关于纤维材料的论文题目

pvcpp材料多，相对容易。

ISBN：712208573版 次：1包 装：精装开 本：小16开页 数：208页字 数：269千字 第1章 界面和界面的形成1 界面和界相2 界面的形成机理1 物理结合2 化学结合3 界面的作用6参考文献8第2章 复合材料界面的微观结构1 概述2 界面断裂面的形貌结构1 形貌结构的表征方法2 界面断裂面的形貌结构3 界面的微观结构1 表征方法2 陶瓷基复合材料3 金属基复合材料4 聚合物基复合材料4 界面的成分分析1 特征X射线分析2 背散射电子分析3 俄歇电子分析5 界面微观结构的AFM表征1 基本原理2 实验技术和图像解释3 碳纤维增强复合材料的界面4 聚合物纤维增强复合材料的界面6 界面微观结构的拉曼光谱表征1 界面碳晶粒的大小和有序度2 界面组成物的形成3 界面层组成物的分布43参考文献45第3章 复合材料界面微观力学的传统实验方法1 概述2 单纤维拉出（pull?out）试验1 试验装置和试样制备2 数据分析和处理3 微滴包埋拉出（microdroplet,microbonding）试验1 试验装置和试样制备2 数据分析和处理3 适用范围4 单纤维断裂(fragmentation)试验1 试样制备和实验装置2 数据分析和处理3 适用范围5 纤维压出（push?out,push?in,microdebonding）试验1 数据处理2 适用范围6 弯曲试验、剪切试验和Broutman试验1 横向弯曲试验2 层间剪切强度试验3 Broutman试验7 传统实验方法的缺陷64参考文献65第4章 界面研究的拉曼和荧光光谱术1 概述2 拉曼光谱和荧光光谱1 拉曼效应和拉曼光谱2 拉曼峰特性与材料微观结构的关系3 荧光的发射和荧光光谱3 纤维应变对拉曼峰频移的影响1 压力和温度对拉曼峰参数的影响2 拉曼峰频移与纤维应变的关系4 荧光峰波数与应力的关系1 荧光光谱的压谱效应2 单晶氧化铝的压谱系数及其测定3 多晶氧化铝纤维荧光峰波数与应变的关系4 玻璃纤维荧光峰波长与应变/应力的关系5 显微拉曼光谱术1 拉曼光谱仪2 显微系统3 试样准备和安置6 拉曼力学传感器1 碳纳米管2 二乙炔?聚氨酯共聚物7 弯曲试验1 四支点弯曲2 三支点弯曲3 悬臂梁弯曲89参考文献89第5章 碳纤维增强复合材料1 碳纤维表面的微观结构2 碳纤维形变微观力学3 碳纤维/聚合物复合材料的界面1 热固性聚合物基复合材料2 热塑性聚合物基复合材料4 碳/碳复合材料的界面5 碳纤维复合材料的应力集中1 应力集中和应力集中因子2 碳纤维/环氧树脂复合材料的应力集中110参考文献113第6章 碳纳米管增强复合材料1 概述2 碳纳米管的形变行为3 碳纳米管/聚合物复合材料的界面结合和应力传递1 界面应力传递2 界面结合物理3 界面结合化学4 碳纳米管/聚合物复合材料的界面能130参考文献131第7章 玻璃纤维增强复合材料1 概述2 玻璃纤维增强复合材料的界面应力1 间接测量法2 直接测量法3 界面附近基体的应力场4 纤维断裂引起的应力集中5 光学纤维内芯/外壳界面的应力场144参考文献146第8章 陶瓷纤维增强复合材料1 概述2 陶瓷纤维的表面处理1 涂层材料和涂覆技术2 碳化硅纤维的表面涂层3 氧化铝纤维的表面涂层3 陶瓷纤维的形变微观力学1 碳化硅纤维和单丝2 应变氧化铝纤维的拉曼光谱行为3 应变氧化铝纤维的荧光光谱行为4 碳化硅纤维增强复合材料的界面行为1 碳化硅纤维/玻璃复合材料2 压缩负载下SiC/SiC复合材料的界面行为3 纤维搭桥5 氧化铝纤维增强复合材料的界面行为1 氧化铝纤维/玻璃复合材料2 氧化铝纤维/金属复合材料3 纤维的径向应力4 纤维间的相互作用6 热残余应力1 理论预测2 实验测定182参考文献184第9章 高性能聚合物纤维增强复合材料1 高性能聚合物纤维的形变1 芳香族纤维和PBO纤维的分子形变2 超高分子量聚乙烯纤维的分子形变3 分子形变和晶体形变2 界面剪切应力1 概述2 芳香族纤维/环氧树脂复合材料3 PBO纤维/环氧树脂复合材料4 PE纤维/环氧树脂复合材料3 纤维表面改性对界面行为的作用1 PPTA纤维表面的化学改性2 PE纤维的等离子体处理4 裂缝与纤维相互作用引起的界面行为205参考文献207 复合材料学是一门相对年轻的学科，涉及化学、物理学、力学、材料科学和工艺学等多学科领域。分散于各学科领域的复合材料工作者有一个共同关注的焦点——复合材料的界面。两种脆性材料通过弱界面结合可以组合成一种韧性材料，而两种材料的强结合则可能产生强度成倍增大的新材料，这是界面所起的作用。可以认为，对于给定的增强体和基体材料，界面是决定复合材料性能的决定性因素。长期以来，人们都努力于通过设计和制作结构和性能合适的界面以获得符合预定性能的复合材料。显然，充分了解界面行为是达到这一目标的前提。有关复合材料的出版物十分丰富，然而却很少有专门讨论界面问题的书籍。关于界面问题的研究成果和最新进展又广泛分散于各个学科领域的众多出版物中，相关研究人员深感不便。本书试图将界面行为的最新理论、测试技术和数据处理方法集合在一起，填补这个欠缺。全书包含9章，主要涉及纤维增强复合材料的界面微观结构和力作用下的界面行为，同时尽力将界面微观行为与材料宏观性能相联系(尽管迄今为止这种关系并不很清晰，仍然是研究人员努力探索的目标)。第1章简要阐述界面的定义，黏结机理和界面的作用。界面的微观结构及其表征方法安排在第2章；电子显微术是传统的基本方法，近10余年来发展迅速的原子力显微术和显微拉曼光谱术提供了界面结构更丰富的信息。第3章涉及界面微观力学研究的传统实验技术和数据处理方法以及主要几种界面微观力学理论，同时指出传统实验和分析方法的缺陷。将拉曼和荧光探针与传统的界面微观力学试验相结合，形成了一种全新的、功能更丰富和更完善的实验技术和数据分析方法，使界面微观力学研究获得重大进展。这是一个成功的、多学科合作的例子。第4章阐述该方法的基本原理和实验技术以及对界面力学研究的主要贡献。第5章～第9章分述几种高性能纤维增强先进复合材料的界面力学行为。许多高技术产业不可缺少的碳纤维复合材料安排在第5章。近年来纳米尺度增强体（纳米管或纳米纤维）的应用使复合材料界面研究面临一个新的领域；例如，碳纳米管的结构和表面性质与传统纤维有很大差异，加上它的小尺寸效应，使其与基体形成的界面与传统纤维增强复合材料的界面显著不同，似乎提示应建立新的界面理论。同时，也要求使用新的与传统方法不同的探索界面行为的方法，第6章阐述这一领域的最近进展。第7章涉及玻璃纤维增强复合材料，玻璃纤维仍然是目前使用量最大的增强纤维。陶瓷纤维增强复合材料是高温和其他恶劣或特殊环境下不可缺少的先进材料，在国防和其他高科技领域中具有重要地位。对这类复合材料，界面的作用主要以材料增韧为目标，因而与其他复合材料有显著不同的界面行为，这部分内容要安排在第8章。 复合材料的界面能否有效地传递负载，有赖于增强体与基体之间界面化学结合和物理结合的程度，强结合有利于应力的有效传递。界面结合的强弱显然与界相区域物质的微观结构密切相关。对于以增韧为目标的复合材料系统，则要求较弱的界面结合强度，期望在某一负载后发生界面破坏，引起界面脱结合（debonding），此后由增强体与基体之间的摩擦力承受负载。摩擦力的大小与脱结合后增强体和基体表面的粗糙度密切相关，而表面粗糙度则在一定程度上取决于界相区的形态学结构。复合材料的结构缺陷，例如小孔、杂质和微裂缝，常常倾向于集中在界相区，这会引起增强复合材料性能的恶化。在材料使用过程中，由于湿气和其他腐蚀性气体的侵蚀，常常使界相区首先受到不可逆转的破坏，从而成为器件损毁的引发点。基于上述原因，不论在制造还是在使用过程中，复合材料的界面结构情景都吸引了人们特别的关注，成为探索复合材料界面行为的焦点之一。本章所述界面结构主要是指界相区的结构，也包含邻近界相区的基体和增强体的结构。许多复合材料的界相区与基体或增强体并无确切的边界。即便是同一种复合材料，界面结构也非均匀一致，有的是明锐的边界，有的是模糊的边界。界相区有时是一个结构逐渐过渡的区域。对界面结构的完整认识，应该包含对其邻近区域结构的检测。

高性能纤维性能分析【摘要】分析了碳纤维、超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑 (POB)纤维和 M5 纤维等高性能纤维的重要特性以及它们的应用状况。 【关键词】高性能纤维;先进复合材料;分子结构;重要特性;应用 [中图分类号]TS102，528 [文献标识码]A [文章编号]1002-3348（2005）01-0054-04 高性能纤维 (High-Performance Fibers)是从 20 世纪 60 年代开始研发并推广的纤维材 料， 它的出现使传统纺织工业产生了巨大变革。 所谓高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩 3 强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m )等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分 子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。 高性能纤维可用于防弹服、 蹦床布等特种织物的加 工及纤维复合材料中的加固材料，其发展涉及许多不同的领域。本文分析和比较了碳纤维、 超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维、M5 纤维等高性能 纤维的特性以及它们的应用状况。 1 高性能纤维 1·1 高性能纤维分类 无机纤维:碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等。 有机纤维:超高强聚乙烯纤维(HPPE)、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO) 纤维、M5 纤维等。 1·2 碳纤维 碳纤维的生产始于 20 世纪 60 年代末 70 年代初， 由有机纤维如腈纶(PAN)纤维、 粘胶纤 维或沥青纤维经预氧化、 炭化和石墨化加工而成。 碳纤维的石墨六方晶体结构决定了其强度 大、模量高等优良性能，如日本东丽公司生产的 T-400 碳纤维，拉伸强度可达 2GPa，断 裂伸长率为 5%。碳纤维不燃烧，化学性能稳定，不受酸、盐等溶媒侵蚀。 1·3 超高强聚乙烯纤维 高强高模聚乙烯在 20 世纪 70 年代出现， 具有超高分子量， 高取向度， 且分子间距很近， 3 使纤维具备高强高模的特征， 其密度具有 97g/cm ， 是唯--能浮在水面上的高强高模纤维。 除此之外，其他机械性能亦比较突出，如良好的韧性和耐疲劳性能，耐高速冲击性等。 1·4 芳香族聚酰胺纤维 20 世纪 70 年代，人们开始从事液晶态纺丝技术的研究，用于纺制高性能纤维，与普通 纺丝的分子结构截然不同，液晶态纺丝时形成的分子链只有刚棒状高取向的有序结构。 图 1 液态高聚物分子的构型示意图 (a)为典型普通大分子，为无规则线团;(b)为刚性大分子， 在没有良好侧向作用和导向情况下的状态;(c)为无规的棒状 液晶;(d)为向列型液晶 芳香族聚酰胺是最为人所熟知的，通过液晶纺丝纺制的高性能纤维，如 Kevlar(聚对苯 二甲酰对苯二胺纤维)、 Twaron(聚对苯二甲酰间苯二胺纤维)、 Technora(聚对苯二甲酰对苯 二胺纤维)等，如图 3 所示，为芳香族聚酰胺高结晶和高取向分子结构。这类纤维性能比较 均衡，具有高强伸性能， 高韧性、耐腐蚀、耐冲击、较好的热稳定性，不导电，除了强酸和强碱外，具有较强的抗化 学性能。 图 3 芳香族聚酰胺晶体结构图 聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维 1998 年国际产业纤维展览会上，日本东洋纺展出了商品名为 Zylon 的 PBO 纤维，其化 学名为聚对苯撑苯并双恶唑，化学结构为: 1·5 PBO 纤维采用液晶纺丝法纺丝，由苯环和苯杂环组成的刚棒状分子结构以及分子链的高 取向度， 决定了它的优良性能。 PBO 初纺普通丝(AS 丝-标准型)就具有 5N/tex 以上的强度 和 84N/tex 以上弹性模量， 经热处理后可得到强度不变、 模量达 4N/tex 的高模量丝 (HM 丝-高模量型)。PBO 作为一种新型高性能纤维，具有高强度、高模量、耐热性、阻燃性 4 大特点，其强度与模量相当于 Kevlar (凯夫拉)的 2 倍，限氧指数(L01)为 68，热分解温 度高达 650℃，在有机纤维中为最高，被认为是目前具有最高耐热性能的有机材料之一。 表 1 PBO 纤维的性能 性能 PBO 一 AS PBO—HM 密度(g/cm3) 54 56 抗拉强度(GPa) 8 8 拉伸模量(GPa) 180 280 断裂延伸率(%) 5 5 热分解温度(℃) 650 650 L01(%) 68 68 表 2 PBO 纤维与其他纤维的主要性能比较 性能 PBO-HM Kevlar-49 宇航级碳纤维 密度(g/cm ) 纤维直径(?m) 抗拉强度(Gpa) 拉伸模量(CPa) 断裂延伸率(%) 3 56 24 8 280 5 45 12 2 115 0 80 6 58 230 5 热分解温度(℃) 650 550 一 1·6 M5 纤维 PBO 纤维推出的几年后，阿克卓·诺贝尔(Akzo Nobel)公司开发了一种新型液晶芳族杂 环聚合物:聚[2,5-二烃基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑]，简称 "M5"或 PlPD，化学结构为: M5 纤维的结构与 PBO 分子相似——刚棒结构。 M5 分子链的方向上存在大量的-OH 和-NH 在 基团，容易形成强的氢键。如图 4 所示，与芳香族聚酰胺晶体结构不同，M5 在分子内与分 子间都有氢键存在，形成了氢键结合网络。 图 4 为 M5 纤维沿分子链轴方向的晶体结构，虚线为氢键。 图 4 M5 晶体结构 比较图 3 与图 4 可以清楚地看出，M5 大分子所形成的双向氢键结合的网络，类似一个 蜂窝。这种结构加固了分子链间的横向作用，使 M5 纤维具有良好的压缩与剪切特性，压缩 和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最。 2 高性能纤维特性分析比较 碳纤维石墨层面上碳-碳共价交键的存在，使作用于碳纤维上的应力，从一个石墨层转 移到相邻层面， 这些共价交键保证了碳纤维具有高的拉伸模量和压缩强度。 但这些共价键为 纯弹性键，一旦被打破，不可复原，即不显示任何屈服行为。所以碳纤维受力时，应力-应 变曲线是线性关系，纤维断裂是突然发生的。 有机纤维的性能取决于分子结构、分子链内键及分子链间结合键。如前所述，超高强聚 乙烯纤维、PBO 纤维都具有优良的性能，但由于超高强聚乙烯纤维大分子链间的结合键为弱 的范德华键，使其纤维易产生蠕变，压缩强力较低，另外超高强聚乙烯纤维耐热性和表面粘 合性有限，因而不适合用作加固纤维。而 PBO 纤维也因大分子链间没有形成氢键结合、作用 力较弱，使得其压缩和扭曲性能较低，加之纤维表面惰性强，与树脂的结合能力较差，在复 合材料成型过程中，有明显的界面层，从而影响也限制了 PBO 的应用。 芳香族聚酰胺纤维高结晶度、高取向度的分子结构，使其具有高强伸性能，也是由于大 分子链间弱的作用力 (范德华键)，造成大分子链间剪切模量及压缩强度低。芳香族聚酰胺 纤维由氢键结合成的薄片状结构在受压缩载荷作用时易塑性变形， 薄片相对容易断开， 在严 重过载时会出现原纤化，最终导致压缩失效。 分子链间结合键以 M5 比较理想， M5 大分子间和大分子内的 N-H-O 和 O-H-N 的双向氢 在 键结构，是其具有高抗压性能的原因所在，热处理后的 M5 纤维，拉伸模量可达 360GPa，拉 伸强度超过 4GPa，剪切模量和抗压强度可达 7GPa 和 7GPa。此外 M5 而大分子链上含有羟 基，使它与树脂基体的粘结性能优良，采用 M5 纤维加工复合材料产品时，无需添加任何特 殊的粘合促进剂，且具有优良的耐冲击和耐破坏性。有资料显示，以 M5 为加固纤维的复合 材料，在压缩过载的情况下，测试样品仍能继续承受显著的(压缩)载荷，与之相比，碳纤复 合材料会粉碎，而芳香族聚酰胺复合材料则会被挤成纤丝状薄片(原纤化)。如图 5、图 6 分 别为一个碳纤维和一个 MS 纤维复合材料的失效测试条，显示了脆性与韧性失效之间的明显 差异。此外，M5 纤维的刚棒结构又决定了它有高的耐热性和高的热稳定性，空气中热分解 温度达到了 530℃，超过了芳香族聚酰胺纤维，与 PBO 接近，极限氧指数（LOI）为 59，在 阻燃性方面也优于芳纶。 图 5 碳纤维复合材料测试条的失败 图 6 M5 纤维料测试条的失败 表 1 为几种高性能纤维力学及物理特性。 表 1 高性能纤维的力学和物理特性 特性 高 强 度 超高强聚 高 模 量 芳 香 族 高 模 量 高模量 M5 纤 碳纤维 乙烯纤维 聚酰胺纤维 PBO 纤维 维（实验值） 抗拉强度(GPa) 伸长率(%) 拉伸模量(GPa) 压缩强度(GPa) 压缩应变(%) 密度(克/cm ) 标准回潮率(%) 限氧指数（LOI） 3 58 5 230 10 90 80 0 一 43 0 0 一 一 97 一 一 2 0 115 58 50 45 5 29 8 5 280 40 15 56 6 68 0 5 330 70 50 70 0 59 空气中热老化起 800 150 450 550 530 始温度(℃) 从表 1 看，M5 纤维的各种性能指标都接近或超过其它高性能纤维，为综合性能优良的 高性能纤维。 3 应用与前景 目前超高强聚乙烯纤维的应用主要是加工防弹用特种织物、防弹板、渔业用绳网、极低 温绝缘材料、混凝土补强加固用试验片材、光缆补强材料、降落伞绳带、汽车保险杠等。芳 香族聚酰胺纤维常见的品种 Kevlar、Twaron、Technora 纤维等，主要应用有作为复合材料 的增强体、渔业工业等用绳网、防弹服、防弹板、头盔、混凝土补强材料等。碳纤维的优良 特性使其广泛用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料，应用于宇宙机械、电波望远镜 和各种成型品，还有直升飞机的叶片、飞机刹车片和绝热材料、密封填料和滤材、电磁波屏 蔽材料、防静电材料、医学材料等。PBO 纤维从问世以来就受到人们的关注，其应用主要有 防冲击方面的加固补强材料、复合材料中的加固材料，用于防护的防弹服、防弹头盔、消防 服、高性能及耐高温传动带、轮胎帘子线、光纤电缆承载部分、架桥用缆绳、耐热垫材等。 与各种高性能纤维相比，M5 纤维的综合性能更优越，这使得它的应用领域更广泛。尤 其是 M5 纤维的抗冲击力和耐破坏性，使它在制造经济、高效的结构材料方面有广阔的应用 前景，如应用于航空航天等高科技领域，在高性能纤维增强复合材料中 M5 也具有很强的竞 争力。当前 M5 纤维的研究比较活跃，随着研究的深人，其性能和应用将得到不断的提高和 拓展。 高性能纤维的不断创新是高性能产业用纺织品及复合材料用纤维领域的重要进步， 随着 世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，以及军事、航空航天、海洋开发、产业应用的 迫切需要，高性能纤维的开发与应用前景将更为广阔。新型高性能纤维M5的研究与应用摘要:本文介绍了一种新型液晶芳族杂环聚合物,聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)简述了M5纤维的制作方法,M5纤维特殊的分子结构特征,并通过与其它高性能纤维的比较,阐述了M5纤维优良的性能,特别是其良好的压缩与剪切特性除此之外,M5纤维的高极性还使其更容易与各种树脂基体粘接,这使M5纤维的综合机械性能比目前其它高性能纤维都好文中还展望了M5纤维的应用前景前言近年来,随着对有机高性能纤维的不断深入研究,在刚性高性能纤维领域已经取得了很大的进展但大多数高性能纤维,因分子间结合力的薄弱而导致某些力学性能上的不足,如PBO纤维大分子链间较弱的结合力,使其压缩和扭曲性能较差纤维材料的压缩性能,主要取决于纤维大分子之间的相互作用程度[1,2]通常纤维扭转模量可作维表征大分子之间相互作用程度的一个量度因此,如何增强大分子链之间的相互作用,已成为进一步强化刚性聚合物纤维力学性能的一个重要问题作为Akzo-Nobel实验室的研究成果,一种新型的高性能纤维,即著称的M5已经被研究出来聚合物是聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)[3]由于M5纤维沿纤维径向即大分子之间存在特殊的氢键网络结构,所以M5纤维不仅具有类似PBO纤维的优异抗张性能,而且还显示出优于PBO纤维的抗压缩性能1高性能纤维M1 单体的选择及M5的合成[4]在M5聚合物的制备过程中,其关键步骤是单体2,3,5,6-四氨基吡啶(2,3,5,6-tertraaminopyridine,TAP))的合成TAP可由2,6-二氨基吡啶(2,6diaminopyridine,DAP)经硝化还原后制成,反应方程式如下所示:在M5的合成过程中,TAP需经盐酸化处理并以盐酸盐形式参与聚合反应若TAP直接以磷酸盐的形式参与反应,不但可以避免盐酸腐蚀作用,还可以加快聚合反应速度,但却易发生氧化作用另一单体2,5-二羟基对苯二甲酸(2,5-Dihydroxyterephthalicacid,DHTA)的合成也是制备M5聚合物的重要环节,可由2,5-二羟基对苯二甲酸二甲酯(2,5-dihydroxy-1,4-dimethylterephthalate,DDTA)水解后制得,反应方程式如下所示:M5纤维的聚合过程与聚对苯撑苯并二恶唑(poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO)相似,可将TAP和DHTA两种单体按一定的等当比同时加入到聚合介质多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)中,脱除HCI后逐渐升温至180℃,反应24h,得到M5聚合物,反应方程式如下所示:2 M5的分子结构特征及聚合物的聚集态结构1 M5的分子结构特征M5纤维在分子链的方向上存在着大量的-OH和-NH基团,容易在分子间和分子内形成强烈的氢键因此,其压缩和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最M5纤维的刚棒状分子结构特点决定了M5纤维具有较高的耐热性由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接图1热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图[5]图2热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图[5]图1和图2都显示了热处理后PIPD纤维的微观二维结构,即在大分子间和大分子内分别形成了N-H-O和O-H-N的氢键结构,这种双向氢键的网络结构正是M5纤维具有高抗压缩性能的原因在图1 热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图图2 热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图2 M5的聚集态结构图3 PIPD-AS沿C轴方向的分子结构示意图如图3所示,为含有21%左右水分子的PIPD-AS纤维的结晶结构由于PIPD-AS纤维中存在着大量的水,因而使得PIPD-AS纤维有很大的质量热容,而且具有良好的耐燃性能表2和表3所列出的实验结果也证实了这一结论[16,19]如图4所示,为不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图[16]从图4可以看出,PIPD-AS纤维在热处理过程中晶体中的水分被脱出,变成无水聚合物晶体,从而在垂直于纤维方向的平面内形成二维氢键网状结构有实验表明,经过热处理后PIPD纤维的结晶度和取向度都有很大的提高图4 不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图Klop EA等[22]通过PIPD晶体结构的X射线衍射实验研究发现,因PIPD试样的处理温度不同,在PIPD的分子内部可出现不同形式的结晶结构—单斜结晶晶胞和三斜结晶晶胞(如图5和图6所示)单斜和三斜的晶胞参数分别为:单斜结晶: a=49 ,b=48 ,c=01 ,=90°,=107°,=90°三斜结晶:a=68 ,b=48 ,c=02 ,=84,=110°,=107°Takahashi等[20,21]采用中子方法测得的PIPD-HT晶胞参数为:a=33 ,b=462 ,c=16 ,=84°,=4°,空间结构为P21/,单斜晶胞区别于三斜晶胞的不同之处在于,三斜晶胞的氢键网络结构仅仅是靠沿对角线平面的大分子连接的,而单斜晶胞可在垂直于纤维方向的平面内形成了二维氢键网络结构,显然这种二维氢键网络结构,使得M5具有其它高性能纤维所无法比拟的高剪切强度,剪切模量和压缩强度图5 PIPD单斜晶胞在ab面和ac面上的投影 图6 PIPD三斜晶胞在ab面上的投影3 M5纤维的纺丝工艺[9,16]1 M5纤维的成形M5纤维的纺丝是将质量分数为18~20%左右的PIPD/PPA纺丝浆液(聚合物的MW为0×104~5×105)进行干喷湿纺,空气层的高度为5-15cm,纺丝温度为180℃,以水或多聚磷酸水溶液为凝固剂,可制成PIPD的初生纤维其中,实验用喷丝孔直径范围为65-200 m,喷头拉伸比取决于喷丝空的直径,可达70倍,所得纤维直径为8-14 所得M5的初生纤维需在热水中进行水洗,以除去附着在纤维表面的溶剂PPA,并进行干燥图7 M5纤维的热处理示意图2 M5纤维的热处理为了进一步提高初生纤维取向度和模量,对初生纤维在一定的预张力下进行热处理,如图7所示在这一过程中,M5纤维取向度将伴随着由其分子结构的改变引起的剪切模量的增加而增大对M5初生纤维进行热处理能够改善纤维的微观结构,从而提高纤维的综合性能M5初生纤维再进一步用热水洗涤除去残留的多聚磷酸水溶液(PPA)和干燥后,在氮气环境下于400℃以上进行大约20s的定张力热处理,最终可得到高强度,高模量的M5纤维在此需要特别指出的是,如果热处理温度过低或处理时间过短,则PIPD-AS和PIPD-HT的转变是可逆的因此,热处理温度与热处理时间对M5纤维的模量影响很大4 M5纤维的性能1 力学性能图8 PIPD-AS和PIPD-HT纤维的应力-应变曲线图如图8所示,热处理后的PIPD纤维同PIPD的初生纤维相比较,二者的力学性能截然不同,PIPD-AS纤维存在屈服,而PIPD-HT纤维不存在这种现象Lammwers M[18]等研究发现,经过200℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的7Gpa提高到7Gpa,而经过400℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的7Gpa提高到1G显然对于PIPD的初生纤维来讲,并非热处理温度越高越好通过用偏光显微镜观察发现:在400℃热处理的纤维中存在裂纹,这可能是导致压缩强度下降的原因,因此,热处理温度不宜太高表1[9-14]给出了几种高性能纤维的力学性能和其它性能的对比数据,其中的力学性能包括拉伸强度,断裂伸长,模量以及抗压缩强度等与其它3种纤维相比,M5的抗断裂强度稍低于PBO,远远高于芳纶(PPTA)和碳纤维,其断后延伸率为4%;与其它高性能纤维相比,M5纤维的模量是最高的,达到了350GPa;M5的压缩强度低于碳纤维,但却远远高于Twaron-HM纤维和PBO纤维,这归因于M5的二维分子结构[17]表1 M5纤维与其它高性能纤维的比较纤维拉伸强独/Gpa断裂伸长/%初始模量/ Gpa压缩强度/ Gpa压缩应变/ %密度/(-3)回潮率/%Twaron-HM5C-HS0PBO6M0纤维空气中的热稳定性/℃LOI/%电导性抗冲击性抗破坏性编制性能耐紫外性Twaron-HM45029-++++-C-HS800N/A++------++PBO55068-++N/A+/---M5530>50-+++++++M5纤维特殊的分子结构,使其除具有高强和高模外,还具有良好的压缩与剪切特性,剪切模量和压缩强度分别可达7GPa和6GPa,优于PBO纤维和芳香族聚酰胺纤维,在目前所有聚合物纤维中最高图9 M5纤维的轴向压缩SEM图一般来讲,当高性能纤维受到来自外界的轴向压缩力时,其纤维内部的分子链取向会因轴向压缩力的存在而发生改变,即沿着纤维轴向出现变形带结构而对M5纤维来讲只有当这种轴向压缩力很大时才会出现这种结构[11]如图9所示,当M5纤维受到外界的轴向压缩力时,压缩变形后的M5纤维中也会出现一条变形带结构,但与其它高性能纤维(如PBO)相比较,M5纤维的变形程度要小很多2 阻燃性能表2 PIPD-AS和PIPD-HT纤维耐燃性能的重要参数[5]试样PHRR①(kWm-2)TTI②(s)SEA③FPI④(sm2kW-1)残留量(%)PIPD-AS76061PIPD-HT89062PBO-HM17072T09811N08724PVC05515注:①热量释放最大速率(PHRR);②引燃时间(TTI);③比消光面积(SEA);④耐燃性能指数(FPI)表2所列数据是热量计热流为75kW/m2时测得的,也就是在试样表面温度为890℃左右时测得的值纤维试样放在一块1cm2的线网上试样原始重量在3g-5g之间从表2可以看出,PIPD-AS纤维热量释放最大速率(PHRR)为7kWm-2,也就是说单位时间内PIPD-AS释放出最小的热量,与其它高聚物相比是一种较好的阻燃剂用材料PIPD-AS纤维的点燃时间最长为77s,远高于Nomex纤维SEA是用来衡量单位物质燃烧时产生的烟雾量,PIPD-AS纤维达到了224m3/kg,而Nomex纤维为38670m3/kg,二者相比PIPD-AS纤维的SEA值远低于Nomex纤维,说明PIPD-AS纤维燃烧时产生的烟雾量要远少于Nomex纤维同表2中的其它高聚物相比,PIPD-AS纤维的耐燃性能指数(FPI)最高为76sm2kW-从表2中各项耐燃性能参数可以看出PIPD纤维在耐燃性方面,要好于其它高性能纤维,即PIPD纤维在耐燃性方面将具有较好多应用前景M5纤维的刚棒状分子结构决定了它具有较高的耐热性和热稳定性从表2中可以看出,PIPD-HT纤维具有与聚对苯亚基苯并双嗯哇(PBO)纤维相似的FPI值,但它在燃烧过程中更不容易产生烟M5在空气中的热分解温度为530℃,超过了芳香族聚酰胺纤维,与PBO纤维接近M5纤维的极限氧指数(LOI)值超过50,不熔融,不燃烧,具有良好的耐热性和稳定性[7]3 界面粘合性能与PBO,聚乙烯或芳香族聚酰胺纤维相比,由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接采用M5纤维加工复合材料产品时,无需添加任何特殊的粘合促进剂M5纤维在与各种环氧树脂,不饱和聚酯和乙烯基树脂复合成形过程中,不会出现界面层,且具有优良的耐冲击和耐破坏性[6,8]4 热力学性能图10 四种不同含水量M5纤维的DSC扫描图图10为MGNoRTHoLIT[19]等用SetaramC80D热量计测得的四种不同含水量M5纤维的DSC谱图研究发现将1g试样材料放在一个开放的测试槽内,以2℃/min的速度,在30℃-200℃范围内得到一张扫描图,如图5所示从DSC谱图可以看出,四种不同含水量M5纤维的吸热峰面积及位置与开放测试槽内水分的蒸发有关从表3可以看出,含有结晶水的M5初生纤维的热吸收值与不含结晶水的M5纤维的热吸收值之间存在着较大的差别,而PIPD初生纤维和PIPD HT试样的热吸收值之间几乎没有什么差别通过以上研究发现完全干燥的PIPD初生纤维的晶体结构与PIPD-HT试样结构类似表3 不同含水量的PIPD纤维的热吸收值试样热吸收值(J/g)PIPD初生纤维(含水量20%)637PIPD初生纤维(干燥)163PIPD HT(含水量7%)378PIPD HT(干燥)1855 应用及展望作为一种先进复合材料的增强材料,M5纤维具有许多其它有机高性能纤维不具备的特性,这使得M5纤维在许多尖端科研领域具有更加广阔的应用前景;M5纤维可用于航空航天等高科技领域;用于国防领域如制造防弹材料;用于制造运动器材如网球拍,赛艇等M5纤维特殊的分子结构决定了其具有许多高性能纤维所无法比拟的优良的力学性能和粘合性能,使它在高性能纤维增强复合材料领域中具有很强的竞争力与碳纤维相比,M5纤维不仅具有与其相似的力学性能,而且M5纤维还具有碳纤维所不具有的高电阻特性,这使得M5纤维可在碳纤维不太适用的领域发挥作用,如电子行业由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接正是由于M5纤维具有许多其他高性能纤维所无法比拟的性能和更加广阔的应用前景,这使得众多的科研工作者都积极地致力于M5纤维的研究相信在不久的将来,随着对M5纤维研究的进一步深入,作为新一代的有机高性能纤维—M5纤维必将得更加广泛的应用

材料化学毕业论文其实也不是很难，志文网上有些资料，我的毕业论文选题是化学纤维方面的，材料化学毕业论文还需要一些实验的，还是选择一些带有实验数据的那种好些。

1、 定义：纤维是天然或人工合成的细丝状物质，纺织纤维则是指用来纺织布的纤维。 2、 纺织纤维特点：纺织纤维具有一定的长度、细度、弹性、强力等良好物理性能。还具有较好的化学稳定性，例如：棉花、毛、丝、麻等天然纤维是理想的纺织纤维。 3、 纺织纤维分类：天然纤维和化学纤维。 ①天然纤维包括植物纤维、动物纤维和矿物纤维。 A 植物纤维 如：棉花、麻、果实纤维。 B 动物纤维 如：羊毛、免毛、蚕丝。 C 矿物纤维 如：石棉。 ②化学纤维包括再生纤维、合成纤维和无机纤维。 A 再生纤维 如：黏胶纤维、醋酯纤维。 B 合成纤维 如：锦纶、涤纶、晴纶、氨纶、维纶、丙纶等。 C 无机纤维 如：玻璃纤维、金属纤维等。4、 常见纺织纤维的纺织性能： ① 羊毛：吸湿、弹性、服用性能均好，不耐虫蛀、适酸性和金属结合染料。 ② 蚕丝：吸湿、透气、光泽和服用性能好，适用酸性及直接染料。 ③ 棉花：透气、吸湿、服用性能好、耐虫蛀、适直接还原偶氮、碱性媒介、硫化、活性染料。 ④ 黏胶纤维： 吸湿性、透气性好、颜色鲜艳、原料来源广、成本低，性质接近天然纤维，适用染料同棉花。 ⑤ 涤纶：织物、挺、爽、保形性好、耐磨、尺寸稳定、易洗快干，适用分散染料，重氮分散染料、可溶性还原染料。 ⑥ 锦纶：耐磨性特别好、透气性差、适用酸性染料，散染料。 ⑦ 晴纶：蓬松性好、有皮毛感、适用分散染料，阳离子染料我感觉以纺织纤维的种类为论点来扩展论述会更好

目的应该放在熟悉科研过程和基本实验技能上。如果导师不给找题，如下： 1，与师兄师姐们或者身边有这方面经验的人商谈，听一听他们的想法，选一个和他们的实验方法相近的研究。优点在于：这样你将来实验有了问题，还有个人问，并且在他们的经验下，可以少走弯路和节省经费。我当初的硕士课题就是和我们那里的肿瘤研究所的好友商谈定下来的（与他们关联的题），一路非常顺利，那一步不会问好友就是了！ 2，尽可能选简单的实验方法，不光是为了省钱和时间，同一个题能用简单方法证明，为什么非得找什么高级方法，可能有人说：越是高级的方法越有水平！这是大错特错！！！我曾经看过98 年发表在 Science 上的一篇原著，作者就是用了一个 ELASA 法，但实验设计的非常完美，而且就150例病人数。至于说我，当初的硕士课题用的是免疫组织化学染色法，很简单！