【正文】 池支架、燃料線托架以及踏板支撐物等部件。PI是另一類重要的航空航天材料，其綜合性能更為優(yōu)異，同時(shí)其應(yīng)用環(huán)境也更為苛刻。美國國家航天局（NASA）開發(fā)出可應(yīng)用于371℃的PMRII50材料。隨著人類太空探索的不斷深入，需要發(fā)展返回式運(yùn)載火箭來替代老化的航天飛機(jī)，因此急需可短期（幾百小時(shí)）工作于315～399℃的用于推進(jìn)器以及飛機(jī)機(jī)身的輕質(zhì)聚合物復(fù)合材料。據(jù)研究，在機(jī)身組件中使用可穩(wěn)定工作于343～399℃的聚合物復(fù)合材料可不必再對(duì)機(jī)身絕熱保護(hù)，從而可減輕飛行器的質(zhì)量。質(zhì)量減輕將會(huì)增加載重能力及提高燃料效率等。目前，最有希望應(yīng)用于該領(lǐng)域的PI材料之一是美國NASA研制的“6FPI”。它在PMRII50材料基礎(chǔ)上采用苯乙炔封端，解決了PMRII50脂環(huán)結(jié)構(gòu)端基熱氧化不穩(wěn)定性，因此具有更為優(yōu)異的性能。除了作為耐熱材料使用外，近年來，PI作為太空環(huán)境穩(wěn)定材料也受到廣泛的重視。原子氧（AO）、紫外線（UV）以及真空紫外線（VUV）普遍存在于近地軌道中。AO較少地存在于海拔更高的太空，但UV、VUV、電子、質(zhì)子以及其他粒子輻射卻普遍存在。這些輻射源具有足夠的濃度和能量使有機(jī)材料中的化學(xué)鍵斷裂，從而引起材料物理、機(jī)械及光學(xué)性能的改變。高相對(duì)分子質(zhì)量PI薄膜具有優(yōu)良的柔韌性、耐溶劑性、耐熱穩(wěn)定性，高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），在很多情況下具有優(yōu)異的耐UV輻射性，但易受AO作用而發(fā)生降解。目前，解決此問題的手段主要是在PI薄膜表面涂覆氧化鋁、氧化硅、氧化鉻以及氟聚合物等，但通常需要專門的設(shè)備，且存在涂覆不均勻等問題。更為重要的是涂層的熱膨脹系數(shù)與PI薄膜不匹配，熱環(huán)化過程中常會(huì)出現(xiàn)破裂、分層等問題。針對(duì)上述問題，美國NASA Langley研究中心開發(fā)了一系列含苯氧磷（PPO）結(jié)構(gòu)的PI材料。X射線光電子譜測(cè)試表明，當(dāng)暴露于AO環(huán)境時(shí)，含PPO材料的表面會(huì)形成多聚磷酸層。該阻隔層可防止下層聚合物材料進(jìn)一步受到輻射而降解。特種工程塑料在電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用。主要包括：（1）電子元器件（如接插件、插座、絕緣線圈及齒輪等）；（2）集成電路（IC）的封裝材料與耐無鉛焊接材料；（3）先進(jìn)的通訊零部件（如光波導(dǎo)材料、手機(jī)部件等）。由于特種工程塑料優(yōu)異的綜合性能（如在很薄的狀態(tài)下依然能夠保持良好的尺寸穩(wěn)定性等），因此許多移動(dòng)通訊制作廠商在其新一代移動(dòng)通訊設(shè)備的研發(fā)過程中將目光投向特種工程塑料。特種工程塑料在微電子工業(yè)中的另一個(gè)重要應(yīng)用是作為IC裝配材料。近幾年，隨著環(huán)境保護(hù)呼聲的日益高漲，環(huán)保型電子材料的研制、開發(fā)成為電子材料領(lǐng)域中的熱點(diǎn)話題之一。目前，在IC裝配中廣泛使用的SnPb焊料，由于Pb的毒性問題而越來越多地面臨著來自環(huán)境保護(hù)的壓力。歐盟對(duì)于無鹵、無鉛環(huán)保電子材料加以規(guī)范。多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚以及鉛等化學(xué)物質(zhì)被明確規(guī)定于2008年1月1日起禁止使用。因此，無鉛焊料的研制與開發(fā)受到了廣泛重視。目前開發(fā)的無鉛焊料的焊料熔點(diǎn)較傳統(tǒng)的SnPb焊料高30～40℃，因此，無鉛焊接的再焊峰值溫度也隨之從傳統(tǒng)焊料的210～235℃升高到240～260℃。目前，電子器件裝配過程中使用的元件與電路板材料通常是環(huán)氧樹脂以及雙馬來酰亞胺三嗪樹脂等。它們能夠很好地承受現(xiàn)行組裝工藝的溫度（210～235℃）。當(dāng)再流焊溫度超過260℃，即目前廣泛使用的環(huán)氧樹脂材料的耐高溫極限時(shí)，就會(huì)帶來許多可靠性問題，如零件脹裂、打線拉脫、封裝失效甚至芯片破裂等。無鉛焊料的發(fā)展帶來的上述問題迫使人們對(duì)封裝材料與封裝設(shè)計(jì)重新改進(jìn)。除了耐熱、耐濕性環(huán)氧樹脂材料外，特種工程塑料也成為關(guān)注焦點(diǎn)之一。在微電子封裝中，高流動(dòng)性、高耐熱性PPS樹脂正在取代熱固性環(huán)氧樹脂用作IC的封裝材料等。IBM公司在其新型IC器件設(shè)計(jì)過程中采用了綜合性能優(yōu)異的高性能熱塑性塑料——聚醚酰亞胺及聚砜樹脂作為可回收聚合物包封材料。這些材料可以耐焊接高溫，而且其熱塑性的本質(zhì)使其可以進(jìn)行再加工處理。近年來，合成高分子材料被廣泛用作生物醫(yī)用材料（如人造器官、導(dǎo)尿管、內(nèi)診鏡等）。由于醫(yī)用高分子材料可以通過控制組成和結(jié)構(gòu)而使材料具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)（如耐生物老化，作為長(zhǎng)期植入材料、便于加工與消毒等），因此受到了世界各國的普遍重視，成為生物材料中用途最廣、用量最大的品種。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)用高分子材料越來越多地與生物組織或血液組織接觸，因此材料的生物功能性以及生物相容性顯得越來越突出。某些特種工程塑料（如聚醚砜、PEEK、PPS等）具有優(yōu)良的生物相容性、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)藥品腐蝕性，易于加工、可經(jīng)受反復(fù)消毒處理及耐水解等，因此逐漸被應(yīng)用到醫(yī)療器械的制作、藥物緩釋系統(tǒng)及人造骨骼等領(lǐng)域。圖41 特種工程塑料在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用InvibioTM公司專門生產(chǎn)生物材料，為全世界醫(yī)療市場(chǎng)提供醫(yī)療器械以及人造器官用高品質(zhì)PEEK材料。目前，該公司主要有兩類產(chǎn)品，PEEKCLASSIX與PEEKOPTIMA。PEEKCLASSIX用于制作與血液或組織接觸少于30天的醫(yī)療器具，其應(yīng)用領(lǐng)域包括：導(dǎo)尿管、管道系統(tǒng)、藥物釋放、血液處理、腹腔鏡、外科手術(shù)器械、內(nèi)診鏡以及分析儀器等。PEEKOPTIMA則適用于長(zhǎng)期移植，是一種結(jié)晶度為30%～35%的PEEK材料，熔融溫度為343℃，Tg為145℃。由于該材料具有加工簡(jiǎn)單、生物相容性優(yōu)良、低毒、可經(jīng)受反復(fù)消毒、耐化學(xué)藥品腐蝕性和耐輻射性優(yōu)異等特點(diǎn)，因此投入市場(chǎng)后得到了廣泛認(rèn)可，被許多國際著名醫(yī)療機(jī)構(gòu)認(rèn)定為可靠的移植材料，目前已經(jīng)通過美國食品與藥物管理局認(rèn)證。整形外科、牙科及心肺科是PEEKOPTIMA應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域。瑞士Bettlach的Mathys醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用PEEKOPTIMA替代乙二醇縮醛用于手指移植研究。與乙二醇縮醛相比，該材料具有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品腐蝕與水解性能、耐摩擦、磨損性能和廣泛的生物相容性以及高強(qiáng)度、可反復(fù)消毒處理等特性，因此更適于活體內(nèi)醫(yī)療器具的制作。法國移植制造廠商Scient’X選擇PEEKOPTIMA用于頸椎、腰椎移植研究。采用該材料作為體內(nèi)支架具有如下優(yōu)點(diǎn)：一是它的彈性模量與皮層骨接近，可改善骨骼與移植物間界面；二是由于該材料本身具有射線透過性，因此對(duì)于后期手術(shù)判斷具有很大的幫助。此外，美國明尼蘇達(dá)洲Lifecore醫(yī)療機(jī)構(gòu)選用PEEKOPTIMA材料替代鈦合金用于牙齒移植。 能源領(lǐng)域高性能電池制造中的應(yīng)用是特種工程塑料在能源領(lǐng)域中應(yīng)用最為典型的體現(xiàn)之一。燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。由于燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、噪音小以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的“綠色能源”，近20年來受到了世界各國科學(xué)家的高度重視，被列為未來世界十大科技之首。按照電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池以及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等。其中PEMFC以其結(jié)構(gòu)緊湊、高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠、冷啟動(dòng)時(shí)間短、環(huán)境友好、燃料來源廣以及制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視。PEMFC的核心部分是質(zhì)子交換膜。它不僅作為隔膜材料，而且也是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)的基底。此外，它還具有傳導(dǎo)質(zhì)子、分離氧化劑與還原劑的作用。目前，商業(yè)化的質(zhì)子交換膜主要有美國Dupont公司的Nafion系列全氟磺酸膜、Dow化學(xué)公司的Dow膜、日本Asahi公司研制的Aciplex膜、日本Asahi Glass公司研制的Flemion膜、日本氯工程公司研制的C膜以及加拿大Ballard公司研制的Ballard膜等。近年來，隨著高效質(zhì)子交換膜研究的不斷深入，特別是直接甲醇燃料電池的發(fā)展，Nafion膜等傳統(tǒng)膜材料暴露出了越來越明顯的缺陷，如成本高昂、甲醇分子易于透過而引起陰極催化劑中毒、對(duì)溫度和含水量要求高以及制作困難等。新一代PEMFC要求質(zhì)子交換膜在電池工作條件下可長(zhǎng)期保持較高的機(jī)械性能、良好的熱穩(wěn)定性能以及氣密性。某些特種工程聚合物材料可以滿足上述要求，因此逐漸納入了研究范圍。PBI、PEEK、聚苯砜以及PI經(jīng)適當(dāng)磺化或摻雜后，均表現(xiàn)出良好的性能。雖然這方面的研究尚處于基礎(chǔ)階段，但這類價(jià)格低廉、性能優(yōu)良的質(zhì)子交換膜所蘊(yùn)藏的巨大潛力無疑將使其在不久的將來得到普遍應(yīng)用。第五章 淺談工程塑料的應(yīng)用前景與發(fā)展趨勢(shì)目前，工程塑料主要應(yīng)用于車輛、機(jī)械設(shè)備、電子電氣、家電、建材、醫(yī)療器械、軍用裝備、薄膜等。2005年以來，工程塑料廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣行業(yè)。汽車行業(yè)正朝著注重環(huán)保、安全、健康的方向發(fā)展，節(jié)能與環(huán)保成為汽車工業(yè)的兩大課題，而輕量化、舒適化、節(jié)能化是汽車發(fā)展的最新趨勢(shì)，這一趨勢(shì)加速了汽車塑料化的進(jìn)程。塑料以其重量輕、設(shè)計(jì)空間大、制造成本低、性能優(yōu)異、功能廣泛等特點(diǎn)，最終使汽車在輕量化、安全性和制造成本等方面獲得更多突破，從而成為21世紀(jì)汽車工業(yè)最好的選擇。同時(shí)，國內(nèi)汽車零部件的加工水平正在迅速提高，新的加工設(shè)備、加工工藝被大量地采用，從而使工程塑料的應(yīng)用水平和用量得以不斷提升。電子電氣向來是工程塑料的主要應(yīng)用領(lǐng)域，其消耗量占到總用量的40%以上，隨著中國電器產(chǎn)品出口量的逐年增加，工程塑料的用量呈上漲趨勢(shì)，中國是世界制造業(yè)大國，盡管國內(nèi)產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值都還很低，但并不影響制造業(yè)對(duì)工程塑料的巨大需求，特別是迫于成本壓力，市場(chǎng)對(duì)材料本土化的要求越來越明顯，這為工程塑料提供了廣闊的應(yīng)用前景。隨著工程塑料的研制、開發(fā)和專用化的進(jìn)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，市場(chǎng)前景十分廣闊。發(fā)展方向體現(xiàn)在以下幾方面。1）由于采用新單體合成塑料新品種難度高、周期長(zhǎng)、投資大、收效慢，20世紀(jì)80年代后期已呈減少趨勢(shì)，今后短期內(nèi)也不會(huì)有太多新品種面市，而是由現(xiàn)有的聚合物和單體經(jīng)過特種催化劑改變結(jié)構(gòu)，通過合金化、共混、改性等技術(shù)制成新品種材料，滿足市場(chǎng)的不同需求。使通用塑料工程化、工程塑料高性能化和低成本化，將成為今后發(fā)展的主要趨勢(shì)。2）環(huán)境問題是持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中重要的一環(huán)。今后開發(fā)產(chǎn)品時(shí)，對(duì)原料不僅要考慮經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)要考慮環(huán)境因素，必須以節(jié)能、省料和有利環(huán)保為前提。另外，塑料廢棄物的有效回收利用將成為塑料工程的重要課題，特別是工程塑料的回收利用，肯定是將來發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。3）聚合物改性中，納米材料的應(yīng)用、液晶材料的原位復(fù)合都會(huì)給塑料行業(yè)帶來極大的影響。今后納米技術(shù)的研究是不可缺少的部分，可能會(huì)給工程塑料行業(yè)發(fā)展帶來意想不到的結(jié)果。4）今后我國工程塑料的發(fā)展，一方面要依靠自己的力量，另一方面也要利用國外的技術(shù)與資金，關(guān)鍵是把各方面的力量集中起來，形成合力，才能形成較大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。答謝辭這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是所有指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)和一直關(guān)心支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！特別是我的導(dǎo)師裴老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。畢業(yè)設(shè)計(jì)以來，裴老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至論文的順利完成，還要特別感謝我的各位專業(yè)課老師，對(duì)本設(shè)計(jì)做了不少工作，給予我不少的幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大，含辛茹苦的父母，謝謝你們！對(duì)這次設(shè)計(jì)，我深知有很多不足，在此懇請(qǐng)老師給予指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1] 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