研究生讲义3.1.ppt

有机高分子材料应用简介第七章第七章结构特征结构特征固有特性固有特性测定性能测定性能实际应用性能实际应用性能性能价格比性能价格比Cost(price) Performance成型工艺一、高机能一、高机能\功能高分子材料（功能高分子材料（High Functional Polymer Materials)一）抵抗材料（一）抵抗材料（Resist Materials)---感光树脂感光树脂光刻(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-C6H5CH2=CH-C6H4-CH=CH-COOHCH2=CH-COOCH2CH2OCO-CH=CH-C6H5CH2=CHCOOCH2- R           吡喃酮基CH2=CHCOOCH2C(CH3)-COOCH2CH(CH3)OCO-C6H5-N3O=OO=O香豆素基--(-CH2-CH-)--  + C6H5-CH=CH-COClOH--(-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=功功 能能部部 件件先进复合材料先进复合材料检检 测测换能敏感元件换能敏感元件换能功能换能功能传传 输输光纤光缆的缆芯和管光纤光缆的缆芯和管碳纤维或芳纶碳纤维或芳纶/树脂基树脂基存存 储储磁记录和磁光记录盘片磁记录和磁光记录盘片磁性功能磁性功能处理与计算处理与计算大规模集成电路基片大规模集成电路基片 碳纤维碳纤维/铜铜计算机及终端用屏幕罩高频计算机及终端用屏幕罩高频覆铜电路板覆铜电路板半导体及导电性半导体及导电性键盘触点键盘触点柔性导电柔性导电执执 行行打印机机械零件打印机机械零件碳纤维碳纤维/树脂基树脂基机械手与机器人机械手与机器人碳纤维碳纤维/树脂基或金属基树脂基或金属基高分子复合材料在信息技术中的应用高分子复合材料在信息技术中的应用有机光导电材料（有机光导电材料（Organic Photoconductor Materials)(OPC)[主要用在普通纸的复印机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、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（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 CTLLUMOHOMOHOMO励起IpIp正孔CGL CTL励起正孔Ion-potential (Ip)EaEaElectron-affinity (Ea)注入机理（模型）注入机理（模型）129三）电子成像用感光材料三）电子成像用感光材料明胶、高分子树脂明胶、高分子树脂黑白：钡底，黑白：钡底，BaSO4+明胶明胶彩色：涂塑，彩色：涂塑，TiO2+聚乙烯聚乙烯四）光记录材料（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 PatternDrive 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（五）液晶显示材料（Liquid Crystal Display Materials)1311888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：构成液晶分子的要素：1 1）刚直、棒状、板状）刚直、棒状、板状2 2）细长）细长3 3）两端带有基团（两端是永久极性））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（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=0.42mmP: Polarization induced in a molecule by a external electric field EThe 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CH3NO2NH2SHG (Second harmonic generation)l=0.28mmTHG (Third harmonic generation)SHGNO2NH2-CH=CH-O2N--NMe2132Optical Waveguide二次非线形光学材料所具备的条件：二次非线形光学材料所具备的条件：1）没有对称中心（）没有对称中心（Noncentrosymmetric)2）共轭结构且具有极性）共轭结构且具有极性三次非线形三次非线形 (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：聚乙炔例如：聚乙炔 -[CH = CH]n-Solid-State Polymerization of DiacetyleneMonomerPolydiacetylene (PDA)Characteristics of PDA:1.Single Crystal2.One Dimensional Conjugated Backbone Electronic Conducting MaterialsElectrooptics, Optics Switches and ModulatorsdqRRRRRRRRhn n or D D 133134七）光纤材料七）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)q2qmaxn1n2SI型光纤的折射率分布和光的传播PMMA  n =1.49PS          n = 1.59PVC      n = 1.52~1.55PFE       n = 1.35制作方法:CoreCladFiber应用:光纤通讯, 显示器等纤纤芯芯包包层层保保护护套套135八）密封材料八）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：防水工程：SBS、、APP、、PVC和再生胶改性沥青卷材和再生胶改性沥青卷材九）压电材料（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γ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 FF FF F＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋－－－－ －－－－ －－－－ －－－－ －－－－ －－－－十）导电性高分子材料十）导电性高分子材料常见导电高分子1977 年在纽约科学院年在纽约科学院—塑料也能导电塑料也能导电2000年诺贝尔奖金获得者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、结构型导电高分子材料按结构和制备方法分类：复合型、结构型1. 1.复合型复合型：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 I2I -. .+ +弧子、极化子、双极化子概念：AsF5Na-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-NO2NO2NO2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)lAlB1867年Pritsche发现并四苯（黄色）无色1876年，Meer观察到二硝基甲烷钾盐hn1950年，定义化学物理现象，主要机理有：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、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、单线态氧化还原反应、单线态- -三线态吸收三线态吸收NOCH3O光光NO-OCH3+键的异裂键的异裂螺苯并吡喃质子转移互变异构质子转移互变异构N-PhOHN-PhOH氧化还原反应氧化还原反应==OO==OO==OO==OOOO顺反互变异构顺反互变异构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）生体医疗器械材料十二）生体医疗器械材料(Medical Materials)1).1).固定化材料固定化材料 用于固定各种酶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）用于固定微生物用于固定微生物固定方法1372）生物医用高分子）生物医用高分子3.）药用高分子）药用高分子高分子缓释药物载体高分子缓释药物载体高分子药物高分子药物药物制剂和包装用高分子材料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，用它作原料制成的制成的人工皮肤人工皮肤，在临床使用中反应很好在临床使用中反应很好 人造心脏人造心脏人造关节人造关节人工肾人工肾4).生物传感器生物传感器(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1385).5).透析膜（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）能源材料十四）能源材料 太阳能电池材料太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层多层复合复合太阳能电池，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%用于储氢储氢技术固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜固体电解质薄膜和电池阴极材料电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜有机质子交换膜等，都是目前研究的热点 Active LayerSMUAnodeBuffer LayerCathodehνhν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 ①固体氧化物燃料电池：  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800～900℃，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）高性能电极高性能电极材料材料及其制备技术；b）新型电解质材料新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜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②光电转换效率大于18%的硅基太阳能电池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。

 ③太阳能的综合利用 (光电、热电光电、热电、热交换)及其与风力发电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功能分类复合材料按基体材料分类复合材料按基体材料分类Ø 40年代，玻璃纤维增强塑料（GFRP）复合材料发展的第一代Ø 6080年代，先进复合材料---------------复合材料发展的第二代Ø 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  树脂基复合材料树脂基复合材料先进复合材料投入应用先进复合材料投入应用-------------三件成果意义三件成果意义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飞机上用的复合材料GLARE蒙皮用于蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮飞机的上机身蒙皮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+二汽二汽北京北京长安长安华晨华晨上海上海一汽一汽广州广州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10～20％），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30～80％，能耗仅为钢制品的60～80％，铝制品的35～50％，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车用热塑性复合材料a.玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT））车用热固性复合材料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（．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 Ⅳ型上。

c．天然纤维增强热塑性复合材料（．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零部件汽车零部件纤维种类纤维种类聚合物聚合物纤维含量纤维含量 %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 车灯部件车灯部件不同车型车灯的所采用的材料不同车型车灯的所采用的材料顶棚顶棚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进气歧管气门室盖气门室盖(1)无缝气囊仪表板、双色保险杠等制造技术无缝气囊仪表板、双色保险杠等制造技术(2)用于吸能块的可发性用于吸能块的可发性PP原材料技术和聚丙烯原材料技术和聚丙烯CO2气气相板材发泡技术；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：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139二二. .物理化学机能材料物理化学机能材料1. 1.离子交换树脂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化学构造：三次网状的高分子 引入离子交换基1 1）阳离子交换树脂：）阳离子交换树脂：-SO3H(强酸性）、强酸性）、-COOH,-PO(OH)2(弱酸性）弱酸性）2）阴离子交换树脂：）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=CHCH2=CHCH=CH2[-CH2-CH]--[CH2-CH]n---- --[CH-CH2]n--H2SO4/HNO3ClCH2OCH3N(CH3)2CH2CH2OHN(CH3)3CH=CH2COOR[-CH2-CH]--[CH2-CH]n-----[CH-CH2]n-COOR1)NaOH2)HCl3)两性离子交换树脂（表面带有阳、阴离子交换基）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]+-+  H2O4)鏊和物交换树脂（鏊和物交换树脂（Chelate)-COOH-COOH+ [Ni(NH3)4]2+-COO-COO Ni(NH3)2H3+N(CH2)3NH3+-COO-COO NiNH2NH2浓氨水-COO-COO Ni(NH3)2H3+N(CH2)3NH3+1402.离子交换膜：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. 3.气体分离膜气体分离膜构造：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==O141NNR=OO=O==O4. 4. 高吸水性和吸油性高分子材料（高吸水性和吸油性高分子材料（Super Absorbent Polymer,SAP)荒荒 漠漠 化化吸水原理：吸水原理：- =- = COO-+ = Na+; H3O+ +-+ +- -+ -+ -+ -+ -+ +- -+ -+ -------+溶液++ -+ -CH=CH2COOCH3CH=CH2OCOCH3[-CH-CH2]n-COOCH3-[CH-CH2]n-OCOCH3[-CH-CH2]n-COONa-[CH-CH2]n-OHCH2=CH-C6H4-R  + CH2=CH-C6H4-CH=CH2 + 交联剂二维二维也可用淀粉、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）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（对有一定性能材料表面进行标记（brand)、沉积（、沉积（deposited)、涂膜（、涂膜（coating)、、 接支处理使表面改性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表面处理表面处理 在高分子材料表面镀金属（如银、铜在高分子材料表面镀金属（如银、铜/镍）和喷涂耐老化涂料镍）和喷涂耐老化涂料（如漆、石蜡）作为保护层。

如漆、石蜡）作为保护层1 1）非带电表面）非带电表面界面活性剂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）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）1433 3）润滑表面）润滑表面聚乙烯毗咯烷酮在聚氯乙烯表面涂层11.11.光学制品材料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、密度、弹性率、热膨胀率、吸水性、表面硬度；                                        种类少，如 PMMA, PC, PS, TPX(4-methyl-1-pentene), etc加工方法：应用：相机镜头，电视发射投射透镜，光盘读取透镜，眼镜、隐形眼镜（聚甲基丙烯酸羟乙酯）等12.12.高分子畜电材料高分子畜电材料具有氧化具有氧化- -还原性质的高分子还原性质的高分子-[CH=CH]n-       (聚炔)S聚噻吩N聚吡咯N==N聚胺聚苯144SSSLi(dopant)SSSLi+DopingI2I – or Li+. .+ ++++++++++++I-充电：充电：++++++I-正极145高分子主要被应用与正极和电解质燃料电池高分子电解膜或固相高分子电解燃料塑胶装高分子：作为电解质提供氢离子通道和作为隔膜隔离两极气体Electro-optic Transition （电光转换）（电光转换）LB Films透明透明ITO电极电极玻璃玻璃Mg/Ag 电极电极电子转移层电子转移层LB膜发射层膜发射层空穴转移层空穴转移层平板彩色显示平板彩色显示ONC3H6SO3-ONC3H6SO3NaCH=C-CH=Et+PhPh二二[N-十六烷基十六烷基-8-羟基羟基-2-喹啉甲酰胺喹啉甲酰胺橡胶的发展橡胶的发展橡橡树树之之泪泪丑却受宠的合成橡胶现代生活中的高分子材料－橡胶现代生活中的高分子材料－橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶兼有橡胶和塑料的性能兼有橡胶和塑料的性能广泛用于制鞋、沥青改性、塑料改性和黏合剂行业等广泛用于制鞋、沥青改性、塑料改性和黏合剂行业等制制 鞋鞋改性沥青铺设路面改性沥青铺设路面耐磨、弹性、耐低温、耐热等耐磨、弹性、耐低温、耐热等轮胎外胎、输轮胎外胎、输 送送 带、胶管等带、胶管等丁顺橡胶丁顺橡胶─ [CH2 - CH = CH -CH2] n─丁基橡胶丁基橡胶异丁烯和少量异戊二烯异丁烯和少量异戊二烯气密性好、耐热、耐老化气密性好、耐热、耐老化做汽车内胎、探空气球、无内胎轮胎做汽车内胎、探空气球、无内胎轮胎6、丁晴橡胶、丁晴橡胶单体：单体：丁二烯、丙烯腈丁二烯、丙烯腈性能：性能：耐油性好耐油性好用途：用途：战斗机的防弹油箱、油管、垫圈等战斗机的防弹油箱、油管、垫圈等7、特种橡胶、特种橡胶应用：军工、宇航应用：军工、宇航聚氨树脂聚氨树脂介于塑料与橡胶之间的特种材料介于塑料与橡胶之间的特种材料特性：特性：人工心脏人工心脏高强度、耐磨、抗撕裂、绕高强度、耐磨、抗撕裂、绕曲性能好、耐油、良好的血曲性能好、耐油、良好的血液相容性液相容性应用：应用：工业、农业、军事、航空、医学等工业、农业、军事、航空、医学等•1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液，制得第一根人造纤维；•1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝；纤维的发展纤维的发展聚聚 四四 氟氟 乙乙 烯烯 的的 应应 用用智能高分子材料的一般分类及应用智能高分子材料的一般分类及应用智能高分子材料的一般分类及应用智能高分子材料的一般分类及应用类别性质应用记忆功能高分子材记忆功能高分子材料料对应力形状体积色泽等有记忆效应医用材料包装材料织物材料热收缩管智能纤维织物聚乙二醇与各种纤维共混物热适应性 可逆收缩性服装 保温系统传感/执行系统生物医用压力绷带智能高分子凝胶智能高分子凝胶三维高分子网络与溶剂组成的体系体积相转变组织培养环境工程化学机械系统调光材料智能药物释放体系智能高分子复合材料集成传感器、信息处理器和功能驱动器多学科交叉产物自愈合，自应变，自动修补混凝土减震速造建筑材料形状记忆合金与复合功能器件压电材料智能高分子膜选择性渗透、选择性吸附和分离等膜的组成、结构和形态的变化--智能化选择透过膜材传感膜材仿生膜材人工肺材料科学技术几个活跃领域材料科学技术几个活跃领域1．生物材料:包括生物医用材料和仿生材料。

2．智能材料:如压电陶瓷和形状记忆合金3．环境材料;     4 ．纳米材料5．功能高分子材料: 吸水性高分子、导电高分子、发光有机高分子、高分子形状记忆、高分子电解质、高分子压电、有机非线性光学材料、可降解高分子及高分子液晶等6．计算机模拟与材料设计: 通过计算机模拟来预测材料的结构、性能及其间的关系，从而达到材料设计，形成了一门“计算材料科学”。