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1、光学塑料改性及加工工艺简要 改性塑料，是指在通用塑料和工程塑料的基础上，经过填充、共混、增强等方法加工，提高了阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面的性能的塑料制品。 通过改性的塑料部件不仅能够达到一些钢材的强度性能，还具有质轻、色彩丰富、易成型等一系列优点，因此目前“以塑代钢”的趋势在很多行业都显现出来，而现阶段要找出一种大规模替代塑料制品的材料几乎是不可能的。发展 改性塑料属于石油化工产业链中的中间产品，主要由五大通用塑料和五大工程塑料为塑料基质加工而成，具有阻燃、抗冲、高韧性、易加工性等特点。改性塑料是典型的技术进步和消费升级受益行业，得益于全球家电、电脑、电动工具和玩具等产能加速向中国转移
2、，凭借在劳动力以及其他生产要素方面的成本优势，我国已成为这些领域的制造业大国，并籍此推动了国内改性塑料行业的发展。消费升级使中国的汽车、建筑等产业进入高速增长期，随着人们对材料性能要求的不断提高，我国正成为全球改性塑料最大的潜在市场和主要需求增长动力。据2013-2017年中国改性塑料行业产销需求与投资预测分析报告1数据分析，近年来我国改性塑料行业发展迅猛，产量、表观消费量年均增长分别达到20%、15%。目前国内改性塑料年总需求在500万吨左右，约占全部塑料消费量的10%左右，但仍远低于世界平均水平20%。此外，目前我国人均塑料消费量与世界发达国家相比还有很大的差距。作为衡量一个国家塑料工业发
3、展水平的指标塑钢比，我国仅为30：70，不及世界平均的50：50，更远不及发达国家如美国的70：30和德国的63：37。我国的改性塑料行业目前总体的发展水平较低，行业内企业的生产规模普遍偏小，产品的市场状况也呈现出初级产品多，中级产品质量不稳定，高级产品缺乏的特点，远不能满足我国21世纪经济发展的需要。因此，改性塑料作为化工新材料领域中的一个重要组成部分，也已被国家列为重点发展的科技领域之一。自2007年以来我国陆续出台各项政策推进改性塑料行业发展。随着人民生活水平的大幅提升和技术手段的进步，国内以塑代钢以塑代木将成为一种趋势。据前瞻网调查改性塑料行业作为塑料加工行业大类中发展较快且发展潜力较
4、大的一个子类行业，预计在未来的5年，其总的市场需求量仍将保持10%以上的增长率。改性塑料是涉及面广、科技含量高、能创造巨大经济效益的一个塑料产业领域。而塑料改性技术填充、共混和增强改性更是深入几乎所有的塑料制品的原材料与成型加工过程。从原料树脂的生产到从多种规格及品种的改性塑料母料，为了降低塑料制品的成本，提高其功能性，离不开塑料改性技术。普通的塑料往往会有它自身的特性和缺陷，改性塑料就是给塑料改变一下性质，基本的技术包括：1、增强：将玻璃纤维等与塑料共混以增加塑料的机械强度。2、填充：将矿物等填充物与塑料共混，使塑料的收缩率、硬度、强度等性质得到改变。3、增韧：通过给普通塑料加入增韧剂共混以
5、提高塑料的韧性，增韧改性后的产品：铁轨垫片。4、阻燃：给普通塑料树脂里面添加阻燃剂，即可使塑料具有阻燃特性，阻燃剂可以是一种或者是几种阻燃剂的复合体系，如溴+锑系，磷系，氮系，硅系，以及其他无机阻燃体系。5、耐寒：增加塑料在低温下的强度和韧性，一般塑料在低温下固有的低温脆性，使得在低温环境中应用受限，需要添加一些耐低温增韧剂改变塑料在低温下的脆性，例如汽车保险杠等塑件，一般要求耐寒。特点 改性塑料凭借优越的性价比在越来越多的下游领域得到应用，可以说改性塑料已经成为一种消费趋势，而这种趋势背后隐含了如下五种因素：高性能：改性塑料不仅具备传统塑料的优势，如密度小、耐腐蚀等，同时物理、机械性能得到很
6、好的改善，如高强度、高韧度、高抗冲性、耐磨抗震，此外塑料综合性能的提高为其下游领域的广泛应用提供了基础。低成本：与其他材料相比，塑料得益于生产效率高、密度低等优势，具有更低的成本，单位体积塑料的成本仅为金属的十分之一左右。政府政策：中国推行的“3C”强制认证制度，对目录内产品的安全性能进行了严格的规定，从而推动了阻燃塑料在家用电器、IT、通讯等领域的广泛应用。消费升级：随着生活水平的提高，人们开始追求更加卓越的产品性能，要求家电等产品更加美观、安全、耐用，从而对上游的塑料行业提出更高的要求，要求其具有更好的加工性能、力学性能、耐用性和安全性。技术因素：目前世界上已经发现1000多种聚合物，但真
7、正有应用价值的只有几十种，开发新的聚合物不仅投资巨大，而且应用前景不明朗；相反，改性技术不仅可以提高现有聚合物的性能以适应产业的需求，同时可以降低一些高价工程塑料的成本，成为发展塑料工业的有效途径。硬度 硬度是指材料抵抗其它较硬物体压入其表面的能力。硬度值的大小是表征材料软硬程度的有条件的定量反映，它不是一个单纯而确定的物理量。硬度值的大小不仅取决于材料的本身，而且取决于测试条件和测定方法，即不同的硬度测量方法，对同一种材料测定的硬度值不尽相同。因此，要比较材料之间的硬度大小，必须用同一种测量方法测量的硬度值，才有可比性。常用于表示硬度的方法有如下几种：a、 邵氏硬度b、 洛氏硬度c、 莫氏硬
8、度添加改性塑料的硬度添加改性塑料的硬度是指在塑料中加入硬质添加剂的一种改性方法。常用的硬度填加剂为刚性无机填料及纤维。（1）添加刚性无机填料表面处理改进塑料的硬度塑料的表面硬度改进方法是指只改善塑料制品外表的硬度，而制品内部的硬度不变。这是一种低成本的硬度改进方法。这种改性方法主要用于壳体、装饰材料、光学材料及日用品等。这种改性方法主要包括涂层、镀层及表面处理三种方法。共混与复合改进塑料的硬度（1）共混改进塑料的硬度塑料共混改进方法即在低硬度树脂混高硬度树脂，以提高其整体硬度。常见的共混树脂有：PS、PMMA、ABS及MF等，需要改性的树脂主要为PE类、PA、PTFE及PP等。（2）复合改进塑
9、料的硬度塑料复合改进硬度的方法即在低硬度塑料制品表面上复合一层高硬度树脂。此方法主要适合于挤出制品，如板、片、膜及管材等。常用的复合树脂为PS、PMMA、ABS及MF等。改进技术 一、增强技术纤维增强是塑料改性的重要方法这一，镁盐晶须和玻璃纤维均能有效地提高聚丙烯的综合性能。以玻璃纤维增强的聚丙烯具有较低的密度，低廉的价格以及可以循环使用等优点，目前正逐步取代工程塑料与金属在汽车仪表板，汽车车身和底盘零件中的应用：与玻璃纤维相比，镁盐晶须的模塑制品具有更高的精度，尺寸稳定性和表面光洁度，适用于制备各种形状复杂的部件，轻质高强度阻燃部件和电子电器部件。作为一种改性剂，镁盐晶须能大幅度提高聚丙烯的
10、强度，刚度，抗冲击和阻燃性能。因此，镁盐晶须和玻璃纤维在聚丙烯改性中的应用越来越受到重视。二、增韧技术矿物质增强增韧是最为普遍的改性途径之一。向聚丙烯原料中添加的矿物质通常是碳酸钙，滑石粉，硅灰石，玻璃微珠，云母粉等。这些矿物质不仅可以在一定程度上改善聚丙烯材料的机械性能和冲击韧性，降低聚丙烯材料的成型收缩率以加强其尺寸稳定性，并且由于矿物质与聚丙烯基体在成本上的巨大差别，可以大幅度降低聚丙烯材料的成本。矿物质增强增韧聚丙烯是所有改性聚丙烯材料在家用电器中应用最广泛的一种。目前，波轮洗衣机和滚筒洗衣机的内筒一般使用的都是矿物质增强增韧聚丙烯材料，以代替早期的不锈钢内筒。聚丙烯材料经矿物质增强增
11、韧后，可克服其原有的强度不足，光泽度不好，收缩太大等问题。目前，这种改性聚丙烯除了用于制作洗衣机的内筒以外，还被用于制作波轮和取衣口等部件，仅海尔集团对其每年的用量就在1700吨左右（每个洗衣机内筒约重2kg）。这种材料的矿物质添加量高达40%，其拉伸强度达33Mpa，断裂伸长率可达90%以上，缺口冲击强度约为10KJ/m2。微波炉的很多部件也采用矿物质增强增韧聚丙烯材料制造。由于矿物质的加入，可以在聚丙烯材料本身较高的耐热温度的基础上，使其耐热温度进一步得到提高，以适应微波炉对高温的要求。例如，微波炉门体的密封条，微波炉扬声器喇叭口，喇叭支架等都采用了这种改性的聚丙烯材料。冰箱上的搁物架现在
12、也基本采用了矿物质增强增韧聚丙烯材料，由于与玻璃面板可进行整体注塑，从而很好地解决了原来ABS材料的面板沁水问题。三、填充改性新型高填充玻纤改性塑料，它可克服常规玻璃纤维增强热塑性塑料的缺陷。这种材料的基体是高温热塑性塑料如液晶聚合物，聚醚砜，聚醚酰亚胺和聚苯硫醚。在玻纤填充量在80%时，改性材料但仍能操持良好的可加工性。用新材料生产的部件具有耐磨损和耐温变的良好特性。这种新材料可与塑料和金属粘合，适用于表面摸塑设备加工，潜在的应用包括汽车和燃料系统部件，轴承，电子零部件，抗刮伤外壳等，这种玻璃增强物的辅加效益是阻燃性好，能回收利用，高度耐热和尺寸稳定等。四、共混与塑料合金技术塑料共混改性指在
13、一种树脂中掺入一种或多种其他树脂（包括塑料和橡胶），从而达到改变原有树脂性能的一种改性方法。氟塑料合金是采用国内现有的超高分子量聚全氟乙丙烯（FER）为主要原料，与四氟乙烯加填料直接共混，用物理方法制造的，此材料性能超过了世界公认的“塑料王”聚四氟乙烯。五、阻燃技术高聚物的阻燃技术，当前主要以添加型溴系阻燃剂为主，常用的有十溴二苯醚、八溴醚、四溴双酚A、六溴环十二烷等，其中尤以十溴二苯使用量为最大，溴化环氧树脂由于具有优良的熔流速率，较高的阻燃效率，优异的热稳定性和光稳定性，又能使被阻燃材料具有良好的物理机械性能，不起霜，从而被广泛地应用于PBT、PET、ABS、尼龙66等工程塑料，热塑性塑料
14、以PC/ABS塑料合金的阻燃处理中。阻燃剂家族中的其他品种有磷系、三嗪系、硅系、膨胀型、无机型等，这些阻燃剂在各种不同使用领域发挥着各自独特的阻燃效果。在磷系阻燃剂中，有机磷系的品种大都是油液状，在高聚物加工过程中不易添加，一般在聚氨酯泡沫、变压器油、纤维素树脂、天然和合成橡胶中使用。而无机磷系中的红磷，是纯阻燃元素，阻燃效果好，但它色泽鲜艳，因而应用受部分限制。红磷的应用要注意微粒化和表面包覆，这样使它在高聚物中有较好的分散性，与高聚物的相容高性好，不易迁移，能长久保持高聚物难燃性能。六、纳米复合技术科研人员发现，当微粒达到纳米量级时会出现一种新奇现象，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、
15、电、磁、热力学等性能呈现出与传统材料的极大差异。根据纳米材料的结构特点，把不同材料在纳米尺度下进行合成与组合，可以形成各种各样的纳米复合材料，例如纳米功能塑料。一般塑料常用的种类有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、PA（聚酰胺）、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）等几十种，为满足一些行业的特殊需求，用纳米技术改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能，强度高，耐热性强，重量更轻。随着汽车应用塑料数量越来越多，纳米塑料很可能会普遍应用在汽车上。这些纳米功能塑料最引起汽车业内人士注意的有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。增强塑料是在
16、塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等，这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用，可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度，抗冲击韧性和弹性模量上升，使塑料的物理性能得到明显改善。增强增韧塑料可以代替金属材料，由于它们比重小，重量轻，因此广泛用于汽车上可以大幅度减轻汽车重量，达到节省燃料的目的。这些用纳米技术改性的增强增韧塑料，可以用于汽车上的保险杠、座椅、翼子板、顶蓬盖、车门、发动机盖、行李舱盖等，某至还可用于变速器箱体，齿轮传动装置等一些重要部件。七、热塑性弹性体技术热塑性弹性体简称TPE/TPR，以SEBS、SBS为基材，是一类具有通用塑料加工性能，但产品有着类似文联橡
17、胶性能的高分子合金材料。在多材料模塑中，热塑性弹性体有4个基本的类型，即苯乙烯嵌段共聚物（SBC）、热塑性硫化胶（TPV）、热塑性聚氨酯（TPU）和共聚多酯（COPE）。热塑性聚氨酯弹性体是第一个能够运用热塑性工艺加工的弹性体。有聚酯和聚醚两种类型，聚酯型具有较高的机械性能，聚醚型比聚酯型具有较好的水解稳定性和低温韧性。聚氨酯橡胶具有良好的耐磨性、添加剂可以提高耐候性，尺寸稳定性和耐热性，减少摩擦或增加阻燃性，它们在各硬度等级产品中具有很广泛的应用，涉及汽车密封件和垫圈，稳定杆套，医用导管、起博器和人造心脏装置、手机天线齿轮、滑轮、链轮、滑槽衬里、纺织机械部件、脚轮、垫圈、隔膜、联轴器和减振部
18、件。共聚多酯弹性体具有良好的动态性能、高模数、高伸长和撕裂强度，还有在高温和低温条件下具有良好的抗挠屈疲劳性。通过组合紫外线稳定剂或炭黑可以提高耐候性，耐无氧化酸性、一些脂族烃、芳烃燃料、碱性溶液、液压流体的性能表现为良好甚至优异；然而，无极性材料，如强无机酸和碱、氯化溶剂、苯酚类和甲酚会使聚酯降解，共聚多酯在一般情况下比热塑性弹性体昂贵，应用于弹性联轴器、隔、齿轮、波纹管垫环、保护套、密封件、运动鞋鞋底、电气接头、扣件、旋钮和衬套中。2007年世界热塑性弹性体（TPE）消费超过230万吨，总产值超过110亿美元，2001-2007年间世界消费保持年均6.5%的增长率。其中，北美消费平均增幅为
19、5.7%，欧洲为4.4%，拉丁美洲则以两位数速率快速增长，亚太地区年均增幅大于8%。高速的增长将带动各行各业对TP巨的使用，汽车和日用品消费是拉动热塑性弹性体消费增长的主要因素，不同品种的热塑性弹性体增长率不相同。目前，热塑性聚氨酯应用以年均6.3%的速率增长，主要应用于汽车业预计未来热塑性聚氨酯在日用品和体育用品上应用会有所突破。八、反应接枝改性在由一种或几种单体组成的聚合物的主链上，通过一定的途径接上由另一种单体或几种单体组成的支链的共聚反应。是高聚物改性技术中最易实现的一种化学方法。马来酸酐接枝改性聚合物一般采用双螺杆挤出机熔融接枝法制备，其系类品种包括聚乙烯（PE-g-MAH）、聚丙烯
20、（PP-g-MAH）、ABS（ABS-g-MAH）、POE（POE-g-MAH）、EPDM（EPDM-g-MAH）等，其操作工艺简单、生产成本低、产品质量稳定等特点。其中产品MAH接枝率在0.52.5%范围内可调，其他力学性能指标优良。可广泛用作各类非极性聚合物（如PE、PP等）与极性聚合物（如PC、PET、PA等）其混改性时的相容剂等。纳米碳酸钙是一种十分重要的无机增韧增强功能性填料，被广泛地应用在塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域，为降低纳米碳酸钙表面高势能、调节疏水性、提高与基料之间的润湿性和结合力、改善材料性能，须对纳米碳酸钙进行表面改性常用的碳酸钙表面改性方法主要以脂肪酸（盐），钛酸酯
21、，铝酸酯等偶联剂在碳酸钙表面进行化学改性，从而使改性碳酸钙填充的聚合物冲击强度得到较大的提高，为了提高无机填料与有机基体之间的相容性，用高分子有机物对无机填料进行表面接枝改性是一种常用方法。Takao Nakatsuka 以磷酸盐改性超细CaC03表面，然后与聚异丁烯酸接枝，P.Godard采用羧酸吸附和聚丁基丙烯酸接枝对CaC03表面改性，与丙稀单体混合后通过聚合制备了性能较好的PP/CaC03复合材料。较新技术 随着科学技术的发展，现代社会对塑料材料提出了更多、更高、更苛刻的要求。在这种情况下，一般的改性方法已不能满足人们的需要，近几年一些新的改性技术不断问世，促进了塑料工业的发展。下面简
22、要介绍近几年研究开发的改性新技术：液晶改性技术液晶改性技术是塑料改性中较为新颖的改性手段，液晶聚合物的出现及其特有的性能为塑料改性理论和实践又增添了新的内容。液晶聚合物分为溶致性和热致性两大类，它具有多种优良的物理、力学和化学性能，如高温下强度高、弹性模量高，热变形温度远高于PPS、PSF、PEI、PEEK 等工程塑料，线膨胀系数极小、尺寸稳定性好、熔体粘度极低、成型加工性能优越、阻燃性能优异、自润滑性好、耐老化、耐辐射性能优良等。充分利用这种高性能液晶聚合物作为塑料改性的增强剂，是80 年代发展起来，并被称为“原位复合”新技术，它改变了原有的填充、增强和共混改性的传统观念，被认为是本世纪末塑
23、料改性的重大进展之一。原位复合是指在加工过程中液晶聚合物共混于基体树脂中以其刚性棒状分子微纤增强基体树脂的改性方法。PP/ LCP（液晶共聚酯，一种热致性液晶）原位复合体系较好地解决了传统的玻璃纤维对PP 增强存在的缺陷。最近Hogh 等人对PP/ LCP 原位复合体系进行了系统的研究，利用LCP 在成型过程容易流动形成高取向结构，从而产生自增强作用，将LCP 用于PP共混体系中，LCP 的微纤就分散于PP 基体当中，形成原位复合材料体系。这种复合材料具有较好的力学性能。相容剂技术的进步相容剂在塑料改性中起着表面活性剂的作用，分布于两种聚合物的表面上，其作用为降低界面张力、增加界面层厚度、减小
24、分散粒子直径、阻止分散相的凝聚、稳定已形成的相形态结构。塑料改性技术的关键是解决不同聚合物的相容性，相容性的好坏决定是否能够达到改性的目的。相容剂技术的进步极大地推动塑料改性技术的发展。相容剂一般分为非反应型相容剂和反应型相容剂（含有酸基型、环氧基型、异腈酸酯基型、乙烯基型）。非反应型相容剂无特别官能基，FPR、SEBS 等为此例，特别是SEBS 对许多体系具有相容剂效果。反应型相容剂在分子中有官能基，这是合金成分的一方或双方反应，因此成型物具有相容剂功能，典型的例子有马来酸酐改性PP，乙烯2缩水甘油甲基丙烯酸酯等。现在国内外许多研究机构都在致力于相容剂的研究，并不断开发成功一些性能优良的相容
25、剂。Polyrell公司开发了过氧化物母料，用于PP、PE 和乙丙橡胶合金改性；Exxon 公司开发的Exxelor PO 1015 具有较高和较有效的反应官能度，使其成为PA/ PP 共混物出色的相容剂；Ameri Hass 公司推出的聚戊二酰胺共聚物相容剂，对PA、PC 共混物具有相互作用，使用该相容剂后，共混物性能的均衡性优于未改性前的各组分的性能，即共混物既具有PA 的耐化学药品性和加工性，又具有PC 的耐热性和耐冲击性能。该相容剂与PA、PC 均能反应，改进了共混物的微观结构，PA 在其中为连续相。分子复合技术分子复合技术是将少量的棒状高分子加入到作为分散相的线性链状高分子中，以获得
26、高强度、高模量的聚合物。分子复合技术已进入实用阶段，这是近年进步特别显著的领域，已实用的有日本丰田汽车公司生产的尼龙6/ 粘土复合物、东洋纺织公司的PC合金薄膜等。近几年日本三菱油化公司开发的超级烯烃聚合物（SOP）也与分子复合技术有关。在EPR 系的基体中（含PE 共聚物作为强固成分），使高结晶性和耐冲击性PP 共聚物（含滑石粉）微细分散，形成分子复合结构。SOP 在密度、弹性模量、硬度、低温冲击性能、耐热性和热膨胀系数等各个方面都很优异。互穿网络技术IPN 材料的研究最早是由Miller在苯乙烯2二乙烯基苯上进行的。所谓互穿网络是指两种或两种以上的高分子链相互贯穿，相互缠结的混合体系，通常
27、具有两个或多个交联网络形成的微相分离结构。形成这种人为聚合的网络结构的共混聚合物与以前的共混物、接枝共聚物不同，各种成分聚合物交联后，其网链具有相互缠结的结构。利用IPN 技术对塑料进行改性一直是高分子材料改性的热点问题。地位 虽然国内改性塑料行业尽管还存在许多不足之处，但是一些技术和产品已经达到国际领先水平。主要有以下几个方面：1、专用树脂：国外企业以生产具有专门用途的特定牌号树脂为主，而中国则以通用树脂为基础树脂，通过改性使其具有与用途相适应的特性从而得到专用树脂，这和国内石化企业较少生产专用合成树脂的国情有关。2、无机粉体材料改性：在这一领域中国的技术水平居于国际领先地位。国外企业不把填
28、料当成降低成本的手段，只是应产品性能要求而使用填料，这在门窗异型材产品中体现得尤为突出。3、废旧塑料的利用：中国在这方面居于绝对领先地位。国外对废旧塑料的态度一是抛弃外运，二是低档次加工使用，而中国把废旧塑料当作合成树脂原料必要的补充，如阻燃ABs、PC/ABS合金等废旧塑料经过改性加上，完全可以作为塑料制品的原料使用。4、改性用助剂和添加剂：中国在改性助剂、添加剂的研发生产上已取得重大进展。偶联剂、抗静电剂、阻燃剂等基本可以满足使用要求，主要不足是个别厂家为追求利润，恶意改变产品成份，造成质量下降，功能不稳定；稀土偶联剂、成核剂、水镁石粉等由于中国具有资源优势，在国际上处于领先地位。5、机械
29、设备制造业：中国改性塑料常用的高速混合机、平行双螺杆挤出机在使用功能和连续运行寿命方面都已达到国际先进水平，但价格远远低于国际市场平均价格。适合于对热剪切敏感的材料改性和混炼的往复式单螺杆挤出机也已规模化生产，打破了由国外公司垄断的局面，有力促进了改性塑料产品多样化和高性能化的发展。4改性塑料，是指在通用塑料和工程塑料的基础上，经过填充、共混、增强等方法加工，提高了阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面的性能的塑料制品。 普通的塑料往往会有它自身的特性和缺陷，改性塑料就是给塑料改变一下性质，基本的技术包括： 1、增强：将玻璃纤维等与塑料共混以增加塑料的机械强度。 2、填充：将矿物等填充物与塑料共混
30、，使塑料的收缩率、硬度、强度等性质得到改变。 3、增韧：通过给普通塑料加入增韧剂共混以提高塑料的韧性，增韧改性后的产品：铁轨垫片。 4、阻燃：给普通塑料树脂里面添加阻燃剂，即可使塑料具有阻燃特性，阻燃剂可以是一种或者是几种阻燃剂的复合体系，如溴+锑系，磷系，氮系，硅系，以及其他无机阻燃体系。耐寒技术增加塑料在低温下的强度和韧性，一般塑料在低温下固有的低温脆性，使得在低温环境中应用受限，需要添加一些耐低温增韧剂改变塑料在低温下的脆性，例如汽车保险杠等塑件，一般要求耐寒。 光学材料重点1. 无色光学玻璃和有色光学玻璃及着色机理有色光学玻璃分为磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃。采用硒镉着色、离子着色的中性（暗
31、色）玻璃离子着色的选择性吸收玻璃。无色光学玻璃。对光学常数有特定要求，具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃，各类又按折射率高低分为若干种，并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反射镜等。2. 光学塑料的加工工艺（成型） 光学塑料成型技术是当前制造塑料非球面光学零件的先进技术，包括注射成型、铸造成型和压制成型等技术。光学塑料注射成型技术主要用来大量生产直径100mm以下的非球面光学零件，也可制造微型透镜阵列。而铸造和压制成型主要用于制造直径为100mm以上的非球面透镜光学零件。3. 高性能光学透明聚合物的分子设计原则4. 原位溶胶
32、凝胶法与溶胶原位聚合法（考查原位聚合法的核心思想） 溶胶凝胶法的基本原理:将金属的醇盐或无机盐水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质集合胶化，制成薄膜或直接干燥，热处理去除有机成分，最后得到纳米微粒或块体无机材料。溶胶一凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在软化学合成中占有重要地位。在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面获得重要应用，更广泛用于制备纳米粒子。溶胶凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过千燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材料。其最基本的反应是：
33、(l）水解反应：M(OR)n H2O M (OH) x (OR) nx xROH(2) 聚合反应：MOH HOM MOMH2OMOR HOM MOMROH溶胶凝胶法与其它方法相比具有许多独特的优点：（1）由于溶胶凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。（2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂。（3）与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较低的合成温度，一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分
34、扩散是在微米范围内，因此反应容易进行，温度较低。（4）选择合适的条件可以制备各种新型材料。溶胶一凝胶法也存在某些问题：首先是目前所使用的原料价格比较昂贵，有些原料为有机物，对健康有害；其次通常整个溶胶凝胶过程所需时间较长，常需要几天或儿几周：第三是凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。 原位聚合法原理原位聚合是一种把反应性单体(或其可溶性预聚体)与催化剂全部加入分散相(或连续相)中,芯材物质为分散相。由于单体(或预聚体)在单一相中是可溶的,而其聚合物在整个体系中是不可溶的,所以聚合反应在分散相芯材上发生。反应开始,单体预聚,预聚体聚合,当预聚体聚合尺寸逐步增大
35、后,沉积在芯材物质的表面。5. 如何获得透明陶瓷 透明陶瓷的制备过程包括制粉,成型,烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下条件4:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小;(5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方晶系;(6)表面光洁度高。透明陶瓷成型可以采用各种方法:泥浆浇注、热塑泥浆压铸、挤压成型、干压成型以及等静压成型等各种工艺。胚胎的成型：干压成型、等静压成型、挤压成型透明陶瓷：无压烧结、热压烧结、二部烧结. 除此之外,人们还采用不少特种烧结方法,如:热压烧结
36、、气氛烧结、微波烧结及SPS放电等离子烧结技术。 热压烧结是在加热粉体的同时进行加压,因此,烧结主要取决于塑性流动,而不是扩散。对于同一种材料而言,压力烧结与常压烧结相比,烧结温度低得多,而且烧结体中气孔率也低,另外,由于在较低的温度下烧结,就抑制了晶粒的成长,所得的烧结体致密,且具有较高的强度。热压烧结的缺点是加热、冷却时间长,而且必须进行后加工,生产效率低,只能生产形状不太复杂的制品。 透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2000以上。 透明氧化铝陶瓷制品及其制造方法，配方包括氧化铝、烧结剂、塑化剂、润滑剂。工艺包括(1)将氧化铝粉末、烧结剂、塑化剂、润滑剂。按比例
37、配料； (2) 加热、混合均匀制成热塑瓷料； (3) 热塑成型； (4)脱脂素烧； (5)高温烧结；可以生产形状复杂、尺寸精确、致密透光的高密度多晶透明氧化铝陶瓷制品和彩色透明氧化铝陶瓷制品。透明陶瓷的机械强度和硬度都很高，能耐受很高的温度，即使在1000度的高温下也不会软化、变形、析晶。电绝缘性能、化学稳定性都很高。光敏型玻璃陶瓷还有一个很有趣的性能，就是它能象照相底片一样感光，由于这种透明陶瓷有这样的感光性能，故又称它为感光玻璃。6. 聚合物光学树脂常用的表征方法方法：红外光谱、折射率、透过法1.X射线衍射利用X射线的广角或小角度衍射可以获取高分子聚合物的晶态和液晶态组织结构信息。有关内容
38、参见高分子聚合物的晶态和高分子聚合物液晶态栏目。2.扫描电镜（SEM）扫描电镜用电子束扫描聚合物表面或断面，在阴极射线管上（CRT）产生被测物表面的影像。对导电性样品，可用导电胶将其粘在铜或铝的样品座上，直接观察测量的表面；对绝缘性样品需要事先对其表面喷镀导电层（金、银或炭）。目前HITATCH有一种台式扫描电镜可以对绝缘样品进行直接观测。用SEM可以观察聚合物表面形态；聚合物多相体系填充体系表面的相分离尺寸及相分离图案形状；聚合物断面的断裂特征；纳米材料断面中纳米尺度分散相的尺寸及均匀程度等有关信息。3.透射电镜（TEM）透射电镜可以用来表征聚合物内部结构的形貌。将待测聚合物样品分别用悬浮液
39、法，喷物法，超声波分散法等均匀分散到样品支撑膜表面制膜；或用超薄切片机将高分子聚合物的固态样样品切成50nm薄的试样。把制备好的试样置于透射电子显微镜的样品托架上，用TEM可观察样品的结构。利用TEM可以观测高分子聚合物的晶体结构，形状，结晶相的分布。高分辨率的透射电子显微镜可以观察到高分子聚合物晶的晶体缺陷。4.原子力显微镜（AFM）原子力显微镜使用微小探针扫描被测高分子聚合物的表面。当探针尖接近样品时，探针尖端受样品分子的范德华力推动产生变形。因分子种类、结构的不同，范德华力的大小也不同，探针在不同部位的变形量也随之变化，从而“观察”到聚合物表面的形貌。由于原子力显微镜探针对聚合物表面的扫
40、描是三维扫描，因此可以得到高分子聚合物表面的三维形貌。原子力显微镜可以观察聚合物表面的形貌，高分子链的构象，高分子链堆砌的有序情况和取向情况，纳米结构中相分离尺寸的大小和均匀程度，晶体结构、形状，结晶形成过程等信息。5.扫描隧道显微镜（STM）同原子力显微镜类似，扫描隧道显微镜也是利用微小探针对被测导电聚合物的表面进行扫描，当探针和导电聚合物的分子接近时，在外电场作用下，将在导电聚合物和探针之间，产生微弱的“隧道电流”。因此测量“隧道电流”的发生点在聚合物表面的分布情况，可以“观察”到导电聚合物表面的形貌信息。扫描隧道显微镜可以获取高分子聚合物的表面形貌，高分子链的构象，高分子链堆砌的有序情况
41、和取向情况，纳米结构中相分离尺寸的大小和均匀程度，晶体结构、形状等。和原子力显微镜相比，扫描隧道显微镜只能用于导电性的聚合物表面的观察。6.偏光显微镜（PLM）利用高分子液晶材料的光学性质特点，可以用偏光显微镜观测不同高分子液晶，由液晶的织构图象定性判断高分子液晶的类型。7.光学显微镜金相显微镜可以观测高分子聚合物表面的亚微观结构，确定高分子聚合物内和微小缺陷。体视光学显微镜通常被用于观测高分子聚合物体表面、断面的结构特征，为优化生产过程，进行损伤失效分析提供重要的信息。7. 如何实现纳米粒子在单体or聚合物中的分散 纳米制备（纳米粉）：气相法、固相法、液相法 对纳米粉体表面进行改性，是纳米粉
42、体能够均匀分散在聚合物中的首要条件，再配以机械力就可以做到纳米均匀分散。但可操作性不强，当然钱上能接受的话，没问题。还有产量问题。合适的分散剂也是个选择。如果聚合物是固体热塑性树脂，可以通过挤出机共混，再造粒。如果是液体的，可以加溶剂稀释后，搅拌混合均匀，再抽出溶剂；或者用浆料分散机搅拌混合。 为了提高纳米二硫化钨颗粒在润滑油中的分散稳定性,采用超声波分散、机械搅拌分散和颗粒表面修饰三者相结合的方式来处理纳米二硫化钨颗粒,通过沉降法、粒度分布法和显微镜法评价其分散效果;通过滴定法和红外光谱分析研究纳米二硫化钨颗粒在润滑油中的分散机理;最后考察纳米二硫化钨颗粒对磨损表面的修复效应。研究结果表明:
43、在超声波和机械搅拌作用下,表面修饰后的纳米二硫化钨颗粒在润滑油中未形成大团聚体,能均匀且稳定地分散于润滑油中;表面修饰剂与纳米二硫化钨颗粒表面羟基作用,使颗粒表面吸附大量长链亲油基团,这些长链亲油基团充分伸展于润滑油中,并形成位阻层,阻碍颗粒的碰撞团聚和重力沉降,从而使得纳米二硫化钨颗粒能稳定分散于润滑油中;而稳定分散与润滑油中的纳米二硫化钨颗粒在摩擦过程中能在磨损表面形成有效的保护膜,对磨损表面起到很好的修复作用。 8. 讨论光学薄膜的成膜工艺 光学膜一般是一层一层的不同材料，每层的厚度是 波长/折射率/4，根据不同的透过率要求，各层材料和层数不一样，具体设计方法得参考薄膜光学相关的教材。至
44、于薄膜的制备方法，一般有电子束镀膜机、PECVD、磁控溅射等等. 聚乙烯吹塑薄膜成型工艺聚乙烯吹塑薄膜工艺流程1，物料塑化挤出，形成管坏吹胀成型；冷却、牵引、卷取。在吹塑薄膜成型过程中，根据挤出和牵引方向的不同，可分为平吹、上吹、下吹三种，这是主要成型工艺也有特殊的吹塑法，如上挤上吹法。一、平挤上吹法该法是使用直角机头，即机头出料方向与挤出机垂直，挤出管坏向上，牵引至一定距离后，由人字板夹拢，所挤管状由底部引入的压缩空气将它吹胀成泡管，并以压缩空气气量多少来控制它的横向尺寸，以牵引速度控制纵向尺寸，泡管经冷却定型就可以得到吹塑薄膜。适用于上吹法的主要塑料品种有PVC、PE、PS、HDPE。二、
45、平挤下吹法该法使用直角机头，泡管从机头下方引出的流程称平挤下吹法，该法特别适宜于粘度小的原料及要求透明度高的塑料薄膜。如PP、PA、PVDC（偏二氯乙烯）。三、平挤平吹法该法使用与挤出机螺杆同心的平直机头，泡管与机头中心线在同一水平面上的流程称平挤平吹法，该法只适用于吹制小口径薄膜的产品，如LDPE、PVC、PS膜，平吹法也适用于吹制热收缩薄膜的生产。以上三种工艺流程各有优缺点，现比较于表 工艺流程 优 点 缺 点 平挤上吹 泡管挂在冷却管上，牵引稳定 占地面积小. 9. 光学晶体的生长缺陷 (1)开裂开裂是光学晶体中常见的一种宏观缺陷。按其形成,可分为原生开裂和次生开裂。原生开裂往往有一定方
46、位,常与某组晶面或晶轴平行。这种开裂主要是由于溶质的分布不均、晶体不同轴向的热膨胀系数差异以及籽晶缺陷的延伸等原因造成2。次生开裂主要是由于杂质的凝聚或者冷却时的激冷导致局部应力集中造成,这种开裂往往是不规则的。(2)包裹物包裹物是晶体中某些与基质晶体不同的物相所占据的区域。它是由熔体生长的晶体中最常见的缺陷之一。形成包裹体的原因很多,如外来杂质的进入、沿生长表面过饱和度的变化、晶体的台阶生长、流体动力学效应等6。包裹物会严重降低晶体的光学均匀性,还会影响晶体的机械加工性能。可以采取选用高纯原料、避免生长环境污染、选择合适的温度梯度等措施来减少它的影响。(3)生长条纹(生长层)生长条纹(生长层
47、)是晶体生长过程中常见的一种宏观缺陷,它的存在破坏了晶体各种理化性质的均匀性。生长条纹的形成主要是由于晶体生长过程中的温度起伏或生长速率起伏引起溶质浓度的起伏造成的。生长条纹的形状受固液界面的形状控制。生长条纹的形态特征记录了晶体生长过程中温度和溶质浓度变化的情况。因此,生长层又是研究晶体生长机制的有力工具,通过对生长层的研究可以得知晶体生长过程中的界面形态和演变过程7。小面的形成与固液界面的形状有着密切的关系,小面往往发生在和固液界面平行的低指数面上。缺陷：条纹、气泡晶体宏观：晶体-环境相（蒸气、溶液、熔体）；微观：可以称为一个“基元”过程。 解释什么是开裂？（原生、次生）原生指溶质分布不均
48、，晶体不同轴向的热膨胀系数。 措施：减少晶体生长中的杂质，在降温过程中不使晶体、熔体分离，减少热梯度。新的分析检测方法: (1)透射电子显微镜(TEM);(2)原子力显微镜；（3）环境扫描电子显微镜金刚石的合成方法？10. 单晶、多晶声光效应：光通过声波干扰介质 18周周三中午尚贤楼425交论文及问题答案论文要求：题目自拟，光学玻璃，光学树脂，光学晶体，分析目前材料发展状况及制备过程中的新技术。分析其应用过程中的问题及解决方法，并注明相关文献。40006000字。光学晶体光学晶体主要指那些用于光学回路中的晶体。主要用于光学仪器中的透过窗口、棱镜、透镜、滤光和偏光元件及相位补偿镜等，在光学回路中主要用在光的发射、处理和接收部分。另一类值得注意的光学晶体是近年来发展的纤维晶体和光波导用晶体，在光学回路中重要用在光的传输、变换和分支等。应该指出，在上述所有的应用方面，主要还是有光学玻璃和玻璃纤维所占领。光学晶体只是在玻璃力不能及的边缘地区或特殊场合才能
