材料合成制备及创业实训实验培训讲义(PPT-39页)课件.ppt

1、无机材料合成与制备无机材料合成与制备 刘海涛、樊宏斌、刘若望刘海涛、樊宏斌、刘若望温州大学化学与材料工程学院材料研究所温州大学化学与材料工程学院材料研究所2011.03.03实验一，二实验一，二拉挤成型拉挤成型FRP帐篷杆制造（帐篷杆制造（1）（）（2）（8学时）学时）（1）掌握拉挤成型工艺原理及成型工艺方法。（2）熟悉拉挤机组和模具的技术要求和运行操作。（3）试制出符合质量要求的小型拉挤制品。一实验目的一实验目的二实验原理二实验原理 复合材料异型截面制品的制备是通过连续纤维拉挤成型工艺实现的，它是将连续纤维通过树脂胶槽浸渍树脂胶液，再经过预成型模和成型模具，在成型模具内加热、凝胶、固化，在牵

2、引机的牵引下，连续生产出任意长，最后经切割成一定长度的异型截面的复合材料制品，包括管、杆、棒、角型、工字型、槽型、板材等型材。 这种工艺的特点是： 设备造价低，生产率高，便于形成自动化生产线；可连续生产任意长的各种异型截面、性能好、用途广的系列化制品；原材料的有效利用率高，基本上无边角废料。 拉挤制品由于连续纤维的增强作用，在沿纤维方向具有很高的比强度和比模量，随着连续玻璃纤维毡在拉挤工艺中的应用，拉挤制品的横向强度也得到加强，所以它作为结构材料在电气制品、耐腐蚀制品、体育运动器材、建筑制品、车辆运输制品、农渔业制品、纺织制品、矿山制品、能源开发制品、航空航天制品等获得推广应用。 拉挤工艺所用

3、的树脂中8590是不饱和聚酯树脂，其次是环氧树脂，还有甲基丙烯酸酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、热塑性树脂等。根据制品性能和使用要求，选用阻燃型、耐腐蚀型、耐高温型、低收缩型树脂。根据制品的截面尺寸厚薄，选择不同活性树脂。拉挤工艺对树脂的要求是对纤维有较好的浸润性、有较高的热变形性能和较快的固化性能。 连续玻璃纤维无捻粗纱及其连续状态的玻璃纤维制品作为增强材料在拉挤成型工艺中应用最多，除此之外，碳纤维、芳香族聚酰胺纤维及几种纤维组成的混杂纤维也有较多的应用。在拉挤成型工艺中，引发剂、内脱模剂、填料、颜料、火焰熄灭剂、低收缩添加剂等辅助材料同样起着十分重要的作用。 拉挤成型机组是由纱架、胶槽、预

4、成型模、固化模具、牵引机、切割机等组成。玻璃纤维无捻粗纱从纱架引出，经过集束辊进入树脂槽中充分浸胶，然后进入预成型模，排除多余树脂，并在压实中排除气泡，再进入成型模，在外牵引力的作用下，浸胶玻璃纤维一面向前移动，一面通过模具加热固化，这一过程可以看成是一个反应过程， 模具可以看成一个反应器，反应结果使液态树脂转化为固态树脂，同时以反应热效应作为化学反应标志。由于树脂的固化放热、牵引机施加于浸胶玻璃纤维的张力、纤维拉挤通过模具时与模腔的表面摩擦、树脂与纤维界面间黏结状况、拉挤速度的快慢等因素的影响，使树脂与纤维在模具中的复合过程成为一个比较复杂的过程，研究和评价这一过程中各种树脂混合物的配方及其

5、固化反应无疑是个十分重要的问题。设备：拉挤机组及模具图1-1拉挤成型工艺三实验设备和原料三实验设备和原料 原料： S685M间苯型不饱和聚酯树脂，1200Tex无碱无捻玻璃纤维粗纱，轻质CaCO3，乙酸丁酯纤维素CAB，50过氧化二苯甲酸BPO二丁酯糊，过氧化二碳酸酯EHP，硬脂酸锌ZnSt，内脱模剂PS125，WD湿润分散剂。1、备好树脂胶液5kg，各组分质量的比例为：100（5685M），2（BPO糊），0.78（EHP），30（轻质CaCO3），8（CAB），3（ZnST），2（PS125）。 为了改善树脂填料体系的浸润性和黏度，在树脂胶液中加入填料之前，先在树脂中加入WD湿润分散剂，其

6、用量为轻质CaCO3用量的1，在高速搅拌下使其充分分散在树脂中，再加入轻质CaCO3，继续充分搅拌，使WD在外力作用下将CaCO3聚集体打散， 四实验步骤四实验步骤 由于WD对填料的浸润作用，使CaCO3粒子在树脂中充分分散并阻止CaCO3固体微粒重新聚集，使轻质CaCO3用量从20增至30，仍能满足工艺要求并改善制品性能。树脂胶液充分搅拌后倒入胶槽。2、玻璃纤维纱团用量NSK/，S为制品横截面积cm2，K取0.50.6，为玻璃纤维密度2.54g/cm2，为1200Tex，即1200g/km。3、将纱团按照用量数穿入导纱孔，经过胶槽，进入预成型模和成型模，再引入牵引机。4、打开模具加热器，控制

7、模具各段温度分别至140、160、140。5、开动牵引机，开始将浸胶玻璃纤维引入模具，经加热固化后引出模具，再牵引至切割机处，按需要长度切割成制品。拉挤过程中控制好模具各段温度和牵引速度，温度和速度要根据制品固化情况作相应的调整和配合。一般牵引速度控制在0.30.5m/min。6、拉挤出一定数量制品后，结束实验，将胶槽移出清理，未浸胶的玻璃纤维牵引入模具后，关闭加热电源和牵引电源，清理机组和环境。五结果讨论五结果讨论1、选择高活性引发剂过氧化二碳酸酯和BPO一起组成复合引发剂，可以缩短聚合周期，提高聚合速率，从表1-1可以明显看出，S685M树脂中加入BPO 2和加入BPO2、EHP0.6在8

8、0下的固化曲线有很大差异，两者相比，凝胶时间从2.20min缩短为1.00min，固化时间从3.30min缩短为150min，而固化时间与凝胶时间的差值T从110min缩短为050min。表1-1 80下S685M材脂的固化性 过氧化二碳酸酯是一类高活性引发剂，它们的活性都相接近，但其稳定性有较大差别，其稳定性随着酯基R-的增大而增大，如表1-2所示。表1-2 过氧化二碳酸酯的半衰期2、WD湿润分散剂是一种长链的多元胺酰铵盐和极性酸式酯，少量WD的加入对于改善树脂填料体系的浸润性和黏度有明显效果，有利于适当增加填料用量，降低成本，同时对拉挤制品的弯曲性能和拉伸性能也有一定改善。3、采用哈克流变

9、仪评价内脱模剂的脱模效果。在哈克流变仪160的恒热容器中加入定量的树脂胶液，一面加热，一面以50rmin的恒定转速转动转子，转子半径为20mm，转动时间为10min，测定树脂胶液固化过程的分子间剪切作用力所形成的最大转矩。 内脱模剂的脱模效果好，反映在其固化时能充分释放到物料表面而减少它在树脂中的含量，所以树脂分子间剪切作用力上升，相应的最大转矩也上升。 在相同的树脂胶液和引发剂系统中：加入3硬脂酸锌，其最大转矩力16Nm；加入3硬脂酸锌和2油酸，其最大转矩为18Nm；加入1Zelec UN，其最大转矩为26Nm。 从哈克流变仪的实验结果看，Zelec UN内脱模剂1用量在树脂固化过程中拥有最

10、大转矩，可以认为它是一种优良的内脱模剂，这一结果与实际拉挤成型工艺的效果是相同的。六思考题六思考题o1、拉挤制品的表观质量的影响因素有哪些？o2、拉挤成型模具的进口温度为什么要用冷却水冷却？o3、拉挤用的不饱和聚酯树脂还有哪些更好的复合引发剂？实验三、四实验三、四CIS三三元半导体化合物的溶剂热合成元半导体化合物的溶剂热合成（8学时）学时）一实验目的一实验目的1、掌握硫族半导体化合物的溶剂热合成方法；2、掌握高压反应罐的使用方法；3、掌握产物的分离、提纯方法。二实验原理二实验原理 金属硫族化合物半导体材料由于其具有一系列优异的物理和化学特性以及在光电子器件和生物医学领域所存在的巨大的应用前景，

11、目前已经发展为物理学、化学以及材料学等许多学科最活跃的研究领域之一。 二元硫族化合物及其固溶体是研究最早也是最为成熟的热电材料之一。 如Bi2S3是一种重要的硫族无机半导体材料，在室温下的带隙能为1.33eV。随着硫化铋(Bi2S3)的纳米化，不仅能引起吸收波长与荧光发射发生蓝移，还能产生非线性光学响应,并增强纳米粒子的氧化-还原能力，具有更优异的光电催化性能,在发光材料、非线性光学材料、光催化材料等方面有着广泛的应用前景。 Bi2S3晶体具有较高的各向异性,是一种典型的层状结构,因此容易形成高长径比的一维晶体。近年来，许多研究者通过水热法、溶剂热法、模板法和气相沉积法等制备了一维的Bi2S3

12、纳米管、纳米线、纳米棒和纳米带。硒化铋(Bi2Se3)半导体纳米晶以其特殊的物理化学性能和诱人的潜应用前景而成为当今研究的热点。迄今为止，大量文献报道了硒化物半导体的合成。 水热与溶剂热合成硫族化合物粉体是一种非常有效的方法，易于制备出纯度高、晶型好、单分散、形状以及大小可控的纳米微粒。同时，由于反应在密闭的高压釜中进行，有利于有毒体系中的合成反应，如可以避H2S对环境的污染。但水热法存在有明显的不足，该法往往只适用于氧化物材料制备。 在水热法的基础上，以有机溶剂替代水，在新的溶剂体系中设计新的合成路线，扩大了水热法的应用范围。同时，非水溶剂本身的一些特性，如极性与非极性、配位性能、热稳定性等

13、，为从反应热力学、动力学的角度去认识化学反应的实质与晶体生长的特性，提供了研究线索，并有可能实现其他手段难以获取的某些物相(如亚稳相)。 近来在非水溶剂中设计不同的反应途径合成无机化合物材料，取得了一系列的重大进展，非水体系合成技术己越来越受到人们的重视。本实验拟以CuInS2 为例，研究合成三元硫族化合物粉体材料。三仪器和试剂三仪器和试剂 1、仪器、仪器 50mL反应釜（内衬聚四氟乙烯），电子天平、10mL量筒、 塑料刻度滴管、玻璃搅拌棒、50mL烧杯、200mL烧杯、磁力搅拌器、离心机、真空泵、减压过滤装置、烘箱。 2、原料及试剂、原料及试剂 二水氯化铜（170.48），氯化铟(221.1

14、8)，L-半胱氨酸(121.16)，DMF, 2M盐酸，2M氢氧化钠， 无水乙醇。 o1. 称取0.17g CuCl22H2O，加入10 ml DMF, 不断搅拌，然后加入0.222g InCl3，搅拌，作为溶液A。o2. 称取0.365g 半胱氨酸溶解于10ml DMF（滴加2M HCl至溶解），然后慢慢地加入到溶液A中.o3. 补足至40mL,不断地搅拌15min, 加入到50ml的内衬聚四氟乙烯的反应釜中。o4. 密封，在200条件下分别反应18h，自然冷却至室温。用蒸馏水洗涤3次，然后用无水乙醇洗涤2次。最后在60的真空干燥箱中干燥。(黑色沉淀)o5. 表征。四实验要求四实验要求 查阅

15、有关硫族化合物的相关文献，设计配方及实验步骤。重点注意如下问题： 1、前驱体溶液配制时，应注意哪些问题？ 2、装填反应釜时注意哪些问题？ 3、烘箱中加热和冷却应注意什么？ 4、如何进行产物分离操作？ 5、对制得的样品怎样进行表征？ 6、提交实验报告。、书籍是全世界的营养品。生活里没有书籍，就好像没有阳光；智慧里没有书籍，就好像鸟儿没有翅膀莎士比亚2、书籍使人变得思想奔放。革拉特珂夫3、书籍是造就灵魂的工具雨果4、经验丰富的人读书用两只眼睛，一只眼睛看到纸面上的话，另一只眼睛看到纸的背面。歌德5、我扑在书籍上，就好像饥饿的人扑在面包上。高尔基6、书籍是巨大的力量。列宁7、书人类发出的最美妙的声音

16、。莱文8、生活在我们这个世界里，不读书就完全不可能了解人。高尔基9、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。颜真卿10、书是良药，善读之可以医愚。刘向11、读书破万卷，下笔如有神。杜甫12、在你渴望时，它前来给予详细指教，但是从不纠缠不休。比切13、书籍是少年的食物，它使老年人快乐，也是繁荣的装饰和危难的避难所，慰人心灵。在家庭成为快乐的种子，在外也不致成为障碍物，但在旅行之际，却是夜间的伴侣西塞罗14、过去一切时代的精华尽在书中。卡莱尔15、书籍并不是没有生命的东西，它包藏着一种生命的潜力，与作者同样地活跃。不仅如此，它还像一个宝瓶，把作者生机勃勃的智慧中最纯净的精华保存起来弥尔顿16、每一本书都是

17、一个用黑字印在白纸上的灵魂，只要我的眼睛、我的理智接触了它，它就活起来了。高尔基17、读一本好书，就是和许多高尚的人谈话。笛卡尔18、读书之于头脑，好比运动之于身体。爱迪生19、书籍乃世人积累智慧之长明灯寇第斯20、光阴给我们经验，读书给我们知识。奥斯特洛夫斯基21、读书有三到，谓心到，眼到，口到。朱熹22、书籍是青年人不可分离的生命伴侣和导师。高尔基23、和书籍生活在一起，永远不会叹气。罗曼罗兰24、书籍是最好的朋友。当生活中遇到任何困难的时候，你都可以向它求助，它永远不会背弃你都德25、书籍通过心灵观察世界的窗口。住宅里没有书，犹如房间没有窗户。威尔逊26、读一本好书，象交了一个益友。臧克

18、家27、读万卷书，行万里路。刘彝15) 时间一天天过去，有时觉得它漫长难熬，有时却又感到那么短促;有时愉快幸福，有时又悲伤惆怅。一天与一天不同，一日和一日有别，仿佛一昼夜之间也有春夏秋冬之分。;阿;巴巴耶娃16) 世界上最快而又最慢，最长而又最短，最平凡而又最珍贵，最容易被人忽视，而又最令人后悔的就是时间。;高尔基17) 在人类生活中，时间刹那而过，它的本体是处于一个流动状态中，知觉是昏钝的，整个肉体的构成是易腐朽的，灵魂是一个疾转之物，运气是很难预料的，名望是缺乏见识的东西。;马尔库;奥勒留18) 时间就是金钱，而且对用它来计算利益的人来说，是一笔巨大的金额。;狄更斯19) 时间会刺破青春表

19、面的彩饰，会在美人的额上掘深沟浅槽;会吃掉稀世之珍!天生丽质，什么都逃不过他那横扫的镰刀。;莎士比亚20) 浪费别人的时间等于是谋财害命，浪费自己的时间等于是慢性自杀。;列宁关于描写时间的名人名言1) 时间是衡量事业的标准。;培根2) 生命是短促的，然而尽管如此，人们还是有时间讲究礼仪。;爱献生3) 历史孕育了真理，它能和时间抗衡，把遗闻旧事保藏下来。它是往昔的迹象，当代的鉴戒，后世的教训。;塞万提斯4) 时间是由分秒积成的，善于利用零星时间的人，才会做出更大的成绩来。;华罗庚5) 时间是人类发展的空间。;马克思6) 在无限的时间的河流里，人生仅仅是微小又微小的波浪。;郭小川7) 重复言说多半

20、是一种时间上的损失。;培根8) 开诚布公与否和友情的深浅，不应该用时间的长短来衡量。;巴尔扎克9) 真正的敏捷是一件很有价值的事。因为时间是衡量事业的标准，如金钱是衡量货物的标准。;弗;培根10) 正当利用时间!你要理解什么，不要舍近求远。;歌德11) 人的全部本领无非是耐心和时间的混合物。;巴尔扎克12) 生命的长短以时间来计算，生命的价值以贡献来计算。;裴多菲13) 敢于浪费哪怕一个钟头时间的人，说明他还不懂得珍惜生命的全部价值。;达尔文14) 有了朋友，生命才显出它全部的价值;一个人活着是为了朋友;保持自己生命的完整，不受时间侵蚀，也是为了朋友。友谊要像爱情一样才温暖人心，爱情要像友谊一

21、样才牢不可破。;穆尔;约翰15) 从不浪费时间的人，没有工夫抱怨时间不够。;杰弗逊16) 不善于利用时间的人，总是首先抱怨没有时间，因为他把时间都耗费在穿吃睡和聊天上，去考虑该做什么，而只是什么也不去做。;拉布吕耶尔17) 时间给勤劳者留下串串的果实，而给懒汉只留下一头白发和空空的双手。;高尔基18) 在时间的大钟上，只有两个字;现在。;莎士比亚19) 好事总是需要时间，不付出大量的心血和劳动是做不成大事的。想吃核桃，就是得首先咬开坚硬的果壳。;格里美尔斯豪森20) 合理安排时间，就等于节约时间。培根描写时间的名人名言推荐1) 不管饕餮的时间怎样吞噬着一切，我们要在这一息尚存的时候，努力博取我

22、们的声誉，使时间的镰刀不能伤害我们。;莎士比亚2) 少壮不努力，老大徒伤悲。;长歌行3) 实际上，没有一种社会形态能够阻止社会所支配的劳动时间以这处或那种方式调整生产。;马克思4) 我们若要生活，就该为自己建造一种充满感受思索和行动的时钟，用它来代替这个枯燥单调以愁闷来扼杀心灵，带有责备意味和冷冷地滴答着的时间。;高尔基5) 在老年时，会有许多闲暇的时间，去计算那过去的日子，把我们手里永久丢失了的东西，在心里爱抚着。;泰戈尔6) 在历史急剧转变的关头，往往连先进的政党也会在相当的一段时间内不能理解新的局势而复旧的口号，这些口号在昨天是正确要在已成的事业中逗留着！要在已成的事业中逗留着！-巴斯德

23、（法国）巴斯德（法国）我从不想未来，它来得太快。我从不想未来，它来得太快。-爱因斯坦（美国）爱因斯坦（美国）等你们六十岁的时候，你们就会珍惜由你们支配的每一个钟头了。等你们六十岁的时候，你们就会珍惜由你们支配的每一个钟头了。-爱因斯坦（美国）爱因斯坦（美国）世界上，宇宙中，有多少难解的谜啊世界上，宇宙中，有多少难解的谜啊还是抓紧时间工作吧！还是抓紧时间工作吧！-爱因斯坦（美国）爱因斯坦（美国）即使上帝也无法改变过去。即使上帝也无法改变过去。-亚里士多德（希腊）亚里士多德（希腊）最有希望的成功者，并不是才干出众的人而是那些最善于利用每一时机去发掘开拓的人。最有希望的成功者，并不是才干出众的人而是

24、那些最善于利用每一时机去发掘开拓的人。-苏格拉底（希腊）苏格拉底（希腊）当许多人在一条路上徘徊不前时，他们不得不让开一条大路，让那珍惜时间的人赶到他们的前面当许多人在一条路上徘徊不前时，他们不得不让开一条大路，让那珍惜时间的人赶到他们的前面去。去。-苏格拉底（希腊）苏格拉底（希腊）一生没有虚过，可以愉快地死，如同一天没有虚过，可以安眠！一生没有虚过，可以愉快地死，如同一天没有虚过，可以安眠！-达达芬奇（意大利）芬奇（意大利）希望是永远达不到的，因此，人才希望，追求希望。希望是永远达不到的，因此，人才希望，追求希望。-富兰克林（美国）富兰克林（美国）从事一项事情，先要决定志向，志向决定之后就要全

25、力以赴毫不犹豫地去实行。从事一项事情，先要决定志向，志向决定之后就要全力以赴毫不犹豫地去实行。-富兰克林（美国）富兰克林（美国）希望是生命的源泉，失去它生命就会枯萎。希望是生命的源泉，失去它生命就会枯萎。-富兰克林（美国）富兰克林（美国）以希望为生的人，将绝食而死。以希望为生的人，将绝食而死。-富兰克林（美国）富兰克林（美国）每个人都有一不的理想，这种理想决定着他的努力判断的方向。就在这个意义上，我从来不把安逸和享乐看做是生活目的的本身每个人都有一不的理想，这种理想决定着他的努力判断的方向。就在这个意义上，我从来不把安逸和享乐看做是生活目的的本身-这种基础，我叫它猪栏的理想。照亮我的道路，并且

26、不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、美、真。这种基础，我叫它猪栏的理想。照亮我的道路，并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、美、真。-爱因斯坦（美国）无论何时，不管怎样，我也绝不允许自己有一点灰心丧气。爱因斯坦（美国）无论何时，不管怎样，我也绝不允许自己有一点灰心丧气。-爱迪生（美国）爱迪生（美国）对我来说，信念意味着不担心。对我来说，信念意味着不担心。-杜威（美国）杜威（美国）希望贯穿一切，临死也不会抛弃我们。希望贯穿一切，临死也不会抛弃我们。-波普（美国）波普（美国）希望永远在人的胸膛汹涌。人要经常感觉不是现在幸福，而是就要幸福了。希望永远在人的胸膛汹涌。人要经常感觉不是现在幸福，而是就要幸福了。-波普（美国）波普（美国）毫无理想而又优柔寡断是一种可悲的心理。毫无理想而又优柔寡断是一种可悲的心理。-培根（英国）培根（英国）只有知道了通往今天的路，我们才能清楚而明智地规划未来。只有知道了通往今天的路，我们才能清楚而明智地规划未来。-斯蒂文生（英国）斯蒂文生（英国）