材料合成制备及创业实训实验培训讲义课件.ppt

无机材料合成与制备,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2011.03.03,实验讲义,实验一，二,拉挤成型FRP帐篷杆制造（1）（2）（8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,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,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,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,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80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,1、拉挤制品的表观质量的影响因素有哪些？2、拉挤成型模具的进口温度为什么要用冷却水冷却？3、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,CIS三元半导体化合物的溶剂热合成（8学时）,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,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，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，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,1、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 二水氯化铜（170.48），氯化铟(221.18)，L-半胱氨酸(121.16)，DMF,2M盐酸，2M氢氧化钠，无水乙醇。,1.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。2.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.3.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。4.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)5.表征。,四实验要求,查阅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。,谢谢！,1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!5、心情就像衣服，脏了就拿去洗洗，晒晒，阳光自然就会蔓延开来。阳光那么好，何必自寻烦恼，过好每一个当下，一万个美丽的未来抵不过一个温暖的现在。6、无论你正遭遇着什么，你都要从落魄中站起来重振旗鼓，要继续保持热忱，要继续保持微笑，就像从未受伤过一样。7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。11、人生的某些障碍，你是逃不掉的。与其费尽周折绕过去，不如勇敢地攀登，或许这会铸就你人生的高点。12、有些压力总是得自己扛过去，说出来就成了充满负能量的抱怨。寻求安慰也无济于事，还徒增了别人的烦恼。13、认识到我们的所见所闻都是假象，认识到此生都是虚幻，我们才能真正认识到佛法的真相。钱多了会压死你，你承受得了吗?带，带不走，放，放不下。时时刻刻发悲心，饶益众生为他人。14、梦想总是跑在我的前面。努力追寻它们，为了那一瞬间的同步，这就是动人的生命奇迹。15、懒惰不会让你一下子跌倒，但会在不知不觉中减少你的收获;勤奋也不会让你一夜成功，但会在不知不觉中积累你的成果。人生需要挑战，更需要坚持和勤奋!16、人生在世：可以缺钱，但不能缺德;可以失言，但不能失信;可以倒下，但不能跪下;可以求名，但不能盗名;可以低落，但不能堕落;可以放松，但不能放纵;可以虚荣，但不能虚伪;可以平凡，但不能平庸;可以浪漫，但不能浪荡;可以生气，但不能生事。17、人生没有笔直路，当你感到迷茫、失落时，找几部这种充满正能量的电影，坐下来静静欣赏，去发现生命中真正重要的东西。18、在人生的舞台上，当有人愿意在台下陪你度过无数个没有未来的夜时，你就更想展现精彩绝伦的自己。但愿每个被努力支撑的灵魂能吸引更多的人同行。,1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动。人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。2、时间是最公平的，活一天就拥有24小时，差别只是珍惜。你若不相信努力和时光，时光一定第一个辜负你。有梦想就立刻行动，因为现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天。3、无论正在经历什么，都请不要轻言放弃，因为从来没有一种坚持会被辜负。谁的人生不是荆棘前行，生活从来不会一蹴而就，也不会永远安稳，只要努力，就能做独一无二平凡可贵的自己。4、努力本就是年轻人应有的状态，是件充实且美好的事，可一旦有了表演的成分，就会显得廉价，努力，不该是为了朋友圈多获得几个赞，不该是每次长篇赘述后的自我感动，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不过是：但行好事，莫问前程。愿努力，成就更好的你！5、付出努力却没能实现的梦想，爱了很久却没能在一起的人，活得用力却平淡寂寞的青春，遗憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔软的心智、让我们懂得累积时间的力量；那些孤独沉寂的时光，让我们学会守候内心的平和与坚定。那些脆弱的不完美，都会在努力和坚持下，改变模样。6、人生中总会有一段艰难的路，需要自己独自走完，没人帮助，没人陪伴，不必畏惧，昂头走过去就是了，经历所有的挫折与磨难，你会发现，自己远比想象中要强大得多。多走弯路，才会找到捷径，经历也是人生，修炼一颗强大的内心，做更好的自己！7、“一定要成功”这种内在的推动力是我们生命中最神奇最有趣的东西。一个人要做成大事，绝不能缺少这种力量，因为这种力量能够驱动人不停地提高自己的能力。一个人只有先在心里肯定自己，相信自己，才能成就自己！8、人生的旅途中，最清晰的脚印，往往印在最泥泞的路上，所以，别畏惧暂时的困顿，即使无人鼓掌，也要全情投入，优雅坚持。真正改变命运的，并不是等来的机遇，而是我们的态度。9、这世上没有所谓的天才，也没有不劳而获的回报，你所看到的每个光鲜人物，其背后都付出了令人震惊的努力。请相信，你的潜力还远远没有爆发出来，不要给自己的人生设限，你自以为的极限，只是别人的起点。写给渴望突破瓶颈、实现快速跨越的你。10、生活中，有人给予帮助，那是幸运，没人给予帮助，那是命运。我们要学会在幸运青睐自己的时候学会感恩，在命运磨练自己的时候学会坚韧。这既是对自己的尊重，也是对自己的负责。11、失败不可怕，可怕的是从来没有努力过，还怡然自得地安慰自己，连一点点的懊悔都被麻木所掩盖下去。不能怕，没什么比自己背叛自己更可怕。12、跌倒了，一定要爬起来。不爬起来，别人会看不起你，你自己也会失去机会。在人前微笑，在人后落泪，可这是每个人都要学会的成长。13、要相信，这个世界上永远能够依靠的只有你自己。所以，管别人怎么看，坚持自己的坚持，直到坚持不下去为止。14、也许你想要的未来在别人眼里不值一提，也许你已经很努力了可还是有人不满意，也许你的理想离你的距离从来没有拉近过.但请你继续向前走，因为别人看不到你的努力，你却始终看得见自己。15、所有的辉煌和伟大，一定伴随着挫折和跌倒；所有的风光背后，一定都是一串串揉和着泪水和汗水的脚印。16、成功的反义词不是失败，而是从未行动。有一天你总会明白，遗憾比失败更让你难以面对。17、没有一件事情可以一下子把你打垮，也不会有一件事情可以让你一步登天，慢慢走，慢慢看，生命是一个慢慢累积的过程。18、努力也许不等于成功，可是那段追逐梦想的努力，会让你找到一个更好的自己，一个沉默努力充实安静的自己。19、你相信梦想，梦想才会相信你。有一种落差是，你配不上自己的野心，也辜负了所受的苦难。20、生活不会按你想要的方式进行，它会给你一段时间，让你孤独、迷茫又沉默忧郁。但如果靠这段时间跟自己独处，多看一本书，去做可以做的事，放下过去的人，等你度过低潮，那些独处的时光必定能照亮你的路，也是这些不堪陪你成熟。所以，现在没那么糟，看似生活对你的亏欠，其实都是祝愿。,