第一篇：無機(jī)高分子結(jié)合劑在砂帶應(yīng)用中可以解決的問題

無機(jī)高分子結(jié)合劑在砂帶應(yīng)用中可以解決的問題

引言

隨著現(xiàn)代機(jī)械加工的不斷發(fā)展及各種新型材料的不斷出現(xiàn)，對其加工精度和表面粗糙度要求越來越高，其相應(yīng)的先進(jìn)的磨削技術(shù)和磨具，尤其是涂附磨具向更高效、高壽命和超精密的方向發(fā)展。砂帶磨削技術(shù)已進(jìn)入現(xiàn)代化發(fā)展的新階段。歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家十分重視砂帶磨削技術(shù)的開發(fā)研究和應(yīng)用，在砂帶的工作壽命大幅度提高的同時，磨削加工領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，可用于濕磨、干磨、高速磨、大吃刀深度的重磨削以及高精度精密零件磨削拋光。總之，國外先進(jìn)國家的砂帶磨削技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，而強(qiáng)力、高速、高效和精密砂帶不僅是高科技的涂附磨具產(chǎn)品，也是高附加值高效益的產(chǎn)品，它的質(zhì)量和水平往往標(biāo)志一個國家的涂附磨具生產(chǎn)加工水平，也能帶來很高的經(jīng)濟(jì)效益。

砂帶的現(xiàn)狀

砂帶磨削技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢國外的砂帶磨削發(fā)展非常迅速，自20世紀(jì)60年代以來，特別是靜電植砂及涂附磨具技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家在砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床技術(shù)上都取得了巨大的成就?，F(xiàn)在在砂帶制造技術(shù)方面，隨著許多特殊的涂附磨料（陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等）及涂附形式（點(diǎn)式磨削）的出現(xiàn)，產(chǎn)生了如金剛石、立方氯化硼（CBN）、鋯剛玉、陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等各類砂帶，使得砂帶已經(jīng)能用于干磨、高速，大吃刀量等的重磨削領(lǐng)域，及高精密零件的磨削加工領(lǐng)域。如3M公司生產(chǎn)的強(qiáng)烈磨砂帶每分鐘對鑄鐵的切削率在其砂帶寬度方向上已達(dá)到870cm3/cm·s；日本已經(jīng)開發(fā)出用軟剛帶作為基底的金剛石砂帶，可有效加工一些特殊難加工的高硬度材料，如單晶硅片等。在國際上知名的砂帶品牌有美國的3M、Norton、德國的Hermes、VSM、Klingspor、韓國的DEER、日本的牛頭等。在砂帶磨床方面，有大至磨削寬度5米以上的巨型平面磨床，小至牙醫(yī)用的修齒機(jī)等結(jié)構(gòu)形式各異種類，另外，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，像六軸五聯(lián)動數(shù)控砂帶磨床、機(jī)器人砂帶磨削中心、砂帶磨削FMS、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)控砂帶磨床都已經(jīng)得到應(yīng)用。

砂帶磨削作為一種彈性磨削，是一種具有磨削、研磨、拋光多種作用的復(fù)合加工工藝。砂帶上的磨粒比砂輪磨粒具有更強(qiáng)的切削能力，所以其磨削效率非常高。砂帶磨削效率高，表現(xiàn)在它的切除率、磨削比（切除工件重量與磨料磨損重量之比）和機(jī)床功率利用率三個方面都很高。砂帶磨削的強(qiáng)力高效加工問題國外已成功地將砂帶磨削用于強(qiáng)力磨削，以實(shí)現(xiàn)大切除量和高金屬去除率磨削，目前已知的砂帶磨削對鋼材的切除率已超過700 cm3/cm·s，在國外甚至超過了車削或銑削等。砂帶的磨削比大大超過了砂輪，高達(dá)300:1，甚至400:1，而砂輪

才30:1。砂帶磨床的功率利用率，遠(yuǎn)在砂帶磨削發(fā)展初期就已達(dá)到80%，領(lǐng)先于其它機(jī)床，而今則高達(dá)96%，相比之下，砂輪磨床只有52%，銑床57%，車床65%，所以砂帶磨削還是一種很好的節(jié)能加工技術(shù)。砂帶磨削技術(shù)現(xiàn)已成為這些發(fā)達(dá)國家獲得高額經(jīng)濟(jì)效益的一種重要手段，且砂帶磨削量已占磨削總加工量一半以上。

砂帶磨削的應(yīng)用范圍

砂帶磨削經(jīng)過近三十年的發(fā)展，現(xiàn)已成為一項(xiàng)較完整且自成體系的新的加工技術(shù)。因其加工效率高、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、使用成本低、操作安全方便等特點(diǎn)而深受用戶親睞。在國外，砂帶磨削技術(shù)已有了很大的進(jìn)步，其加工對象和應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，它幾乎能加工所有的工程材料，研究砂帶磨削目前正沿著強(qiáng)力、高速、高效和精密方向發(fā)展。高效強(qiáng)力砂帶磨削在歐洲、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快，如德國的Aachen大學(xué)、Bremm大學(xué)、美國Connecticut大學(xué)等，據(jù)報道，目前砂帶磨削在德國最高線速度接近100 m/s。美國Emerson Electric公司生產(chǎn)的砂帶磨床1臺可以完成5臺銑床的工作量，以往用硬質(zhì)合金端銑刀加工鑄鐵軸承體，每件加工時間為4.8min，采用強(qiáng)力砂帶磨床，加工時間減少到0.8min，一年可節(jié)約加工費(fèi)4.5萬美元。故而有彈性的、高效冷切削的磨削砂帶磨具磨削，廣泛應(yīng)用于：大型的平面厚、薄板材，包括金屬帶材的加工；大批量生產(chǎn)的各種金屬、非金屬工件的加工；復(fù)雜型面工件的成型磨削與拋光；各種直徑的金屬管、棒、輥材的外圓磨削、彎曲面磨削、內(nèi)圓磨削等。利用盤狀干磨片可以替代拋光輪的拋光，也可用于大型殼體、箱體、船體、橋梁等的磨焊縫、去毛刺、大面積除銹等方面，高效、方便、安全。

砂帶磨削技術(shù)

1、砂帶磨削的主要特點(diǎn)

①能解決其它磨具無法解決的磨削，如大面積和復(fù)雜型面的磨削等。砂帶磨削幾乎能磨削一切工程材料。除了砂輪磨削能加工的材料外，其還可以加工諸如銅、鋁等有色金屬和木材、皮革、塑料等非金屬軟材料。特別是砂帶磨削的“冷態(tài)”磨削效應(yīng)使之在加工耐熱難磨削材料時更顯出獨(dú)特的優(yōu)勢。

②磨削效率高，熱積累小，散熱快，不宜燒傷工件；砂帶磨削工件表面質(zhì)量高主要表現(xiàn)在表面粗糙度值小，殘余應(yīng)力狀態(tài)好，以及表面無微觀裂紋或金相組織變化等現(xiàn)象。

③加工表面質(zhì)量好；從表面粗糙度來看，砂帶磨削目前已可達(dá)Ra0.01mm，達(dá)到了鏡面磨削的效果，而對于粗糙度值在Ra0.1mm以上的情況,則非常容易達(dá)到。

④設(shè)備簡單，操作方便，使用安全；砂帶磨削非常安全，噪音和粉塵小，且易于控制，環(huán)境效益好。由于砂帶本身質(zhì)量輕，其磨削工藝結(jié)

構(gòu)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)易于控制，所有的回轉(zhuǎn)部件(如接觸輪、驅(qū)動輪、張緊輪等)磨損極小，不會出現(xiàn)象砂輪那樣的動不平衡因素。此外，砂帶的彈性磨削效應(yīng)能夠大大減輕或吸收磨削時產(chǎn)生的震動和沖擊。⑤功率消耗少，節(jié)能、環(huán)保。砂帶磨削比大，機(jī)床功率利用率高，切削效率高。砂帶磨削設(shè)備簡單。與砂輪磨床相比，砂帶磨床簡單得多，這主要是因?yàn)樯皫з|(zhì)量輕，磨削力小，磨削過程中震動小，對機(jī)床的剛性及強(qiáng)度要求都遠(yuǎn)低于砂輪磨床。砂帶磨削不象砂輪那樣脫砂嚴(yán)重，特別是干磨時，磨屑構(gòu)成主要是被加工工件的材料，很容易回收和控制粉塵。由于采用橡膠接觸輪，砂帶磨削不會象砂輪那樣形成對工件的剛性沖擊，故加工噪音很小，通常<70dB。由此可見，從環(huán)保角度來看砂帶磨削也是十分值得推廣的。

2、砂帶磨削機(jī)理的主要特點(diǎn)

砂帶磨削技術(shù)已在國內(nèi)許多單位得到了推廣和應(yīng)用，并取得了一定的成績，解決了許多生產(chǎn)中存在的問題。但對砂帶磨削過程的全面基礎(chǔ)理論研究、砂帶及砂帶磨削熱和磨削力的研究、砂帶磨削表面的形貌研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外研究水平。砂帶磨削基礎(chǔ)研究砂帶磨削具有復(fù)合加工的特點(diǎn)，其機(jī)理較復(fù)雜，蘊(yùn)含了較多科學(xué)基礎(chǔ)問題，盡管多年來各國學(xué)者對砂帶磨削機(jī)理做了很多的研究，但是到目前為止，各類砂帶磨削的材料去除基本機(jī)理，盡管國內(nèi)外學(xué)者做了較多研究，但目前為止，完整的砂帶磨削的材料去除基本理論還沒有建立起來。因?yàn)榧庸げ馁|(zhì)差異、表面完整性、亞表面層損傷、零件幾何形狀以及磨削和拋光加工生產(chǎn)能力等輸出參數(shù)受很多因素的影響，數(shù)學(xué)模型不好建立，對某一企業(yè)，有可能對研磨拋光加工工藝運(yùn)用或者控制得很好，但在加工前卻幾乎無法預(yù)測其加工行為。因此，有必要深入展開砂帶磨削加工機(jī)理及相關(guān)工藝的研究。只有通過對磨削機(jī)理和磨削工藝的研究，揭示各種磨削過程,磨削現(xiàn)象的本質(zhì),找出其變化規(guī)律，才能確定最佳的磨削范圍的組成，獲取最佳的磨削參數(shù)。因此，今后研究的方向應(yīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，從理論上分析研究砂帶磨粒以及磨粒集團(tuán)的磨削過程，推動砂帶磨削技術(shù)更廣泛地應(yīng)用。這也是這個行業(yè)領(lǐng)域一個長期基礎(chǔ)研究的基本任務(wù)。

強(qiáng)力、高速、高效和精密砂帶于傳統(tǒng)涂附磨具的磨削區(qū)別 涂附磨具傳統(tǒng)的是磨粒均勻地分布在基材表面的（圖2），基本上是單層分布。涂附磨具所用的專用磨料，其基本粒含量要求較高，顆粒大小均勻，使涂附磨具表面的磨粒有了很好的等高排列。特別是近代化的涂附磨具生產(chǎn)采用靜電植砂工藝，保證了磨粒的尖角朝外，磨料定向排列。涂附磨具表面磨粒的定向排列和等高性，是涂附磨具保持磨削的高效率和冷態(tài)磨削的重要因素。與砂輪磨削的典型區(qū)別在于砂帶磨削是通過提高帶面垂直負(fù)荷（磨削壓力），一般不是通過提高砂帶速度發(fā)展起來的。砂帶的線速度一般在15-35 m/s范圍內(nèi)，很少超過

50m/s。砂帶磨削工件表面殘余應(yīng)力多呈壓應(yīng)力狀態(tài)，其值一般在-60~-5Kg/mm2，而砂輪磨削則多是張應(yīng)力，所以砂帶磨削非常有利于強(qiáng)化工件表面，提高工件疲勞強(qiáng)度。

圖1

圖2 當(dāng)今涂附磨具正朝著專用，精密，強(qiáng)力高效的方向發(fā)展，而高效則以高速，強(qiáng)力，重負(fù)荷打磨為主，目前強(qiáng)力、高速、高效和精密砂帶磨削的理論基礎(chǔ)是快速點(diǎn)磨削(Quick-point Grinding)，是由德國Junker公司Erwin Junker先生于1994年開發(fā)并取得專利的一種先進(jìn)的高速磨削技術(shù)（圖2）。它集成了超高速磨削（＞90m/s），CBN超硬磨料及CNC柔性加工三大先進(jìn)技術(shù)，具有優(yōu)良的加工性能，是超高速磨削技術(shù)在高效率、高柔性和大批量生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定性方面的又一新發(fā)展。德國目前在這項(xiàng)新技術(shù)的研究開發(fā)上處于領(lǐng)先地位。已在國外汽車、輪船工業(yè)、工具制造業(yè)中得到應(yīng)用。由于國內(nèi)目前沒有開展系統(tǒng)的工藝?yán)碚摵蛻?yīng)用研究，沒有掌握其核心技術(shù)及理論，不能掌握工藝參數(shù)設(shè)計，不能配套生產(chǎn)磨具及相關(guān)附件，只能就單一零件由國外壟斷定制，全部工藝和設(shè)備大都均依賴于進(jìn)口。而國外由于技術(shù)壟斷，對快速點(diǎn)磨削機(jī)理、規(guī)律、磨削質(zhì)量控制及點(diǎn)磨削工藝等深入系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)技術(shù)信息也未見更多報道。因此，跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)，深人開展快速點(diǎn)磨削技術(shù)的理論與應(yīng)用研究，對于在我國推廣和發(fā)展該項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)、提高制造工藝技術(shù)和裝備制造水平具有重要意義。

無機(jī)高分子結(jié)合劑在砂帶應(yīng)用中可以解決的問題

砂帶磨料及制品工藝技術(shù)改進(jìn)和開發(fā)砂帶是砂帶磨削技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和重要標(biāo)志，能否制造高品質(zhì)的砂帶已經(jīng)作為衡量一個國家砂帶磨削技術(shù)高低的標(biāo)準(zhǔn)。作為構(gòu)成砂帶三要素的基體、磨料、粘結(jié)劑以及由此導(dǎo)致影響磨削性能的十種要素，徳謙公司結(jié)合近年來無機(jī)高分子新材料、新技術(shù)、新工藝在涂附磨具中的嘗試應(yīng)用，特別是在強(qiáng)力、精密磨削的性能取得質(zhì)的飛躍，解決了我國的國產(chǎn)砂帶使用壽命短問題，必將促進(jìn)了砂帶磨削的發(fā)展和進(jìn)步。

國產(chǎn)砂帶壽命一般在2～4h左右，往往使用1h就不能繼續(xù)使用，而國外砂帶的壽命可達(dá)到8～12h；從磨料品種來看，國內(nèi)使用最多的兩類磨料是SiC和Al2O3，而在金剛石磨料、陶瓷氧化鋁、復(fù)合磨料、堆積磨料等的開發(fā)上基本處于空白，這樣強(qiáng)力磨砂帶的開發(fā)就不可能實(shí)現(xiàn)（大家試想一下，強(qiáng)力砂磨削帶對鋼材的切除率已超過700 cm3/cm·s，單層磨粒的涂附磨具能實(shí)現(xiàn)嗎？）；微粉級磨料的砂帶還沒有，因而限制了砂帶在精密和超精密加工中的應(yīng)用。因此，陜西徳謙公司以無機(jī)高分子結(jié)合劑為基礎(chǔ)，以新工藝制造陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等、以無機(jī)高分子結(jié)合劑來改善磨粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在砂帶結(jié)構(gòu)方面，實(shí)現(xiàn)堆積磨料砂帶（也有叫金字塔型砂帶、復(fù)層砂帶、不等厚砂帶、粒度復(fù)合砂帶、有序排列砂帶等等）、空心球型砂帶、高彈性砂帶等。砂帶性能、質(zhì)量和使用壽命幾十倍的提高，真正有自主知識產(chǎn)權(quán)的，能解決國內(nèi)砂帶磨削推廣應(yīng)用的一個關(guān)鍵性問題。

由于涂附磨具加工領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，現(xiàn)已涉及鋼件，鑄鐵件，鋁銅件，不銹鋼，合金鋼，高中密度纖維板，膠合板，刨花板，玻璃，皮革等，所以傳統(tǒng)的磨料已不能滿足要求，需改進(jìn)磨粒性能以適應(yīng)各類材料加工的需要。傳統(tǒng)的剛玉、碳化硅磨料已經(jīng)不能滿足要求，近年來隨著工藝的改進(jìn)，鋯剛玉磨料、超硬材料、堆積磨料、復(fù)合磨料和SG磨料(微晶結(jié)構(gòu)燒結(jié)陶瓷磨料，原美國Norton公司(現(xiàn)已屬于法國圣哥班集團(tuán))最近又推出了SG磨料的

度值時，傳統(tǒng)的結(jié)合劑就會出現(xiàn)“熱衰”現(xiàn)象而磨粒脫落，從而影響砂帶的實(shí)用壽命。

對此，無機(jī)高分子結(jié)合劑的化學(xué)成份為類聚合鋁硅酸鹽，其聚合物縮聚成高分子,聚合度較高；是由Si、Al、O、P、N為主鏈，引入CH3-、C-C6H6-、NH2-、CH2=CH-元素或基團(tuán)等鏈節(jié)通過共價鍵或離子鍵構(gòu)成的。且無機(jī)高分子本身是個氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在800℃～1900℃（系列產(chǎn)品的耐溫不一樣）之間不氧化、不分解。故而使用無機(jī)高分子結(jié)合劑可以提高砂帶的使用壽命。另外，無機(jī)高分子結(jié)合劑系列產(chǎn)品，根據(jù)不同性能的磨具產(chǎn)品和這些產(chǎn)品的不同使用范圍，無機(jī)高分子結(jié)合劑系列共分三大類十幾個品種。主要是：

1、含有無機(jī)活性基團(tuán)：包括氯原子、烷氧基以及其它基團(tuán)。這些基團(tuán)具有良好的反應(yīng)性能并且可以和玻璃、金屬以及礦物質(zhì)等無機(jī)物很好的粘連。

2、含有有機(jī)非活性基團(tuán)：包括烷基、苯基以及三氟丙基。這些基團(tuán)可以使材料具有良好的防潮性、有機(jī)兼容性以及耐化學(xué)腐蝕性。

3、含有有機(jī)活性基團(tuán)：包括環(huán)氧基團(tuán)、甲基丙烯酸基團(tuán)、氨基、乙烯基、硫代物以及其它基團(tuán)。這些基團(tuán)可以使材料與有機(jī)樹脂有著良好的反應(yīng)活性，因而作為有基層和無機(jī)基底物之間的粘結(jié)。故而，無機(jī)高分子結(jié)合劑可滿足不同性能砂帶的生產(chǎn)要求。

總結(jié)

總之，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國的砂帶磨削技術(shù)在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用推廣方面已初具規(guī)模，并在強(qiáng)力、高效、精密、數(shù)控及復(fù)合加工等方面都有新的進(jìn)展。但與發(fā)達(dá)工業(yè)國家相比，我國不僅是在砂帶磨削機(jī)理上的研究，還是在磨料和結(jié)合劑上的研究都不夠深入，砂帶的品種體系及質(zhì)量有待完善及改進(jìn)的空間極大。同時，面對中國制造業(yè)的迅猛發(fā)展和砂帶磨削的良好的應(yīng)用市場前景，徳謙公司希望無機(jī)高分子結(jié)合劑能夠?qū)χ袊皫ハ骷庸ぜ捌潢P(guān)鍵技術(shù)的提升有所裨益，為我國的砂帶磨削的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有所幫助。

第二篇：高分子復(fù)合材料在各種航空航天工具中應(yīng)用

高分子復(fù)合材料在各種航空航天工具中應(yīng)用

多種高性能的高分子復(fù)合材料目前已經(jīng)用于各種航空航天工具中。例如，碳纖維復(fù)合材料不久前還只在軍用飛機(jī)上用做主結(jié)構(gòu)如機(jī)身和機(jī)翼。但是，近年來先進(jìn)復(fù)合材料已開始用于大型民航客機(jī)上用做主結(jié)構(gòu)，玻纖增強(qiáng)塑料也大量使用在一些較為次要的部位。

在美國，碳纖維復(fù)合材料主要用于航空航天工業(yè)；在歐洲，碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的使用量達(dá)到33%，僅次于其他工業(yè)用途。例如，無人駕駛飛機(jī)上，目前已經(jīng)大量使用碳纖維復(fù)合材料。

新近推出的波音公司新型民航客機(jī)7E7和空中客車公司A380，都開始采用航空航天復(fù)合材料作飛機(jī)的主結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)閺?fù)合材料能提供目前制鋁工業(yè)所能提供的鋁合金大致相同的性能，而且復(fù)合材料還能進(jìn)一步降低成本。此外，復(fù)合材料還有耐久性好，所需保護(hù)少，零部件可以整合，耐腐蝕性強(qiáng)，通過利用智能纖維材料和嵌入式傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)。

7E7客機(jī)絕大多是用復(fù)合材料制造的，將需要約25噸增韌碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂疊合材料和夾層材料。A380也使用通常的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，例如機(jī)翼包皮的40％采用碳纖維增強(qiáng)塑料，減輕質(zhì)量1.5t，減輕全裝配結(jié)構(gòu)11.6t。尾翼的大部分包括尾翼的安定面是碳纖維復(fù)合材料，仿照老式空中客車客機(jī)。未增強(qiáng)的后機(jī)身由連接到復(fù)合材料機(jī)架上的復(fù)合材料與合金架的組合體上的碳纖維蒙皮構(gòu)成?？傆嫃?fù)合材料將占機(jī)架質(zhì)量的大約16%，減輕同種規(guī)模的全金屬結(jié)構(gòu)（空飛機(jī)的總質(zhì)量將約為170t）。

第三篇：線段圖在解決問題中的應(yīng)用

線段圖在解決問題中的應(yīng)用

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小學(xué)數(shù)學(xué)解決問題既是教學(xué)中的重點(diǎn)，也是教學(xué)中的難點(diǎn)，有不少的解決問題，文字?jǐn)⑹霰容^抽象，數(shù)量關(guān)系比較復(fù)雜，小學(xué)生的思維又處于具體形象思維向抽象邏輯思維的過渡階段，對于一些抽象問題理解起來比較困難。如果教師只是從字面去分析題意，用語言來表述數(shù)量關(guān)系，雖然講得口干舌燥，學(xué)生卻難以理解掌握，事倍功半。即使是學(xué)生理解了，也僅局限于會做某個題了。俗話說，“授之以魚，不如授之以漁?！币粋€教師不僅要教給學(xué)生知識，更重要的是交給學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。

在教科書中，關(guān)于線段的定義是：直線上兩點(diǎn)間的部分叫做線段。其特點(diǎn)：有兩個端點(diǎn)，有限長。關(guān)于線段圖，可以這樣理解：線段圖是有幾條線段組合在一起，用來表示應(yīng)用題中的數(shù)量關(guān)系，幫助人們分析題意，解答問題的一種平面圖形。其特點(diǎn)：從抽象的文字到直觀的再創(chuàng)造、再演示。

線段圖在小學(xué)數(shù)學(xué)解決問題教學(xué)中起到了奇妙的作用，它可以幫助學(xué)生輕松、愉快的學(xué)會解決復(fù)雜關(guān)系的問題，既培養(yǎng)了學(xué)生的能力，又促進(jìn)了學(xué)生思維的發(fā)展，是教學(xué)中行之有效的教學(xué)方法。

一、應(yīng)用線段圖解決問題有什么作用

1.借助于線段圖解題，可以化抽象的語言到具體、形象、直觀圖形。小學(xué)生年齡小，理解能力有限，而且社會經(jīng)歷又少，給理解題意帶來很大的困難。教師引導(dǎo)學(xué)生用線段圖的形式表示題目中的數(shù)量關(guān)系，更直觀、形象、具體。

2.借助線段圖，可以化難為易，判斷準(zhǔn)確。有的應(yīng)用題，數(shù)量關(guān)系比較復(fù)雜，學(xué)生難以理清，借助線段圖可以準(zhǔn)確的找出數(shù)量間的對應(yīng)關(guān)系，很容易解出要求的問題。

3.借助線段圖，可以化繁為簡，發(fā)展學(xué)生思維。有些問題數(shù)量較多，數(shù)量關(guān)系學(xué)生感覺比較亂，學(xué)生容易混，借助線段圖，可以使思路清晰。

4.借助線段圖，可以化知識為能力。線段圖不但使學(xué)生解決問題不再困難，而且借助線段圖，可以對學(xué)生進(jìn)行多種能力的培養(yǎng)。如一題多解能力的培養(yǎng)；根據(jù)線段圖來編應(yīng)用題，進(jìn)行說話能力的培養(yǎng)；還可以直接根據(jù)線段圖進(jìn)行列式計算。

二、教師如何培養(yǎng)學(xué)生畫線段圖的能力

1.從中低年級培養(yǎng)，從簡單題入手，是培養(yǎng)學(xué)生畫圖能力的基礎(chǔ)。有人認(rèn)為用線段圖幫助解題是高年級的事，是比較難的題才使用的方法，中低年級和比較簡單的應(yīng)用題不需要畫線段圖。這種認(rèn)識是不適當(dāng)?shù)?。有的學(xué)生也錯誤的認(rèn)為，這么容易的題，不畫圖就能理解題意，把題做對，何苦去自找麻煩。教師要講清，如果從小基礎(chǔ)打不牢固，到高年級遇到比較難的應(yīng)用題，需要畫線段圖輔助解題的時候，就會畫不出來或畫不正確，解題的能力就會的大大降低，就會影響思維的發(fā)展。所以，線段圖的培養(yǎng)一定要從中低年級培養(yǎng)，從簡單題入手，從小養(yǎng)成畫圖解題的意識和良好的畫圖技能技巧，打下堅實(shí)的基礎(chǔ)，到高年級才能如魚得水，應(yīng)用自如。

2.教師的指導(dǎo)、示范、點(diǎn)撥是培養(yǎng)學(xué)生畫圖能力的關(guān)鍵。學(xué)生剛學(xué)習(xí)畫線段圖，不知道從那下手，如何去畫。教師的指導(dǎo)、示范就尤為重要。

（1）教師可以指導(dǎo)學(xué)生跟教師一步一步來畫，找數(shù)量關(guān)系。也可以教師示范畫出以后，讓學(xué)生仿照重畫一遍，即使是把老師畫的圖照抄一遍，也是有收獲的。

（2）學(xué)生可邊畫邊講，或互相講解。教師對有困難的學(xué)生一定要給予耐心的指導(dǎo)。

（3）學(xué)生掌握了一定的技能后，教師可以放手讓學(xué)生自己去畫，教師給以適時的點(diǎn)撥，要注意讓學(xué)生講清這樣畫圖的道理，可自己講，也可分組合作講。教師一定要讓學(xué)生體會用圖解題的直觀、形象，體會簡潔、方便、易理解的特點(diǎn)，提高應(yīng)用的自覺性、主動性。

3.理解題意，找準(zhǔn)對應(yīng)上的數(shù)量關(guān)系是培養(yǎng)學(xué)生用圖解題的重點(diǎn)。線段圖不是盲目的畫，隨心所欲的亂畫。教師要指導(dǎo)學(xué)生畫圖重點(diǎn)做到以下幾點(diǎn)：

（1）認(rèn)真讀題，全面理解題意，所畫的圖要與題目中的條件相符合。

（2）圖中線段的長短要和數(shù)值的大小基本一致，不要長的線段標(biāo)出小的數(shù)據(jù)而短的線段標(biāo)出大的數(shù)據(jù)。圖要畫的美觀、大方、結(jié)構(gòu)合理，具有藝術(shù)性。

（3）要按照題目的敘述順序，在圖上標(biāo)明條件。對于雙線段并列圖和多線段并列圖一定要分清先畫和后畫的順序，要找準(zhǔn)數(shù)量間的對應(yīng)關(guān)系，明確所求的問題。這是分析題意和列算式的重點(diǎn)，需要進(jìn)行大量的訓(xùn)練才能提高分析問題和解決問題的能力，并非一日之功。

4.知識的拓展和遷移，是線段圖應(yīng)用的難點(diǎn)。不少的學(xué)生遇到解決問題想到用線段圖來輔助解題，而其他類型的題目就想不到應(yīng)用。實(shí)際上，不但解決問題可以應(yīng)用線段圖幫助分析題意，而且還可以遷移到其他類型的題。

掌握一個解題方法，比做一百道題更重要。實(shí)踐證明，線段圖具有直觀性、形象性、實(shí)用性，如果學(xué)生從小掌握了用線段圖輔助解題的方法，分析問題和解決問題的能力將會有大大的提高，對今后的學(xué)習(xí)生活將有很大的幫助。

第四篇：計算機(jī)在無機(jī)非金屬材料配方設(shè)計中的應(yīng)用

計算機(jī)在無機(jī)非金屬材料配方中的應(yīng)用

前言：隨著計算機(jī)的日益普及，計算機(jī)在各行各業(yè)已運(yùn)用得越；計算機(jī)科學(xué)的概述；計算機(jī)科學(xué)的簡介：計算機(jī)科學(xué)（英語：comput；計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)狀：計算機(jī)領(lǐng)域是一個需要不斷；計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷完善，讓計算機(jī)進(jìn)入到越來越多；無機(jī)硅酸鹽材料的概述；無機(jī)硅酸鹽材料的簡介:無機(jī)非金屬材料(inorg；磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成計算機(jī)在無機(jī)非金屬材料檢測生產(chǎn)中的應(yīng)用。

計算機(jī)科學(xué)的概述

計算機(jī)科學(xué)的簡介：計算機(jī)科學(xué)（英語：computer science，有時縮寫為CS）是系統(tǒng)性研究信息與計算的理論基礎(chǔ)以及它們在計算機(jī)系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)的學(xué)科。它通常被形容為對那些創(chuàng)造、描述以及轉(zhuǎn)換信息的算法處理的系統(tǒng)研究。計算機(jī)科學(xué)包含很多分支領(lǐng)域；有些強(qiáng)調(diào)特定結(jié)果的計算，比如計算機(jī)圖形學(xué)；而有些是探討計算問題的性質(zhì)，比如計算復(fù)雜性理論；還有一些領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂谠鯓訉?shí)現(xiàn)計算，比如編程語言理論是研究描述計算的方法，而程序設(shè)計是應(yīng)用特定的編程語言解決特定的計算問題，人機(jī)交互則是專注于怎樣使計算機(jī)和計算變得有用、好用，以及隨時隨地為人所用。

計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)狀：計算機(jī)領(lǐng)域是一個需要不斷創(chuàng)新的領(lǐng)域，計算機(jī)的軟硬件在實(shí)際的操作運(yùn)用中會遇到很多的問題，而技術(shù)的不斷完善更新是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。舊的技術(shù)已經(jīng)不能滿足社會對于計算機(jī)的需求，而新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，當(dāng)新的技術(shù)被運(yùn)用到計算機(jī)中，計算機(jī)會有更高的性能、更靈巧的外觀以及跟實(shí)用的操作。計算機(jī)的硬件方面在采用更多的材料，讓其更好地為計算機(jī)的功能而服務(wù)。而計算機(jī)的軟件系統(tǒng)，是根據(jù)人們的意見反饋以及市場預(yù)期，在做著關(guān)于觀念上最終到技術(shù)上的持續(xù)創(chuàng)新，讓計算機(jī)的操作更加接近現(xiàn)代的需要。

計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷完善，讓計算機(jī)進(jìn)入到越來越多的領(lǐng)域。計算機(jī)所涉及到的科學(xué)運(yùn)算、過程檢測與控制、數(shù)據(jù)處理、計算機(jī)輔助系統(tǒng)等功能，讓計算機(jī)所涉及的領(lǐng)域逐漸增多，涉及到人類社會的軍事、教育、醫(yī)療、商業(yè)、文化、經(jīng)濟(jì)、政治等各個方面。計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的加入，使得社會的面貌和生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大的改變，加快了人們的學(xué)習(xí)、工作效率，讓計算機(jī)去計算和操作一些數(shù)據(jù)和過程，減省人力物力的消耗，提高社會運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

無機(jī)硅酸鹽材料的概述

無機(jī)硅酸鹽材料的簡介:無機(jī)非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。無機(jī)非金屬材料的提法是20世紀(jì)40年代以后，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來的。無機(jī)非金屬材料是與有機(jī)高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。

主要物理化學(xué)性能：在晶體結(jié)構(gòu)上,無機(jī)非金屬的晶體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬復(fù)雜，并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強(qiáng)的離子鍵和混合鍵。這種化學(xué)鍵所特有的高鍵能、高鍵強(qiáng)賦予這一大類材料以高熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導(dǎo)電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：無機(jī)非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的(傳統(tǒng)的)和先進(jìn)的(新型的)無機(jī)非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料是工業(yè)和基本建設(shè)所必需的基礎(chǔ)材料。如水泥是一種重要的建筑材料;耐火材料與高溫技術(shù),尤其與鋼鐵工業(yè)的發(fā)展關(guān)系密切;各種規(guī)格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學(xué)玻璃以及日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。它們產(chǎn)量大,用途廣。其他產(chǎn)品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、云母、大理石等)也都屬于傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料。新型無機(jī)非金屬材料是20世紀(jì)中期以后發(fā)展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。

計算機(jī)技術(shù)在無機(jī)非金屬材料中的應(yīng)用

檢測分析方面的應(yīng)用：通過對檢測機(jī)構(gòu)的日常工作的考察與分析，我們發(fā)現(xiàn)檢測機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)為:工作流程清晰，分工明確，責(zé)任明確，需協(xié)同工作完成一個檢測任務(wù)，這些都符合網(wǎng)絡(luò)管理的要求，為建立內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了可行性。同時發(fā)現(xiàn)與檢測業(yè)務(wù)有關(guān)的日常工作主要由以下幾個部分組成:檢測任務(wù)管理、檢測儀器設(shè)備管理、日常業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)培訓(xùn)、與質(zhì)監(jiān)站聯(lián)系。我們可以從這幾個方面著手進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計與開發(fā)。通過相應(yīng)的軟件，我們可以提升我們檢測的準(zhǔn)確性和智能化，如混凝土抗壓、抗?jié)B、混凝土配合比設(shè)計、水泥化學(xué)分析等，都可以通過軟件實(shí)現(xiàn)全自動化或者半自動化，大大的解放了勞動力資源。

例如：1.在功能陶瓷制備過程中,摻雜改性和生產(chǎn)條件控制是制備這類高性能材料的重要手段,由于材料組分和工藝條件對其性能影響很大,且組分間還可能發(fā)生復(fù)雜的交互作用,因此,如何優(yōu)化配方和工藝是高性能功能陶瓷材料研究的重點(diǎn)。在傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法無法分析的情況下，將計算機(jī)技術(shù)用于功能陶瓷研究中,建立數(shù)學(xué)模型，可以很好地對組分和工藝過程進(jìn)行優(yōu)化。

2.混凝土的性能評價與預(yù)測一直是學(xué)術(shù)界與工程界的研究難點(diǎn)，常規(guī)的預(yù)測模型主要基于某幾項(xiàng)指標(biāo)，形式因個人的理解不同而各異。而一種仿生模型——人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則能很好地解決這個難題，試驗(yàn)嘗試用BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對多種配后比的混凝土進(jìn)行抗裂性能評價與預(yù)測，結(jié)果表明此模型的可靠度很高，效果良好。該方法用于摻礦物摻和料混凝土抗裂性能預(yù)測方面是可行的。計算機(jī)模擬技術(shù)在無機(jī)非金屬中的應(yīng)用：

1.分子篩研究方面：近年來,計算機(jī)模擬作為一種有效的方法已經(jīng)廣泛用于固體材料，尤其是微孔材料，如分子篩的研究。在結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、吸附分離和催化等性質(zhì)的研究中取得了成功。中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所王建國等總結(jié)了計算機(jī)模擬：包括分子力學(xué)方法(能量最低化、分子動力學(xué)和蒙特卡羅方法)、量子化學(xué)方法(半經(jīng)驗(yàn)算法和從頭算法)和密度函數(shù)方法及其在分子篩若干研究領(lǐng)域諸如吸附、擴(kuò)散、形狀選擇反應(yīng)、分子篩骨架-模板劑相互作用、分子與 分子篩酸性位的結(jié)合以及分子篩骨架、表面結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。北京化工大學(xué)張現(xiàn)仁等采用巨正則蒙特卡羅方法研究了甲烷在兩個不同孔徑的MCM-41中不同溫度下的吸附等溫線和其在孔中的相行為和排列方式。北京大學(xué)朱麗荔等用巨正則蒙特卡羅方法研究了鄰二甲苯和間 二甲苯在ITQ-1分子篩中的吸附特征。

2.晶體材料方面：晶體的性能決定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和缺陷的分布狀態(tài)。通常人們或是希望獲得高度完整 的晶體即成分均勻、結(jié)構(gòu)完整、缺陷甚少的晶體；或者是為了獲得某種物理性能，力圖生長出具有預(yù)定的成分或者缺陷分布狀態(tài)的晶體，所以晶體生長是晶體研究的必要環(huán)節(jié)。到目前為止，對晶體生長的數(shù)值模擬研究已有30余年的歷史。濃度場和溫度場對晶體生長有直接影響。

晶體生長過程中，溶質(zhì)在晶體和熔體中都不是均勻的，晶體和熔體中的溶質(zhì)濃度隨空間位置而變化，在晶體和熔體的全部空間中，每一點(diǎn)都有確定的濃度，而不同點(diǎn)的濃度不完 全相同并且還與時間有關(guān)。蘇偉等采用有限差分法對使用Cz法生長Nd∶YAG激光晶體過程中熔體內(nèi)和晶體內(nèi)Nd3+ 濃度場進(jìn)行數(shù)值模擬研究。晶體拉速、晶體直徑和坩堝尺寸都對熔體內(nèi)和晶體內(nèi)Nd3+ 濃度場有影響。對勾形磁場中直拉硅單晶濃度場的數(shù)值模擬研究，提出在非均勻軸對稱勾形磁場中利用磁控提拉法生長硅單晶。

無機(jī)非金屬材料也和金屬材料以及有機(jī)高分子材料等一樣，是當(dāng)代完整的材料體系中的一個重要組成部分。

普通無機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)是：耐壓強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學(xué)性能上,陶瓷在耐蝕、介電性能上,耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強(qiáng)度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復(fù)雜。特種無機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)是：①各具特色,例如:高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體的磁學(xué)性質(zhì)；光導(dǎo)纖維的光傳輸性質(zhì);金剛石、立方氮化硼的{TodayHot}超硬性質(zhì);導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性質(zhì)；快硬早強(qiáng)水泥的快凝、快硬性質(zhì)等。②各種物理效應(yīng)和微觀現(xiàn)象,例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的氣體-電、濕敏電阻材料的濕度-電等材料對物理和化學(xué)參數(shù)間的功能轉(zhuǎn)換特性。③不同性質(zhì)的材料經(jīng)復(fù)合而構(gòu)成復(fù)合材料，例如：金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層，以及用無機(jī)纖維、晶須等增強(qiáng)的材料。

沿革 舊石器時代人們用來制作工具的天然石材是最早的無機(jī)非金屬材料。20世紀(jì)以來，隨著電子技術(shù)、航天、能源、計算機(jī)、通信、激光、紅外、光電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等新技術(shù)的興起，對材料提出了更高的要求，促進(jìn)了特種無機(jī)非金屬材料的迅速發(fā)展。30～40年代出現(xiàn)了高頻絕緣陶瓷、鐵電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷（見半導(dǎo)體陶瓷）等。50～60年代開發(fā)了碳化硅和氮化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、β－氧化鋁快離子導(dǎo)體陶瓷、氣敏和濕敏電阻陶瓷等。至今，又出現(xiàn)了變色玻璃、光導(dǎo)纖維、電光效應(yīng)、電子發(fā)射及高溫超導(dǎo)等各種新型無機(jī)材料。

分類 無機(jī)非金屬材料的名目繁多，用途各異，因此，還沒有一個統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的（傳統(tǒng)的）和特種的（新型的）無機(jī)非金屬材料兩大類。前者指以硅酸鹽為主要成分的材料并包括一些生產(chǎn)工藝相近的非硅酸鹽材料；例如：碳化硅,氧化鋁陶瓷,硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)耐火材料和碳素材料等。

無機(jī)非金屬材料在現(xiàn)實(shí)生活中有著很廣泛的應(yīng)用，簡單的舉幾個例子生活中的日用陶瓷，工業(yè)陶瓷，玻璃，建筑用的水泥，現(xiàn)在新型的墻體磚等等，在社會的基礎(chǔ)建設(shè)中材料是不可少的無機(jī)材料所涉及的方面也是很廣泛的，目前為止還沒有什么新型材料可以替代無機(jī)非金屬材料的地位，因?yàn)閭鹘y(tǒng)非金屬材料工業(yè)的原料來源是最廣泛的也是最便宜的是地球上最多的：粘土，巖石等礦物。而新型的非金屬材料更是基礎(chǔ)建設(shè)乃至國防建設(shè)的重要方面：比如說航空用陶瓷，隱形飛機(jī)使用的吸收電磁波的材料等等都是無機(jī)非金屬材料的范圍。這個專業(yè)現(xiàn)階段處于過渡時期，傳統(tǒng)的無機(jī)材料在社會建設(shè)中廣泛應(yīng)用，但是從事傳統(tǒng)的無機(jī)材料工作工資比較低，而從事新型材料研究和開發(fā)就比較大的發(fā)展空間了

我國是一個經(jīng)濟(jì)和社會正在迅速發(fā)展的世界大國，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)保國策的全面落實(shí)，以及在未來20年全面建設(shè)小康社會發(fā)展目標(biāo)的實(shí)施，將給我國非金屬礦物材料帶來前所未有的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。緊緊抓住這一難得的歷史機(jī)遇，加速非金屬礦物材料的研發(fā)和生產(chǎn)，不僅可以滿足我國經(jīng)濟(jì)、科技和社會發(fā)展對非金屬礦物材料日益增長的需求，促進(jìn)非金屬礦產(chǎn)資源的綜合利用，全面提升我國非金屬礦加工應(yīng)用的水平，而且還將成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長點(diǎn)，促進(jìn)我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及環(huán)保產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展和進(jìn)步。今后我國非金屬礦物材料的發(fā)展方向主要包括非金屬礦物材料的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究，非金屬礦物材料的深加工裝備技術(shù)研究，發(fā)展優(yōu)勢非金屬礦種的深加工產(chǎn)品技術(shù)研究，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、配套化，納米材料技術(shù)研究，智能材料技術(shù)研究等幾個方面。

國家發(fā)展與改革委員會在制定建材工業(yè)“十五”規(guī)劃中，非金屬礦物材料行業(yè)的發(fā)展方針和主要目標(biāo)就是發(fā)展非金屬礦深加工裝備技術(shù)，圍繞建筑、石化、汽車、機(jī)電、環(huán)保等產(chǎn)業(yè)的需要，發(fā)展超細(xì)粉碎、精細(xì)提純、表面改性與改型、超微細(xì)和微孔技術(shù)，復(fù)合與制品技術(shù)。發(fā)展高性能摩擦材料、絕緣材料、密封材料、工程塑料功能填料、電子工程材料和環(huán)保礦物材料，提高產(chǎn)品的科技含量和產(chǎn)業(yè)化水平。在技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)格品種等方面盡快縮小與國際先進(jìn)水平的差距，加大非金屬礦大型低能耗及專用設(shè)備的研發(fā)，非金屬礦成套裝備的綜合集成和工程化轉(zhuǎn)化。

近年來，在微米技術(shù)上出現(xiàn)的非金屬礦物的納米技術(shù)是以化學(xué)的方法制備的。這是一門新技術(shù)。非金屬礦物納米材料是納米材料的重要組成部分。目前，主要納米非金屬材料有納米二氧化鈦、納米碳酸鈣、納米碳管、納米棒、納米絲、納米電纜、納米金剛石、納米半導(dǎo)體、納米陶瓷材料以及聚合物-黏土礦物納米復(fù)合材料等。其中聚合物-黏土礦物納米復(fù)合材料已成為日本、美國、德國等發(fā)達(dá)國家近年來材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。我國的納米技術(shù)將在未來20年后變成主導(dǎo)技術(shù)，現(xiàn)在它有一個孕育期、生長期和高速發(fā)展期，納米技術(shù)必定代替現(xiàn)在的微米技術(shù)。就目前而言，現(xiàn)在還處于孕育期。當(dāng)今世界的主導(dǎo)技術(shù)還是微米技術(shù)，或者說是剛剛進(jìn)入微米技術(shù)與納米技術(shù)交叉階段，納米技術(shù)的應(yīng)用所占比重還很小，甚至不到1%.權(quán)威專家預(yù)測，納米技術(shù)與信息技術(shù)和生物技術(shù)成為21世紀(jì)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的3大支柱。它將引起加工技術(shù)、信息技術(shù)、材料技術(shù)、分子生物技術(shù)、微電子技術(shù)等領(lǐng)域的革命性變化，引發(fā)一場新的產(chǎn)業(yè)革命。

智能材料是指具有對環(huán)境可感知、可響應(yīng)并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料，它是由非金屬礦物復(fù)合制備而成，由日本高木俊宜教授于20世紀(jì)90年代首先提出了智能材料概念，它是新材料中的佼佼者。由它制成的合金、復(fù)合物、流體、塑料、玻璃、陶瓷等物件，在應(yīng)用時，既可感知環(huán)境條件的變化，又可根據(jù)需要作出相應(yīng)反應(yīng)。智能材料是功能陶瓷發(fā)展的更高階段，它是人類社會的需求和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。日前，歐洲科學(xué)家已研制出能協(xié)助清除汽車所排放的包括氧化氮在內(nèi)的廢氣的生態(tài)涂料，氧化氮?dú)怏w是會形成煙霧和引發(fā)人類呼吸道疾病的污染源。據(jù)悉，當(dāng)生態(tài)涂料涂在建筑物表面后，能吸附和消除氧化氮?dú)怏w，這種作用長達(dá)5年，直到其神奇功能耗竭為止。生態(tài)涂料的神奇奠基在直徑僅20納米的光觸媒二氧化鈦和碳酸鈣微粒上，它與聚硅氧烷樹脂混合而產(chǎn)生作用。由于微粒非常細(xì)小，這種涂料是清澈透明的，能添加各種顏料調(diào)成想要的顏色。聚硅氧烷具有相當(dāng)多的細(xì)孔，能讓氧化氮?dú)怏w通過后被吸附在二氧化鈦微粒上。二氧化鈦微粒吸收太陽光中的紫外線，利用其能量產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)將氧化氮?dú)廪D(zhuǎn)化成硝酸，再利用堿性的碳酸鈣予以中和。如此一來僅會釋出“無害”的二氧化碳、水和硝酸鈣，這些副產(chǎn)品將被雨水等沖刷流失。

進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，科技進(jìn)步和創(chuàng)新已成為增強(qiáng)各個國家及地區(qū)綜合實(shí)力的主要途徑和方式。黨的十六屆五中全會已提出自主創(chuàng)新的戰(zhàn)略，全國科技大會也提出加強(qiáng)自主創(chuàng)新，建設(shè)創(chuàng)新型國家。2006年2月，中共中央和國務(wù)院發(fā)布、實(shí)施《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》，經(jīng)過15年的努力，使我國進(jìn)入創(chuàng)新型國家的行列。今后我國非金屬礦物材料行業(yè)的發(fā)展主要目標(biāo)也就是圍繞著發(fā)展方向進(jìn)行創(chuàng)新。因此，我們應(yīng)該首先認(rèn)清形勢，大力加強(qiáng)科研隊伍建設(shè)和培養(yǎng)，建立國家實(shí)驗(yàn)室或科技開發(fā)中心，組建一支在國內(nèi)甚至國外都有影響的科研機(jī)構(gòu)，利用自身的優(yōu)勢和國家的扶持，在較短的時間里加快發(fā)展，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加快科技成果轉(zhuǎn)化，提高全行業(yè)整體水平，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，走出一條非金屬礦物材料自主創(chuàng)新發(fā)展的新路子。

總結(jié)

計算機(jī)技術(shù)在無機(jī)非金屬材料中的應(yīng)用是非常廣泛的，不僅僅是以上提到的幾點(diǎn)，還有圖像模擬，輔助設(shè)計，數(shù)據(jù)分析等等，并且隨著材料科學(xué)以及計算機(jī)科學(xué)的不斷發(fā)展，這兩門學(xué)科的聯(lián)系還將日益密切，相信在不久的將來會有更多的計算機(jī)技術(shù)成功應(yīng)用到無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)過程中，為材料科學(xué)的蓬勃發(fā)展貢獻(xiàn)突出的力量。

參考文獻(xiàn)：

①于忠《計算機(jī)在建筑工程材料中的應(yīng)用》四川建筑科學(xué)研究，2001（3）②尹君《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在無機(jī)非金屬材料中的應(yīng)用》材料導(dǎo)報,2006 ,20(11)③黃春華，沈東，夏春秋《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在建筑材料檢測機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用》《工程質(zhì)量》, 2001(10)④董榮勝，古天龍，蔡國永，謝春光《計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論》人民郵電出版社, 2002, 29(1)⑤陳泉水《無機(jī)非金屬材料物性測試》化學(xué)工業(yè)出版社, 2013 三億文庫3y.uu456.com包含各類專業(yè)文獻(xiàn)、各類資格考試、應(yīng)用寫作文書、外語學(xué)習(xí)資料、高等教育、生活休閑娛樂、計算機(jī)在無機(jī)非金屬材料檢測生產(chǎn)中的應(yīng)用(小論文)29等內(nèi)容。

計算機(jī)材料應(yīng)用論文

——計算機(jī)在無機(jī)非金屬材料配方中的應(yīng)用

專業(yè)：

無機(jī)非金屬

班級：

無機(jī)1302

學(xué)號：

201226910312

姓名：

馮換暉

指導(dǎo)教師：

栗政新

第五篇：無機(jī)礦物無毒阻燃填料及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

期末考試論文專用

無機(jī)礦物無毒阻燃填料及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用

摘要：文章主要介紹主要無機(jī)阻燃劑的類型、性質(zhì)以及不同阻燃劑的阻燃機(jī)制，同時介紹主要的無機(jī)礦物阻燃劑及在復(fù)合材料中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：無機(jī)礦物

阻燃

復(fù)合材料

1概述

1.1阻燃劑

按阻燃劑與被阻燃材料的關(guān)系，阻燃劑可分為添加型和反應(yīng)型兩大類。前者與基材中的其他組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性高聚物。后者作為高聚物的單體，或者作為付諸實(shí)際而參與合成高聚物的化學(xué)反應(yīng)，最后成為高聚物的結(jié)構(gòu)單元，多用于熱固性高聚物。

阻燃劑是在20世紀(jì)50年代后期隨高分子材料的興起而逐漸發(fā)展起來的。高分子材料作為三大支柱性材料之一已經(jīng)廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)和日常生活的各個方面，但是由于大多數(shù)高分子材料都是易燃的，接連不斷的火災(zāi)給人們帶來災(zāi)難性的傷害，因此各國對高分子材料的阻燃問題給予高度重視，制定出越來越嚴(yán)格和阻燃相關(guān)的法律法規(guī)。隨著多種類型的阻燃劑相繼出現(xiàn)，阻燃材料的研究也越來越深入。我國的阻燃科學(xué)起步較晚，從60年代開始發(fā)展，直到80年代得以加速。且主要以鹵系阻燃為主，約占整個阻燃劑的80%。而目前國外的阻燃劑以無機(jī)體系為主，占總體的50%一60%，并且主要以氫氧化鎂、氫氧化鋁為主，如表1所示。

表1國內(nèi)外不同種類的阻燃劑所占比例對比

單位

% 研究發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)發(fā)生時造成人員傷亡的致命因素是材料燃燒產(chǎn)生的濃厚煙霧和有毒的腐蝕性氣體。據(jù)報道，美國近幾年發(fā)生的大火災(zāi)中，死亡者80%是因有毒煙霧窒息而死的。2000年12月25日，河南洛陽東都商廈特大火災(zāi)中遇難的309人，幾乎都是遭到室內(nèi)裝飾材料燃燒生成的有毒氣體和煙霧傷害而中毒或者窒息身亡的，可見材料燃燒產(chǎn)生毒煙問題的嚴(yán)重性。因此，材料的抑煙有時比阻燃更重要。近年來，在研究、選擇和評價阻燃劑與阻燃材料時，低毒性、低成煙性也成為兩個 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

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重要的指標(biāo)。特別是多澳二苯醚類阻燃劑產(chǎn)生的“二嗯英問題”，歐洲阻燃協(xié)會已經(jīng)提出了禁用多澳二苯醚的法案，荷蘭首先實(shí)施，其它國家如德國開始仿效，《歐盟電子電機(jī)中危害物禁用指令》從2006年7月1日全面禁止PBB等澳系阻燃劑在電子產(chǎn)品中的使用。鹵系阻燃因其用量少、阻燃效率高且實(shí)用范圍廣，成為市場的主流，但阻燃的同時也產(chǎn)生大量的腐蝕性和有毒氣體，由此引發(fā)的二嗯英(Dioxin)問題得到人們的廣泛關(guān)注。自歐盟2003年2月頒布了關(guān)于《限制有害物質(zhì)》(RoHs)之后，含鹵阻燃劑的使用受到了很大的沖擊。因此，有必要開發(fā)燃燒時發(fā)煙量低，且不產(chǎn)生有毒、腐蝕性氣體，環(huán)境友好的新型高效阻燃劑。

一般阻燃劑按其化學(xué)成分可以分為無機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑兩大類。無機(jī)阻燃劑

2.1氫氧化鎂(MH)氫氧化鎂Mg(OH)2，白色固體粉末，不溶于堿性物質(zhì)，受熱分解為氧化鎂和水，340°C時為初始分解溫度，430°C左右分解速度最快，到490°C時己經(jīng)完全分解。氫氧化鎂晶體屬于+2價金屬水合物族，晶體結(jié)構(gòu)是層狀的CdI2型，形成連續(xù)的六邊形，Mg和OH層互相重疊，1個鎂離子被6個氫氧根離子配合，形成Mg(OH)6八面體。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：

Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)；△

H=81.0KJ/mol

氫氧化鎂是當(dāng)前公認(rèn)具有填充、阻燃和抑煙三重功能的化學(xué)助劑，具有無毒、無腐蝕和低價等優(yōu)點(diǎn)。氫氧化鎂的高溫分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，當(dāng)高分子材料燃燒時，可吸收部分燃燒熱，燃燒時Mg(OH)2釋放出大量的水蒸氣可稀釋高分子材料中可燃性氣體的濃度，燃燒產(chǎn)生的金屬氧化物是炭層的主要成分，可延緩熱量及氧氣進(jìn)入被阻燃聚合物材料的基體中。因而氫氧化鎂的加入可延緩阻燃高聚的熱降解速度，減慢和抑制高聚物的燃燒，并促進(jìn)炭化和抑煙。但氫氧化鎂在阻燃高分子材料時，要想達(dá)到理想的阻燃效果，添加量是很大的，這將嚴(yán)重的影響高分子材料的物理機(jī)械性能。

2.2氫氧化鋁(ATH)氫氧化鋁又稱為氧化鋁的水合物，有三水合氧化鋁A12O3·3H2O(即Al(OH)3)和一水合氧化鋁A12O3·H2O(即AlO(OH))。但在這些化合物的本身晶格沙中并不含有水分子，只是在加熱時，才會分解成水和氧化鋁，這一點(diǎn)與所有的水合物的性質(zhì)是相同的。氫氧化鋁是典型的兩性氫氧化物，它既能溶于強(qiáng)酸，又能溶于強(qiáng)堿，分別生成鋁鹽溶液和偏鋁酸鹽溶液。氫氧化鋁可用來制備鋁鹽，作為吸附劑、媒染劑和離子交換劑，也用于作耐火材料、防火布等的原料。

氫氧化鋁是用量最大和應(yīng)用最廣的無機(jī)阻燃添加劑。氫氧化鋁作為阻燃劑不僅能阻燃，而且可以防止發(fā)煙、不產(chǎn)生滴下物、不產(chǎn)生有毒氣體，因此，獲得較廣泛的應(yīng)用，使用量也在逐年增加。

2+

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使用范圍:熱固性塑料、熱塑性塑料、合成橡膠、涂料及建材等行業(yè)。氫氧化鋁集阻燃、抑煙、填充三大功能于一身。

2.3硼酸鋅(BZ)硼酸鋅作為阻燃劑，是一種新型的、性能優(yōu)異的阻燃劑，外觀呈白色粉末，熔點(diǎn)為980°C，密度為2.8g/cm，具有熱穩(wěn)定性高、粒度細(xì)、體積質(zhì)量小、易分散、無毒等顯著特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于高層建筑的橡膠配件、地毯、電梯電纜、電器塑料、電纜塑料護(hù)套、電視機(jī)外殼和零件中。在阻燃酚醛塑料、阻燃涂料、阻燃聚氯乙烯電纜護(hù)套中，硼酸鋅阻燃劑己達(dá)到了較滿意的阻燃效果。

硼酸鋅在高于300°C時失去結(jié)晶水，對阻燃復(fù)合材料起到吸熱冷卻作用。在燃燒過程中，硼酸鋅中約有38%以氧化鋅或氫氧化鋅的形式進(jìn)入氣相，對可燃性氣體進(jìn)行稀釋，使材料燃燒速率降低，增加其阻燃性。

2.4聚磷酸銨(APP)聚磷酸銨其聚合度大小可分為低聚、中聚以及高聚三種，其聚合度大小與水溶性密切相關(guān)，聚合度越高水溶性越小，反之則水溶性越大。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為結(jié)晶形和無定形。聚磷酸錢的分子通式為（NH4）（n+2)PnO(3n+1)，當(dāng)n為10-20時，為水溶性；當(dāng)n大于20時，為難溶性。按其結(jié)構(gòu)可分為結(jié)晶型和無定形型。結(jié)晶態(tài)聚磷酸按為水不溶性和長鏈狀聚磷酸鹽。有I到V型五種變體。聚磷酸錢也屬于膨脹型阻燃劑。它是含氮、磷量高、無毒無味、不產(chǎn)生腐蝕氣體、吸濕性小、熱穩(wěn)定性高、是一種性能優(yōu)良的非鹵阻燃劑。

2.5紅磷(P)紅磷，略帶棕色或紫紅的無定形粉末，具有光澤。密度為2.34g/cm，加熱易升華，在43KPa壓強(qiáng)下加熱至590°C處于熔融。汽化后再凝華可得白磷。難溶于水、二硫化碳、乙醚、液氨等，微溶于無水乙醇，有毒但無氣味，燃燒時產(chǎn)生白煙有毒?；瘜W(xué)穩(wěn)定性比白磷差，在常溫下穩(wěn)定，難與氧反應(yīng)。以還原性為主，約260°C著火。與鹵素、硫反應(yīng)時皆作為還原劑。用于生產(chǎn)安全火柴、有機(jī)磷農(nóng)藥、制磷青銅等。

紅磷作為阻燃劑，具有抑煙、低毒、高效特征，但紅磷在空氣中易氧化變質(zhì)，易自然。長期存放會緩慢釋放出磷化氫氣體，該氣體有劇毒。與高分子材料相容性差，通常不能直接與高分子材料作用，需對其進(jìn)行表面處理，處理方法主要是微膠囊化。

2.6無機(jī)硅(Si)系阻燃劑

無機(jī)硅系阻燃劑包括硅酸鹽阻燃劑(一種是噴霧干燥硅酸鹽(IPS)，另一種是膨脹型硅酸鹽(IPG))、硅膠一碳酸鉀阻燃體系、阻燃聚合物/無機(jī)物納米復(fù)合材料、陶瓷前體聚合物阻燃劑(這類聚合物都是含硅化合物，其中有聚碳硅(PCS)、聚硅苯乙烯(PSS)、倍半硅氧烷(550)等)。

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2.7可膨脹石墨

可膨脹石墨是近年出現(xiàn)的一種新型無鹵阻燃劑，它是由天然石墨經(jīng)濃硫酸酸化處理，然后水洗、過濾、干燥后在900-1000°C下膨化制得?？膳蛎浭蛎浀某跏紲囟葹?20°C左右，一般在220℃開始輕微膨脹，230-280°C迅速膨脹，之后體積可達(dá)原來的100多倍，甚至280倍?？膳蛎浭谧枞歼^程中起到以下作用:在高聚物表面形成堅韌的炭層，將可燃物與熱源隔開;膨脹過程中大量吸熱，降低了體系的溫度;膨脹過程中，釋放夾層中的酸根離子，促進(jìn)脫水碳化，并能結(jié)合燃燒產(chǎn)生的自由基從而中斷鏈反應(yīng)?？膳蛎浭c磷化合物、金屬氧化物復(fù)合使用，能產(chǎn)生協(xié)同作用，加入很少量就能達(dá)到阻燃目的。

3.阻燃機(jī)理

含有阻燃劑的材料在燃燒過程中，阻燃劑是在不同反應(yīng)區(qū)內(nèi)(氣相、凝聚相)多方面起作用的。對于不同材料來說，阻燃劑的作用表現(xiàn)也可能不一樣?？偟膩砜矗枞嫉淖饔眠^程就是切斷燃燒循環(huán)中的某個環(huán)節(jié)，使燃燒反應(yīng)不能繼續(xù)的過程。在一般情況下，物質(zhì)產(chǎn)生燃燒的必要條件是：可燃物、氧元素和熱源，三者缺一不可。因此，只要抑制了三要素之中的任何一個，均可達(dá)到阻燃的目的。而阻燃劑之所以具有阻燃效果，其對于燃燒反應(yīng)的影響表現(xiàn)在下列幾個方面：(1)在燃燒反應(yīng)的熱作用下，位于凝聚相內(nèi)的阻燃劑熱分解，而這個分解過程是吸熱的，這樣可使凝聚相內(nèi)溫度上升減慢，延緩了材料的熱分解速度；(2)燃劑受熱分解后，釋放出所謂的連鎖反應(yīng)自由基阻斷劑，使火焰反應(yīng)在鏈鎖反應(yīng)的分枝過程中斷，減緩了氣相反應(yīng)速度；(3)催化凝聚相熱分解固相產(chǎn)物—焦化層或泡沫的形成，加強(qiáng)了這些層狀硬殼阻礙熱傳遞的作用，從而使凝聚相溫度保持在較低的水平，使氣相反應(yīng)原料(可燃性氣體熱分解產(chǎn)物)的形成速度降低，起到了“釜底抽薪”的作用；(4)在熱作用下，阻燃劑出現(xiàn)吸熱性相變，物理性地阻止凝聚相內(nèi)溫度升高?？傊枞紕┳饔帽憩F(xiàn)為多方面，在不同空間內(nèi)起作用，綜合性地使燃燒反應(yīng)速度變慢或者使反應(yīng)的引發(fā)(熱自燃)變得困難，達(dá)到抑制、減少火災(zāi)危害的目的。

為了預(yù)防災(zāi)的發(fā)生，或發(fā)生火災(zāi)以后阻止或延緩火災(zāi)的發(fā)展，往往用阻燃劑對易燃材料進(jìn)行燃處理，使易燃材料轉(zhuǎn)變成難燃材料或不燃材料，或者僅炭化而不著火、不發(fā)煙，或雖炭化、著火和發(fā)煙，但燃燒難以擴(kuò)展。阻燃機(jī)理是個復(fù)雜的問題，迄今尚有許多現(xiàn)象無法解釋，但是在過去三十年中對聚合物的阻燃研究有了很大的發(fā)展，一些理論己經(jīng)被人們普遍接受。一般來說，阻燃機(jī)理可以分為以下四種類型：

(1)聚相阻燃機(jī)理

高溫下阻燃劑在聚合物表面形成凝聚相，通過隔絕空氣、阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

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來達(dá)到阻燃目的。形成凝聚相隔離膜的方式有兩種:一是阻燃劑在燃燒溫度下分解成不揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì)，包覆在聚合物表面，這種致密的保護(hù)層起到了隔離膜作用，如硼系和鹵化磷類阻燃劑具有這類特征；二是利用阻燃劑的熱降解產(chǎn)物促進(jìn)聚合物表面迅速脫水碳化，形成碳化層，單質(zhì)炭不產(chǎn)生火焰的蒸發(fā)燃燒和分解燃燒，能起到隔熱屏蔽作用，避免基體聚合物進(jìn)一步分解，從而減少了可燃?xì)怏w的生成量，達(dá)到阻燃保護(hù)的效果。磷系阻燃劑被認(rèn)為是凝聚相阻燃機(jī)理的典型例子，但是并非所有的磷系阻燃劑均為凝聚相阻燃機(jī)理。

(2)自由基捕獲機(jī)理

在聚合物燃燒過程中，生成的大量游離基促進(jìn)氣相燃燒反應(yīng)，如能設(shè)法捕獲并消滅這些游離基，切斷自由基鏈鎖反應(yīng)，就可以控制燃燒，進(jìn)而達(dá)到阻燃的目的。鹵系阻燃劑的阻燃機(jī)理就屬此類[。自由基一般具有很高的能量，反應(yīng)速度非?？?，所以燃燒的程度由自由基的增殖程度而定。當(dāng)有含鹵阻燃劑存在時，則含鹵阻燃劑在高溫下會分解產(chǎn)生鹵化氫，而鹵化氫能把自由基捕獲，從而將自由基的鏈鎖反應(yīng)切斷，這樣聚合物熱分解產(chǎn)生的自由基通過上述途徑變成了水，既吸收了熱量，降低了聚合物的溫度，又在聚合物表面留下一層炭化層，從而使火焰熄滅。

(3)冷卻機(jī)理

阻燃劑發(fā)生吸熱脫水、相變、分解或其它吸熱反應(yīng)時，會降低聚合物表面和燃燒區(qū)域的溫度，防止熱降解，進(jìn)而減少了可燃性氣體的揮發(fā)量，最終破壞維持聚合物持續(xù)燃燒的條件，達(dá)到阻燃目的。氫氧化鋁、氫氧化鎂及硼類無機(jī)阻燃劑頗具代表性。

(4)協(xié)同作用機(jī)理

將現(xiàn)有的阻燃劑進(jìn)行復(fù)配，使各種阻燃機(jī)理共同發(fā)生作用，在降低阻燃劑用量的同時可以起到更好的阻燃效果。此外，協(xié)同體系還具有成本低、抑煙性好等優(yōu)點(diǎn)，例如用紅磷包覆的氫氧化鋁對ABS樹脂進(jìn)行阻燃改性，隨著用量的增加ABS氧指數(shù)也不斷增加，且在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系。從燃燒現(xiàn)象看，ABS阻燃性能改善的同時，發(fā)煙程度逐步降低，產(chǎn)生的灰粉逐步減少，結(jié)炭也越來越好，當(dāng)包覆紅磷用量達(dá)到9%時，不僅能使氧指數(shù)提高到30.6，而且己經(jīng)有效抑制了燃燒發(fā)展，其效果遠(yuǎn)大于單用氫氧化鋁。

協(xié)同作用機(jī)理可以表現(xiàn)多種模式，主要表現(xiàn)如下: ①阻燃劑可能產(chǎn)生大量的非燃燒氣體，沖淡供給火焰的氧或燃燒所需的可燃?xì)怏w濃度，從而達(dá)到阻燃的目的；②阻燃劑可能增加燃燒體系的熱容或使可燃物含量降低到可燃的最低限度水平之下，進(jìn)而產(chǎn)生阻燃效果；③阻燃劑的熱降解可以降低聚合物的表面溫度和阻滯聚合物的降解；④燃燒過程中，阻燃劑與基體材料中的某些組分發(fā)生反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成陶瓷狀的無機(jī)炭化層，這種焦化層能夠阻滯氣相和凝固相的傳熱與傳質(zhì)，降低了材料的熱分解溫度，因而有利于材料的阻燃。

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另外，聚合物材料的可燃性無疑是和燃燒熱密切相關(guān)的，材料點(diǎn)燃火焰被移走后，如果有足夠的熱量釋放并返回到材料，使材料繼續(xù)分解，則燃燒成為自擴(kuò)展行為。因此人們也期待較低的燃燒熱使材料的可燃性降低而難燃性增加。OheMatsanra曾提出燃燒熱和聚合物氧指數(shù)之間有一定的相互關(guān)系，經(jīng)過阻燃處理的聚合物比未經(jīng)處理的聚合物燃燒熱低。但是也有不同的看法，認(rèn)為燃燒熱和阻燃性之間并不存在令人信服的相互關(guān)系，例如具有高燃燒性的硝化纖維具有較低的燃燒熱，而自熄級的聚乙烯卻有非常高的燃燒熱。

4無機(jī)礦物無毒阻燃填料分類及應(yīng)用

4.1水鎂石 4.1.1.水鎂石簡介

水鎂石是一種天然礦物，主要成分是Mg(OH)2，是自然界含鎂量最高的礦物。水鎂石具有層狀結(jié)構(gòu)，一般以塊狀和纖維狀形態(tài)存在[14]。由于Mg(OH)2是一種近年來快速發(fā)展的新型低煙無鹵阻燃材料，主要應(yīng)用于高分子領(lǐng)域中作為一種環(huán)保型阻燃劑，替代如磷類、鹵類等易產(chǎn)生環(huán)境污染的傳統(tǒng)阻燃劑。因此，Mg(OH)2無機(jī)粉體用作聚合物材料的阻燃劑，兼具填充、阻燃、抑煙、環(huán)保、無一次危害等優(yōu)點(diǎn)，越來越被廣泛運(yùn)用[15-l6]。另外，水鎂石在我國蘊(yùn)藏量很豐富[14]，將其開發(fā)成具有高附加值的新型產(chǎn)品具有十分重大的意義。

4.1.2 水鎂石阻燃機(jī)理

天水鎂石的阻燃機(jī)理[17]為：水鎂石作為一種填料添加到高分子材料中，降低了高分子材料中聚合物可燃材料的含量，提高了材料的熱穩(wěn)定性。

Mg(OH)2發(fā)生熱分解反應(yīng)：

反應(yīng)時大量吸熱，降低溫度，使材料不易著火；生成MgO沉積在材料表面，起隔絕空氣的作用；產(chǎn)生大量水蒸氣，消耗大量熱量；水蒸氣吸收煙霧，起消煙作用。水鎂石的結(jié)構(gòu)與Mg(OH)2極為相似，具有無毒、無腐蝕性、穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、高溫下不產(chǎn)生有毒氣體等優(yōu)點(diǎn)。

4.1.3水鎂石在復(fù)合材料中應(yīng)用

表2是纖維水鎂石對PP的燃燒效果分析[18]。

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表2氧指數(shù)及樣品（纖維水鎂石+聚丙烯）燃燒情況

從表2中可以看出:隨著纖維水鎂石的加人，氧指數(shù)逐漸提高，且無煙出現(xiàn)，在纖維水鎂石：聚丙烯為70：100時，已達(dá)到了阻燃抑煙效果。

表3為溶解氧(OI)隨體系中水鎂石添加量的變化情況[19]。從結(jié)果可知，水鎂石的加入對HDPE的燃燒性能有顯著影響。添加50%的水鎂石后，材料的OI值從17.7%上升到24.1%，從易燃材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶韵ㄐ缘牟牧稀Ｑ芯看_認(rèn)，當(dāng)水鎂石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60%以下時，盡管隨其添加量增加，材料的OI值可進(jìn)一步上升，但變化的幅度較??；只有當(dāng)水鎂石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)60%以上時，體系的OI值才有可能發(fā)生突變，并最終穩(wěn)定在27%左右。

表3水鎂石對復(fù)合體系燃燒性能的影響

盧永定[20]采用化學(xué)作用與機(jī)械力結(jié)合的方法，將天然纖維水鎂石剝分到納米級，并采用有機(jī)分散劑將其均勻分散，然后使用常規(guī)工業(yè)擠出設(shè)備制備水鎂石納米纖維/PP復(fù)合材料。在這種納米復(fù)合 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

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材料中，納米纖維均勻分散，與PP高分子材料結(jié)合牢固，對即復(fù)合材料的性能明顯改善。

大連理工大學(xué)的豐世鳳使用行星式高能球磨機(jī)，在球磨過程中加入助劑，制得超細(xì)改性水鎂石粉?？疾炝饲蚰?shù)及助劑用量對粉體粒度及表面改性效果的影響。使用激光粒度分析、掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)、活化率測試、接觸角測試、沉降時間測試對粉體的粒度、形貌和改性效果進(jìn)行了表征。結(jié)果表明所得水鎂石粉體D90由 32.75μm降到1.26μm，且形貌均勻晶型保持完好，在助磨劑添加量為0.2%、表面活性劑添加量為2%時所得超細(xì)改性水鎂石粉體與原粉相比，活化率提高到98.5%、接觸角增大到131度、沉降時間延長到22.5h。

表4水鎂石礦處理前后粒度對比

表5水鎂石原粉與超細(xì)改性水鎂石粉的比表面積

圖1處理前后水鎂石粉的掃描電鏡照片

并將超細(xì)改性水鎂石粉添加到不飽和聚醋樹脂中，加入固化助劑，在常溫常壓下制得水鎂石/聚酷人造石?？疾炝藰渲姆N類及水鎂石添加量對聚酷人造石性能的影響。使用氧指數(shù)儀(LOI)和錐形量熱儀(CONE)對聚醋樹脂和水鎂石/聚醋人造石進(jìn)行了阻燃性能測試。LOI數(shù)據(jù)表明:隨著水鎂石添 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

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加量的增加，氧指數(shù)在提高，添加50份時達(dá)到31.3，比聚醋樹脂提高了11%；CONE數(shù)據(jù)顯示，添加50份水鎂石粉制得的聚醋人造石與聚酷樹脂相比:引燃時間由80s延長到153s，熱釋放速率降低4/5，生煙速率和總生煙量降低2/3。

表6 水鎂石與MTP-156樹脂不同質(zhì)量比下固化后的測試數(shù)據(jù)及結(jié)果

圖2水鎂石添加量對氧指數(shù)的影響

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力學(xué)性能測試的彎曲強(qiáng)度由27.69MPa提高到40.75MPa，沖擊強(qiáng)度從2.1kJ·cm-2提高到了3.3kJ.cm-2。然后采用非等溫DSC方法對水鎂石/聚酷人造石及聚醋樹脂進(jìn)行固化動力學(xué)分析，考察水鎂石對不飽和聚酷樹脂固化性能的影響，得到聚酷人造石和聚酷樹脂的固化反應(yīng)活化能分別為34.5KJ/mol和18.1KJ/mol。表明水鎂石的添加對樹脂的固化性能有抑制作用。

圖3 水鎂石添加量對聚酯人造石沖擊強(qiáng)度的影響

4.2坡縷石 4.2.1坡縷石簡介

坡縷石（凹凸棒土）素有“千土之王”、“萬用之土”的稱號，在工業(yè)和其它多種行業(yè)上具有特種用途。坡縷石是一種層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物。其理想分子式為：(Mg，Al，F(xiàn)e)5Si8O20(HO)2(OH2)4·nH2O，理論化學(xué)成分為：SiO2 56.96%；(Mg，Al，F(xiàn)e)O 23.83%；H2O 19.21%。成份中常有Al、Fe混入，Al2O3替代部分MgO。坡縷石晶體呈毛發(fā)狀或纖維狀，在電子顯微鏡下呈長柱狀或針狀，白、灰、淺綠或淺褐色，硬度一般為2-3，當(dāng)加熱到700-800°C時，硬度可能提高到5，密度2.05-2.32g/cm3。具有很大的比表面積和吸附能力，很好的流變性和催化性能，同時，具有理想的膠體性能和耐熱性能，是一種少見的礦物。

4.2.2坡縷石阻燃機(jī)理

坡縷石（PLS）是繼蒙脫土、高嶺土之后又一種重要的天然納米纖維狀硅酸鹽粘土，為典型的納米級針狀粉體，具有作為聚合物材料增強(qiáng)填充劑的條件；其次，坡縷石含有各種形式的水，隨著溫度的不同水的釋放方式不同，是理想的天然阻燃劑；最后，坡縷石的中空棒狀結(jié)構(gòu)，決定了它有 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

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很強(qiáng)的吸附性、膠體性和催化性，是理想的抑煙劑和吸附劑。

4.2.3坡縷石在復(fù)合材料中應(yīng)用

西北師范大學(xué)的張哲次將坡縷石引入 LLDPE 阻燃性能研究，分別研究了無鹵阻燃劑氫氧化鎂、紅磷、多聚磷酸胺、坡縷石和其他阻燃劑單獨(dú)阻燃LLDPE的阻燃能力，以及坡縷石與各種阻燃劑復(fù)配的阻燃效果，并制得了LLDPE復(fù)合材料。根據(jù)氧指數(shù)和水平垂直燃燒實(shí)驗(yàn)測試，坡縷石復(fù)配體系是有效的、可行的。復(fù)配阻燃劑對LLDPE具有較好的阻燃效果及綜合性能，LLDPE 復(fù)合材料屬于較好的阻燃材料。復(fù)合材料通過了電鏡表征；通過 TG 分析了其熱降解性；通過萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)等儀器測試了其物理性能。阻燃劑經(jīng)過表面改性后能使復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能得到提高，經(jīng)測試，復(fù)合材料的力學(xué)性能和阻燃性能均達(dá)到最大值，斷裂伸長率為75.142%，抗拉強(qiáng)度為7.282MPa，氧指數(shù)為30.5，材料的燃燒性能達(dá)到UL 94V-0級，因此其具有潛在的工業(yè)應(yīng)用價值。

圖4不同坡縷石復(fù)配阻燃添加量對氧指數(shù)影響

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圖5 含量25%坡縷石添加量復(fù)合材料熱重曲線圖

3.3無機(jī)復(fù)合阻燃填料

3.3.1無機(jī)復(fù)合阻燃填料簡介

單一的無機(jī)阻燃填料要在高聚物基復(fù)合材料中填充量較大時才能產(chǎn)生阻燃效果，這樣在滿足阻燃要求的同時卻影響膠料的加工性能并導(dǎo)致填充材料力學(xué)性能下降。因此，超細(xì)化、活性化、復(fù)合化成為無機(jī)阻燃填料發(fā)展的趨勢，即通過不同結(jié)構(gòu)、粒形、化學(xué)成分和阻燃性能的無機(jī)阻燃劑的復(fù)合，使各種無機(jī)阻燃劑相互配合，取長補(bǔ)短，提高阻燃劑的阻燃效率，同時，通過超細(xì)粉碎和表面改性處理賦予無機(jī)阻燃填料一定的補(bǔ)強(qiáng)性能，從而不致惡化基材的力學(xué)性能及電氣性能，甚至還有所改善。

目前已有一些關(guān)于無機(jī)復(fù)合阻燃填料在PVC中應(yīng)用的研究報道,如氧化銻和氫氧化鋁在柔性(軟）PVC電線和電纜中的復(fù)合應(yīng)用；用ZHS包覆的Al(OH)

3、Mg(OH)2以降低PVC的發(fā)煙量和填充量；Sb2O3與其它金屬氧化物并用;氫氧化鋁與鎂、鋅及碳酸鈣復(fù)配應(yīng)用;氫氧化鎂、氫氧化鋁、紅磷等復(fù)合型阻燃劑；Sb-A型復(fù)合阻燃劑;三氧化二銻、氫氧化鋁、硼酸鋅等復(fù)合無機(jī)阻燃劑；以氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻為主體的FZY復(fù)合阻燃抑煙劑;采用Sb2O3、CaCO3和金屬氧化物復(fù)配的阻燃劑等。

3.3.2無機(jī)復(fù)合阻燃填料在PVC中的應(yīng)用

中國礦業(yè)大學(xué)四季春等人以超細(xì)Al(OH)

3、Mg(OH)

2、煅燒高嶺土、白炭黑等為基本組分經(jīng)超 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）

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細(xì)粉碎和復(fù)合表面改性制備的超細(xì)活性無機(jī)復(fù)合阻燃填料填充阻燃PVC電纜料,其力學(xué)性能和電性能可達(dá)GB/T 8815—2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,氧指數(shù)達(dá)35·6 %，煙密度為174·7。這種超細(xì)活性無機(jī)合阻燃填料具有高效阻燃、填充增強(qiáng)和電絕緣性三種功能。

表7 阻燃填料的配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)表8 加入TFR1和其它阻燃填料PVC的氧指數(shù)(%)

表9 TFR填充阻燃PVC的性能

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期末考試論文專用 結(jié)論

無鹵化、超細(xì)化、活性化、功能化、復(fù)合化是阻燃劑發(fā)展的主流和趨勢。我國塑料、橡膠工業(yè)的快速發(fā)展對阻燃劑的需求特別是對無毒、高效、功能型無機(jī)復(fù)合阻燃劑的需求將更迫切。因此，我們必須加快無機(jī)復(fù)合阻燃劑的開發(fā)與應(yīng)用，以滿足高分子材料工業(yè)及消費(fèi)者的需要，不斷迎接新的挑戰(zhàn)。

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