聚合物材料改性技术作业
姓名：胡燕梅学号：12305112
1.论述形态学要素与聚合物/聚合物共混物性能的关系
从分散相和连续相的角度讨论共混物的形态学特征与性能的关系。从分散相的角度，主要考虑分散相粒径及粒径分布的影响；从连续相的角度，主要考虑分散相颗粒之间的基体层厚度的影响。此外，分散相颗粒的形貌对性能也有重要影响。
从分散相的角度探讨共混物形态与性能的关系分散相的平均粒径通常应控制在某一最佳值附近。在弹性体增韧塑料体系中，弹性体为分散相，塑料为连续相，弹性体颗粒起塑料增韧剂的作用。弹性体颗粒过大或过小都对增韧改性不利。而对于不同的塑料基体（连续相），由于增韧机理不同，也会对弹性体颗粒的粒径大小有不同的要求。除了平均粒径之外，粒径分布对共混物性能也有重要影响。如弹性体颗粒的粒径分布过宽，体系中存在许多过大或过小的弹性体颗粒，而过小的弹性体颗粒几乎不起增韧作用，过大的弹性体颗粒则会对共混物性能产生有害影响。也有研究结果发现，当一种塑料的增韧能够以两种不同机理实现，而两种机理对橡胶粒径有不同要求的情况下，橡胶颗粒的粒径可以设法制备成双峰分布，以满足不同增韧机理对橡胶粒径的需要，从而让两种增韧机理发挥作用。双峰分布的橡胶粒径一般是通过加入两种不同的橡胶而获得的。
从连续相的角度探讨共混物形态与性能的关系探讨弹性体颗粒之间的塑料基体层厚度（即分散相颗粒表面间距）对增韧作用的影响：当基体层厚度低于某一临界值，共混材料会实现脆-韧转变。塑料基体层的厚度，与弹性体（分散相）粒径的大小是密切相关的。在弹性体的添加量不变时，如果粒径减小，粒子数目相应增多，基体层的厚度就随之降低。而在分散相粒径不变时，分散相体积分数增大，基体层的厚度也会降低。在实际应用中，在共混物形态方面出现的问题往往是分散相粒径过大，以及粒径分布过宽。如何减小分散相粒径，以及控制其粒径分布，就成了共混改性中经常面临的重要问题。
分散相粒子形貌与性能的关系在SBS增韧PP共混体系中，当SBS分散相颗粒呈条状时，共混物具有较高的抗冲击性能。在PE/PA共混制备的阻隔材料中，分散相PA以层片状分布在PE基体中，共混物具有较好的阻隔性能。以液晶聚合物对其他聚合物进行增强，液晶聚合物在共混过程中原位生成纤维状结构，分布于基体聚合物中，发挥其增强作用。
2.讨论影响分散相粒子形貌的因素及形貌表征方法
影响分散相粒子形貌的因素：
分散机理的影响在实际的共混中，分散相破碎的过程可能会介于“液滴分裂机理”和
“细流线破裂机理”之间，而倾向于某一种机理。例如，对于倾向于细流线破裂机理的分散过程，通常是分散相先变形成为带状，带状的分散相再变细，成为细条，最后破裂成小颗粒。这种对于某一种机理的倾向性，就会影响分散相粒子的形貌。
流动场形式和加工工艺的影响对于以剪切流动为主的流动场形式，快速改变剪切力可以将分散相粒子变成条状；而与剪切流动相比，拉伸流动能更有效地将分散相粒子由液珠状拉伸为纤维状。在聚合物共混体系成型加工过程中，看通过调整某些加工工艺来促成分散相特殊形貌的形成。例如，聚合物成型过程中的拉伸工艺，可使分散相发生相应的变形。
熔体黏度的影响通常为获得具有条状、纤维状或层片状分散相形貌的共混物，应适当调控两相的黏度比。例如，制备具有阻隔作用的HDPE/PA6共混材料，需要分散相PA6以层片状的形态存在于连续相HDPE中。为获得PA6为呈片状形态的共混物，可在低于“等黏温度”的条件下共混，使PA6的熔体黏度高于HDPE。在这种情况下，由于连续相的熔体黏度低，而分散相PA6的熔体黏度高，分散相PA6易于被拉长，不易破碎成“液滴”，而以层片状的形态存在共混体系中。
分散相粒子形貌表征方法：
显微镜法，分为光学显微镜法和电子显微镜法；玻璃化转变法，测定聚合物共混物的力学松弛性能，特别是玻璃化转变的特性，从而确定其混溶程度和形态结构。
光学显微镜法最大放大倍数1000倍，主要用来观测相畴尺寸>1μm的形态结构。比如观测HIPS中橡胶颗粒的分散情况，形态，尺寸等，有两种观测方式：透射和反射，用透射光观察时，样品厚度一般不超过5μm。
电子显微镜法扫描电镜景深长，成像具有强烈的立体感，一般扫描电镜的分辨率仅为30nm。近几年研制的低压高分辨扫描电镜分辨率可达7nm。
玻璃化转变法聚合物共混物的玻璃化转变与各组分的玻璃化转变有关，还与其形态结构有密切关系。通过测定聚合物共混物的Tg可以推断界面层得结构特征。通过用差示扫描量热法（DSC）测定两组分（A、B）聚合物共混物的Tg，可能有以下几种情况：
测出3个Tg：Tga、Tgb、Tgc；其中Tga、Tgb分别对应于A、B的玻璃化转变温度，转变温度相当于纯组分的Tg而言，有明显相互靠近。Tgc是界面层显示的玻璃化温度。表面：界面层中具有相当厚度的区域，且具有恒定组成的混合相，两组分具有较好的相容性。
测出2个Tg：转变温度相当于纯组分而言，有明显相互靠近。说明两组分具有部分相容性。若分别对应于A、B的玻璃化转变温度，与纯组分的Tg相比基本相同。两组分的相容性不好。
测出1个Tg：说明两组分的相容性很好，可能形成了均相结构。测出共混物具有一个Tg，不能认为就具有均相结构。对于一些共混物的形态结构：如PS/PPO共混体系，用一般的方法研究都是均相结构，但从微观上讲，到底是不是均相结构？是否在2~4nm尺度上是均匀的？是否是完全分子水平上的均相共混物？这只能通过荧光光谱法来解决。
3.讨论影响聚合物共混物相容性的因素及其改善方法。
影响聚合物共混物相容性的因素：
受到分子链间作用力的制约，高分子共混的过程实际上是分子链间相互扩散的过程。内聚能密度是分子链间作用力大小的量度。但由于高分子不能气化而无法直接测定其内聚能密度，因而常用溶解度参数来表征分子链间作用力的大小。
分子内相互作用，与分子间作用一样是影响共混物相容性的重要因素。高分子的极性越接近，其相容性越好。极性越大，分子间作用力越大。由于光谱和量热分析表明，分子间作用力是高分子相容的重要因素，因此，极性高分子共混时相容性一般较好，如在一定AN范围内PVC/NBR、PVC/PCL，在一定V AC含量范围内PVC/EV A等；非（弱）极性高分子共混时相容性一般较差，如PB/IIR、NBR与乙丙橡胶（EPR)，PE/PP，EPR/PP，PS/PB，PS/PP等；极性/非极性高分子共混时一般不相容，如PVC/PB，PVC/PE，PVC/NR，PVC/PS，PC/PS，PA/PP等。但是也有例外，极性高分子共混时也会不相容，如PVC/CPE；非（弱）极性高分子共混时也会相容，如PS/PPO。
熔融共混物稳定性及分散度又由界面两相的表面张力决定，对于高分子，当两相的接触角为零时，其界面张力γ可用下式表示：共混组分的γ愈接近，两相间的浸润、接触和扩散愈号，界面结合愈好。完全相容或不相容体系的性能都不理想，最理想的是两相不相容但界面结合很好的多相体系，其性能显著超过单一组分的性能，而不是简单得平均值。
高分子结晶能力愈大，分子间的内聚力愈大。因此，共混组分的结晶能力愈相近，其相容性愈好。凡能使分子链间紧密而又规整排列的因素（包括构型和构象因素）皆有利于高分子结晶。在非晶态高分子共混时常有理想的混合行为，如PVC/NBR、PVD/EV A等；在晶态/非晶态（或晶态）高分子共混时，只有出现混晶对才相容，如PVC/PCL，PVDF与PMMA，PBT与PET，PA/PE，EPR/PE，iPP/PE等。
粘度对相容性的影响较大。由于高分子的粘度很大，具有动力学稳定性，因而共混物的相行为极为缓慢。在NR/IR中，二者的结构相同，但出于粘度相差悬殊而不相容。高分子的粘度愈相近，其相容性愈好。例如，NR/SBR中，两组分的门尼粘度愈接近时期微相结构愈小。
聚合物共混物相容性改善方法：
减小分子量，可增加相容性。分子量增加，体系粘度增大，也不利于相容的动力学过程进行。例如，减小PS分子量，可增加它在IR中的溶解度；酚醛树脂在硫化胶中的溶解也是如此。对于均聚物（如PS、PB、IR）与相应的接枝共聚物（PS-g-PB）或以嵌段共聚物（PS-b-IR）间的相容性，取决于均聚物和共聚物中相应嵌段的分子量大小：均聚物分子量较小时相容，否则不相容。
4.概述聚合物阻燃方法及阻燃机理。
聚合物阻燃方法
原理上，由于聚合物材料的燃烧特性与其组成和结构密切相关，因此，要解决聚合物的阻燃性问题，也可从组成和结构设计入手。事实上已经有像氟塑料、聚酰亚胺等具有高耐热性和阻燃特性的聚合物材料付诸实用。但是，大量实践证明，要在保留聚合物材料应用性能多样性的前提下解决聚合物的阻燃和抑烟抑毒问题，最简单、经济和富有实效的方法还是使用各种称为“阻燃剂”的添加剂。目前已开发出来的阻燃剂的种类很多，其具体的功能各不相同。但概括起来，它们都是通过一种或多种下列阻燃效应而起作用的：
吸热效应其作用是减慢聚合物材料的升温速度。
覆盖效应其作用是在较高温度下形成稳定的覆盖层，或分解生成泡沫状物质，覆盖于聚合物材料的表面，使聚合物材料因热分解而生成的可燃性气体难于逸出，并对材料起隔热和隔绝空气的作用。
稀释效应具有这种功能的阻燃剂在受热时可产生大量的不燃性气体，使聚合物材料分解产生的可燃性气体被稀释而达不到可燃的浓度范围，从而可阻止聚合物材料的发火燃烧。抑制效应(捕获自由基) 如前所述，聚合物的燃烧实质上是热分解产物的自由基链式反应，因此，在燃烧高温下的自由基捕获作用可以有效抑制聚合物的燃烧。
增强效应(协同效应) 有些添加剂单独使用时并不具有阻燃效果或效果很小，但当与其它阻燃剂并用时却能显著提高其阻燃效果，这种作用就称为增强或协同效应。
聚合物阻燃机理：
气相阻燃机理阻燃剂在热的作用下，能释放出活性气体，或生成微细粒子，中断燃烧链反应。另外阻燃剂也可在受热分解时产生不可燃气体（如水、CO2，氨气等）稀释可燃气体，并降低可燃气体温度，阻止燃烧。
凝聚相阻燃机理阻燃剂与材料间存在化学反应，且反应在低于材料热分解温度下发生，有脱水和交联两种主要的反应模式。阻燃剂燃烧后可在材料表面生成多孔保护碳层，该层具有难燃，隔热，隔氧的作用，又能阻止可燃气体进入燃烧气相，致使燃烧中断。
聚合物表面改性方法 摘要：本文综述了聚合物表面改性的多种方法，主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法，并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词：聚合物；表面改性；应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性，所以在化学和电子工业上广泛地应用，但由于难粘结，所以应用上受到局限。为了提高粘结性能，需对表面进行改性，化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由1mol 的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去，在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h，直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟，取出用丙酮洗涤，除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时，要求体系要密封，否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结，拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色，处理层厚低于4×10-5mm 时，电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化，材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化，此方法有三个缺点：一、处理件表面发黑，影响有色导线的着色；二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降，三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射，粘结性能降低，因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种，它们表面能低。如聚乙烯表面能只有31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性，有利于粘接，通常需对它们的表面进行改性，其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理，此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份，蒸馏水8份，浓硫酸100份，将聚乙烯或聚丙烯室温条件下在处理液中浸泡1~1.5h，66~71℃条件下浸泡1~5min，80~85℃处理几秒钟，此外还有过硫酸铵的氧化处理液[3]。其配方为硫酸铵60~120g，硫酸银(促进剂)0.6g，蒸馏水1000ml，将聚乙烯室温条件下处理20min，70℃处理5min，当用来处理聚丙烯时，处理温度和时间都需增加一些，70℃lh，90℃10min，其中促进剂硫酸银效果不明显，可以去掉，但此处理液有效期短，通常只有lh。这两种处理方法，效果都不错。 1.3聚醚型聚氨酯 Wrobleski D. A.等[4]对聚醚型聚氨酯Tecoflex以化学浸渍和接枝聚合进行表面改性。且用Wilhelmy平衡技术测定接触角，结果表明，经聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和PEG化学浸渍修饰表面，以及用VPHEMA对2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸及其钠盐(AMPS和NaAMPS)光引发表面接枝。其表面能增大，表面更加亲水。化学浸溃使前进和后退接触角降低20和30~40
聚合物表面改性方法综述 连建伟 （中国林业科学研究院林产化学工业研究所） 摘要：本文综述了聚合物表面改性的多种方法，主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法，并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词：聚合物；表面改性；应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性，所以在化学和电子工业上广泛地应用，但由于难粘结，所以应用上受到局限。为了提高粘结性能，需对表面进行改性，化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由 1mol的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去，在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h，直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟，取出用丙酮洗涤，除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时，要求体系要密封，否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结，拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色，处理层厚低于4×10-5mm 时，电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化，材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化，此方法有三个缺点：一、处理件表面发黑，影响有色导线的着色；二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降，三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射，粘结性能降低，因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种，它们表面能低。如聚乙烯表面能只有 31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性，有利于粘接，通常需对它们的表面进行改性，其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理，此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份，蒸馏水8份，浓
．１２８． ．化Ｔ新型材料第４１卷 ＝＝。 成及其重金属吸附性能口］．无机化学学报，２０１１，２７（７０）：１２７１一图３氨基介孔凝胶材料图４不同氨基改性凝胶材料１２７６． Ｎ－０．２的ＴＥＭ照片对金属离子的去除率［８］ＺｈａｉＳｈａＤｇｎｌ，ＺｈａｉＢｉｎ，ＡｎＱｉｎｇｄａ．［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌ－ＧｅｌＳｅｉ? １仕臻’ｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，５９：４８叫８７? Ｊ当日Ｆ匕［９］薛晓明，张晶，李风亭．［Ｊ］．山西能源与节能，２０１０，６：８３—８６．采用ＰＭＨＳ、ＡＥＰＳ和ＴＥＯＳ作为反应组分，通过溶胶－凝收ｌｌｅｉＪｌ：２０１２—０２—１２（上接第１１９页）３１＇２—３１７． 没有被破坏，所含表面活性剂成分仅占总质量的６％，且易于［８］ｒａｎｇＤ，ＧｕｏＧＱ，ＨｕＪＨ，ＷａｎｇＣｃ，ＪｉａｎｇＤＬＨｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ分散于水中。ＳＤＢＳ处理的ＭＷＮＴｓ在分散液中主要以２～５ ‘‘ｅａ仃ｎ∞‘‘ｏｐｒｅｐａｒｅｈｙｄｒｏｘｙｌｇｒｏｕｐｍｏｄｉｆｉｅｄｍｕｌ‘卜ｗａＩｌｅｄｃａ。一 根组合团簇形式存在，经过长时间静置后分散液的浓度保持，，ｂｏｎ ｍｎｏ‘ｕｂｅｓ［Ｊ］．ＪＭ８‘ｅｒｃｈ咖，２００８，１８（３）：３５０一３５４? 主竺：麦矍支竺竺芝要竺兰竺翌竺羔竺ｉ茔量．竺篓竺兰，且操ｐ３ｄＳｔａ∞ｒＡ。ｙ脚；Ｓｔ，ｏＷｄｄａ。ｒｐｔｐＪ甜Ｆ。，啦Ｓｔｅ。¨ｕｅ树ｒｍａ。甜ｎＤ瞰．Ｐｂｒ∞ｅｐａｎｒ锄。ａｔｉｏ。ｎ曲ａ。ｎ。ｄ口ｐ，ｒ．ｏＡｐｅ埏ｒｔ品ｉｅｓ作方法简单实用，有利于碳纳米管在工业中的广泛应用。：磊。三二，；磊ｉ二磊ｊ‘：１荔ｉ：：荔：．…………一“’～一” 参考文献［１０］Ｏ’ＣｏｎｎｅｌｌＭＪ’Ｂｏ．ｕｌＰ，ＥｒｉｃｓｏｎＬＭ，ｅｔａｌ－Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｗａｔｅｒ－ ［１］ｎｉｉｍａ＆Ｈｅｌｉｃａｌｍｉｃｒｏｔｕｂｕｈｓ。ｆｇｒａｐｈｉｔｉｃｃａｒｂｏｎ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ， ｗｒａｐｐｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｅｍＰｈｙｓＬｅｆｔ，２００１，３４２：２６５—２７１．１９９１，３５４：５６—５８?［１１］ＩｓｌａｍＭＦ，Ｒｏｉａｓ Ｅ，ＢｅｒｇｅｙＤ ＭＨｉｇｈｗｅｉｇｈｔｆｒａｃｔｉｏｎｓｕｒｆａｃ．［２］ＧａｏＬｉａｎ’ＬｉｕＹａｎｇｑｉａｏ．Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎａｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆ ｔａｎｔｓｏｌｕｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｌｇｌｅ－ｗａｌｌｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｉｎ、阳ｔｅｒ［Ｊ］．ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．ＪＣｈｉｎＣｅｒａｍＳｏｃ，２００５，２４（５）：１１４—１１９．ＮａｎｏＬｅｔｔ，２００３，３（２）：２６９—２７３． ［３］ＬｉｕＪ，ＲｉｎｚｌｅｒＡＧ，ＧａｉＨＪ，ｅｔａＬＦｕｌｌｅｒｅｎｅｐｉｐｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，［１２］Ｊｉｍ，ｇＬＱ，ＧａｏＬ，Ｓ∞Ｊ．Ｐｒｏｄｕｅｔｉｍａｏｆａｑｕ鲫ｌｓｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ １９９８，２８０：１２５３—１２５６．ｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ－］．ＪＣｏｌｌｏｉｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉ，２００３，２６０：８９－９４． ［４］ＣｈｅｒｔＪ，ＨａｍｏｎＭＡ，ＨｕＨ＇ｅｔａＬＳｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅ－［１３］ＷａｎｇＤ，ＪｉＷＸ，ＬｉｚＣ，ＣｈｅｎＬＡｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｐｏｌｙｓｏａｐｆｏｒｓｉｎ． ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，２８２：９５—９８． ｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ触ｎＯｔｕｂｅｓｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ［Ｊ］．ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃ，［５］ＭｉｃｋｅｌｓｏｎＥＴ?ＨｕｆｆｍａｎＣＢ，ｒｉｍｌｅｒＡＧ，ｅｔａ１．Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｉｏｎｏｆ２００６，１２８：６５５６—６５５７． ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍＰｈｙｓＬｅｔｔ，１９９８，２９６：［１４］ＺｈａｎｇＣ，ＲｅｎＬＬ，ＷａｎｇＸＹ，ＬｉｕＴＸＧｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ１８８－１９４．ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｐｒｉｓｔｉｎｅｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｉｎａｑｕｅｏｕｓ［６］ＧｅｏｒｇａｋｉｌａｓＶ，ＫｏｒｄａｔｏｓＫ，ＰｒａｔｏＭ，ｅｔａ１．Ｏｒｇａｎｉｃｆｕｎｅｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｄｉａｌ－Ｊ］．ＪＰｈｙｓＣｈｅｍＣ，２０１０，１１４：１１４３５－１１４４０．ｏｆｃａｒｂｏｎｎａＩ吼ｕｂｅｓ［Ｊ］．ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃ，２００２，１２４：７６０－７６１．［１５］ＧａｏＹｕｎ，Ｌｉｌ．ａｎｍ，ｕｎ，ＴａｎＰｉｎｇｈｅｎｇ，ＬｉｕＬｕｑｉ，丑如ｇ２ｈｏｎ吕Ａｐｐｌｉ－［７］ＣｈｅｎＳ，ＳｈｅｎＷ，ＷｕＧ，ＣｈｅｎＤ，ＪｉａｎｇＭＡｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｔＯｃａｔｉｏｎｏｆｍ咖ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｉｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ－ｂａｓｅｄｐｏｌｙｍ盯ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗｉｔｈｃ【Ⅱｎｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＳｄＢｕｌｌ，２０１０，５５（２２）：２１６５—２１７６． ｂｏｔｈａｌｋｙｌａｎｄＣａｒｂｏｘｙｌｇｒｏｕｐｓＤ］．ＣｈｅｍＰｈｙｓＬｅｔｔ，２００５，４０２：收稿日期：２０１２－０３—２５
表面改性技术在陶瓷材料中的应用 引言: 材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段,材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。传统的表面改性技术,方法有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。随着人们对材料表面重要性认识的提高,在传统的表面改性技术和方法的基础上,研究了许多用于改善材料表面性能的技术,主要包括两个方面:利用激光束或离子束的高能量在短时间内加热和熔化表面区域,从而形成一些异常的亚稳表面;离子注入或离子束混合技术把原子直接引进表面层中。陶瓷材料多具有离子键和共价键结构,键能高,原子间结合力强,表面自由能低,原子间距小,堆积致密,无自由电子运动。这些特性赋予了陶瓷材料高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热性能、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明的特性。但陶瓷材料同样具有一些致命的弱点,如:塑性变形差,抗热震和抗疲劳性能差,对应力集中和裂纹敏感、质脆以及在高温环境中其强度、抗氧化性能等明显降低等。 正文: 一、陶瓷材料表面改性技术的应用 1.不同添加剂对陶瓷材料性能的影响。 由于陶瓷材料的耐高温特性经常被应用到高温环境中,特别是高温结构 陶瓷,其高温抗氧化性受到人们的关注。Si 3N 4 是一种强共价结合陶瓷,具有高 硬度、高强度、耐磨和耐腐蚀性好的性能。但是没有添加剂的Si 3N 4 几乎不 能烧结,陶瓷材料的高温强度强烈地受材料组成和显微结构的影响,而材料的显微结构特别是晶界相组成是受添加剂影响的,晶界相的组成对高温力学性能的影响极其敏感。对致密氮化硅而言,坯体中的物质传递对材料的氧化起着决定性作用,一般认为,在测试条件下,具有抛物线规律的氮化硅材料,其决定氧化的主要因素取决于晶界的添加剂离子和杂质离子的扩散速率,不同的添加剂对氮化硅陶瓷的氧化行为影响有所不同[1,2,3]。 2．离子注入技术。 离子注入就是用离子化粒子,经过加速和分离的高能量离子束作用于材料表面,使之产生一定厚度的注入层而改变其表面特性。可根据需要选择要注入的元素,并根据工艺条件控制注入元素的浓度分布和注入深度,形成所需要的过饱和固溶体、亚稳相和各种平衡相,以及一般冶金方法无法得到的合金相或金属间化合物,可直接获得马氏体硬化表面,得到所需要的表面结构和性能由于形成的改性表面不受热力学条件的限制(相平衡、固溶度),所以具有独特的优点。离子注入表面处理技术有:金属蒸汽真空弧离子源离子注入,等离子源注入等。在相同的条件下,重离子比轻离子有更强烈的辐射硬化,因此其对抗弯强度的增加更显著;由于单晶的表面缺陷少所以增加效果 更好]7,6[。
聚合物材料表面改性技术的最新研究进展 摘要:经过表面改性后的聚合物材料，其电学性能、力学性能等都会得到较大的提高，因而在生产生活中拥有非常广泛的应用。多种表面改性技术被用来对聚合物的表面性质进行修饰。本文介绍了各种表面改性技术的的研究进展，并比较了各种表面改性技术的改性机理和改性效果,最后对工业化应用中需要克服的问题和研究方向也作了展望。 关键词:聚合物材料；表面改性；改性机理；改性效果；工业化应用 Abstract:After the surface modification of polymer materials, its electrical properties, mechanical properties and so on will have a larger improvement, and therefore has a very extensive application in the production and living.A variety of surface modification techniques are used to modify the surface properties of polymer.This paper introduces the research progress of all kinds of surface modification techniques, and compares the mechanism and the effect of various kinds of surface modification techniques.Finally, the problems in the industrial application which need to be overcome and research direction are also discussed. Keyboards:Polymer Materials; Surface Modification; Modification Mechanism; Modification Effect; Industrial Application 0.引言 聚合物材料具有质量轻便、价格便宜、绝缘性好、易于加工成型等诸多优点，在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用, 但是由于聚合物表面的一些性质如亲水性和耐磨损性较差, 限制了这些材料的进一步应用。为了改善聚合物材料的表面性质, 需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下, 在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作, 赋予材料表面某些全新的性质, 如亲水性、耐磨性、抗刮伤性等。 1.聚合物表面改性技术概述 聚合物表面改性方法很多, 大体可以分为两类：化学改性法和物理改性法。化学改性方法主要有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、离子注入法等。物理改性包括离子束辐照法和准分子激光刻蚀法, 还有近年来发展起来的原子力显微探针震荡法，这种改性方法不发生化学反应。本文将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法及其改性机理和改性效果。 2.化学改性法 2.1溶液处理方法 2.1.1溶液氧化法 溶液氧化法是一种应用时间较长的处理方法, 由于其简便易行, 可以处理形状复杂的部件, 且条件易于控制, 一直受到广泛关注。溶液氧化法对聚合物表面改性影响较大的因素主要是化学氧化剂的种类及配方、处理时间、处理温度。
材料表面改性方法 材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。现代材料表面改性技术就是应用物理、化学、电子学、机械学、材料学的知识,对产品或材料进行处理，赋予材料表面减磨、耐磨、耐蚀、耐热、隔热、抗氧化、防辐射以及声光电磁热等特殊功能的技术。 分类： 1、传统的表面改性技术： 表面热处理：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。 表面渗碳：面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火\回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能. 2、60年代以来：传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热 高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过金属材质时，使锅炉体本身自行高速发热，然后再加热物质，并且能在短时间内达到令人满意的温度。 3、70年代以来： 化学镀：是指在不用外加电流的情况下,在同一溶液中使用还原剂使金属离子在具有催化活性的表面上沉积出金属镀层的方法。 4、近30年来： 热喷涂：热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备
零、绪论 聚合物改性的定义：通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类高分子聚合物共混，或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、嵌段、交联，或将上述方法联用，以达到使材料的成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善，或使材料仅在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果，统称为聚合物改性。 聚合物改性的目的： 所谓的聚合物改性，突出在一个改字。改就是要扬长补短，要发扬和保留聚合物原有的优势，抑制和克服聚合物原有的缺点，并根据实际需要赋予聚合物新的性能。 聚合物改性的三个主要目的： ①克服聚合物原有的缺点，赋予聚合物某些高新的性能与功能 ②改善聚合物的加工工艺性能 ③降低材料的生产成本 总之，聚合物改性就是要在聚合物的使用性能、加工性能与生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。 聚合物改性的意义： 1.新品种的开发越来越困难（已开发的品种数以万计，工业化的三百余种。资源限制、开发费用、环境污染） 2.使用性能的多样化、复杂化，要求材料有多种性能及功能，单一聚合物难以实现。 3.聚合物改性科学应运而生——获取新性能聚合物的简洁而有效的方法。 聚合物改性的主要方法： 共混改性；填充改性；纤维增强复合材料；化学改性；表面改性 聚合物改性发展概况 几个重要的里程碑事件： 1942年，采用机械熔融共混法将NBR掺和于PVC之中，制成了分散均匀的共混物。这是第一个实现了工业化生产的聚合物共混物。 1948年，HIPS 1948年，机械共混法ABS问世，聚合物共混工艺获得重大进展。 二者可称为高分子合金系统研究开发的起点。 1942年，制成了苯乙烯和丁二烯的互穿聚合物网络（IPN），商品名为“Styralloy”,首先使用了聚合物合金这一名称。1960年，建立了IPN的概念，开始了一类新型聚合物共混物的发展。IPN已成为共混与复合领域一个独立的重要分支。 1965年，Kato研究成功OsO4电镜染色技术，使得可用透射电镜直接观察到共混物的形态，这一实验技术大大促进了聚合物改性科学理论和实践的发展，堪称聚合物发展史上重要的里程碑。1965年，热塑弹性体SBS、SIS问世，并用相畴（domain）理论加以解释。制得了在室温下具有橡胶的高弹性，塑料加工温度下可进行加工的新型材料，聚合物改性理论也获得重要进展。 一、共混 1．共混改性：①化学共混、物理共混、物理化学共混 物理共混（blend）就是通常意义上的“混合”，简单的机械共混； 物理/化学共混（就是通常所称的反应共混）是在物理共混的过程中兼有化学反应，可附属于物理共混； 化学共混则包括了接枝、嵌段共聚及聚合物互穿网络（IPN）等，已超出通常意义上的“混合”的范畴，而应列入聚合物化学改性的领域了。 ②根据物料形态分类：熔融共混、溶液共混、乳液共混 熔融共混是将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混。优点：①原料准备操作简单。②熔融时，扩散对流作用激化，强剪切分散作用，相畴较小。③强剪切及热的作用下，产生一定数量的接枝或嵌段共聚物，促进体系相容性。 溶液共混是将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。 乳液共混是将两种或两种以上的聚合物乳液进行共混的方法。
聚合物改性混凝土研究进展 摘要：介绍了聚合物改性混凝土的种类、改性机理和研究现状，并对其应用前景作了展望。和普通混凝土相比，聚合物改性混凝土有良好的性能：高的抗折、抗拉强度、好的柔韧性，高的密实度和抗渗性等，当前聚合物改性混凝土主要有 3 种, 即: 聚合物浸渍混凝土, 聚合物混凝土, 聚合物改性混凝土。聚合物改性混凝土学科的发展前景广阔。 关键词：聚合物改性混凝土；种类；改性机理；研究现状；前景 0 引言 聚合物改性混凝土是指一类聚合物与混凝土复合的材料，是用有机高分子材料来代替或改善水泥胶凝材料所得到的高强、高质混凝土。聚合物改性混凝土的发展已有多年历史，并得到了越来越广泛的应用。目前，聚合物改性混凝土的性能已经得到广泛认可。普通混凝土虽然抗压强度高，但也存在着较多缺点，比如抗拉和抗折强度较低，干燥收缩大，脆性大。在水泥混凝土中加入少量有机高分子聚合物，可以使混凝土获得高密实度，改变混凝土的脆性，拓宽了混凝土的使用领域，能带来较大的社会效益及经济效益[1]。 1 聚合物改性混凝土的分类 聚合物改性混凝土按照制备方式，可分为聚合物浸渍水泥混凝土（PIC），聚合物胶结混凝土（PC）和聚合物水泥混凝土（PCC）三种。 1.1 聚合物浸渍混凝土 聚合物浸渍混凝土（PIC）是将已经水化的混凝土用聚合物单体浸渍, 随后单体在混凝土内部进行聚合生成的复合材料。聚合物浸渍混凝土有良好的力学性能、耐久性及侵蚀能力。用于浸渍混凝土的聚合物单体主要有丙烯酸或甲基丙烯酸酯、苯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯腈等。这种混凝土适用于要求高强度、高耐久性的特殊构件，特别适用于输运液体的有筋管、无筋管、坑道等。聚合物浸渍混凝土因其实际操作和催化复杂，目前多用于重要工程。国外已用于耐高压的容器，如原子反应堆、液化天然气贮罐等。 1.2 聚合物胶结混凝土 聚合物胶结混凝土（PC）是以聚合物为唯一胶结材料的混凝土，又称之为树脂混凝土。大部分情况下是把聚合物单体与骨料拌和，把骨料结合在一起，形成整体。聚合物混凝土所用的聚合物主要有环氧树脂、甲基丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、沥青等，混凝土的胶结完全靠聚合物，聚合物的用量约占混凝土重量的8%左右，这种混凝土具有高强、耐腐蚀等优点，但目前成本较高，工艺复杂, 经济适用性和工程实用性均很差[2]，只能用于特殊工程（如耐腐蚀工程）。 1.3 聚合物水泥混凝土 聚合物水泥混凝土（PCC）是将水泥和骨料混合后，与分散在水中或者可以在水中分散的有机聚合物材料结合所生成的复合材料。制备的方式主要有两种：一是先将聚合物用水分散后，以乳液或聚合物水溶液的形式加入，聚合物胶乳在混凝土水化过程中影响混凝土水化过程及混凝土的结构，从而对水泥砂浆或混凝土的性能起到改善作用。另一种是先将聚合物与水泥或其他分散介质进行预分散，以干拌砂浆的形式使用。混合料与水拌和时，聚合物遇水变为乳液，在混凝土凝结硬化过程中，乳液脱水，形成聚合物固体结构[3]。此外，聚合物还可以纤维或者纤维增强塑料的形式，或者起外加剂的作用在混凝土中获得了应用。聚合物水泥混凝土由于操作简单，改性效果明显，成本较低（相当其他两种聚合物混凝土成本的1/10），因而在实际应用中得到了广泛的应用。 2 聚合物对水泥混凝土的改性机理 国内外用于水泥混凝土改性的聚合物品种繁多，但基本上是三种类型：即乳液（乳胶、分散体）、液体树脂和水溶性聚合物。其中乳胶是使用最广的，主要分为三类： 1)橡胶乳液类。主要有天然乳胶(NR)、丁苯乳胶(SBR)和氯丁乳胶(CR) 甲基丙烯酸甲脂
材料改性
浅谈表面改性 摘要：本文主要总结了各种材料的改性及改性剂对其的影响，其中还涉及到各种改性方法及对材料改性的展望。 关键字：表面改性纳米金属 1 引言 表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能，如亲水性、生物相容性、抗静电性能、染色性能等。表面改性的方法有很多报道，大体上可以归结为:表面化学反应法、表面接枝法、表面复合化法等。 表面改性技术(surface modified technique) 则是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。 2表面改性对不同材料性能的影响 2.1 对SF/PP复合材料性能的影响 剑麻纤维（SF）因具有较高的比强度和比模量而成为树脂基体较好的天然纤维增强材料，适用于制备成本低、比模量高和耐冲击的纤维/树脂复合材料。国内常用马来酸酐接枝聚丙烯或有机硅烷为界面相容剂，来提高SF/PP复合材料的力学性能，表面改性可以提高纤维与PP基体的黏合性。使SF/PP复合材料的力学性能和流动性能提高，吸水率下降【1】。 2.2对羟基磷灰石蛋白吸附的影响 羟基磷灰石因为与人体骨组织中的无机组分相近而被广泛应用于有机/ 无机复合物中。但是, HAP 表面具有亲水性, 大多数应用于骨修复的有机材料具有疏水性, 两者的极性差异导致了界面相容性下降, 进而降低复合物的力学性能。克服这一困难最常用的方法
苏州大学本科生考试答卷封面 考试科目：聚合物的合成与改性技术____授课教师: 院别：材料与化学化工学院专业： 学生姓名：学号： 考试日期：2012 年6 月15日
聚合物改性的主要方法 内容摘要：鉴于本学期也同时在学习精细化工产品的合成与应用，而且我发现精细化工产品的合成大多是在聚合物合成与改性技术的指导下完成的，聚合物的改性方法是在精细化工产品合成中被运用得最为广泛的理论基础。因此，我要结合精细化工产品中的船舶涂料来简单地阐述我对聚合物改性的主要方法在实际生活中具体应用的看法，着重揭示聚合物改性方法对人类生活、社会发展的巨大意义。 关键词：聚合物改性的主要方法船舶涂料应用 一、聚合物改性的方法分类及其概念 （1）共混改性 1、聚合物共混的本意是指两种或者两种以上聚合物经混合，制成宏观均匀的 材料的过程。 2、从广义上分类，共混包括：物理共混，也就是通常意义上的混合；化学共 混，如聚合物互穿网络；物理化学共混，在物理共混过程中发生一些化学反应。 3、共混的操作仪器：捏合机、静态混合器、滚筒磨、密炼机、挤出机。 4、共混的应用领域：聚合物的增韧改性、增强耐高温聚合物的流动性、将特 性聚合物和廉价聚合物混合降低成本。 （2）填充改性 1、定义：这个方法一般是塑料成型加工过程中加入无机或者有机填料的过 程。 2、填充改性的应用：质量、机械性能、热变形温度、成型加工性能等的改 性。 （3）化学改性 1、化学改性包括：嵌段共聚、接枝共聚、交联、互穿聚合物网络等。 2、应用：交联橡胶、热塑性弹性体（嵌段共聚）等。 （4）表面改性 1、包括：化学、电学、光学、热学和力学等性能的改善。 2、应用：印刷、粘合、涂装、染色、电镀、防雾。 二、聚合物改性在精细化工产品合成过程中的实际应用（以船舶涂料为例） 主要合成树脂涂料有：醇酸树脂涂料、氨基树脂涂料、环氧树脂涂料、酚醛树脂涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸树脂涂料、聚氨树脂涂料、乙烯树脂涂料、橡胶涂料等等。以上所举出的树脂分别都有属于自己的优良特性。比如聚氯乙烯就是通过聚乙烯氯化得到的，聚氯乙烯与聚乙烯相比，它具有很好的防紫外线的功能，可以用作船舶的防腐漆。再如醇酸树脂，它作为涂料时的涂层具有良好的柔韧性，附着力和机械强度好；耐有机溶剂；耐热，耐久性好，不易老化；价格便宜。但是也存在着一些缺陷使得合成产品并非完美，其由于带有极性基团酯基，所以耐水性、防潮性、耐碱性欠差。所以我们必须利用一些聚合物改性方法，在醇酸树脂中加入脂肪酸、多元醇、酚醛树脂、多异氰酸酯等改性剂使其发生化学反应来制成新型醇酸树脂，改善原来的醇酸树脂性能，使得醇酸树脂涂料能够在更多的领域得到更好地运用。在实际应用中，与建筑材料不同的船舶需要长期处于海洋环境中，海水对金属的腐蚀比在大陆环境中大气、水分对物质的腐蚀更加严重，因此要船舶能够在海洋这样苛刻的高强度的电化学腐蚀环境中保持正常的工作
表面改性技术综述 表面改性是指采用某种工艺和手段使材料获得与其基体材料的组织结构性能不同的一种技术。材料经过改性处理之后，既能发挥材料基体的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能，如耐磨，耐腐蚀，耐高温，合适的射线吸收等。 金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途, 其种类繁多。除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外, 近些年还快速发展了激光、电子和离子等高能束表面处理技术。今后, 随着物理学、材料学等相关学科的迅速发展, 还将不断涌现出新的表面改性技术。尤其是复合表面技术的发展, 有可能获得意想不到的效果。金属表面改性技术的飞速发展和不断创新, 将进一步推动其在工农业生产中的应用, 带来显著的经济效益。 传统的表面改性技术有：表面形变强化、表面热处理、表面化学热处理、离子束表面扩渗处理、高能束表面处理、离子注入表面改性等。 1、喷丸强化 喷丸处理是在受喷材料再结晶温度以下进行的一种冷加工方法, 是将弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成的。喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸成型、喷丸校正、喷丸强化等方面。喷丸强化又称受控喷丸, 不同于一般的喷丸工艺, 要求喷丸过程中严格控制工艺参数, 使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力场, 从而大幅度提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。实施喷丸时, 弹丸由专用的喷丸机籍助压缩空气、高压水流或叶轮, 高速射向零件受喷部位。常用弹丸有球形铸铁丸、铸钢丸和其它非金属材料制成的弹丸。喷丸强化的效果用喷丸强度来表示, 与弹丸种类和形状、碰撞速度和密度、喷射方位和距离、喷丸时间等因素有关。表面喷丸提高金属材料疲劳强度的机理比较复杂, 涉及到塑性变形层(通常为011～018mm 厚) 的组织结构变化(如位错密度、亚晶粒尺寸) 和残余应力的变化。因此, 只有合理控制表面变形层内的变化, 才可能获得预期的喷丸强化效果。 早在20 世纪20 年代, 喷丸强化就应用于汽车工业。目前已成为机械制造等工业部门的一种重要的表面技术, 应用广泛。涉及的材料除普通钢外,还有高强度钢和各种有色金属; 涉及的零件类型有弹簧、轴、齿轮、连杆、叶片、涡轮盘和飞机起落架组成件等。 2、传统表面热处理改性 传统的表面热处理技术可分为表面淬火和化学热处理两大类。它主要用来提高钢件的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限。在机械设备中, 许多零件(如齿轮轴、活塞销、曲轴等) 是在冲击载荷及表面磨损条件下工作的。这类零件表面应具有高的硬度和耐磨性, 而心部应具有足够的塑性和韧性。因此, 为满足其使用性能要求, 应进行表面热处理。 ○1表面淬火 表面淬火是把零件的表层迅速加热到淬火温度后快冷, 使零件表面层获得淬火马氏体而心部仍保持未淬火状态的一种淬火方法。表面淬火的目的是使零件获得高硬度的表层, 以提高工件的耐磨性和疲劳性能, 而心部仍具有较好的韧性。其设备简单、方法简便, 广泛用于钢铁零件。根据加热方法的不同, 可分之为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。火焰加热表面淬火的淬透层一般为2 -6mm。其特点是设备简单, 但加热温度高及淬硬层不易控制, 淬火质量不稳定, 使用上有局限性。感应加热表面淬火的特点是: 加热速度快, 零件变形小, 生产效率高, 淬火后表面能获得优良的机械性能; 淬透层易控制, 淬火操作易实现机械化。但设备较贵, 形状复杂零件的感应器不易制造, 不宜单件生产。 ○2化学热处理 化学热处理是将金属零件放在某种介质中加热、保温、冷却, 使介质中的某些元素渗入
湖北科技学院“辐射化学与功能材料实验室”简介 概述 辐射化学属于核科学与技术学科和核技术及应用领域，涉及核科学与技术、材料、化学、生物学、能源等多个学科，已成为研制各种性能优异的新材料或对原有材料进行改性的有效手段之一。它的快速发展已成为推进国民经济新技术、新材料、新工艺、新方法不断取得创新发展的动力之一。建好“辐射化学与功能材料湖北省重点实验室”将填补我省目前尚无核技术及应用专门研发机构的空白；有利于核技术及应用产业的新技术研发，为产业发展提供技术支持；有利于核技术及应用产业所急需的高层次人才的培养，为产业发展提供智力支撑；有利 材料辐射改性技术，研制出系列具有广泛应用价值的新型功能材料，培养一批高
层次辐射化学与功能材料开发领域的研究人才，形成一支高水平的核技术应用研究队伍，建设一流的核科学与技术学科，为湖北省经济和社会的发展作出贡献。 中心（实验室）大楼奠基典礼副省长郭生练来实验室指导工作咸宁市委书记李建明来实验室调研省委组织部副部长李建红来实验室考察 一、研究方向 本实验室瞄准学科发展前沿，以辐射技术在新材料、新产品、新工艺的辐射机制和技术开发为研究重点，长期开展功能材料的辐射效应、机制等基础研究，产品的应用研发，辐射技术在环保领域的处理工艺等研究，凝练并形成了以下有特色的三个相对稳定的研究方向：辐射化学反应过程和辐射效应基础研究、辐射技术在功能材料中的应用、辐射技术在线开发与辐射监测。 辐射化学专家来加速器车间参观研究人员介绍辐射接枝放大工艺 二、研究基础 获各级各类资助经费近6000万元，其中，湖北省“2011计划”4000万元、中央财政支持地方高校专项资金1000万元、国家自然科学基金约300万元；申请省市级科研30余项, 国家专利14项，已转化3项，发表SCI 论文100多篇（其中影响因子5.0以上29篇），获得湖北省自然科学奖3项。 三、研究团队 本实验室拥有高水平研究团队，总人数52人，固定研究人员42人，其中固定人员80.7 %，高级职称65.3 %；具有博士学位的科研人员27人、硕士学位的科研人员22人，具有硕士以上学历科研人员94.2 %。享受国务院特殊津贴专家
1.表面技术概念：广义：是直接与各种表面现象或过程有关的，是能为人类造福或被人类利用的技术；通过物理、化学或机械以及复合方法，使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而赋予表面与基体不同的性能； 通过物理、化学或机械以及复合方法，使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而赋予表面与基体不同的性能； 2.按照作用原理分类（matton分类）： （1）原子沉积：以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度沉积在基体表面上，如电镀，化学镀，PVD，CVD等； （2）颗粒沉积：以宏观尺度形态在基体上形成覆盖层，如热喷涂，冷喷涂，或搪瓷涂层；（3）整体覆盖：沉积材料同一时间整体涂覆在基体上，如热浸镀，涂装，堆焊和包箔等；（4）表面改性：用物理、化学、机械等方法改变材料表面形貌，化学成分，组织结构和应力状态灯，如喷丸，喷砂，化学热处理； 3.基体表面预处理： 概念：用物理、化学方法除去基体表面的油污，氧化皮及其它污染物，使基体表面呈现出一定的粗糙度和清洁度； 前处理包括：（1）表面整平：使表面平整，光滑，达到要求的粗糙度，抛光，磨光，滚光；（2）除油（脱脂）：有机除油，化学法，电化学法； （3）除锈（酸洗）：化学、电化学； （4）弱腐蚀（活化）：电镀、化学镀，除去表面钝化膜，露出新鲜晶格组织稀酸稀碱中处理； 4.喷砂：定义：利用压缩空气把磨料高速喷到零件表面，对其清理的方法。钢砂，石英砂，氧化铝，碳化硅； 应用范围：（1）可清除热处理件（锻件、铸件）表面氧化皮，型砂； （2）可除去工件表面毛刺，锈蚀，油污； （3）对于不宜用酸洗除氧化皮工件，可用喷砂代替； （4）对于某些表面技术，如热喷涂，涂装，可用喷砂产生一定粗糙度，产生“锚固效应”；喷丸：与喷砂原理和设备类似，只是采用的磨料不同， 应用范围：①是零件产生压应力，从而提高零件的疲劳强度和抗应力及抗腐蚀能力。②代替一般冷热成型工艺，可对大型薄壁铝制零件进行成型加工，这样可避免零件表面残留的张应力而形成有利的压应力。③对扭曲的薄壁零件进行校正，经喷丸后的零件使用温度不能太高，以防消除喷丸产生的压应力，使用温度范围因材料而定，一般钢铁件为260-290℃，铝零件为170℃。 5.覆盖能力：使工件最凹处沉积上金属的能力； 均镀（分散）能力：使金属镀层厚度均匀分布的能力； 分散能力好，深度能力肯定好；深度能力好，均镀能力不一定好； 电流效率：电极上实际析出（溶解）物质的质量与理论计算得到的析出（溶解）物质的质量的比； 6.电镀：指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法； 使电镀分散能力强措施：工件形状越简单越好，加入络合剂，提高溶液导电性，加入导电盐，离阳极距离远一些，可以使镀层分散能力更好； 7.阴极极化：当电流通过电极时，电极电位会偏离平衡电极电位，随电流密度增加电极电位不断变负，即阴极极化； 电化学极化：由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电极电子的速度，从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用；
第七章聚合物的表面改性 聚合物表面改性原因：①聚合物表面能低②聚合物表面具有化学惰性难以润湿和粘合③聚合物表面污染及存在弱边界层聚合物表面改性的目的：①改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团②清除杂质或弱边界层③改变界面的物理形态④提高表面能，改进聚合物表面的润湿性和黏结性⑤设计界面过渡层 第七章聚合物的表面改性 聚合物的表面改性的方法：电晕、火焰、化学改性、等离子改性、辐照、光化学改性等。这些方法一般只引起10-8～10-4m 厚表面层的物理或化学变化，不影响其整体性质。 7-1 电晕放电处理 电晕放电是聚烯烃薄膜中最常用的表面处理方法。因为聚烯烃，聚丙烯等烯烃是非极性是非极性材料，有高度结晶性，其表面的印刷、粘接、涂层非常困难。电晕放电处理装置如图 7-1 电晕放电处理 原理：塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子等高能离子。电子的冲突电离作用使电子、离子增殖，产生的正离子、光子又发生二次电离而持续放电，结果在阳极和阴极之间产生电晕。这些高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团，因而改善了聚合物的黏结性和润湿性。 7-1 电晕放电处理 7-1 电晕放电处理 以上两图表明： 1.电晕处理后低密度聚乙烯（LDPE）表面张力的变化：开始表面张力随电晕处理的电流增大而显著提高，当电流超过100 mA 后，表面张力增加速度趋缓2.电晕处理后低密度聚乙烯（LDPE）剥夺力的影响（变化同上） 7-2 火焰处理和热处理 一、火焰处理：1.定义：用可燃性气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时高温燃烧，使其表面发生氧化反应而达到处理的目的。 2.常用可燃气体：采用焦炉煤气或甲烷、丙烷、丁烷、天然气和一定比例的空气或氧气。即焦炉煤气甲烷、丙烷、丁烷、天然气 7-2 火焰处理和热处理 3.常用火焰处理来提高其表面性能的物质（粘接性）聚乙烯、聚丙烯的薄膜、薄片吹塑的瓶、罐、桶等 4.例如：用聚丙烯制作汽车保险杠，用火焰处理来提高其表面的可漆性。 5.原理：火焰燃烧的温度可达1000-2700oC，处理的时间极短（0.01～0.1s内）（以避免工件受高温影响而发生变形、软化甚至熔化） 7-2 火焰处理和热处理 火焰中含有许多激活的自由基、离子、电子和中子，如激发态的O﹑NO﹑OH和NH，可夺取聚合物表面的氢，随后按自由基机理进行表面氧化反应，使聚合物表面生成羰基、羧基、羟基等含氧活性基团和不饱和双键，从而提高聚合物的表面活性。二、热处理1.定义：7-2 火焰处理和热处理 把聚合物暴露在热空气中进行氧化反应，使其表面引进羰基、羧基以及某些胺基和过氧化物，从而获得可润湿性和黏结性。2.热处理的温度只有几百（<500oC）摄氏度，远低于火焰处理的温度，因而处理时间较长。 7-3 化学处理 指用化学试剂浸洗聚合物使其表面发生化学和物理变化的方法。优点：工艺简单，设备投资小，因而应用广泛。一、含氟聚合物1.如聚四氟乙烯（PTFE ）、氟化乙烯-丙烯共聚物（FEP ）和聚三氟乙烯( PTFE ）等