无机高分子结合剂在砂带应用中可以解决的问题

第一篇：无机高分子结合剂在砂带应用中可以解决的问题

无机高分子结合剂在砂带应用中可以解决的问题

引言

随着现代机械加工的不断发展及各种新型材料的不断出现，对其加工精度和表面粗糙度要求越来越高，其相应的先进的磨削技术和磨具，尤其是涂附磨具向更高效、高寿命和超精密的方向发展。砂带磨削技术已进入现代化发展的新阶段。欧美工业发达国家十分重视砂带磨削技术的开发研究和应用，在砂带的工作寿命大幅度提高的同时，磨削加工领域也不断扩大，可用于湿磨、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抛光。总之，国外先进国家的砂带磨削技术发展迅速，应用日益广泛，而强力、高速、高效和精密砂带不仅是高科技的涂附磨具产品，也是高附加值高效益的产品，它的质量和水平往往标志一个国家的涂附磨具生产加工水平，也能带来很高的经济效益。

砂带的现状

砂带磨削技术的国内外现状、发展趋势国外的砂带磨削发展非常迅速，自20世纪60年代以来，特别是静电植砂及涂附磨具技术的出现及发展，欧、美、日等工业发达国家在砂带制造技术和砂带磨床技术上都取得了巨大的成就。现在在砂带制造技术方面，随着许多特殊的涂附磨料（陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等）及涂附形式（点式磨削）的出现，产生了如金刚石、立方氯化硼（CBN）、锆刚玉、陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等各类砂带，使得砂带已经能用于干磨、高速，大吃刀量等的重磨削领域，及高精密零件的磨削加工领域。如3M公司生产的强烈磨砂带每分钟对铸铁的切削率在其砂带宽度方向上已达到870cm3/cm·s；日本已经开发出用软刚带作为基底的金刚石砂带，可有效加工一些特殊难加工的高硬度材料，如单晶硅片等。在国际上知名的砂带品牌有美国的3M、Norton、德国的Hermes、VSM、Klingspor、韩国的DEER、日本的牛头等。在砂带磨床方面，有大至磨削宽度5米以上的巨型平面磨床，小至牙医用的修齿机等结构形式各异种类，另外，随着自动化技术的发展，像六轴五联动数控砂带磨床、机器人砂带磨削中心、砂带磨削FMS、并联机构的数控砂带磨床都已经得到应用。

砂带磨削作为一种弹性磨削，是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。砂带上的磨粒比砂轮磨粒具有更强的切削能力，所以其磨削效率非常高。砂带磨削效率高，表现在它的切除率、磨削比（切除工件重量与磨料磨损重量之比）和机床功率利用率三个方面都很高。砂带磨削的强力高效加工问题国外已成功地将砂带磨削用于强力磨削，以实现大切除量和高金属去除率磨削，目前已知的砂带磨削对钢材的切除率已超过700 cm3/cm·s，在国外甚至超过了车削或铣削等。砂带的磨削比大大超过了砂轮，高达300:1，甚至400:1，而砂轮

才30:1。砂带磨床的功率利用率，远在砂带磨削发展初期就已达到80%，领先于其它机床，而今则高达96%，相比之下，砂轮磨床只有52%，铣床57%，车床65%，所以砂带磨削还是一种很好的节能加工技术。砂带磨削技术现已成为这些发达国家获得高额经济效益的一种重要手段，且砂带磨削量已占磨削总加工量一半以上。

砂带磨削的应用范围

砂带磨削经过近三十年的发展，现已成为一项较完整且自成体系的新的加工技术。因其加工效率高、应用范围广、适应性强、使用成本低、操作安全方便等特点而深受用户亲睐。在国外，砂带磨削技术已有了很大的进步，其加工对象和应用领域日趋广泛，它几乎能加工所有的工程材料，研究砂带磨削目前正沿着强力、高速、高效和精密方向发展。高效强力砂带磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，如德国的Aachen大学、Bremm大学、美国Connecticut大学等，据报道，目前砂带磨削在德国最高线速度接近100 m/s。美国Emerson Electric公司生产的砂带磨床1台可以完成5台铣床的工作量，以往用硬质合金端铣刀加工铸铁轴承体，每件加工时间为4.8min，采用强力砂带磨床，加工时间减少到0.8min，一年可节约加工费4.5万美元。故而有弹性的、高效冷切削的磨削砂带磨具磨削，广泛应用于：大型的平面厚、薄板材，包括金属带材的加工；大批量生产的各种金属、非金属工件的加工；复杂型面工件的成型磨削与抛光；各种直径的金属管、棒、辊材的外圆磨削、弯曲面磨削、内圆磨削等。利用盘状干磨片可以替代抛光轮的抛光，也可用于大型壳体、箱体、船体、桥梁等的磨焊缝、去毛刺、大面积除锈等方面，高效、方便、安全。

砂带磨削技术

1、砂带磨削的主要特点

①能解决其它磨具无法解决的磨削，如大面积和复杂型面的磨削等。砂带磨削几乎能磨削一切工程材料。除了砂轮磨削能加工的材料外，其还可以加工诸如铜、铝等有色金属和木材、皮革、塑料等非金属软材料。特别是砂带磨削的“冷态”磨削效应使之在加工耐热难磨削材料时更显出独特的优势。

②磨削效率高，热积累小，散热快，不宜烧伤工件；砂带磨削工件表面质量高主要表现在表面粗糙度值小，残余应力状态好，以及表面无微观裂纹或金相组织变化等现象。

③加工表面质量好；从表面粗糙度来看，砂带磨削目前已可达Ra0.01mm，达到了镜面磨削的效果，而对于粗糙度值在Ra0.1mm以上的情况,则非常容易达到。

④设备简单，操作方便，使用安全；砂带磨削非常安全，噪音和粉尘小，且易于控制，环境效益好。由于砂带本身质量轻，其磨削工艺结

构系统的平衡状态易于控制，所有的回转部件(如接触轮、驱动轮、张紧轮等)磨损极小，不会出现象砂轮那样的动不平衡因素。此外，砂带的弹性磨削效应能够大大减轻或吸收磨削时产生的震动和冲击。⑤功率消耗少，节能、环保。砂带磨削比大，机床功率利用率高，切削效率高。砂带磨削设备简单。与砂轮磨床相比，砂带磨床简单得多，这主要是因为砂带质量轻，磨削力小，磨削过程中震动小，对机床的刚性及强度要求都远低于砂轮磨床。砂带磨削不象砂轮那样脱砂严重，特别是干磨时，磨屑构成主要是被加工工件的材料，很容易回收和控制粉尘。由于采用橡胶接触轮，砂带磨削不会象砂轮那样形成对工件的刚性冲击，故加工噪音很小，通常<70dB。由此可见，从环保角度来看砂带磨削也是十分值得推广的。

2、砂带磨削机理的主要特点

砂带磨削技术已在国内许多单位得到了推广和应用，并取得了一定的成绩，解决了许多生产中存在的问题。但对砂带磨削过程的全面基础理论研究、砂带及砂带磨削热和磨削力的研究、砂带磨削表面的形貌研究还远远落后于国外研究水平。砂带磨削基础研究砂带磨削具有复合加工的特点，其机理较复杂，蕴含了较多科学基础问题，尽管多年来各国学者对砂带磨削机理做了很多的研究，但是到目前为止，各类砂带磨削的材料去除基本机理，尽管国内外学者做了较多研究，但目前为止，完整的砂带磨削的材料去除基本理论还没有建立起来。因为加工材质差异、表面完整性、亚表面层损伤、零件几何形状以及磨削和抛光加工生产能力等输出参数受很多因素的影响，数学模型不好建立，对某一企业，有可能对研磨抛光加工工艺运用或者控制得很好，但在加工前却几乎无法预测其加工行为。因此，有必要深入展开砂带磨削加工机理及相关工艺的研究。只有通过对磨削机理和磨削工艺的研究，揭示各种磨削过程,磨削现象的本质,找出其变化规律，才能确定最佳的磨削范围的组成，获取最佳的磨削参数。因此，今后研究的方向应在现有基础上，从理论上分析研究砂带磨粒以及磨粒集团的磨削过程，推动砂带磨削技术更广泛地应用。这也是这个行业领域一个长期基础研究的基本任务。

强力、高速、高效和精密砂带于传统涂附磨具的磨削区别 涂附磨具传统的是磨粒均匀地分布在基材表面的（图2），基本上是单层分布。涂附磨具所用的专用磨料，其基本粒含量要求较高，颗粒大小均匀，使涂附磨具表面的磨粒有了很好的等高排列。特别是近代化的涂附磨具生产采用静电植砂工艺，保证了磨粒的尖角朝外，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态磨削的重要因素。与砂轮磨削的典型区别在于砂带磨削是通过提高带面垂直负荷（磨削压力），一般不是通过提高砂带速度发展起来的。砂带的线速度一般在15-35 m/s范围内，很少超过

50m/s。砂带磨削工件表面残余应力多呈压应力状态，其值一般在-60~-5Kg/mm²，而砂轮磨削则多是张应力，所以砂带磨削非常有利于强化工件表面，提高工件疲劳强度。

图1

图2 当今涂附磨具正朝着专用，精密，强力高效的方向发展，而高效则以高速，强力，重负荷打磨为主，目前强力、高速、高效和精密砂带磨削的理论基础是快速点磨削(Quick-point Grinding)，是由德国Junker公司Erwin Junker先生于1994年开发并取得专利的一种先进的高速磨削技术（图2）。它集成了超高速磨削（＞90m/s），CBN超硬磨料及CNC柔性加工三大先进技术，具有优良的加工性能，是超高速磨削技术在高效率、高柔性和大批量生产高质量稳定性方面的又一新发展。德国目前在这项新技术的研究开发上处于领先地位。已在国外汽车、轮船工业、工具制造业中得到应用。由于国内目前没有开展系统的工艺理论和应用研究，没有掌握其核心技术及理论，不能掌握工艺参数设计，不能配套生产磨具及相关附件，只能就单一零件由国外垄断定制，全部工艺和设备大都均依赖于进口。而国外由于技术垄断，对快速点磨削机理、规律、磨削质量控制及点磨削工艺等深入系统的理论与实验研究及相关技术信息也未见更多报道。因此，跟踪国际先进技术，深人开展快速点磨削技术的理论与应用研究，对于在我国推广和发展该项先进技术、提高制造工艺技术和装备制造水平具有重要意义。

无机高分子结合剂在砂带应用中可以解决的问题

砂带磨料及制品工艺技术改进和开发砂带是砂带磨削技术发展的关键和重要标志，能否制造高品质的砂带已经作为衡量一个国家砂带磨削技术高低的标准。作为构成砂带三要素的基体、磨料、粘结剂以及由此导致影响磨削性能的十种要素，徳谦公司结合近年来无机高分子新材料、新技术、新工艺在涂附磨具中的尝试应用，特别是在强力、精密磨削的性能取得质的飞跃，解决了我国的国产砂带使用寿命短问题，必将促进了砂带磨削的发展和进步。

国产砂带寿命一般在2～4h左右，往往使用1h就不能继续使用，而国外砂带的寿命可达到8～12h；从磨料品种来看，国内使用最多的两类磨料是SiC和Al2O3，而在金刚石磨料、陶瓷氧化铝、复合磨料、堆积磨料等的开发上基本处于空白，这样强力磨砂带的开发就不可能实现（大家试想一下，强力砂磨削带对钢材的切除率已超过700 cm3/cm·s，单层磨粒的涂附磨具能实现吗？）；微粉级磨料的砂带还没有，因而限制了砂带在精密和超精密加工中的应用。因此，陕西徳谦公司以无机高分子结合剂为基础，以新工艺制造陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等、以无机高分子结合剂来改善磨粒的结构形态，在砂带结构方面，实现堆积磨料砂带（也有叫金字塔型砂带、复层砂带、不等厚砂带、粒度复合砂带、有序排列砂带等等）、空心球型砂带、高弹性砂带等。砂带性能、质量和使用寿命几十倍的提高，真正有自主知识产权的，能解决国内砂带磨削推广应用的一个关键性问题。

由于涂附磨具加工领域不断扩展，现已涉及钢件，铸铁件，铝铜件，不锈钢，合金钢，高中密度纤维板，胶合板，刨花板，玻璃，皮革等，所以传统的磨料已不能满足要求，需改进磨粒性能以适应各类材料加工的需要。传统的刚玉、碳化硅磨料已经不能满足要求，近年来随着工艺的改进，锆刚玉磨料、超硬材料、堆积磨料、复合磨料和SG磨料(微晶结构烧结陶瓷磨料，原美国Norton公司(现已属于法国圣哥班集团)最近又推出了SG磨料的

度值时，传统的结合剂就会出现“热衰”现象而磨粒脱落，从而影响砂带的实用寿命。

对此，无机高分子结合剂的化学成份为类聚合铝硅酸盐，其聚合物缩聚成高分子,聚合度较高；是由Si、Al、O、P、N为主链，引入CH3-、C-C6H6-、NH2-、CH2=CH-元素或基团等链节通过共价键或离子键构成的。且无机高分子本身是个氧化物网络结构体系，化学性质稳定，在800℃～1900℃（系列产品的耐温不一样）之间不氧化、不分解。故而使用无机高分子结合剂可以提高砂带的使用寿命。另外，无机高分子结合剂系列产品，根据不同性能的磨具产品和这些产品的不同使用范围，无机高分子结合剂系列共分三大类十几个品种。主要是：

1、含有无机活性基团：包括氯原子、烷氧基以及其它基团。这些基团具有良好的反应性能并且可以和玻璃、金属以及矿物质等无机物很好的粘连。

2、含有有机非活性基团：包括烷基、苯基以及三氟丙基。这些基团可以使材料具有良好的防潮性、有机兼容性以及耐化学腐蚀性。

3、含有有机活性基团：包括环氧基团、甲基丙烯酸基团、氨基、乙烯基、硫代物以及其它基团。这些基团可以使材料与有机树脂有着良好的反应活性，因而作为有基层和无机基底物之间的粘结。故而，无机高分子结合剂可满足不同性能砂带的生产要求。

总结

总之，经过多年的发展，我国的砂带磨削技术在基础研究、应用推广方面已初具规模，并在强力、高效、精密、数控及复合加工等方面都有新的进展。但与发达工业国家相比，我国不仅是在砂带磨削机理上的研究，还是在磨料和结合剂上的研究都不够深入，砂带的品种体系及质量有待完善及改进的空间极大。同时，面对中国制造业的迅猛发展和砂带磨削的良好的应用市场前景，徳谦公司希望无机高分子结合剂能够对中国砂带磨削加工及其关键技术的提升有所裨益，为我国的砂带磨削的产业化进程有所帮助。

第二篇：高分子复合材料在各种航空航天工具中应用

高分子复合材料在各种航空航天工具中应用

多种高性能的高分子复合材料目前已经用于各种航空航天工具中。例如，碳纤维复合材料不久前还只在军用飞机上用做主结构如机身和机翼。但是，近年来先进复合材料已开始用于大型民航客机上用做主结构，玻纤增强塑料也大量使用在一些较为次要的部位。

在美国，碳纤维复合材料主要用于航空航天工业；在欧洲，碳纤维复合材料在航空航天领域的使用量达到33%，仅次于其他工业用途。例如，无人驾驶飞机上，目前已经大量使用碳纤维复合材料。

新近推出的波音公司新型民航客机7E7和空中客车公司A380，都开始采用航空航天复合材料作飞机的主结构。这是因为复合材料能提供目前制铝工业所能提供的铝合金大致相同的性能，而且复合材料还能进一步降低成本。此外，复合材料还有耐久性好，所需保护少，零部件可以整合，耐腐蚀性强，通过利用智能纤维材料和嵌入式传感器进行结构监测等优点。

7E7客机绝大多是用复合材料制造的，将需要约25吨增韧碳纤维增强环氧树脂叠合材料和夹层材料。A380也使用通常的复合材料结构，例如机翼包皮的40％采用碳纤维增强塑料，减轻质量1.5t，减轻全装配结构11.6t。尾翼的大部分包括尾翼的安定面是碳纤维复合材料，仿照老式空中客车客机。未增强的后机身由连接到复合材料机架上的复合材料与合金架的组合体上的碳纤维蒙皮构成。总计复合材料将占机架质量的大约16%，减轻同种规模的全金属结构（空飞机的总质量将约为170t）。

第三篇：线段图在解决问题中的应用

线段图在解决问题中的应用

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小学数学解决问题既是教学中的重点，也是教学中的难点，有不少的解决问题，文字叙述比较抽象，数量关系比较复杂，小学生的思维又处于具体形象思维向抽象逻辑思维的过渡阶段，对于一些抽象问题理解起来比较困难。如果教师只是从字面去分析题意，用语言来表述数量关系，虽然讲得口干舌燥，学生却难以理解掌握，事倍功半。即使是学生理解了，也仅局限于会做某个题了。俗话说，“授之以鱼，不如授之以渔。”一个教师不仅要教给学生知识，更重要的是交给学生学习的方法。

在教科书中，关于线段的定义是：直线上两点间的部分叫做线段。其特点：有两个端点，有限长。关于线段图，可以这样理解：线段图是有几条线段组合在一起，用来表示应用题中的数量关系，帮助人们分析题意，解答问题的一种平面图形。其特点：从抽象的文字到直观的再创造、再演示。

线段图在小学数学解决问题教学中起到了奇妙的作用，它可以帮助学生轻松、愉快的学会解决复杂关系的问题，既培养了学生的能力，又促进了学生思维的发展，是教学中行之有效的教学方法。

一、应用线段图解决问题有什么作用

1.借助于线段图解题，可以化抽象的语言到具体、形象、直观图形。小学生年龄小，理解能力有限，而且社会经历又少，给理解题意带来很大的困难。教师引导学生用线段图的形式表示题目中的数量关系，更直观、形象、具体。

2.借助线段图，可以化难为易，判断准确。有的应用题，数量关系比较复杂，学生难以理清，借助线段图可以准确的找出数量间的对应关系，很容易解出要求的问题。

3.借助线段图，可以化繁为简，发展学生思维。有些问题数量较多，数量关系学生感觉比较乱，学生容易混，借助线段图，可以使思路清晰。

4.借助线段图，可以化知识为能力。线段图不但使学生解决问题不再困难，而且借助线段图，可以对学生进行多种能力的培养。如一题多解能力的培养；根据线段图来编应用题，进行说话能力的培养；还可以直接根据线段图进行列式计算。

二、教师如何培养学生画线段图的能力

1.从中低年级培养，从简单题入手，是培养学生画图能力的基础。有人认为用线段图帮助解题是高年级的事，是比较难的题才使用的方法，中低年级和比较简单的应用题不需要画线段图。这种认识是不适当的。有的学生也错误的认为，这么容易的题，不画图就能理解题意，把题做对，何苦去自找麻烦。教师要讲清，如果从小基础打不牢固，到高年级遇到比较难的应用题，需要画线段图辅助解题的时候，就会画不出来或画不正确，解题的能力就会的大大降低，就会影响思维的发展。所以，线段图的培养一定要从中低年级培养，从简单题入手，从小养成画图解题的意识和良好的画图技能技巧，打下坚实的基础，到高年级才能如鱼得水，应用自如。

2.教师的指导、示范、点拨是培养学生画图能力的关键。学生刚学习画线段图，不知道从那下手，如何去画。教师的指导、示范就尤为重要。

（1）教师可以指导学生跟教师一步一步来画，找数量关系。也可以教师示范画出以后，让学生仿照重画一遍，即使是把老师画的图照抄一遍，也是有收获的。

（2）学生可边画边讲，或互相讲解。教师对有困难的学生一定要给予耐心的指导。

（3）学生掌握了一定的技能后，教师可以放手让学生自己去画，教师给以适时的点拨，要注意让学生讲清这样画图的道理，可自己讲，也可分组合作讲。教师一定要让学生体会用图解题的直观、形象，体会简洁、方便、易理解的特点，提高应用的自觉性、主动性。

3.理解题意，找准对应上的数量关系是培养学生用图解题的重点。线段图不是盲目的画，随心所欲的乱画。教师要指导学生画图重点做到以下几点：

（1）认真读题，全面理解题意，所画的图要与题目中的条件相符合。

（2）图中线段的长短要和数值的大小基本一致，不要长的线段标出小的数据而短的线段标出大的数据。图要画的美观、大方、结构合理，具有艺术性。

（3）要按照题目的叙述顺序，在图上标明条件。对于双线段并列图和多线段并列图一定要分清先画和后画的顺序，要找准数量间的对应关系，明确所求的问题。这是分析题意和列算式的重点，需要进行大量的训练才能提高分析问题和解决问题的能力，并非一日之功。

4.知识的拓展和迁移，是线段图应用的难点。不少的学生遇到解决问题想到用线段图来辅助解题，而其他类型的题目就想不到应用。实际上，不但解决问题可以应用线段图帮助分析题意，而且还可以迁移到其他类型的题。

掌握一个解题方法，比做一百道题更重要。实践证明，线段图具有直观性、形象性、实用性，如果学生从小掌握了用线段图辅助解题的方法，分析问题和解决问题的能力将会有大大的提高，对今后的学习生活将有很大的帮助。

第四篇：计算机在无机非金属材料配方设计中的应用

计算机在无机非金属材料配方中的应用

前言：随着计算机的日益普及，计算机在各行各业已运用得越；计算机科学的概述；计算机科学的简介：计算机科学（英语：comput；计算机科学的发展，现状：计算机领域是一个需要不断；计算机科学技术的不断完善，让计算机进入到越来越多；无机硅酸盐材料的概述；无机硅酸盐材料的简介:无机非金属材料(inorg；磷酸盐、硼酸盐等物质组成计算机在无机非金属材料检测生产中的应用。

计算机科学的概述

计算机科学的简介：计算机科学（英语：computer science，有时缩写为CS）是系统性研究信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何实现与应用的实用技术的学科。它通常被形容为对那些创造、描述以及转换信息的算法处理的系统研究。计算机科学包含很多分支领域；有些强调特定结果的计算，比如计算机图形学；而有些是探讨计算问题的性质，比如计算复杂性理论；还有一些领域专注于怎样实现计算，比如编程语言理论是研究描述计算的方法，而程序设计是应用特定的编程语言解决特定的计算问题，人机交互则是专注于怎样使计算机和计算变得有用、好用，以及随时随地为人所用。

计算机科学的发展，现状：计算机领域是一个需要不断创新的领域，计算机的软硬件在实际的操作运用中会遇到很多的问题，而技术的不断完善更新是计算机科学技术发展的一个重要方面。旧的技术已经不能满足社会对于计算机的需求，而新的技术应运而生，当新的技术被运用到计算机中，计算机会有更高的性能、更灵巧的外观以及跟实用的操作。计算机的硬件方面在采用更多的材料，让其更好地为计算机的功能而服务。而计算机的软件系统，是根据人们的意见反馈以及市场预期，在做着关于观念上最终到技术上的持续创新，让计算机的操作更加接近现代的需要。

计算机科学技术的不断完善，让计算机进入到越来越多的领域。计算机所涉及到的科学运算、过程检测与控制、数据处理、计算机辅助系统等功能，让计算机所涉及的领域逐渐增多，涉及到人类社会的军事、教育、医疗、商业、文化、经济、政治等各个方面。计算机科学技术的加入，使得社会的面貌和生产方式发生了巨大的改变，加快了人们的学习、工作效率，让计算机去计算和操作一些数据和过程，减省人力物力的消耗，提高社会运转效率。

无机硅酸盐材料的概述

无机硅酸盐材料的简介:无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。

主要物理化学性能：在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

主要应用领域：无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活息息相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

计算机技术在无机非金属材料中的应用

检测分析方面的应用：通过对检测机构的日常工作的考察与分析，我们发现检测机构的工作特点为:工作流程清晰，分工明确，责任明确，需协同工作完成一个检测任务，这些都符合网络管理的要求，为建立内部网络系统提供了可行性。同时发现与检测业务有关的日常工作主要由以下几个部分组成:检测任务管理、检测仪器设备管理、日常业务学习培训、与质监站联系。我们可以从这几个方面着手进行相应的软件设计与开发。通过相应的软件，我们可以提升我们检测的准确性和智能化，如混凝土抗压、抗渗、混凝土配合比设计、水泥化学分析等，都可以通过软件实现全自动化或者半自动化，大大的解放了劳动力资源。

例如：1.在功能陶瓷制备过程中,掺杂改性和生产条件控制是制备这类高性能材料的重要手段,由于材料组分和工艺条件对其性能影响很大,且组分间还可能发生复杂的交互作用,因此,如何优化配方和工艺是高性能功能陶瓷材料研究的重点。在传统数学方法无法分析的情况下，将计算机技术用于功能陶瓷研究中,建立数学模型，可以很好地对组分和工艺过程进行优化。

2.混凝土的性能评价与预测一直是学术界与工程界的研究难点，常规的预测模型主要基于某几项指标，形式因个人的理解不同而各异。而一种仿生模型——人工神经网络则能很好地解决这个难题，试验尝试用BP 人工神经网络对多种配后比的混凝土进行抗裂性能评价与预测，结果表明此模型的可靠度很高，效果良好。该方法用于掺矿物掺和料混凝土抗裂性能预测方面是可行的。计算机模拟技术在无机非金属中的应用：

1.分子筛研究方面：近年来,计算机模拟作为一种有效的方法已经广泛用于固体材料，尤其是微孔材料，如分子筛的研究。在结构、热力学、吸附分离和催化等性质的研究中取得了成功。中国科学院山西煤炭化学研究所王建国等总结了计算机模拟：包括分子力学方法(能量最低化、分子动力学和蒙特卡罗方法)、量子化学方法(半经验算法和从头算法)和密度函数方法及其在分子筛若干研究领域诸如吸附、扩散、形状选择反应、分子筛骨架-模板剂相互作用、分子与 分子筛酸性位的结合以及分子筛骨架、表面结构中的应用。北京化工大学张现仁等采用巨正则蒙特卡罗方法研究了甲烷在两个不同孔径的MCM-41中不同温度下的吸附等温线和其在孔中的相行为和排列方式。北京大学朱丽荔等用巨正则蒙特卡罗方法研究了邻二甲苯和间 二甲苯在ITQ-1分子筛中的吸附特征。

2.晶体材料方面：晶体的性能决定其内部结构、成分和缺陷的分布状态。通常人们或是希望获得高度完整 的晶体即成分均匀、结构完整、缺陷甚少的晶体；或者是为了获得某种物理性能，力图生长出具有预定的成分或者缺陷分布状态的晶体，所以晶体生长是晶体研究的必要环节。到目前为止，对晶体生长的数值模拟研究已有30余年的历史。浓度场和温度场对晶体生长有直接影响。

晶体生长过程中，溶质在晶体和熔体中都不是均匀的，晶体和熔体中的溶质浓度随空间位置而变化，在晶体和熔体的全部空间中，每一点都有确定的浓度，而不同点的浓度不完 全相同并且还与时间有关。苏伟等采用有限差分法对使用Cz法生长Nd∶YAG激光晶体过程中熔体内和晶体内Nd3+ 浓度场进行数值模拟研究。晶体拉速、晶体直径和坩埚尺寸都对熔体内和晶体内Nd3+ 浓度场有影响。对勾形磁场中直拉硅单晶浓度场的数值模拟研究，提出在非均匀轴对称勾形磁场中利用磁控提拉法生长硅单晶。

无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。

普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的{TodayHot}超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏电阻材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

沿革 旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30～40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝透明陶瓷、β－氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏电阻陶瓷等。至今，又出现了变色玻璃、光导纤维、电光效应、电子发射及高温超导等各种新型无机材料。

分类 无机非金属材料的名目繁多，用途各异，因此，还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的（传统的）和特种的（新型的）无机非金属材料两大类。前者指以硅酸盐为主要成分的材料并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料；例如：碳化硅,氧化铝陶瓷,硼酸盐、硫化物玻璃，镁质、铬镁质耐火材料和碳素材料等。

无机非金属材料在现实生活中有着很广泛的应用，简单的举几个例子生活中的日用陶瓷，工业陶瓷，玻璃，建筑用的水泥，现在新型的墙体砖等等，在社会的基础建设中材料是不可少的无机材料所涉及的方面也是很广泛的，目前为止还没有什么新型材料可以替代无机非金属材料的地位，因为传统非金属材料工业的原料来源是最广泛的也是最便宜的是地球上最多的：粘土，岩石等矿物。而新型的非金属材料更是基础建设乃至国防建设的重要方面：比如说航空用陶瓷，隐形飞机使用的吸收电磁波的材料等等都是无机非金属材料的范围。这个专业现阶段处于过渡时期，传统的无机材料在社会建设中广泛应用，但是从事传统的无机材料工作工资比较低，而从事新型材料研究和开发就比较大的发展空间了

我国是一个经济和社会正在迅速发展的世界大国，高新技术产业的快速发展、传统产业的技术进步与结构调整、环保国策的全面落实，以及在未来20年全面建设小康社会发展目标的实施，将给我国非金属矿物材料带来前所未有的挑战和发展机遇。紧紧抓住这一难得的历史机遇，加速非金属矿物材料的研发和生产，不仅可以满足我国经济、科技和社会发展对非金属矿物材料日益增长的需求，促进非金属矿产资源的综合利用，全面提升我国非金属矿加工应用的水平，而且还将成为国民经济发展的新增长点，促进我国高新技术产业、传统产业及环保产业的全面发展和进步。今后我国非金属矿物材料的发展方向主要包括非金属矿物材料的基础理论及应用基础理论研究，非金属矿物材料的深加工装备技术研究，发展优势非金属矿种的深加工产品技术研究，逐步实现产品标准化、系列化、配套化，纳米材料技术研究，智能材料技术研究等几个方面。

国家发展与改革委员会在制定建材工业“十五”规划中，非金属矿物材料行业的发展方针和主要目标就是发展非金属矿深加工装备技术，围绕建筑、石化、汽车、机电、环保等产业的需要，发展超细粉碎、精细提纯、表面改性与改型、超微细和微孔技术，复合与制品技术。发展高性能摩擦材料、绝缘材料、密封材料、工程塑料功能填料、电子工程材料和环保矿物材料，提高产品的科技含量和产业化水平。在技术装备水平、产品质量、规格品种等方面尽快缩小与国际先进水平的差距，加大非金属矿大型低能耗及专用设备的研发，非金属矿成套装备的综合集成和工程化转化。

近年来，在微米技术上出现的非金属矿物的纳米技术是以化学的方法制备的。这是一门新技术。非金属矿物纳米材料是纳米材料的重要组成部分。目前，主要纳米非金属材料有纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、纳米碳管、纳米棒、纳米丝、纳米电缆、纳米金刚石、纳米半导体、纳米陶瓷材料以及聚合物-黏土矿物纳米复合材料等。其中聚合物-黏土矿物纳米复合材料已成为日本、美国、德国等发达国家近年来材料科学研究的热点。我国的纳米技术将在未来20年后变成主导技术，现在它有一个孕育期、生长期和高速发展期，纳米技术必定代替现在的微米技术。就目前而言，现在还处于孕育期。当今世界的主导技术还是微米技术，或者说是刚刚进入微米技术与纳米技术交叉阶段，纳米技术的应用所占比重还很小，甚至不到1%.权威专家预测，纳米技术与信息技术和生物技术成为21世纪社会经济发展的3大支柱。它将引起加工技术、信息技术、材料技术、分子生物技术、微电子技术等领域的革命性变化，引发一场新的产业革命。

智能材料是指具有对环境可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料，它是由非金属矿物复合制备而成，由日本高木俊宜教授于20世纪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、复合物、流体、塑料、玻璃、陶瓷等物件，在应用时，既可感知环境条件的变化，又可根据需要作出相应反应。智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果。日前，欧洲科学家已研制出能协助清除汽车所排放的包括氧化氮在内的废气的生态涂料，氧化氮气体是会形成烟雾和引发人类呼吸道疾病的污染源。据悉，当生态涂料涂在建筑物表面后，能吸附和消除氧化氮气体，这种作用长达5年，直到其神奇功能耗竭为止。生态涂料的神奇奠基在直径仅20纳米的光触媒二氧化钛和碳酸钙微粒上，它与聚硅氧烷树脂混合而产生作用。由于微粒非常细小，这种涂料是清澈透明的，能添加各种颜料调成想要的颜色。聚硅氧烷具有相当多的细孔，能让氧化氮气体通过后被吸附在二氧化钛微粒上。二氧化钛微粒吸收太阳光中的紫外线，利用其能量产生化学反应将氧化氮气转化成硝酸，再利用碱性的碳酸钙予以中和。如此一来仅会释出“无害”的二氧化碳、水和硝酸钙，这些副产品将被雨水等冲刷流失。

进入21世纪，科学技术发展日新月异，科技进步和创新已成为增强各个国家及地区综合实力的主要途径和方式。党的十六届五中全会已提出自主创新的战略，全国科技大会也提出加强自主创新，建设创新型国家。2006年2月，中共中央和国务院发布、实施《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》，经过15年的努力，使我国进入创新型国家的行列。今后我国非金属矿物材料行业的发展主要目标也就是围绕着发展方向进行创新。因此，我们应该首先认清形势，大力加强科研队伍建设和培养，建立国家实验室或科技开发中心，组建一支在国内甚至国外都有影响的科研机构，利用自身的优势和国家的扶持，在较短的时间里加快发展，加强产学研结合，加快科技成果转化，提高全行业整体水平，实现跨越式发展，走出一条非金属矿物材料自主创新发展的新路子。

总结

计算机技术在无机非金属材料中的应用是非常广泛的，不仅仅是以上提到的几点，还有图像模拟，辅助设计，数据分析等等，并且随着材料科学以及计算机科学的不断发展，这两门学科的联系还将日益密切，相信在不久的将来会有更多的计算机技术成功应用到无机非金属材料的生产过程中，为材料科学的蓬勃发展贡献突出的力量。

参考文献：

①于忠《计算机在建筑工程材料中的应用》四川建筑科学研究，2001（3）②尹君《计算机网络在无机非金属材料中的应用》材料导报,2006 ,20(11)③黄春华，沈东，夏春秋《计算机网络技术在建筑材料检测机构中的应用》《工程质量》, 2001(10)④董荣胜，古天龙，蔡国永，谢春光《计算机科学与技术方法论》人民邮电出版社, 2002, 29(1)⑤陈泉水《无机非金属材料物性测试》化学工业出版社, 2013 三亿文库3y.uu456.com包含各类专业文献、各类资格考试、应用写作文书、外语学习资料、高等教育、生活休闲娱乐、计算机在无机非金属材料检测生产中的应用(小论文)29等内容。

计算机材料应用论文

——计算机在无机非金属材料配方中的应用

专业：

无机非金属

班级：

无机1302

学号：

201226910312

姓名：

冯换晖

指导教师：

栗政新

第五篇：无机矿物无毒阻燃填料及其在复合材料中的应用

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无机矿物无毒阻燃填料及其在复合材料中的应用

摘要：文章主要介绍主要无机阻燃剂的类型、性质以及不同阻燃剂的阻燃机制，同时介绍主要的无机矿物阻燃剂及在复合材料中的应用。

关键字：无机矿物

阻燃

复合材料

1概述

1.1阻燃剂

按阻燃剂与被阻燃材料的关系，阻燃剂可分为添加型和反应型两大类。前者与基材中的其他组分不发生化学反应，只是以物理方式分散于基材中，多用于热塑性高聚物。后者作为高聚物的单体，或者作为付诸实际而参与合成高聚物的化学反应，最后成为高聚物的结构单元，多用于热固性高聚物。

阻燃剂是在20世纪50年代后期随高分子材料的兴起而逐渐发展起来的。高分子材料作为三大支柱性材料之一已经广泛应用到国民经济和日常生活的各个方面，但是由于大多数高分子材料都是易燃的，接连不断的火灾给人们带来灾难性的伤害，因此各国对高分子材料的阻燃问题给予高度重视，制定出越来越严格和阻燃相关的法律法规。随着多种类型的阻燃剂相继出现，阻燃材料的研究也越来越深入。我国的阻燃科学起步较晚，从60年代开始发展，直到80年代得以加速。且主要以卤系阻燃为主，约占整个阻燃剂的80%。而目前国外的阻燃剂以无机体系为主，占总体的50%一60%，并且主要以氢氧化镁、氢氧化铝为主，如表1所示。

表1国内外不同种类的阻燃剂所占比例对比

单位

% 研究发现，火灾发生时造成人员伤亡的致命因素是材料燃烧产生的浓厚烟雾和有毒的腐蚀性气体。据报道，美国近几年发生的大火灾中，死亡者80%是因有毒烟雾窒息而死的。2000年12月25日，河南洛阳东都商厦特大火灾中遇难的309人，几乎都是遭到室内装饰材料燃烧生成的有毒气体和烟雾伤害而中毒或者窒息身亡的，可见材料燃烧产生毒烟问题的严重性。因此，材料的抑烟有时比阻燃更重要。近年来，在研究、选择和评价阻燃剂与阻燃材料时，低毒性、低成烟性也成为两个 中国地质大学（北京）

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重要的指标。特别是多澳二苯醚类阻燃剂产生的“二嗯英问题”，欧洲阻燃协会已经提出了禁用多澳二苯醚的法案，荷兰首先实施，其它国家如德国开始仿效，《欧盟电子电机中危害物禁用指令》从2006年7月1日全面禁止PBB等澳系阻燃剂在电子产品中的使用。卤系阻燃因其用量少、阻燃效率高且实用范围广，成为市场的主流，但阻燃的同时也产生大量的腐蚀性和有毒气体，由此引发的二嗯英(Dioxin)问题得到人们的广泛关注。自欧盟2003年2月颁布了关于《限制有害物质》(RoHs)之后，含卤阻燃剂的使用受到了很大的冲击。因此，有必要开发燃烧时发烟量低，且不产生有毒、腐蚀性气体，环境友好的新型高效阻燃剂。

一般阻燃剂按其化学成分可以分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两大类。无机阻燃剂

2.1氢氧化镁(MH)氢氧化镁Mg(OH)2，白色固体粉末，不溶于碱性物质，受热分解为氧化镁和水，340°C时为初始分解温度，430°C左右分解速度最快，到490°C时己经完全分解。氢氧化镁晶体属于+2价金属水合物族，晶体结构是层状的CdI2型，形成连续的六边形，Mg和OH层互相重叠，1个镁离子被6个氢氧根离子配合，形成Mg(OH)6八面体。标准状态下：

Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)；△

H=81.0KJ/mol

氢氧化镁是当前公认具有填充、阻燃和抑烟三重功能的化学助剂，具有无毒、无腐蚀和低价等优点。氢氧化镁的高温分解反应为吸热反应，当高分子材料燃烧时，可吸收部分燃烧热，燃烧时Mg(OH)2释放出大量的水蒸气可稀释高分子材料中可燃性气体的浓度，燃烧产生的金属氧化物是炭层的主要成分，可延缓热量及氧气进入被阻燃聚合物材料的基体中。因而氢氧化镁的加入可延缓阻燃高聚的热降解速度，减慢和抑制高聚物的燃烧，并促进炭化和抑烟。但氢氧化镁在阻燃高分子材料时，要想达到理想的阻燃效果，添加量是很大的，这将严重的影响高分子材料的物理机械性能。

2.2氢氧化铝(ATH)氢氧化铝又称为氧化铝的水合物，有三水合氧化铝A12O3·3H2O(即Al(OH)3)和一水合氧化铝A12O3·H2O(即AlO(OH))。但在这些化合物的本身晶格沙中并不含有水分子，只是在加热时，才会分解成水和氧化铝，这一点与所有的水合物的性质是相同的。氢氧化铝是典型的两性氢氧化物，它既能溶于强酸，又能溶于强碱，分别生成铝盐溶液和偏铝酸盐溶液。氢氧化铝可用来制备铝盐，作为吸附剂、媒染剂和离子交换剂，也用于作耐火材料、防火布等的原料。

氢氧化铝是用量最大和应用最广的无机阻燃添加剂。氢氧化铝作为阻燃剂不仅能阻燃，而且可以防止发烟、不产生滴下物、不产生有毒气体，因此，获得较广泛的应用，使用量也在逐年增加。

2+

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使用范围:热固性塑料、热塑性塑料、合成橡胶、涂料及建材等行业。氢氧化铝集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身。

2.3硼酸锌(BZ)硼酸锌作为阻燃剂，是一种新型的、性能优异的阻燃剂，外观呈白色粉末，熔点为980°C，密度为2.8g/cm，具有热稳定性高、粒度细、体积质量小、易分散、无毒等显著特点，可广泛应用于高层建筑的橡胶配件、地毯、电梯电缆、电器塑料、电缆塑料护套、电视机外壳和零件中。在阻燃酚醛塑料、阻燃涂料、阻燃聚氯乙烯电缆护套中，硼酸锌阻燃剂己达到了较满意的阻燃效果。

硼酸锌在高于300°C时失去结晶水，对阻燃复合材料起到吸热冷却作用。在燃烧过程中，硼酸锌中约有38%以氧化锌或氢氧化锌的形式进入气相，对可燃性气体进行稀释，使材料燃烧速率降低，增加其阻燃性。

2.4聚磷酸铵(APP)聚磷酸铵其聚合度大小可分为低聚、中聚以及高聚三种，其聚合度大小与水溶性密切相关，聚合度越高水溶性越小，反之则水溶性越大。按其结构特点可以分为结晶形和无定形。聚磷酸钱的分子通式为（NH4）（n+2)PnO(3n+1)，当n为10-20时，为水溶性；当n大于20时，为难溶性。按其结构可分为结晶型和无定形型。结晶态聚磷酸按为水不溶性和长链状聚磷酸盐。有I到V型五种变体。聚磷酸钱也属于膨胀型阻燃剂。它是含氮、磷量高、无毒无味、不产生腐蚀气体、吸湿性小、热稳定性高、是一种性能优良的非卤阻燃剂。

2.5红磷(P)红磷，略带棕色或紫红的无定形粉末，具有光泽。密度为2.34g/cm，加热易升华，在43KPa压强下加热至590°C处于熔融。汽化后再凝华可得白磷。难溶于水、二硫化碳、乙醚、液氨等，微溶于无水乙醇，有毒但无气味，燃烧时产生白烟有毒。化学稳定性比白磷差，在常温下稳定，难与氧反应。以还原性为主，约260°C着火。与卤素、硫反应时皆作为还原剂。用于生产安全火柴、有机磷农药、制磷青铜等。

红磷作为阻燃剂，具有抑烟、低毒、高效特征，但红磷在空气中易氧化变质，易自然。长期存放会缓慢释放出磷化氢气体，该气体有剧毒。与高分子材料相容性差，通常不能直接与高分子材料作用，需对其进行表面处理，处理方法主要是微胶囊化。

2.6无机硅(Si)系阻燃剂

无机硅系阻燃剂包括硅酸盐阻燃剂(一种是喷雾干燥硅酸盐(IPS)，另一种是膨胀型硅酸盐(IPG))、硅胶一碳酸钾阻燃体系、阻燃聚合物/无机物纳米复合材料、陶瓷前体聚合物阻燃剂(这类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可膨胀石墨

可膨胀石墨是近年出现的一种新型无卤阻燃剂，它是由天然石墨经浓硫酸酸化处理，然后水洗、过滤、干燥后在900-1000°C下膨化制得。可膨胀石墨膨胀的初始温度为220°C左右，一般在220℃开始轻微膨胀，230-280°C迅速膨胀，之后体积可达原来的100多倍，甚至280倍。可膨胀石墨在阻燃过程中起到以下作用:在高聚物表面形成坚韧的炭层，将可燃物与热源隔开;膨胀过程中大量吸热，降低了体系的温度;膨胀过程中，释放夹层中的酸根离子，促进脱水碳化，并能结合燃烧产生的自由基从而中断链反应。可膨胀石墨与磷化合物、金属氧化物复合使用，能产生协同作用，加入很少量就能达到阻燃目的。

3.阻燃机理

含有阻燃剂的材料在燃烧过程中，阻燃剂是在不同反应区内(气相、凝聚相)多方面起作用的。对于不同材料来说，阻燃剂的作用表现也可能不一样。总的来看，阻燃的作用过程就是切断燃烧循环中的某个环节，使燃烧反应不能继续的过程。在一般情况下，物质产生燃烧的必要条件是：可燃物、氧元素和热源，三者缺一不可。因此，只要抑制了三要素之中的任何一个，均可达到阻燃的目的。而阻燃剂之所以具有阻燃效果，其对于燃烧反应的影响表现在下列几个方面：(1)在燃烧反应的热作用下，位于凝聚相内的阻燃剂热分解，而这个分解过程是吸热的，这样可使凝聚相内温度上升减慢，延缓了材料的热分解速度；(2)燃剂受热分解后，释放出所谓的连锁反应自由基阻断剂，使火焰反应在链锁反应的分枝过程中断，减缓了气相反应速度；(3)催化凝聚相热分解固相产物—焦化层或泡沫的形成，加强了这些层状硬壳阻碍热传递的作用，从而使凝聚相温度保持在较低的水平，使气相反应原料(可燃性气体热分解产物)的形成速度降低，起到了“釜底抽薪”的作用；(4)在热作用下，阻燃剂出现吸热性相变，物理性地阻止凝聚相内温度升高。总之，阻燃剂作用表现为多方面，在不同空间内起作用，综合性地使燃烧反应速度变慢或者使反应的引发(热自燃)变得困难，达到抑制、减少火灾危害的目的。

为了预防灾的发生，或发生火灾以后阻止或延缓火灾的发展，往往用阻燃剂对易燃材料进行燃处理，使易燃材料转变成难燃材料或不燃材料，或者仅炭化而不着火、不发烟，或虽炭化、着火和发烟，但燃烧难以扩展。阻燃机理是个复杂的问题，迄今尚有许多现象无法解释，但是在过去三十年中对聚合物的阻燃研究有了很大的发展，一些理论己经被人们普遍接受。一般来说，阻燃机理可以分为以下四种类型：

(1)聚相阻燃机理

高温下阻燃剂在聚合物表面形成凝聚相，通过隔绝空气、阻止热传递、降低可燃性气体释放量 中国地质大学（北京）

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来达到阻燃目的。形成凝聚相隔离膜的方式有两种:一是阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发的玻璃状物质，包覆在聚合物表面，这种致密的保护层起到了隔离膜作用，如硼系和卤化磷类阻燃剂具有这类特征；二是利用阻燃剂的热降解产物促进聚合物表面迅速脱水碳化，形成碳化层，单质炭不产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧，能起到隔热屏蔽作用，避免基体聚合物进一步分解，从而减少了可燃气体的生成量，达到阻燃保护的效果。磷系阻燃剂被认为是凝聚相阻燃机理的典型例子，但是并非所有的磷系阻燃剂均为凝聚相阻燃机理。

(2)自由基捕获机理

在聚合物燃烧过程中，生成的大量游离基促进气相燃烧反应，如能设法捕获并消灭这些游离基，切断自由基链锁反应，就可以控制燃烧，进而达到阻燃的目的。卤系阻燃剂的阻燃机理就属此类[。自由基一般具有很高的能量，反应速度非常快，所以燃烧的程度由自由基的增殖程度而定。当有含卤阻燃剂存在时，则含卤阻燃剂在高温下会分解产生卤化氢，而卤化氢能把自由基捕获，从而将自由基的链锁反应切断，这样聚合物热分解产生的自由基通过上述途径变成了水，既吸收了热量，降低了聚合物的温度，又在聚合物表面留下一层炭化层，从而使火焰熄灭。

(3)冷却机理

阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其它吸热反应时，会降低聚合物表面和燃烧区域的温度，防止热降解，进而减少了可燃性气体的挥发量，最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件，达到阻燃目的。氢氧化铝、氢氧化镁及硼类无机阻燃剂颇具代表性。

(4)协同作用机理

将现有的阻燃剂进行复配，使各种阻燃机理共同发生作用，在降低阻燃剂用量的同时可以起到更好的阻燃效果。此外，协同体系还具有成本低、抑烟性好等优点，例如用红磷包覆的氢氧化铝对ABS树脂进行阻燃改性，随着用量的增加ABS氧指数也不断增加，且在一定范围内成线性关系。从燃烧现象看，ABS阻燃性能改善的同时，发烟程度逐步降低，产生的灰粉逐步减少，结炭也越来越好，当包覆红磷用量达到9%时，不仅能使氧指数提高到30.6，而且己经有效抑制了燃烧发展，其效果远大于单用氢氧化铝。

协同作用机理可以表现多种模式，主要表现如下: ①阻燃剂可能产生大量的非燃烧气体，冲淡供给火焰的氧或燃烧所需的可燃气体浓度，从而达到阻燃的目的；②阻燃剂可能增加燃烧体系的热容或使可燃物含量降低到可燃的最低限度水平之下，进而产生阻燃效果；③阻燃剂的热降解可以降低聚合物的表面温度和阻滞聚合物的降解；④燃烧过程中，阻燃剂与基体材料中的某些组分发生反应而转化成陶瓷状的无机炭化层，这种焦化层能够阻滞气相和凝固相的传热与传质，降低了材料的热分解温度，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无疑是和燃烧热密切相关的，材料点燃火焰被移走后，如果有足够的热量释放并返回到材料，使材料继续分解，则燃烧成为自扩展行为。因此人们也期待较低的燃烧热使材料的可燃性降低而难燃性增加。OheMatsanra曾提出燃烧热和聚合物氧指数之间有一定的相互关系，经过阻燃处理的聚合物比未经处理的聚合物燃烧热低。但是也有不同的看法，认为燃烧热和阻燃性之间并不存在令人信服的相互关系，例如具有高燃烧性的硝化纤维具有较低的燃烧热，而自熄级的聚乙烯却有非常高的燃烧热。

4无机矿物无毒阻燃填料分类及应用

4.1水镁石 4.1.1.水镁石简介

水镁石是一种天然矿物，主要成分是Mg(OH)2，是自然界含镁量最高的矿物。水镁石具有层状结构，一般以块状和纤维状形态存在[14]。由于Mg(OH)2是一种近年来快速发展的新型低烟无卤阻燃材料，主要应用于高分子领域中作为一种环保型阻燃剂，替代如磷类、卤类等易产生环境污染的传统阻燃剂。因此，Mg(OH)2无机粉体用作聚合物材料的阻燃剂，兼具填充、阻燃、抑烟、环保、无一次危害等优点，越来越被广泛运用[15-l6]。另外，水镁石在我国蕴藏量很丰富[14]，将其开发成具有高附加值的新型产品具有十分重大的意义。

4.1.2 水镁石阻燃机理

天水镁石的阻燃机理[17]为：水镁石作为一种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，提高了材料的热稳定性。

Mg(OH)2发生热分解反应：

反应时大量吸热，降低温度，使材料不易着火；生成MgO沉积在材料表面，起隔绝空气的作用；产生大量水蒸气，消耗大量热量；水蒸气吸收烟雾，起消烟作用。水镁石的结构与Mg(OH)2极为相似，具有无毒、无腐蚀性、稳定性好、不挥发、高温下不产生有毒气体等优点。

4.1.3水镁石在复合材料中应用

表2是纤维水镁石对PP的燃烧效果分析[18]。

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表2氧指数及样品（纤维水镁石+聚丙烯）燃烧情况

从表2中可以看出:随着纤维水镁石的加人，氧指数逐渐提高，且无烟出现，在纤维水镁石：聚丙烯为70：100时，已达到了阻燃抑烟效果。

表3为溶解氧(OI)随体系中水镁石添加量的变化情况[19]。从结果可知，水镁石的加入对HDPE的燃烧性能有显著影响。添加50%的水镁石后，材料的OI值从17.7%上升到24.1%，从易燃材料转变为具有自熄性的材料。研究确认，当水镁石的质量分数在60%以下时，尽管随其添加量增加，材料的OI值可进一步上升，但变化的幅度较小；只有当水镁石的质量分数达60%以上时，体系的OI值才有可能发生突变，并最终稳定在27%左右。

表3水镁石对复合体系燃烧性能的影响

卢永定[20]采用化学作用与机械力结合的方法，将天然纤维水镁石剥分到纳米级，并采用有机分散剂将其均匀分散，然后使用常规工业挤出设备制备水镁石纳米纤维/PP复合材料。在这种纳米复合 中国地质大学（北京）

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材料中，纳米纤维均匀分散，与PP高分子材料结合牢固，对即复合材料的性能明显改善。

大连理工大学的丰世凤使用行星式高能球磨机，在球磨过程中加入助剂，制得超细改性水镁石粉。考察了球磨参数及助剂用量对粉体粒度及表面改性效果的影响。使用激光粒度分析、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、活化率测试、接触角测试、沉降时间测试对粉体的粒度、形貌和改性效果进行了表征。结果表明所得水镁石粉体D90由 32.75μm降到1.26μm，且形貌均匀晶型保持完好，在助磨剂添加量为0.2%、表面活性剂添加量为2%时所得超细改性水镁石粉体与原粉相比，活化率提高到98.5%、接触角增大到131度、沉降时间延长到22.5h。

表4水镁石矿处理前后粒度对比

表5水镁石原粉与超细改性水镁石粉的比表面积

图1处理前后水镁石粉的扫描电镜照片

并将超细改性水镁石粉添加到不饱和聚醋树脂中，加入固化助剂，在常温常压下制得水镁石/聚酷人造石。考察了树脂的种类及水镁石添加量对聚酷人造石性能的影响。使用氧指数仪(LOI)和锥形量热仪(CONE)对聚醋树脂和水镁石/聚醋人造石进行了阻燃性能测试。LOI数据表明:随着水镁石添 中国地质大学（北京）

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加量的增加，氧指数在提高，添加50份时达到31.3，比聚醋树脂提高了11%；CONE数据显示，添加50份水镁石粉制得的聚醋人造石与聚酷树脂相比:引燃时间由80s延长到153s，热释放速率降低4/5，生烟速率和总生烟量降低2/3。

表6 水镁石与MTP-156树脂不同质量比下固化后的测试数据及结果

图2水镁石添加量对氧指数的影响

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力学性能测试的弯曲强度由27.69MPa提高到40.75MPa，冲击强度从2.1kJ·cm-2提高到了3.3kJ.cm-2。然后采用非等温DSC方法对水镁石/聚酷人造石及聚醋树脂进行固化动力学分析，考察水镁石对不饱和聚酷树脂固化性能的影响，得到聚酷人造石和聚酷树脂的固化反应活化能分别为34.5KJ/mol和18.1KJ/mol。表明水镁石的添加对树脂的固化性能有抑制作用。

图3 水镁石添加量对聚酯人造石冲击强度的影响

4.2坡缕石 4.2.1坡缕石简介

坡缕石（凹凸棒土）素有“千土之王”、“万用之土”的称号，在工业和其它多种行业上具有特种用途。坡缕石是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。其理想分子式为：(Mg，Al，Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)4·nH2O，理论化学成分为：SiO2 56.96%；(Mg，Al，Fe)O 23.83%；H2O 19.21%。成份中常有Al、Fe混入，Al2O3替代部分MgO。坡缕石晶体呈毛发状或纤维状，在电子显微镜下呈长柱状或针状，白、灰、浅绿或浅褐色，硬度一般为2-3，当加热到700-800°C时，硬度可能提高到5，密度2.05-2.32g/cm3。具有很大的比表面积和吸附能力，很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，是一种少见的矿物。

4.2.2坡缕石阻燃机理

坡缕石（PLS）是继蒙脱土、高岭土之后又一种重要的天然纳米纤维状硅酸盐粘土，为典型的纳米级针状粉体，具有作为聚合物材料增强填充剂的条件；其次，坡缕石含有各种形式的水，随着温度的不同水的释放方式不同，是理想的天然阻燃剂；最后，坡缕石的中空棒状结构，决定了它有 中国地质大学（北京）

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很强的吸附性、胶体性和催化性，是理想的抑烟剂和吸附剂。

4.2.3坡缕石在复合材料中应用

西北师范大学的张哲次将坡缕石引入 LLDPE 阻燃性能研究，分别研究了无卤阻燃剂氢氧化镁、红磷、多聚磷酸胺、坡缕石和其他阻燃剂单独阻燃LLDPE的阻燃能力，以及坡缕石与各种阻燃剂复配的阻燃效果，并制得了LLDPE复合材料。根据氧指数和水平垂直燃烧实验测试，坡缕石复配体系是有效的、可行的。复配阻燃剂对LLDPE具有较好的阻燃效果及综合性能，LLDPE 复合材料属于较好的阻燃材料。复合材料通过了电镜表征；通过 TG 分析了其热降解性；通过万能力学试验机等仪器测试了其物理性能。阻燃剂经过表面改性后能使复合材料的抗拉强度等力学性能得到提高，经测试，复合材料的力学性能和阻燃性能均达到最大值，断裂伸长率为75.142%，抗拉强度为7.282MPa，氧指数为30.5，材料的燃烧性能达到UL 94V-0级，因此其具有潜在的工业应用价值。

图4不同坡缕石复配阻燃添加量对氧指数影响

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图5 含量25%坡缕石添加量复合材料热重曲线图

3.3无机复合阻燃填料

3.3.1无机复合阻燃填料简介

单一的无机阻燃填料要在高聚物基复合材料中填充量较大时才能产生阻燃效果，这样在满足阻燃要求的同时却影响胶料的加工性能并导致填充材料力学性能下降。因此，超细化、活性化、复合化成为无机阻燃填料发展的趋势，即通过不同结构、粒形、化学成分和阻燃性能的无机阻燃剂的复合，使各种无机阻燃剂相互配合，取长补短，提高阻燃剂的阻燃效率，同时，通过超细粉碎和表面改性处理赋予无机阻燃填料一定的补强性能，从而不致恶化基材的力学性能及电气性能，甚至还有所改善。

目前已有一些关于无机复合阻燃填料在PVC中应用的研究报道,如氧化锑和氢氧化铝在柔性(软）PVC电线和电缆中的复合应用；用ZHS包覆的Al(OH)

3、Mg(OH)2以降低PVC的发烟量和填充量；Sb2O3与其它金属氧化物并用;氢氧化铝与镁、锌及碳酸钙复配应用;氢氧化镁、氢氧化铝、红磷等复合型阻燃剂；Sb-A型复合阻燃剂;三氧化二锑、氢氧化铝、硼酸锌等复合无机阻燃剂；以氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑为主体的FZY复合阻燃抑烟剂;采用Sb2O3、CaCO3和金属氧化物复配的阻燃剂等。

3.3.2无机复合阻燃填料在PVC中的应用

中国矿业大学四季春等人以超细Al(OH)

3、Mg(OH)

2、煅烧高岭土、白炭黑等为基本组分经超 中国地质大学（北京）

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细粉碎和复合表面改性制备的超细活性无机复合阻燃填料填充阻燃PVC电缆料,其力学性能和电性能可达GB/T 8815—2002标准规定,氧指数达35·6 %，烟密度为174·7。这种超细活性无机合阻燃填料具有高效阻燃、填充增强和电绝缘性三种功能。

表7 阻燃填料的配方(质量分数,%)表8 加入TFR1和其它阻燃填料PVC的氧指数(%)

表9 TFR填充阻燃PVC的性能

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期末考试论文专用 结论

无卤化、超细化、活性化、功能化、复合化是阻燃剂发展的主流和趋势。我国塑料、橡胶工业的快速发展对阻燃剂的需求特别是对无毒、高效、功能型无机复合阻燃剂的需求将更迫切。因此，我们必须加快无机复合阻燃剂的开发与应用，以满足高分子材料工业及消费者的需要，不断迎接新的挑战。

参考文献：

[1]丰世凤.超细改性水镁石的制备及在聚酯材料中的应用研究.天津理工大学.硕士论文.2008.[2]张小伟，刘淑鹏.非金属矿物填料在塑料中的应用[J].上海塑料.2008，3（143）：7-10.[3]张哲.坡缕石复配阻燃剂阻燃LLDPE的性能研究.西北师范大学.硕士论文.2008.[4]李鑫，叶俊伟等.水镁石超细改性一体化处理及其阻燃应用研究.中国颗粒协会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会.2008.12.[5]四季春，郑水林等.无机复合阻燃填料在软质聚氯乙烯中的应用研究[J].机械工程材料.2004，28（12）：26-28.[6]霍蛟龙.无卤无磷改性氢氧化镁阻燃EVA的研制.东华大学.硕士论文.2011.[7] 俞祥兴.氢氧化镁阻燃剂的开发和应用[J].电线电缆1998，8(l):27一30 [8] 吴勇.氢氧化镁阻燃剂及其表面改性[J].消防技术与产品信息，1999，8(6):22一24 [9] ]余仁.阻燃剂氢氧化镁的制备及其应用[J].化工矿物与加工，2000，12(3):26一27 [10] 杜高翔，郑水林，李杨.超细氢氧化镁粉的表面改性及其高填充聚丙烯的性能研究[J].中国塑料，2004，18(7):75一79 [11]四季春，孙丽丽等人.无机阻燃剂的开发应用现状研究[J].中国非金属矿工业导刊.2003，3（34）：26-30.[12] 麦堪成，李政军，裘翌听，等.FPP对Al(0H)3/PP复合材料的流动性、阻然性和结晶行为的影响【J].高分子材料科学与工程，2002，18(3):150一154.