較強(qiáng)的自學(xué)能力 可以使他們在未來的工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)提高，以便創(chuàng)造性地完成教學(xué)任務(wù)。
為落實培養(yǎng)自學(xué)能力的訓(xùn)練，教材在內(nèi)容的編輯上重視了知識的邏輯順序與學(xué)生生理、心理發(fā)展?fàn)顩r及認(rèn) 知規(guī)律的有機(jī)結(jié)合，使教材本身具有利于學(xué)生自學(xué)的特點。教材的編寫形式生動活潑、圖文并茂，設(shè)置的學(xué)生 學(xué)習(xí)活動欄目多樣，這些均為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了強(qiáng)烈的自學(xué)條件。教材編配的習(xí)題也考慮到有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能 力，如向?qū)W生推薦科普讀物，要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)收集有關(guān)資料，練習(xí)編寫小學(xué)自然課教案等等。
第9篇：導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)點范文
關(guān)鍵詞：自沖鉚接；微裂紋；裂紋擴(kuò)展；疲勞強(qiáng)度
0引言
為了提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和車輛變速的快捷性，就要降低車輛重量。實現(xiàn)汽車輕量化的關(guān)鍵是在車身的制造中大量使用輕型材料，如鋁合金、復(fù)合材料、高分子材料、具有表面鍍層不導(dǎo)電有機(jī)保護(hù)層的板料等，而難于用電焊對這些材料進(jìn)行良好聯(lián)接[1]，且車輛及工程機(jī)械等機(jī)械產(chǎn)品所處的工況是惡劣的振動狀態(tài)，疲勞失效是連接破壞的基本普遍現(xiàn)象，所以它的聯(lián)接設(shè)計和工藝就要求更高以滿足疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度提高的迫切需求，雖然自沖鉚接疲勞強(qiáng)度較點焊高，但繼續(xù)提高其疲勞強(qiáng)度有重要的現(xiàn)實意義。
自沖鉚接技術(shù)是采用一個鉚釘連接兩個或更多部件的方法（見圖1），它實行沖鉚一次完成。半空心鉚釘自沖鉚接工藝的鉚接過程如下：鉚釘在沖頭的作用下，穿透上層板料，在凹模和鉚釘外形共同作用下空心鉚釘尾部在下層金屬中張開形成喇叭口形狀[2]。自沖鉚接除了可連接上述點焊所難于連接的材料外，自沖鉚接和點焊相比還具有許多點焊所不具備的優(yōu)點：能連接不同材料，能和粘接復(fù)合連接，無發(fā)光，發(fā)熱少，疲勞強(qiáng)度較高，快捷等。
圖1空心鉚釘自沖鉚接接頭剖面圖
1自沖鉚接疲勞破壞方式
自沖鉚接的疲勞擴(kuò)展最易在鉚接孔處擴(kuò)展，且在宏觀上裂紋擴(kuò)展方向垂直于載荷方向，且裂紋宏觀方向通過鉚接孔中心，在裂紋擴(kuò)展末期的瞬斷時形成剪切唇，剪切唇與載荷成大約45o，如圖2（a）所示，這其實是由于強(qiáng)度不足所致。
（a）
（b）（c）
圖2自沖鉚接板料的疲勞破壞
有的時候自沖鉚接疲勞裂紋不在鉚接孔發(fā)生，而有可能在鉚接孔附近靠近鉚釘頭部的地方萌生和擴(kuò)展，這主要由于鉚釘在受載時會對板料有一個彎曲作用，如圖2（b）所示。在有的時候，比如自沖鉚接和粘接復(fù)合連接時，或材料缺陷情況下，疲勞萌生和擴(kuò)展還可能發(fā)生在板料的其他部位，如圖2（c）所示。
2自沖鉚接微裂紋的產(chǎn)生
鉚釘可用鋼材或硬鋁等制作，一般經(jīng)熱處理來適當(dāng)提高其韌、硬度，這主要取決于被鉚接材料特性如強(qiáng)度、硬度、厚度等。被鉚接的材料常有鋼板、鋁板或鋁合金、塑料、銅或銅合金、高分子材料及復(fù)合材料等，一般其硬度不能太高，否則鉚釘將難刺穿上板料，若采用更高硬度的鉚釘，但這樣鉚釘在刺入板料和張開時易開裂，且增大了刺入力。
由于鉚釘刺進(jìn)板料時，板料內(nèi)部強(qiáng)度、硬度、結(jié)構(gòu)、相分布、原子結(jié)合力不均，晶粒、晶界性狀不一等原因?qū)е掳辶系你T釘孔孔壁有毛刺、微裂紋，這些將是導(dǎo)致自沖鉚接失效的重要擴(kuò)展源。
下面闡述裂紋不在鉚接孔中產(chǎn)生的情況。金屬中常見的有面心立方晶格、體心立方晶格、密排六方晶格等多種結(jié)構(gòu)，它們具有多種滑移系和滑移方向，晶體是各向異性的[3]。在其受力時可沿著受載最大或最弱的、抗力最小的晶面和晶向滑移，在每一次滑移時晶面和晶向都有可能不同，這樣就有可能導(dǎo)致產(chǎn)生侵入溝、擠出脊、晶格畸變或位錯堆積等缺陷（見圖3），導(dǎo)致出現(xiàn)微裂紋。
（a） (b)
圖3金屬表面“擠出脊”和“侵入溝”[4]
由于材料在成形時溫度高低不是很均勻、化學(xué)成分也不可能非常均勻（如鋼中的碳元素）、表面和內(nèi)部散熱不均、化學(xué)成分偏析或偏聚也不均勻等原因，可能導(dǎo)致多種晶體結(jié)構(gòu)同時存在，不過可能有一種或幾種結(jié)構(gòu)為主，況且材料一般都是含有多種元素，則原子間作用力或鍵的作用力將不同，其對內(nèi)、外界環(huán)境和作用載荷改變而應(yīng)力的變化也不同，這也將導(dǎo)致最薄弱處出現(xiàn)微裂紋；每種結(jié)構(gòu)、成分的機(jī)械性能（如硬脆度、強(qiáng)度等）和形狀、結(jié)構(gòu)就不同，受載時材料內(nèi)部的微觀部分的受力肯定不一樣（如應(yīng)力集中等）；那么由以上各原因，經(jīng)過反復(fù)不斷的受載則位錯或微裂紋將在最薄弱處發(fā)生。
一般金屬材料都是多晶體構(gòu)成的，如果結(jié)晶時溫度不太均勻、散熱不均勻、冷卻不均勻或其他添加元素、雜質(zhì)干擾等情況，金屬內(nèi)可能出現(xiàn)兩種或多種晶格，微觀受載不均就位錯增加而出現(xiàn)微裂紋。每種晶格分別存在一個個小晶體內(nèi)，這樣一些小晶體常排列方向各異，各小晶體間以不規(guī)則的、畸變的結(jié)構(gòu)連接，形成晶界或亞晶界，晶界或亞晶界強(qiáng)度和硬度較高[17]，但其方向、排列、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等各異，且存在位錯，在受到交變載荷、沖擊載荷、循環(huán)載荷、受力不均勻、應(yīng)力集中等情況時，由于變形不協(xié)調(diào)、不均勻或附加載荷等，相對較弱的晶界和亞晶界可能發(fā)生更大的位錯，或小孔洞，甚至破裂成微裂紋；也可能因小晶體內(nèi)的微觀或顯微局部強(qiáng)度不夠，當(dāng)載荷長時間作用時，某些小缺陷就不斷擴(kuò)展成微裂紋，然后微裂紋經(jīng)很多次擴(kuò)展就穿晶破裂。
金屬材料內(nèi)部常有其他金屬或非金屬元素。如鋼材中添加的碳、硅、硫、磷、鉻、鎳等等元素，這些元素往往固溶于基體中（如在鋼材中這些元素會固溶于鐵晶格中形成固溶體）或形成金屬化合物等，且鋁合金中可能有α、θ、s等相，銅合金中可能有α、δ、β'等相，還可形成金屬化合物如滲碳體等[17]，載荷在微觀不均，位錯增加，微裂紋將在薄弱處產(chǎn)生；由于化學(xué)成分不完全均勻，各種成分在進(jìn)行物理化學(xué)變化時所處的條件也不完全毫無差別，這些相可能同時存在，且可能方向、位置及形狀等較為雜亂，微觀受載不均，位錯堆積，微裂紋將在薄弱處產(chǎn)生；而且比如常用的退火、正火的鋼材由于化學(xué)元素是否均勻、是否偏聚偏析、熱處理加熱快慢、加熱是否均勻、降溫速度、降溫是否均勻等影響可能導(dǎo)致材料中同時存在鐵素體、珠光體、滲碳體等各種相、結(jié)構(gòu)，而各種相的強(qiáng)度、硬度、韌性、伸長率等不一，這樣當(dāng)材料受到外載時，在微觀中的每個相的各個部分的微觀變形及受力就不一樣，這使得最薄弱處出現(xiàn)微裂紋；且由于加溫、降溫等在材料內(nèi)部和外部差別不一等情況，可導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力大小不一，甚至出現(xiàn)有的地方是拉應(yīng)力而有的地方是壓應(yīng)力，且可能應(yīng)力大小差別較大，薄弱處也將出現(xiàn)微裂紋；在應(yīng)力集中或局部受力超過相的強(qiáng)度極限等情況下，相特別是其尖端可能破裂或者和相鄰的相之間產(chǎn)生更長更寬的位錯以及壓破相鄰的相，而后出現(xiàn)微裂紋；如滲碳體等硬脆相在應(yīng)力集中和局部過載時易脆斷，或者珠光體等較強(qiáng)韌相壓破相鄰的弱相，而出現(xiàn)微裂紋；以及在晶界原子結(jié)構(gòu)畸變處累積位錯，這樣晶界處可能產(chǎn)生微裂紋，特別是那些局部的尖銳的板條狀滲碳體；且由于金屬材料成形時的相變和溫度改變不均等可能造成應(yīng)力集中或初始位錯等。所有以上情況經(jīng)反復(fù)加載就成了微裂紋。
金屬中還有夾雜物如氧化物、硫化物、硅酸鹽、耐火材料微末等[3]，可以是球形、片狀、有尖角的不規(guī)則形狀或有圓角的多面體形，雜質(zhì)間還可以互相連通，雜質(zhì)和基體的連接強(qiáng)度較弱，這樣就把材料基體割裂了，受到一定時間載荷就形成了裂紋。
金屬中還可能有氣孔、縮孔、有雜質(zhì)等缺陷，它們中有的即使在軋制時也可能不能壓合成一體。它們的形狀各異，在這些缺陷邊緣處材料受到一個較大彎矩作用，故容易出現(xiàn)微裂紋。且在這些缺陷的邊緣，特別是垂直于載荷的片狀裂紋尖角應(yīng)力集中，則尖端容易堆積位錯而塑性下降，然后撕裂成微裂紋。
對于高分子材料比如塑料，其材料成分可以含有碳、氫、氧等元素成分，可以有共價鍵、分子鍵等。分子鏈有長有短，有主鏈，有支鏈，分子結(jié)構(gòu)各異，分子構(gòu)型、構(gòu)象不同[3]，這樣材料受到疲勞載荷時載荷在鍵間、分子間、鏈間的分布可能不均，況且由于疲勞載荷做功，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，而且由于材料內(nèi)外產(chǎn)熱微小差別、散熱不均、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均等可導(dǎo)致熱分布不均，且熱對不同鍵及連接的軟化、消弱等影響不均，可導(dǎo)致在危險處斷鍵、分子錯動、斷鏈等情況發(fā)生，這樣不斷發(fā)展下去就有了微裂紋。對于有機(jī)材料中含有的雜質(zhì)、氣孔、縮孔等在受載時由于應(yīng)力集中、氣體膨脹等也易出現(xiàn)微裂紋。當(dāng)疲勞載荷能量大，散熱又差時，材料可能軟化失效。
對于復(fù)合材料，它是由不同化學(xué)成分或不同組織結(jié)構(gòu)材料的合成多相材料，它一般在低強(qiáng)度、低模量、高韌性基體材料中加高模量、高強(qiáng)度的增強(qiáng)纖維、顆粒、夾層[17]?；w和增強(qiáng)物間可能有空隙、氣體、雜質(zhì)等缺陷；纖維沒有整個材料那么長那么寬，這樣并排的纖維間由其他材料填充，纖維排列錯亂，纖維還有斷頭，這將成微裂紋來源。以下情況也將產(chǎn)生受載不均、疲勞強(qiáng)度減小、變形不協(xié)調(diào)等，使局部應(yīng)力大于平均應(yīng)力而出現(xiàn)微裂紋：顆粒間為強(qiáng)度、硬度等不同的基體，顆粒排列、形狀等各異，增強(qiáng)物排列密度不均；增強(qiáng)物與基體強(qiáng)度、模量不一致，導(dǎo)致加載時變形不一致，有大有??；載荷對增強(qiáng)物的角度不一，可能有的易出現(xiàn)微小破壞；增強(qiáng)物雜亂；加載生產(chǎn)熱、散熱不均；各種成分因熱消弱強(qiáng)度、硬度的敏感性不一；基體和增強(qiáng)物本身缺陷，如有微孔、氣泡等。以上情況出現(xiàn)后，均會在長期疲勞載荷下形成微裂紋。
3自沖鉚接裂紋的擴(kuò)展
在自沖鉚接過程中，由于材料由不同相、不同組織組成，這些微觀組織、相的強(qiáng)度、塑性、韌性不一樣，這樣就容易導(dǎo)致鉚接時在鉚接孔上出現(xiàn)毛刺、微裂紋，況且自沖鉚接的模具結(jié)構(gòu)、制造誤差也導(dǎo)致自沖鉚接的鉚接孔會有裂紋，再說材料內(nèi)部還有夾雜物、孔洞等微觀缺陷，這些都將導(dǎo)致鉚接時有裂紋。
如圖2（a），在板料上下兩端分別受到大小相等，方向相反的兩個疲勞載荷時，由于在鉚釘孔作用的分布力將對通過鉚接孔中心且垂直于載荷的孔邊緣產(chǎn)生一個彎矩，而此彎矩主要由孔邊緣裂尖附近的微小區(qū)域產(chǎn)生承受，相對于這個微小的區(qū)域而言，彎矩較大，故疲勞裂紋容易在鉚接孔中擴(kuò)展。
如果微裂紋擴(kuò)展不在鉚釘孔中發(fā)生，而在板料的其他部位發(fā)生，如圖2（b）情況，這主要是由于在板料受載時板料受到鉚釘?shù)膹澢饔?，如圖2（c）情況，裂紋的擴(kuò)展主要是由于微裂紋產(chǎn)生以后，作用在微裂紋上的力將對裂尖附近的微小區(qū)域產(chǎn)生一個彎矩作用，而這個區(qū)域很小，故相對而言彎矩較大，故裂紋在循環(huán)載荷作用下，由于損傷的累積，疲勞裂紋就會擴(kuò)展。
4結(jié)語
自沖鉚接的微裂紋往往在鉚接孔中產(chǎn)生，這主要是由于材料內(nèi)部微觀組織性能不一致，及材料不均勻和模具的形狀決定鉚接孔中有毛刺和微裂紋。對于本文所述，微裂紋在鉚接孔外產(chǎn)生的情形，往往由于材料內(nèi)部的組織、相的物理和力學(xué)性能的不一致，如微觀組織的微觀強(qiáng)度、韌性和塑性等不一致造成的。
微裂紋的擴(kuò)展主要是由于裂紋受到一個撕裂彎矩，且附加有拉伸力作用，而這些載荷綜合作用在裂尖附近的微小區(qū)域內(nèi)，故裂尖附近綜合應(yīng)力很大，當(dāng)綜合應(yīng)力超過材料微觀強(qiáng)度極限時（不同于普通意義上的強(qiáng)度極限，因為那個描述的是材料的平均強(qiáng)度極限），裂紋就擴(kuò)展。在鉚釘孔中分布力產(chǎn)生的對垂直于載荷的直徑與孔邊緣交點的彎矩很大，故在鉚釘孔中很容易發(fā)生疲勞裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象。由于彎矩的力臂越來越大，彎矩就越來越大，故疲勞裂紋擴(kuò)展越來越快，故疲勞壽命主要由疲勞裂紋萌生壽命和小裂紋的擴(kuò)展壽命組成。
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