時間：2024-01-11 11:53:26
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇高分子材料的取向，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：高分子材料；加工；形態控制
一、引言
高分子材料的性能與大分子的化學與鏈結構有著密切的關聯，且材料形態也是重要影響因素之一。聚合物氛圍結晶、取向等幾種形態，多相聚合物擇優擴相形態。聚合物制品形態的形成源自于加工中復雜的溫度場與外力場作用。由此可見，關于加工過程中高分子材料形態控制具有重要的研究意義。
二、我國高分子材料加工中形態控制研究現狀
高分子材料形態與物理力學性能之間的關聯十分緊密，這也是高分子材料的重點研究課題。相較于其他材料，高分子材料具有非常復雜的形態，具體表現為高分子鏈的拓撲結構、共聚構型以及剛柔性非常復雜，在分子設計與結構調整中，可以對一些合成方法加以運用；其次，在高分子長鏈結構的影響下，其熔體的粘彈性非常突出；此外，高分子具有非常寬的弛豫時間，就是受到很小的應變作用，其產生的非線也會非常強烈。
對于聚合物的成型過程而言，在非等溫場、不同強度的剪切與拉伸場的影響之下，就分子尺度而言，其大分子鏈會發生一系列化學反應；就納米與亞微米尺度而言，大分子會有結晶與取向現象發生，如此一來就會有超分子結構的形成；而根據亞微米與微米尺度，多相聚合物會有不同相形態的形成，甚至會出現一些缺陷。而這些形態的影響因素非常廣泛，例如加工中的外場強弱、作用頻率、作用方式以及時間等。然而，現階段關于這些問題的研究雖然有所深入，但相應的理論體系尚未成熟。此外，隨著新聚合物的開發不斷深入，在高分子材料加工中涌現出越來越多的成型加工方法，顯然這使聚合物加工中的形態控制成為了一個長期的研究課題，對于高分子物理領域的發展無疑有著重要的影響。
在我國，關于新材料的研究起步以跟蹤模仿為主，在知識產權與創新理論方面有所欠缺，并且基礎研究與技術推廣的通暢性也有待提升。其次，相關人員并不重視傳統材料的升級與優化，很多高性能材料品種對進口的依賴性依然較強。再者，材料成型與加工設備也沒有得到應有的關注，與一些發達國家相比，我國材料研究與整體發展依然存在諸多不足，顯然這與國民經濟與設備的發展需求不相適應。
聚合物的性能取決于形態，因此，在高分子材料領域中，聚合物形態與性能關系的研究一直以來都受到高度重視，然而在實踐中，我們在二者之間的結合方面的研究上依然有所欠缺，具體可以從以下幾個方面得到體現：
第一，在剪切速率與剪切應力非常低的情況下，聚合物共混物相形態的演化研究不斷深入，然而在實踐中，一些主要聚合物成型加工的剪切速率主要在10?～104s-1范圍內，顯而易見，相關研究成果對實際生產的指導作用依然有所欠缺。
第二，基于不同條件的不同特性聚合物，其共混物形態發展與演化研究依然是主要研究內容，而形態與性能關系的研究依然有所欠缺。
第三，在加工過程中，受到部分特殊外場的作用，聚合物凝聚態結構與相形態結構的研究有待深入。
截至今日，在聚合物及其復合物的成型加工中，就算成型設備與工藝條件屬于常規，在外場作用下，人們依然沒有徹底了解結構形態受到的影響，僅僅對一些粗略的定性關系有所認識，甚至有的推斷還是錯誤的。以雙螺桿擠出過程為例，人們僅對不同螺桿原件組合下外力場作用的不同會改變溫度場，進而對產品產量、外觀與內在性能產生影響這一規律有所了解。然而這一影響的具體方式卻沒有清楚的認識，業界研究人員也無法制定出定量的指導方案。在管材生產中，不管是落錘沖擊不達標，還是縱向收縮產生波動，都沒有搞清楚原因，也無法拿出改進方案，大部分情況下都是憑借經驗進行處理。因此，現階段很多成型設備與工藝控制的效果是否取得理想效果，我們依然難以準確判定。
一直以來，關于生產實踐中的問題研究一直沒有得到基礎工作研究人員的關注。在成型設備與工藝技術的研究與開發中，相關規劃也缺乏系統性。現階段，我國塑料制品年產量超過了2200萬噸，塑料機械工業取得了迅猛發展。然而在很多企業生產實踐中，整個效率與質量依然有待提升，產生的能耗也沒有得到有效控制。鑒于此，高分子材料成型加工將會成為未來高分子材料領域的研究重點，必須將側重點放在高分子材料制品的研究上來，而不是過分的關注材料這一因素，只有如此，才能夠提高高分子材料志制品質量。
三、高分子材料加工中形態控制的研究趨勢
第一，基于常規的成型設備條件，聚合物及其復合物典型制品成型或型材生產在成型加工時，在設備與工藝條件改變的情況下，其形成的外場會有所差異，進而發生相應變化，例如塑化、結晶、賦型以及流動等，這些變化會改變制品形態、結構以及性能。
第二，極端的加工條件極端會改變聚合物及其復合物的形態結構變化規律，例如結晶結構、晶體大小等，在這類條件下，還需要盡可能對大尺寸高分子晶體的制備進行探究。
第三，在對新外場條件的分析、推斷以及設定之下，通過對聚合物及其復合物結構形態與性能受到的影響研究，才能夠圍繞新的成型方法或具有特殊性能的高分子材料的制備進行探索，進而實現高分子材料性能的改善，并將節能性、經濟性等方面的優勢充分發揮出來。
四、結束語
總而言之，在未來工業領域的發展中，高分子材料的應用具有重要意義，而高分子材料加工中的形態控制則成為發展高分子技術的關鍵。作為相關研究人員，必須結合高分子材料加工中的形態控制研究與實踐中存在的問題，采取相應的改進與優化對策，提高高分子加工整體水平，如此才能夠從真正意義上推動我國高分子材料加工領域的進步。
參考文獻：
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高分子材料：以高分子化合物為基礎的材料，高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料，由千百個原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物。
高分子的分子量從幾千到幾十萬甚至幾百萬，所含原子數目一般在幾萬以上，而且這些原子是通過共價鍵連接起來的。高分子化合物中的原子連接成很長的線狀分子時，叫線型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子連接成網狀時，這種高分子由于一般都不是平面結構而是立體結構，所以也叫體型高分子。
二、高分子材料的結構特征
高分子材料的高分子鏈通常是由103~105個結構單元組成，高分子鏈結構和許許多多高分子鏈聚在一起的聚集態結構形成了高分子材料的特殊結構。 因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的結構特征(如同分異構體、幾何結構、旋轉異構)外，還具有許多特殊的結構特征。高分子結構通常分為鏈結構和聚集態結構兩個部分。鏈結構是指單個高分子化合物分子的結構和形態，所以鏈結構又可分為近程和遠程結構。近程結構屬于化學結構，也稱一級結構，包括鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、結構單元的排列順序、支鏈類型和長度等。遠程結構是指分子的尺寸、形態，鏈的柔順性以及分子在環境中的構象，也稱二級結構。聚集態結構是指高聚物材料整體的內部結構，包括晶體結構、非晶態結構、取向態結構、液晶態結構等有關高聚物材料中分子的堆積情況，統稱為三級結構。
三、高分子材料按來源分類
高分子材料按來源分，可分為天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。
天然高分子材料包括纖維素、蛋白質、蠶絲、橡膠、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物為基礎的，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、涂料與粘接劑等。
四、生活中的高分子材料
生活中的高分子材料很多，如蠶絲、棉、麻、毛、玻璃、橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復合材料等。下面就以塑料和纖維素舉例說明。
（一）、塑料
塑料是一種合成高分子材料，又可稱為高分子或巨分子，也是一般所俗稱的塑料或樹脂，可以自由改變形體樣式。是利用單體原料以合成或縮合反應聚合而成的材料，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩定劑、劑、色料等添加劑組成的，它的主要成分是合成樹脂。
塑料主要有以下特性：①大多數塑料質輕，化學性穩定，不會銹蝕；②耐沖擊性好；③具有較好的透明性和耐磨耗性；④絕緣性好，導熱性低；⑤一般成型性、著色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；⑦尺寸穩定性差，容易變形；⑧多數塑料耐低溫性差，低溫下變脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶劑。塑料的優點1、大部分塑料的抗腐蝕能力強，不與酸、堿反應。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、質輕。4、容易被塑制成不同形狀。5、是良好的絕緣體。6、塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。塑料的缺點1、回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經濟上不合算。2、塑料容易燃燒，燃燒時產生有毒氣體。3、塑料是由石油煉制的產品制成的，石油資源是有限的。
塑料的結構基本有兩種類型：第一種是線型結構，具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結構，具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。線型結構（包括支鏈結構）高聚物由于有獨立的分子存在，故有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性較小的特點。體型結構高聚物由于沒有獨立的大分子存在，故沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩種結構的高分子都有，由線型高分子制成的是熱塑性塑料，由體型高分子制成的是熱固性塑料。
塑料的應用：透明塑料制成整體薄板車頂。薄板車頂的新概念基于透明靈活的聚碳酸酯或硅樹脂材料，可以被永久性地塑造成單個的聚碳酸酯薄板，也可作為可折疊鉸鏈和封條。拜耳材料科技研發的原型總共配備了四個靈活的薄板部件，形成了四扇“頂窗”，每扇窗都可單獨打開和關閉。導軌用于連接薄板部件，形成一個牢固、透明的聚碳酸酯車頂外殼。一個同樣透明的管子沿車頂結構中央縱向放置，在“頂窗”打開后用來調節折疊薄板。這樣可以形成三維立體結構，組件比平坦的薄板更加牢固。同時也大大降低了單個組件的數量。
（二）、纖維素
纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。纖維素是世界上最豐富的天然有機物，占植物界碳含量的50%以上。纖維素是自然界中存在量最大的一類有機化合物。它是植物骨架和細胞的主要成分。在棉花、亞麻和一般的木材中，含量都很高。
纖維素的結構：纖維素是一種復雜的多糖，分子中含有約幾千個單糖單元，即幾千個（C6H10O5）；相對分子質量從幾十萬至百萬；屬于天然有機高分子化合物；纖維素結構與淀粉不同，故性質有差異。
纖維素的性能：纖維素不溶于水和乙醇、乙醚等有機溶劑，能溶于銅氨Cu(NH3）4（OH）2溶液和銅乙二胺 [NH2CH2CH2NH2]Cu（OH）2溶液等。水可使纖維素發生有限溶脹，某些酸、堿和鹽的水溶液可滲入纖維結晶區，產生無限溶脹，使纖維素溶解。纖維素加熱到約150℃時不發生顯著變化 ，超過這溫度會由于脫水而逐漸焦化。纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等，與較濃的苛性堿溶液作用生成堿纖維素，與強氧化劑作用生成氧化纖維素。
關鍵詞：磁性高分子聚合物；吸附；重金屬
1 磁性高分子聚合物l展現狀
1.1 磁性高分子聚合物的合成方法
復合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡膠中添加磁粉和其他助劑，均勻混合后加工而成的一種復合型材料。復合型磁性高分子材料根據磁性填料的不同可以分為：鐵氧體類、稀土類和磁性高分子聚合物晶磁粒類。根據不同方向上的磁性能的差異，又可以分為各向同性和各向異性磁性高分子材料。能夠作為功能材料應用的主要有磁性橡膠、磁性塑料、磁性高分子微球、磁性聚合物薄膜等。復合型磁性高分子材料中的磁性無機物主要是鐵氧體類磁粉和稀土類磁粉。稀土永磁材料是近年來備受關注的磁性材料，其粘結磁體的磁性可超過燒結鐵氧體及其他金屬合金，從第一代的SmCo系到第二代的NdFeB系，發展非常迅速。目前我國的NdFeB產量居世界前列，質量逐步提高，并且已有一些自己的專利技術。20世紀90年代以后，又出現了新型稀土磁性材料，如稀土金屬間化合物，稀土永磁材料及磁性高分子聚合物及納米晶復合交換耦合永磁材料等。
稀土磁粉出現后，樹脂粘結磁體飛速發展。作粘結劑的高分子主要是橡膠、熱固性樹脂和熱塑性樹脂。橡膠類粘結劑包括天然橡膠和合成橡膠，主要用于柔性復合磁體的制造，但與塑料相比，一般成型加工困難。熱固性粘結劑一般用環氧樹脂、酚醛樹脂。熱塑性粘結劑主要為聚酞胺、聚丙烯、聚乙烯等，聚酞胺P（A）類最為常見，綜合考慮機械加工性、耐熱性、吸濕性，目前最常用的PA基體是Nylon6、Nylon66等。除了上述這些聚合物基體外，劉穎等還用結構型的磁性高分子-二茂金屬高分子鐵磁體（OPM）粉作粘結劑與快淬NdFeB磁粉復合制成磁性高分子粘結NdFeB磁性材料，其磁性能比環氧樹脂粘結NdFeB的磁性能高。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白質、生物多糖、脂類等生物高分子和人工合成的兼有各式各樣功能基團的合成高分子。將合成高分子作為微球殼層的研究報導較多，同時，考慮到生物高分子的優良特性，近年來對生物磁性高分子微球的研究也正成為新型生物材料領域的研究熱點?？梢杂糜谥苽浯判跃酆衔锬さ木酆衔锘w較多，原則上能用于制備高分子膜的聚合物都可以，如纖維素、氟碳塑料、聚醋、聚酞胺等。作者曾用聚偏氟乙烯和醋酸纖維素作基體膜，在其中分散磁性氧化鐵粒子用于氣體分離。聚醋磁性薄膜多用來制成磁帶。目前國內外研究較多的是以核徑跡蝕刻膜為基板的磁性高分子聚合物磁性材料，它實際上是采用模板法，以聚碳酸酷核徑跡蝕刻膜為基體，在其中電沉積磁性粒子，利用其規整膜孔來控制得到的有序磁性高分子聚合物磁性材料。
1.2 磁性高分子聚合物的功能
復合型高分子磁性材料分為樹脂基鐵氧體類高分子共混磁性材料和樹脂基稀土填充類高分子共混磁性材料兩類，簡稱為鐵氧體類高分子磁性材料和稀土類高分子磁性材料，目前以鐵氧體類高分子磁性材料為主。以高分子化學和無機磁學為基礎發展起來的磁性高分子材料，是高分子功能材料研究的熱點。復合型磁性高分子材料，由于其具有高磁性、易加工和成本低等優點，使它廣泛應用于微型電機、辦公用品、家電用品和自動控制等領域，但如何提高磁性微粒在高分子基體材料中的分散度是提高其磁性能的關鍵。結構型磁性高分子材料，由于其具有輕質、低磁損、常溫穩定、易加工及抗輻照等優點，且其介電常數、介電損耗、磁導率和磁損耗基本不隨頻率和溫度變化，其適合制造輕、小、薄的高頻、微波電子器件，廣泛應用于軍工、通訊、航天等高技術領域，改進合成方法以提高它的磁性能是以后研究的重點。磁性高分子微球作為一種新型的有機一單倍線無機復合功能材料，由于其兼具高分子的眾多特性和磁響應性，它被用做酶、細胞、藥物等的載體廣泛地應用到了生物醫學、細胞學和生物工程等領域。對于磁性高分子微球，如何制得高磁響應性、高比表面和單分散性好的微球，以及高分子結構的精細化和功能化是以后研究的熱點。隨著新技術的廣泛應用，高分子磁性材料必將會有更廣泛的應用和發展前景。
2 傳統重金屬的處理
2.1 傳統處理方法
2.1.1 化學法
臭氧接觸池的臭氧投加采用布氣帽投加方式，均設有尾氣破壞裝置，避免臭氧泄漏污染大氣。純水具有接近7的pH（既不是堿性的也不是酸性的）。海水的pH值范圍為7.5至8.4（中等堿性）。如果水是酸性的（低于7），可以加入石灰、蘇打灰或氫氧化鈉以在水凈化過程中提高pH。石灰加入增加了鈣離子濃度，從而提高了水的硬度。對于高度酸性的水，強制通風脫氣器可以通過從水中去除溶解的二氧化碳，這是提高pH的有效方式。使水成為堿性有助于凝結和絮凝過程有效地工作，并且還有助于最小化鉛從管道和管道配件中的鉛焊料中溶解的風險。足夠的堿度還降低水對鐵管的腐蝕性。在某些情況下，可將酸加入堿性水中以降低pH。堿性水（高于pH7.0）不一定意味著來自管道系統的鉛或銅不會溶解到水中。水沉淀碳酸鈣以保護金屬表面并降低有毒金屬溶解在水中的可能性。所有高級氧化工藝（AOP）的特征在于具有共同的化學特征，在驅動氧化過程中利用HO自由基的高反應性的能力，其適合于實現完全減弱和通過甚至更少反應性污染物的轉化。處理的目的是去除水中不需要的成分，并使其安全飲用或適合于工業或醫療應用中的特定目的。廣泛的技術可用于去除污染物，如固體、微生物和一些溶解的無機和有機材料或環境持久的藥物污染物。方法的選擇將取決于被處理的水的質量，處理過程的成本和處理水的預期質量標準。
2.1.2 物理法
重金屬處理系統可以包括砂或砂粒通道或室，調節進入的污水的速度以允許沙子、砂礫、石頭和碎玻璃的沉降。這些顆粒被去除，因為它們可能損壞泵和其他設備。對于小型下水道系統，可能不需要砂粒室，但是在較大的工廠需要除去砂粒。砂粒室有3種類型：臥式砂粒室，充氣砂粒室和渦流砂粒室，該過程稱為沉降。流動均衡澄清劑和機械化二級處理在均勻流動條件下更有效。均衡池可用于臨時存儲日間或潮濕天氣流量峰值。盆地提供在工廠維護期間臨時保持進入的污水的地方，以及稀釋和分配可能抑制生物二級處理的有毒或高強度廢物的排放。對廢水沉淀后的污泥進行離心脫水，形成泥餅委托專業的公司處理。水廠處理是從海水或者其他水源中中去除污染物的過程。它包括物理、化學和生物過程，以去除這些污染物并產生可以安全使用的水。水廠處理的副產品通常是稱為污水污泥的半固體廢物或漿料，其在適于處置或土地應用之前必須進行進一步處理。水廠處理也可以稱為凈水處理，其也可以應用于處理工業農業廢水。
2.1.3 生物法
與單功能離子交換樹脂不同，生物重金屬處理法含有多種功能性位點，包括羧基，咪唑，巰基，氨基，磷酸酯，硫酸酯，硫醚，苯酚，羰基，酰胺和羥基部分。生物重金屬處理法是更便宜，更有效的替代方法，用于從水溶液中除去金屬元素，特別是重金屬。廣泛應用于重金屬去除的生物重金屬處理法，主要集中在細胞結構，生物吸附性能，預處理，修飾，再生/再利用，生物吸附建模（等溫和動力學模型），新型生物重金屬處理法的開發，旨在提高吸附能力的生物重金屬處理法的預處理和改性。分子生物技術是解釋分子水平機制的有力工具，并構建具有較高生物吸附能力和目標金屬離子選擇性的工程生物。盡管生物吸附應用面臨著巨大的挑戰，但金屬去除的生物吸附過程的發展有兩個趨勢。一種趨勢是使用混合技術去除污染物，特別是使用活細胞。另一個趨勢是使用固定技術開發商業生物重金屬處理法，并改善生物吸附過程，包括再生/再利用，使生物重金屬處理法可以進行大力市場開發。
2.2 存在的不足
重金屬的常規處理有著眾多的不足，物理法通過吸附進行處理，大部分時候采用活性炭，但是近年來，活性炭有被濫用的嫌疑，因其表面積并沒有所宣傳的那樣效果，同時活性炭價格較高，因此在重金屬處理中并不十分合算。化學法采用大量化學物質進行沉淀與pH調整，但是這樣會使得水質受到破壞，這樣得到的水源可能無法有著更加合適的用途。
2.3 改進方向
使用磁性高分子聚合物凈化池具有以下優點：增加凈化池的可用功率，減少凈化所需的時間。這些是通過用磁性高分子聚合物顆粒涂覆電極的表面來實現的，這樣增加了電極的表面積，從而允許更多的電流在電極和凈化池內部的化學物質之間流動。當凈化池不使用時，磁性高分子聚合物材料可用作⒌緙與凈化池中液體分開的涂層。在當前的凈化池技術中，液體和固體相互作用，導致低電平放電，這降低了凈化池的使用壽命。磁性高分子聚合物技術在凈化池中的應用也存在著一些問題，磁性高分子聚合物顆粒具有低密度和高表面積。表面積越大，空氣表面越容易發生氧化反應，這可能使凈化池中的材料不穩定。由于磁性高分子聚合物顆粒的低密度，存在較高的顆粒間電阻，降低了材料的導電性。磁性高分子聚合物材料難以制造，增加成本。雖然磁性高分子聚合物材料可能大大提高凈化池的能力，但它們可能成本高昂。
3 磁性高分子聚合物在重金屬處理中的應用
3.1 作用機理
主要依靠順磁性進行重金屬吸附，順磁是一種磁性的形式，其中某些材料被外部施加的磁場吸引，并且在所施加的磁場的方向上形成內部感應的磁場。與此相反，抗磁材料被磁場排斥，并在與所施加的磁場相反的方向上形成感應磁場。順磁材料包括大多數化學元素和一些化合物，它們具有大于或等于1的相對導磁率（即非負磁化率），因此被吸引到磁場。施加場誘發的磁矩在場強中呈線性，相當弱。通常需要敏感的分析天平來檢測效應，并且常規用SQUID磁強計進行順磁材料的現代測量。順磁材料對磁場具有較小的敏感性。這些材料被磁場略微吸引，并且當外部場被去除時材料不保持磁性。順磁特性是由于存在一些不成對的電子，以及由外部磁場引起的電子路徑的重新排列。順磁材料包括鎂，鉬，鋰和鉭。與鐵磁體不同，在沒有外部施加的磁場的情況下，輔助磁鐵不會保留任何磁化，因為熱運動使自旋取向隨機化。一些順磁性材料即使在絕對零度下仍保持旋轉紊亂，這意味著它們在基態下是順磁性的，即在沒有熱運動的情況下。因此，當施加的場被去除時，總磁化強度降至零。即使在場的存在下，只有很小的感應磁化，因為只有一小部分的自旋將被場取向。這個分數與場強成正比，這解釋了線性相關性。鐵磁材料的吸引力是非線性的，而且更加強烈。通過細乳液聚合制備的磁性聚合物磁性高分子聚合物球的表面改性和定量表征的新穎有效的方案。由聚合物涂覆的氧化鐵磁性高分子聚合物顆粒組成的復合磁性高分子聚合物球通過甲基丙烯酸甲酯和二乙烯基苯在磁性流體存在下的細乳液聚合制備。使用磁性聚合物與聚（乙二醇）（PEG）的表面改性反應獲得親水羥基官能化的磁性磁性高分子聚合物球。然后將親和染料Cibacron blue F3G-A（CB）共價偶聯以制備磁性無孔親和吸附劑。通過透射電子顯微鏡和振動樣品磁強計檢查所獲得的聚合物磁性高分子聚合物球的形態和磁性?；贗C-O-C/IC=O的強度比和PEG的含量之間的線性關系，通過使用擴散反射傅立葉變換紅外光譜定量測量表面改性的含量。X射線光電子能譜（XPS）用于檢測磁性磁性高分子聚合物球的表面同時比較與CB配體偶聯的染料涂覆的和未涂覆的磁性磁性高分子聚合物球的XPS光譜，發現效果較好。
3.2 效果分析
以水廠凈化為例，通過水廠的凈水、輸水管、取水泵三部分入手。對于凈水廠的產能評估，應該著重于預臭氧的接觸區域的進水量評估。因其采用石灰投入來改變酸堿性，因此對于水池中的水量進行預估是極為重要的，通過石灰投放量投入的調研可以正確預估凈水部分的產能。在輸水管道的輸送過程中，可以對其流量進行監測與分析，通過進出水的流量與出水的沉淀物數值、pH值、微生物量來確定凈水能力的實際水平。在取水泵的環節，通過對原水渾濁度、pH值與電導率的測定，對其潔水能力作出預估與在線的檢測。在深度處理環節，對高壓放電方式進行調研，對臭氧接觸池的運行速率進行分析。在中央監控系統，可以直觀地看到目前正在進行的各個環節的處理過程，進出水量、水的各種理化數值，系統還可以對其進行預估，預測未來可能出現的水量變化并加以提前控制。在中控室可以更好地計算水廠的實際產能，并且與各個環節進行比較，推斷數據的真實性與有效性，對水廠的凈水產能進行精確的復核。完善的中央監控系統：可以對現場設備、供配電系統、視頻監控、管網壓力等方面進行全面監控，可以及時發現管網參數的異動，借助自動化的控制來進行反饋與解決，從而最小化故障的波及范圍，保證水質的要求。采取穩定高效的通信管理，使得工作人員可以在較短的時間內發現故障并且上報與解決。集成化的中央自動控制管理也是現代工廠的重要方向。
4 發展前景
通過采用磁性高分子聚合物，工作人員可以加強凈水環節中的重金屬處理能力，可以利用高新的技術進行產能的提升與設備的改進。凈水效率的提升是一條光明而曲折的路，在這條路上會出現很多難題與挑戰，這個任務長期而又艱巨，需要結合實際生產經驗，不斷地進行總結歸納。為實現自身的長遠發展而進行大膽革新，利用創新思維進行現代化建設，從而大踏步地走向科學高效的重金屬處理目標。
參考文獻
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關鍵詞強磁場技術與應用產業化
六十年現了實用超導材料，八十年代出現了性質優良的釹鐵硼永磁材料，使人們可以不耗費很大的電功率獲得大體積持續的強磁場，發展超導與永磁強磁場技術是20世紀下半葉電工新技術發展的一個重要方面。在各國高能物理、核物理、核聚變，磁流體發電等大型科技計劃推動下，整個技術得到了良好的發展。低溫鈮鈦合金及鈮三錫復合超導線與釹鐵硼永磁材料已形成產業，可進行批量生產。人們已研制成功了15特斯拉以下各種場強，各種磁場形態，大體積的可長期可靠運行的強磁場裝置，積極推進著強磁場在各方面的應用。
1998年3月投入運行的日本名古屋核融合科學研究所的核聚變研究用的大型螺旋裝置（LHD）是當今超導磁體技術水平的典型代表。裝置本體外徑13．5m，高8.8m，總重約1600t，其中4.2K冷重約850t。它有兩個主半徑3．9m，平均小半徑0．975m，繞環10圈的螺旋線圈，三對內徑分別為3.2、5．4和10．8m的極向場螺管線圈，中心磁場前期為3特斯拉（4.2K），后期為4特斯拉（1．8K），磁場總儲能將達16億J。超導強磁場裝置需在液氦溫度下運行，從使用出發，努力減少漏熱以降低液氦消耗和研制配備方便可靠的低溫制冷系統有著重要的意義。經不斷努力改進，一些零液氦消耗和無液氦的超導磁體系統已在可靠的使用，它們只需配有小型的制冷裝置即可持續運行，不需專人維護，使應用范圍大大擴大。
我國在超導與永磁磁體技術方面也進行了長期持續的努力，奠立了良好基礎，研制成多臺實用磁體系統，有些已在使用，具備了按照需求設計建造所需強磁場裝置的能力。中國科學院電工研究所研制成功的磁流體發電用鞍形二極超導磁體系統（中心磁場4特斯拉，室溫孔徑0．44m，磁場長1m，磁場儲能8.8兆焦耳）和空間反物質探測譜儀用大型釹鐵硼永久磁體（中心磁場0.13特斯拉，孔徑1.lm，高0.8m）代表著我國當今的技術水平，無液氦磁體系統的研制工作也在積極進行中。
隨著超導與永磁強磁場技術的成熟，強磁場的多方面應用也得到了蓬勃發展，與各種科學儀器配套的小型強磁場裝置已形成了一定規模的產品，做為磁場應用技術的核磁共振技術，磁分離技術與磁懸浮技術繼續開拓著多方面的新型應用，形成了一些新型產品與樣機，磁拉硅單晶生長爐也成為產品得到了實際應用。
醫療用磁成像裝置已真正成為一定規模的產業，全世界已有幾千臺超導與永磁磁成像裝置在醫院使用，我國也有永磁裝置在小批量生產，研制成功了幾臺0．6—1．0特斯拉的超導裝置。除繼續擴大醫療應用?，正哉敩力开唾懄用磁成像装置釉彜业生产过程监测訓V稱費?，最近，葰志进行翑\糜詡觳馕鞴咸嗆坑肟昭壩糜詒姹餝almon魚雌雄性的實驗，取得了有意義的結果。用于高嶺土提純的超導高梯度磁選機已有十余臺在生產運行，磁拉硅單晶生長爐也已開始使用，但尚未形成規模，中國科學院電工研究所與低溫工程中心曾在九十年代初研制成功超導磁分離工業樣機，試制成功了兩套單晶爐用超導磁體系統，為產品的形成奠定了基礎。
總起來說，超導與永磁磁體技術已經成熟到可以提供不同場強，形態的大體積強磁場裝置，開始形成了相應的高技術產業，但大規模產業的形成與發展還有賴于積極地進一步開拓強磁場應用，特別是可能形成大規模市場產品的開拓，根據不完全的了解，目前主要進行的工作有：
1在材料科學方面
（1）熱固性高分子液晶材料強磁場下的性能及應用。國際上在0～15特斯拉磁場范圍內對高分子液晶材料的取向行為、熱效應、磁響應特性、固化成型過程等方面進行了研究，并作其力學性能和磁場的關系的定量分析，應用前景十分看好。
（2）功能高分子材料在強磁場作用下的研究。國際上高電導率的高分子材料、防靜電及防電磁輻射高分子材料的研究和應用取得了很大進展，某些材料纖維的電導率經強磁場處理后，可達銅電導率的1／10，是極具潛力的二次電池材料。在防靜電服和隱形技術方面電磁波吸收材料已用于軍工領域。
（3）強磁場下金屬凝固理論與技術研究。
（4）NdFeB永磁材料的強磁場取向。在NdFeB永磁材料加壓成型過程中，采用4～5特斯拉強磁場取向，可大大提高性能，國外已開始實際應用。
2在生物工程與醫療應用方面
（1）血液在強磁場下性能的改變及對生物體的影響。國際上研究了人體及動物的全血的強磁場下的取向行為及其作用的主體——血紅細胞的作用機制；血液在強磁場下流變性能的變化；血纖維蛋白質在強磁場下的活性變化及對生物代謝作用的影響；人血在強磁場中所受磁力、磁懸浮特性和光吸收特性。
（2）蛋白質高分子在強磁場下的特性及其應用。國際上研究了磷脂中縮氨酸在強磁場下的取向作用；肌肉細胞蛋白質在磁場中的磷代謝過程；神經肽胺酸在強磁場下的結構改變及蛋白質酰胺與氫的交換等。
（3）醫療應用。除繼續發展人體成像系統外，近年來國際上還研究了在4—8特斯拉強磁場下血纖維蛋白質的活性以及對血管中血栓溶解的影響；強磁場及磁場梯度對血纖維蛋白的溶解過程的影響；強磁場對動物血細胞的活性及其對心肌保護特性的影響；外加磁場對血小板流動性能的影響及其在醫療上的應用等。
3在工業應用方面
除繼續積極進行強場磁分離技術、磁懸浮技術的發展與應用外，近年來，國際上還研究了磁場對石油滯粘性能的影響及對原油的脫蠟作用；研究了磁場對水的軟化作用及改善水質的作用；研究了外加磁場對改善燃油燃燒性能及提高燃值的作用；通過在強磁場中的取向提高金屬材料的強度和韌性；通過表面吸出排除雜質、提高金屬質量等。
4在農業應用方面
關鍵詞：導熱高分子 復合材料 研究 應用
中圖分類號：TB332 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）011-070-02
從上世紀40年代以來，人類對于高分子復合材料的研究已經有將近70年的歷史，并且在工業材料應用領域得以普遍應用。但是，隨著經濟的發展、科技的進步，人們在導熱材料應用程度與范圍方面提出了更高的要求，不僅僅是滿足于傳統材料的單一性能，而是對材料優良的綜合性能寄予了更高的期望，如用在化工生產以及廢水處理的熱交換器一方面要有良好的導熱能力，另一方面又要能夠耐化學腐蝕、耐高溫；相應地在電子電氣領域，隨著集成技術以及組裝技術方面的迅猛發展，電子元件以及邏輯電路的占地空間也越來越小，所以傳統的高分子復合材料就不僅僅是需要良好的導熱的功能，還要能夠具備一定的絕緣能力。但是，由于受到傳統工藝的限制，復合材料大部分屬于導熱性能良好的金屬材料，往往不耐腐蝕，當前的技術為了克服導熱材料的耐腐蝕性而采用了合金技術以及進行防腐涂層的技術，同時，復合材料的耐熱性卻降低了。由于傳統導熱材料無法滿足人們對于工業生產中的應用，因此，新型導熱高分子復合材料應運而生，人們更多地將其應用于各個領域。如何提升導熱高分子材料的綜合功能成為了工業領域乃至社會各界的重要研究課題。
1 對于導熱高分子復合材料的課題研究現狀
1.1 導熱高分子復合材料的運作原理
聲子、光子以及電子是固體形態內部的導熱介質。由于聚合物往往是以飽和體系的狀態呈現的，不存在電子導熱的可能性，只能通過聲子這一介質進行導熱，要想到達傳導熱能，就要通過晶格振動的方式。聚合物的導熱性能較差，這是由于聚合物往往具有較大的相對分子質量，分散性較強，分子鏈之間不能夠纏結無規則方式存在，達不到結晶的條件，同時分子鏈會產生振動，聲子受到振動，就會產生散射，大大降低了聚合物材料的導熱性能。從理論上來說，要想達到提升聚合物材料導熱性能的目的，可以從兩個方面對其進行改進，一方面是在聚合物材料中填充進具有高導熱率的物質，制成具有以聚合物為基礎的導熱復合材料，例如可以將環氧樹脂填入碳纖維以及氮化鋁材料中，增強高分子復合材料的導熱性能；另一方面是利用最新的科技，將高導熱率的材料進行聚合。如可以利用聚苯胺導熱性能良好的優點，采用導熱機制達到更佳的導熱能力。
增強聚合物導熱性能的方法中，在實踐工作中，主要使用的是填充入高導熱性能的材料來達到增強導熱的目的，以復合成導熱高分子復合材料，這也是當前工業上制備導熱高分子復合材料的主要途徑。但是，導熱高分子復合材料傳導熱能的效率受到了濕度、分子鏈取向密度、結晶度、溫度以及填充材料種類多方面的影響。
在實際工業的操作中，導熱高分子復合材料傳導熱能的效率主要受到了所填充材料以及材料在復合材料中分布情況的影響。如果填充的材料過少，復合材料的導熱性能就很難達到要求，如果填充的材料過多，那么復合材料相應的力學性能就會有所降低。只有找到填充材料和復合材料之間較科學合理的比例才能達到導熱高分子復合材料最好的導熱性能、最小的熱阻。
1.2 常見導熱高分子復合材料的實際研究成果
（1）應用聚乙烯復合導熱材料。
聚乙烯由于其具有價格低廉、綜合性能良好的優勢，無疑成為了我國所有合成樹脂中應用范圍最廣泛、進口量最大以及產能最大的一種塑料品種。在傳統聚乙烯基礎上改造而成的線性低密度聚乙烯，擁有熱封性能良好，成膜性優良，脫模容易，抗蠕變能力，剛性良好，拉伸強度、撕裂強度以及沖擊強度方面較好，適應環境能力好，導熱性能較好等一系列的優點，正成為當前最新的塑料產品投入使用。
（2）應用硅橡膠復合導熱材料。
當前研究導熱硅橡膠的方面大都是圍繞著填充型硅橡膠而進行，由于填料、加工工藝以及硅橡膠基體三方面是硅橡膠材料能夠具有良好導熱性的關鍵性因素。填料是通過自身的導熱性能情況來決定復合材料的導熱性能，工廠的加工工藝是否精良很大程度上也影響著硅橡膠導熱的能力。
硅橡膠自身具有優秀的減震以及絕緣性能，但是在熱導效能方面卻比較差，一旦在硅橡膠中填充入具有高導熱性能的材料，硅橡膠復合材料在導熱性能上達到十幾甚至是幾十倍的提升。同時，填料在復合材料中的分布情況和填料在導熱性能方面的表現也影響著復合材料導熱性的程度好壞。如果填料在材料基體中的填充量不夠的時候，就會導致填料之間的粒子接觸面積過小，那么填料應有導熱性就沒有得到充分的發揮，無法形成導熱良好的導熱網鏈，大大提升復合材料的導熱性能。
2 導熱高分子復合材料在實踐中的應用以及開發前景
目前，導熱高分子復合材料的應用于潛艇蓄電池當中的冷凝器、導熱絕緣材料、太陽能熱水器以及導熱管等方面，應用的領域涵蓋了很多的方面，如化工生產、電子電器、航空航天以及軍事等方面，并在其中發揮了重大的作用。由于導熱高分子復合材料不但具有導熱性能良好的優點，而且在自身獨特的優勢方面更是有著其它材料難以比肩的優勢，導熱高分子復合材料已經得到了人們越來越多的青睞，在市場上的接受度也是不容小覷的。相信隨著人們在發展納米復合技術方面的進展，日益完善關于導熱高分子復合材料的模型，對于導熱原理的研究更加深入，那么導熱高分子復合材料的性能將會得到更大程度的發掘，應用的范圍也會更加寬廣，作用也會越來越大。
高分子材料的關鍵研究領域之一就是實現導熱高分子復合材料從理論概念到形成產品，開發其經濟效益的目的。尤其是在近十年的研究中，關于研究導熱高分子復合材料的數學模型已經取得了很大的進步與發展，但是也受到了來自納米復合技術的挑戰，也可以說是帶來了進步的機遇。當前對于導熱高分子復合材料提升導熱性能的研究一直僅僅停留在基礎層面的共混復合，得到的復合材料在傳導熱能方面效果并不理想，復合材料在應用開發、導熱機理方面的探索以及開發具有高導熱性能的聚合物方面的研究還是停留在比較表面的層次，沒有進行深入的探索。另外，預測熱導性能的理論模型還是沒有充分有力的理論基礎支持，同時對于理論驗證還是停留在根據經驗來模擬的層次。因此，可以預見不管是現在還是在接下來更長的時間里，導熱高分子復合材料領域都會圍繞著制備高導熱聚合物材料、建立復合高導熱材料的運作模型、改變聚合物樹脂基體的物理特性、開發與研究復合材料的新型技術等方面來進行，成為其重要的研究方向。導熱高分子復合材料的相應研究也增強了高新技術領域進一步發展與進步的可能性。
參考文獻：
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[關鍵詞]超聲振動；擠出成型
隨著高新技術的快速發展，塑料制品憑借其重量輕、化學穩定性強、電絕緣性好等優點，在航空航天、電子通信、汽車、家用電器、醫療衛生等領域內的應用越來越廣泛。然而常規成型加工的塑料制品往往存在熔接痕明顯、翹曲變形嚴重、內部應力不均等缺陷，已成為制約塑料制品高質量、高精度的關鍵問題。
目前，超聲振動在聚合物成型加工技術的應用主要集中在擠出成型與注射成型中。根據施加方式不同，可分為超聲振動施加到模具口模、熱流道、冷料穴以及超聲振動直接作用于熔體等形式。超聲振動對熔體的作用主要包括機械效應、熱效應和空化效應三種。
超聲振動在擠出成型中的應用
1.超聲振動對共混物相容性及力學性能的影響
共混改性對于獲得高性能、高強度的聚合物制品尤為重要，然而對于大多數不相容的聚合物，由于共混后不同組分的分子鏈之間的相互作用力較小，導致各相之間的界面張力相差較大，因此界面性能往往不能達到理想效果。而施加超聲振動能夠促使不同組分聚合物的分子鏈高頻振蕩，從而促進各相分子鏈之間的相容性，增強分子間作用力，達到改善制品力學性能的目的。
CHEN G.S等人對HDPE/PS共混擠出成型的研究表明，超聲振動使得?？趬毫岛腿垠w表觀粘度顯著下降，同時，超聲振動使得分散系中顆粒大小減小，增加了HDPE和PS共混分子界面粘附力及相容性，使得制品斷裂拉伸率和抗沖擊強度均有所提高。
JIANG G.J.等人研究了超聲振動對POM/PS（80/20）共混流變特性和制品機械性能的影響。實驗結果表明，正常情況下，POE和PS是不相容的，但是施加超聲振動后，分散階段粒子變小，促進了共混物之間的相容。此外，在口模溫度和壓力不變的情況下，口模熔體流量隨超聲功率的增大而增大，口模溫度為150℃時，POM表觀粘度為1.1×104Pa?s，200W功率超聲時，表觀粘度降低為7×103Pa?s，證實了超聲振動可以顯著降低熔體流動粘度，促進熔體流動。
WEI L.Q.等人研究了超聲振動對聚合物共混制品力學強度的影響。研究發現，聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）材料塑件在高頻低振幅超聲振動作用下，擠出成型澆口壓力降降低，塑件表面質量提高，抗拉強度增強，但是，當超聲功率高于200W時，塑件出現嚴重的超聲降解，機械性能下降，因此適當的超聲強度可以提高塑件力學性能。
2.超聲振動對聚合物熔體流動行為及微觀結構的影響
郭少云等人研究了擠出過程中超聲對mLLDPE熔體流動行為的改善狀況。研究發現，隨著施加超聲功率的升高熔體表觀粘度和口模壓力明顯的下降，而且，熔體流動不穩定現象有所改善，擠出質量大幅度提高。這可能是由于超聲施加在熔體上后，分子鏈在某一平衡點做類似簡諧振動，導致分子平均動能急劇增加，增加的平均動能一部分傳遞給周圍的分子鏈，從而提高其運動能力，促進分子鏈的解纏作用，提高聚合物的流動性能，另一部分平均動能以熱量或粘性摩擦力的形式耗散，因此施加超聲振動后整個熔體體系溫度有所升高，進一步表現為熔體表觀粘度下降，流動性能改善。
李慧林等人研究了超聲振動對擠出過程中PP成型及微觀結構的影響，并通過熱差分析量熱（DSC）和廣角X射線衍射（WAXD）對超聲輔助擠出PP進行了微觀結構的觀察分析，結果表明超聲振動能夠縮短熔體分子鏈間的距離，降低分子結晶的缺陷以及無序取向，從而使得PP晶格取向有所改善。此外，李慧林、郭少云等人還研究了超聲在擠出過程中對HDPE流變行為及結構特性的影響。得出超聲振動能夠改善HDPE加工性能的主要原因是，超聲振動促進了分子鏈的蠕動，降低了熔體與模具型腔壁的表面應力，而不是對熔體粘度變化產生永久影響；研究還發現，分子鏈的取向有利于晶核的形成，短的分子鏈易于分子結晶并產生良好的晶格，超聲振動導致了分子結晶的時間延長、分子鏈的取向以及分子鏈的縮短，從而提高了HDPE結晶度和結晶質量。
CAO Y.R.等人研究了超聲振動對PP擠出成型結晶行為的影響。廣角X射線衍射分析（WAXD）結果分析表明，PP晶體組成發生變化，β晶體含量增多，超聲振動促使α晶體向β晶體轉化使結晶度降低。實驗說明了超聲振動可以改變熱塑性聚合物的晶體組分。
總結
通過上述分析超聲振動在聚合物成型中的應用進展，可以得出超聲外場對于聚合物成型的幾種作用效果：
（1）超聲振動能夠增加共混物相容性，促使分散系中顆粒大小減小，明顯提高共混制品力學性能。
（2）改善熔體流動不穩定及擠出脹大現象，大幅度提高聚合物擠出成型質量。
（3）降低聚合物熔體粘度，改善熔體充填流動性能，改善制品微觀組織結構，提高制品力學性能及成型質量。
（4）改善聚合物的塑化質量，提高微結構復制率，并且能夠縮短制品的成型周期，提高生產率。
參考文獻
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（一）優化人才培養方案，加強課程體系建設專業學位碩士研究生的人才培養方案應更加突出行業、企事業單位的職業性質和特點的要求[5]。按照行業特點或職業需要優化人才培養方案，構建課程體系。在課程設置中盡可能體現出與學術型碩士研究生的區別，在課程設置上突出實用化、工程化、技術化和職業化特點，改變課程設置僵化、強調統一、靈活性差等缺點。
1.課程體系的構建要打破原有全日制學術型研究生課程體系的框框，在重視基礎理論能力培養的同時，要適度增加通用型理論課程模塊，即“大學科、大平臺”課程。材料工程專業學位研究生應掌握各種材料的制備技術、材料的各種分析手段和表征方法，以及工程技術與實踐能力。因此，作為專業學位課，我們設置了《材料工程案例分析》、《材料制備技術》和《材料現代分析方法》三門課程。其中，《材料工程案例分析》是一門綜合性工程技術性很強的課程，內容涉及金屬材料、無機材料、高分子材料以及復合材料在實際工程應用中的特點及技術指標要求，例如金屬材料的失效原因分析及采取的措施；電子陶瓷材料在高溫燒結時顏色變黑的原因；鈦酸鋇本應為絕緣材料，但添加稀土元素變為半導體材料；等等。與其他基礎課程相比，與企業生產實踐的聯系更為密切，重點在于培養學生分析和解決實際工程技術問題的能力?！恫牧现苽浼夹g》涉及各種材料的制備原理、制備方法與應用特點，是材料工程研究生必須掌握和了解的基礎理論知識。《材料現代分析方法》是一門重要的工具課，既涉及到基礎理論知識，又側重于方法的具體實踐應用，是必須掌握的專業學位課程。其內容包括X-射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、能譜分析、光電子能譜、原子力顯微鏡、差熱分析、紅外光譜、核磁共振、激光粒度分析、比表面測試等各種表征和分析測試方法。這些核心課程的設立將奠定專業學位研究生解決實際工程和技術問題的理論基礎。
2.根據培養方向不同，靈活設置研究生課程模塊，即“小方向”課程。例如，根據材料工程方向發展的特點和結合材料學院的科研基礎，材料工程專業碩士研究生的培養方向主要有材料加工成型與模具設計、電子功能材料與器件、新能源材料與電源技術、高分子材料合成與改性等四個方向。在這四個方向上可靈活設置專業方向模塊課程，即每個方向設置兩門任選課程。材料加工成型與模具設計方向主要課程有《材料成型技術與模具》和《材料表面工程技術》，電子功能材料與器件方向主要有《先進無機材料與物理性能》和《光電轉換材料與器件》，新能源材料與電源技術方向主要有《電化學原理及測試技術》和《新型能源材料》，高分子材料合成與改性方向主要有《高分子材料選論》和《有機波譜分析》。按不同的培養方向靈活設置研究生課程，可為專業學位研究生提供更大的自主選擇性，有利于培養其職業素養，提高學習效率。
3.除了專業學位課和選修課外，為了提高研究生的解決實際工程和技術問題的能力，強化專業實踐能力，作為必修課程，設置了《材料科學與工程實驗》和《專業實踐》這兩門課程，以更好地凸顯專業學位研究生職業取向和過硬的專業實踐的特色。同時，還設置了學術講座、知識產權、信息檢索、技術經濟分析等課程，以期全面培養專業學位研究生的信息獲取能力和企業技術管理等能力。總之，課程設置要聯系企業實際需求，考慮專業學位碩士研究生學習工作和研究背景等實際因素，根據企業技術創新的需求，整合教學資源，開發出一套以因材施教、體現學科前沿和實踐性的專業學位研究生課程體系，不斷提高研究生解決實際技術問題的科研攻關能力。比如，在材料工程專業學位碩士研究生的培養過程中，我們讓研究生學習典型的數據處理軟件Origin和CAD、ProE等工程制圖軟件，而該類實用工程軟件的學習無疑將提高專業學位研究生的實踐技能。
（二）加強師資隊伍建設專業學位研究生的碩士論文選題應來自于企業和科研課題，工程背景明確，應用性強。因此，專業碩士研究生導師要求雙導師制。一位是校內的導師，另一位是企業導師。學校導師主要負責研究生的課程學習、開題報告、學位論文理論部分的指導等；企業導師負責專業學位研究生的選題、工作安排、專業實踐能力的培養、學位論文實踐部分的指導等。學校、企業導師要共同制定研究生培養方案，從而保證專業學位研究生培養的質量。在實際操作中，要注意以下問題：
1.在導師遴選上，既要對導師的學歷、職稱、科研成果等進行量化評定，又要從工程實踐經驗、基礎理論和指導能力及精力等方面對導師進行全方位綜合測評。只有達到要求的校內外導師才有資格被聘為專業學位研究生導師。此外，要弱化對導師學歷的要求，強化對導師工程實踐能力和專業技術能力的要求。
2.加強專業學位研究生導師素質建設。隨著專業學位碩士生規模的不斷擴大，現有校內導師有相當數量是從學校到學校的年輕導師，他們雖然學歷高，但大多缺乏實際工程經驗。為此我們有計劃地選派年輕教師到設計院、高新技術企業去掛職鍛煉。同時，通過承擔企業的橫向研究，使年輕教師了解工程實際，參加企業的產品開發、設計、技術改造以及企業的運行、營銷和管理，從而了解企業的需求。同時，在穩定現有導師資源的同時，我們從企業聘請或引進有工程技術背景的技術人員和專家作為專任的專業學位研究生指導教師，根據學科方向相近或相似的原則，成立3～5人由校內和校外導師組成的導師指導團隊，這樣可有效發揮各自導師的作用。
3.聘請企業專家擔任相關課程任課教師。例如，《材料工程案例分析》這門學位課，可以聘請行業技術專家以專題講座形式講授新技術、新工藝和新設備，分析企業面臨的技術難題或企業實際發生的技術難題如何攻關解決等，強化研究生解決實際工程技術問題的意識和能力；加大實踐領域專家承擔專業課程教學的比例，明確實習實踐導師和論文導師的職責。
（三）深化校企合作，建立研究生聯合培養基地結合專業和行業的特點，選擇條件好的企事業單位、科研院所等共建研究生聯合培養實習實踐基地，強化產學研用人才培養鏈條。材料學院已與行業部門共建實習實踐基地十多個。2012年，桂林電子科技大學材料學院和桂林電器科學研究院有限公司共建了研究生聯合培養基地，該基地被批準為省級研究生聯合培養基地。上級有關部門撥專款用于該基地的建設。材料學院的專業學位研究生可方便地到該基地實習實踐，企業的導師和校內導師組成導師指導團隊共同指導專業學位研究生。同時，聯合培養基地拿出專項資金用于改善研究生的實習實踐條件以及資助專業學位研究生的科研課題。經過實踐發現專業學位研究生的工程實踐能力和職業技能明顯提高。目前已基本形成了培養單位和行業部門良性互動的包括課堂實踐、科研實踐和企業實踐的實踐教學體系。
二、結語
關鍵詞： 扭曲向列相；液晶盒；制作工藝；特性測試
中圖分類號：TN141.9 文獻標識碼：B
Twisted Nematic Liquid Crystal Cell Fabrication and Testing
WEI Wei, ZHU Fu-jing, YANG Hao-liang, LIU Chang-song
(Suntech Photovoltaic School, Wuxi Professional College of Science and Technology, Wuxi Jiangsu 214028, China)
Abstract: This paper presents a experiment of making and testing a twisted nematic liquid crystal cell based on the experiment platform of professional colleges. This paper expounds the experiment's technological process, the materials and devices, the operation methods, and tests the basic characteristic of the liquid crystal cell from the experiment. This experiment works well in the actual teaching process.
Keywords: twisted nematic; liquid crystal cell; production technology; performance test
引 言
在液晶顯示實驗教學中滲透一些反映當前高科技的實驗，對于學習內容更新和改革都是十分有益的，而液晶顯示科技領域可以開發出很多新的實驗。本文介紹基于實驗室制作扭曲向列相液晶盒的實驗以及液晶盒的透過率測試。本實驗通過清洗與干燥工藝、取向排列工藝、制盒工藝、灌注液晶工藝四個工藝流程進行液晶盒的制備，并通過光臺測試成功測試了液晶盒的透過率。
1 扭曲向列相液晶盒的顯示原理
在扭曲向列相（TN）液晶顯示器制造工藝中，TN型要求兩玻璃片內表面處液晶分子的排列方向互成90°，為實現這一點，必須在基片的表面上設置有特定取向的涂覆膜或摩擦出溝槽，以作為約束液晶分子取向排列的手段。在玻璃外表面貼附相互正交的偏光片，從而實現顯示效果。
2 實 驗
2.1 清洗與干燥工藝
清洗工藝的主要目的是去除玻璃表面的低能物質，主要為油脂類污染物。在清洗工藝中，將用到洗潔精和去離子水。
第一步：用洗潔精清洗ITO玻璃。洗潔精是一種表面活性劑，它能使互不相溶的液體成為穩定的乳濁液。如果把油、水和適量洗潔精混在一起振蕩，則油便以細小液滴分散在水中而成為穩定的乳濁液，長期靜置也難以分層。洗潔精就是通過這種乳化作用，將油脂包圍在水中而形成乳濁液來達到去污作用。
第二步：用去離子水去除洗潔精的殘留，ITO玻璃在完成去離子水與洗潔精混合液的清洗之后，表面會殘存大量洗潔精。利用洗潔精與水互溶的特性，可通過多次重復使用去離子水清洗，以達到去除ITO玻璃表面洗潔精殘留的目的。
2.2 取向排列工藝
取向排列工藝是在ITO玻璃內表面制成一層取向膜，使用材料為聚酰亞胺（PI）和甲基吡咯烷酮（稀釋劑）。
第一步：稀釋PI取向劑。PI溶液濃度過高會造成成膜不均勻問題，影響后序的摩擦工藝；PI濃度過低會造成膜厚過小，摩擦時容易造成摩擦過度甚至膜脫落。PI的稀釋使用專用稀釋劑——甲基吡咯烷酮。通過多次試驗得出，本次實驗中聚酰亞胺和甲基吡咯烷酮以1:6的比例稀釋為最佳比例。
第二步：涂膜和固化。為了使取向膜均勻地附著在玻璃基板上，采用液體涂布的方法進行涂膜，這樣可以依靠液體表面的張力得到平整均勻的膜。涂布聚酰亞胺溶液后，經高溫縮合固化，形成所需的取向膜。本次實驗所使用的涂膜方法是浸泡法，將待涂膜的玻璃基板浸入取向材料溶液中，取出后形成均勻的膜層；固化方法采用熱固化。
第三步：取向摩擦。使用有機高分子材料的絨布對取向層進行摩擦，兩片玻璃上摩擦方向正交。摩擦后取向層上出現溝槽，溝槽對液晶分子的錨定作用使液晶分子沿溝槽方向排列，因此液晶分子在盒內產生90°扭曲。實驗中使用的絨布為醫用清潔紗布，摩擦時玻璃平行放置，兩片玻璃取向層均向上，沿玻璃對角線進行45°摩擦。摩擦力度控制適中，摩擦過度和摩擦不足均會造成壞片。
2.3 制盒工藝
利用封接材料將兩片ITO玻璃對位貼合，制成特定厚度間隙的液晶盒。
第一步：制作間隙物Mylar?？紤]Mylar材料厚度要小、硬度要大，本次實驗使用樹脂材料薄膜制作Mylar，根據玻璃的尺寸切割制作兩個“L”形Mylar。Mylar的厚度決定了液晶盒的厚度。
第二步：制作空盒。將制作好的兩個Mylar對齊放置在一片玻璃之上，兩個“L”形Mylar保持3mm間距以形成液晶灌注口及空氣排出口，之后將另一片玻璃進行對位壓合。對位后使用燕尾夾固定，再使用AB膠（主要成分為環氧樹脂）對兩片玻璃進行封接。封接后進入烤箱進行烘烤固化，固化后得到一個有兩個3mm開口的液晶盒。
2.4 液晶灌注工藝
本次實驗采用注射式灌注方法，灌注時使用微量滴管吸取少許液晶材料，從液晶灌注口緩慢注入，盒內空氣從另一開口排出。灌注過程主要依靠液晶材料的毛細作用，灌注過程持續0.5小時左右。灌注過程中遇到盒內氣泡要迅速進行反倒回流處理，否則氣泡將無法消除，導致在顯示區域內形成壞點。灌注結束后使用AB膠進行封口。
3 扭曲向列相液晶盒的光臺檢測和透過率測試
3.1 光臺檢測
光臺檢測是利用偏光片來進行的。兩片偏光片偏光方向平行放置將形成光線透過的亮場，兩片偏光片正交放置將形成光線無法透過的暗場。
對于本次實驗所制作的液晶盒，液晶分子的90°扭曲排列會使通過液晶層的光線產生90°的旋光，因此由兩片偏光片和一個90°扭曲的液晶盒組成的光學系統，將會在偏光片平行放置時產生暗場，而在偏光片正交放置時產生亮場。
3.2 透過率測試
使用液晶電光效應綜合實驗箱，對本次實驗所制作的液晶盒進行透過率測試，測試結果如圖4所示。
4 結 論
本次實驗是通過學?，F有實驗條件，對實際生產條件要求很高的液晶盒進行了制作，達到了明暗對比顯示的效果。開展扭曲向列相液晶盒的制作及測試實驗對豐富液晶顯示實驗內容、拓寬學生知識具有一定意義。
參考文獻
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關鍵詞：液晶顯示器；偏光片；聚乙烯醇膜；三醋酸纖維素
中圖分類號：TN141 文獻標識碼：A
1 概述
液晶顯示器（LCD）以其質輕體薄、低工作電壓、低功耗、無輻射危害、平面直角顯示、影像穩定不閃爍、易于實現大面積顯示等優點，逐步取代CRT，成為信息時代終端顯示器件的主流產品。其中，偏光片是液晶面板的關鍵零組件，主要作用是將自然光轉化為線偏振光，通過外加電壓控制液晶分子的轉向，來控制光線的穿透與否，進而產生面板明暗之顯示效果。
本文首先介紹偏光片在液晶顯示器中的應用原理，接著介紹偏光片的基本結構與組成偏光片的各膜層材料，最后介紹目前生產偏光片的主要企業和近幾年偏光片的市場情況。
2 偏光片在液晶顯示器中的應用原理
光是一種電磁波，光的電場振動是橫波，即光的電振動是在與光前進方向垂直的平面上。自然光的電振動在振動平面的各個方向是完全均勻的，如圖1；如果光波的電振動只限于某一確定的方向上，就是線偏振光了，如圖2。在液晶顯示器中，通過使光透過或遮斷來實現圖像顯示。但太陽光及由液晶顯示器背光源發出的光是自然光，要實現完全遮斷，是非常難的；而線偏振光電振動方向單一，對其遮斷要比自然光容易得多，這個特性為其在液晶顯示器中的應用，提供了得天獨厚的條件。
偏光片就能產生和檢測偏振光。偏光片有一個特定的方向指向，稱之為透光軸，與這個方向垂直的電振動被阻擋，而與這個方向平行一致的電振動則可以自由通過。這樣自然光通過偏光片以后，就變成了線偏振光。同樣，當偏振光透過偏光片時，如果偏振光的振動方向與偏光片的透射方向平行一致，就幾乎不受到阻擋；如果偏振光的振動方向與偏光片的透射方向相垂直，則幾乎完全不能通過。在兩片透光軸方向正交的偏光片中間加入具有扭轉特性的液晶分子，就能控制光線的通過，從而達到顯示圖像的目的。
3 偏光片的基本結構
偏光片是一種復合膜，由中間能產生偏振光線的偏光膜和復合在兩邊的起保護作用的基材膜組成偏光片原板。在普通TN-LCD產品中，根據不同的使用要求，需要在偏光片原板的一側涂敷一定厚度的黏結劑，并復合上保護黏結劑的離形膜，而在另一側則要根據產品類型為透射型、反射型或半透半反型，分別復合保護膜、反射膜或半透半反膜。對STN-LCD產品，還要在黏結劑層一側，根據客戶的不同需要，按一定的補償角度復合具有位相差補償能力的位相差膜和保護膜。另外，在基板外層還需要再加一層離形膜和保護膜，以便與LCD貼合。近年來為滿足液晶面板大型化和薄型化的需要，還要在偏光片上附加不同的功能膜，如廣視角膜、高清晰度膜、增亮膜等。圖3所示為典型的透射型偏光片的基本結構。
3.1 偏光膜
偏光膜是使偏光片具有偏光特性的核心膜層，采用添加碘且單軸延伸的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）膜片，主要成分為聚乙烯醇和碘，故稱碘系偏光膜。其中聚乙烯醇的水溶液具有很好的成膜性能。并因聚乙烯醇透明性好，與碘等的親和性好，在拉伸時的取向性高等優點，被作為LCD偏光膜的原料使用。
碘是一種典型的二向色性物質，對光波具有選擇吸收性。在與聚乙烯醇延伸方向相同的方向上，PVA中所含的碘分子被吸附取向，如圖4所示，使之能夠吸收偏振方向與延伸方向(吸收軸)平行的光。與吸收軸垂直方向(透光軸)上的光側透過。因此，各個方向都有振動的自然光透過偏光片后，就變成了振動方向與透光軸方向平行的偏振光。碘分子與PVA分子形成絡合物，幾個碘分子相連形成聚碘，并單方向均勻排列，由于這種聚碘的形成，碘系偏光膜片具備非常好的偏光特性，對光學性能要求高的TFT-LCD中多采用這種偏光膜片。
3.2 基材膜
由于PVA膜片耐濕熱性能和機械強度差，不便于使用和加工，因此需在PVA膜兩側各復合一層具有高光透過率、耐濕熱性能好、強度高、黏結性優良及光學上各向同性的透明薄膜作為基材膜，一方面可起保護作用，另一方面則可防止PVA膜的回縮。目前LCD偏光片所用基材膜的主要成分為三醋酸纖維素（Triacetylcellulose，TAC），其組成非常復雜，一般還包含可塑劑、助溶劑、潤濕劑、滑劑以及紫外線吸收劑等。三醋酸纖維素以流延法加工成膜，至今仍是透過率最高的高分子材料之一。
3.3 黏結劑及保護膜
為保證被基材膜（TAC）所夾的偏光膜靠近LCD屏一側與屏的貼合，需在TAC外層涂上黏結劑，并復合上保護黏結劑的離形膜，其在偏光片貼附時即被撕去。對黏結劑的要求有：容易從離形膜上剝離；無須借助溶劑、熱或其它手段，只需施加輕度指壓即可與LCD屏牢固粘合；同LCD屏玻璃面的黏結良好；而且，要具有良好的再剝離性：偶遇貼附不良的情況，當剝離偏光片時，不對LCD屏造成任何損傷。雖然黏結劑的種類很多，但用于偏光片的主要是聚丙烯酸酯溶劑型黏結劑。
另一方面，為防止相對于LCD屏另一側的基材膜受損或玷污，還需要再貼附一層保護膜。這種保護膜應具備外觀良好，具有防靜電效果，并且無光學缺陷等特性。偏光片用保護膜主要有聚乙烯(PE)保護膜和PET保護膜兩種。PE保護膜價格便宜，主要用于扭曲向列型和超扭曲向列型等中低端偏光片產品中。PET保護膜在薄膜強度、耐劃傷性、耐熱性方面優于聚乙烯保護膜。但價格為聚乙烯保護膜的5倍左右，所以主要用于高端偏光片成品中。
3.4 離形膜
偏光片用離形膜是一種進行了硅處理的PET膜，因為是偏光片黏結層的離形膜，所以剝離時不可以連黏結劑一起剝離下來，另外對于原膜的光學性能最終要求取向角為零，有較高的平滑性、透明性和潔凈度。
關鍵詞： 注塑成形； 氣體反壓； 熔體； 流動形態； 剪切應變速率
中圖分類號： TQ316.33文獻標志碼： B
0引言
塑料具有質輕、加工易、精度高、成本低、成形自由度大、技術發展成熟等優點，所以應用日益廣泛，但在石油資源緊張、原材料成本提高、環保要求等條件下，為提高塑料制品的附加值，除在塑料材料的改性技術上有所突破外，更需要在成形技術方面有所創新.氣體反壓（Gas Counter Pressure， GCP）技術[14]是近年來發展起來的一項新技術，其能夠有效降低塑料熔體前沿的壓力差，實現均勻充填，改善塑料制品的機械性能[12]和表面缺陷[34]，減小翹曲變形[5]及提高制品成形質量[6]等.
為提高超臨界微孔發泡注射成形制品的表面質量，研發人員曾用變模溫感應加熱[23]、絕熱模具層[7]、表面貼膜工藝[89]等方法，以拓展微孔注塑工藝的應用.在目前的工程實踐中，GCP技術在超臨界微孔發泡注射成形中的應用最為常見.在超臨界微孔發泡注射成形時，型腔內充滿一定帶壓氣體抑制氣泡生成的反壓法能有效控制表面氣泡流痕（見圖1）.當超臨界流體（Super Critical Fluid， SCF）溶解于高分子熔體中，且熔體前沿受反壓氣體作用時，因GCP壓力大小不同，可能出現3種情況：當沒有GCP壓力時，在熔體充填階段發泡將自然發生而導致有銀絲留痕缺陷產生于制品表面；如果GCP壓力大于標準大氣壓但小于維持SCF所需的臨界壓力時，發泡將受到限制；當GCP壓力大于臨界壓力時，熔體將在反壓作用期間維持為單相泡核而無泡孔產生.[14]
圖 1GCP技術示意
Fig.1Schematic of GCP technology
作為一種先進的設計手段，數值模擬技術在注塑成形加工領域應用日趨廣泛.從開始僅能模擬熔體注塑充填[10]，到集成化模型模擬充填、保壓，再到冷卻成形全過程[11]，進而發展氣體輔助注塑成形等雙相流動的模擬[12]以及成形質量預測等.相對于注塑GCP技術的實驗研究成果，反壓技術的數值模擬迄今鮮有人研究.
超臨界微孔發泡注射成形涉及到泡孔成長的空氣力學，與常規注射成形相比較復雜，為便于模擬，本文只考慮帶反壓的常規注塑成形工藝，用數值方法對GCP技術進行探索.利用有限元軟件ANSYS CFX平臺，通過二次開發，建立高分子材料的CrossWLF七參數黏度模型，定義模擬所需要的材料，改變平板注塑制品成形過程的GCP壓力，對成形充填過程進行三維數值模擬，討論GCP壓力對熔體充填流動的影響.
1模型與算法
在注塑成形過程中，熔體充填階段的數學模型滿足質量守恒、動量守恒和能量守恒三大定律.熔體在充填過程中，流動前沿上受到GCP的作用，形成氣熔界面.根據工藝特點，對氣熔邊界進行簡化和假設：1）氣體在熔體充填過程中假設為不可壓縮流體；2）因為熔體黏度遠大于氣體黏度，假設氣體黏度為0；3）氣體的比熱容遠小于熔體，不計氣體內部的能量交換；4）氣體密度遠小于塑料熔體，忽略其重力；5）氣熔界面兩側物質不發生能量交換.
1.1平板制件
以平板注塑件為例，模擬注塑成形過程中GCP壓力對塑料熔體流動的影響，制品的幾何尺寸為4 mm×4 mm×1 mm，形狀見圖2a.澆口為側澆口，尺寸為1 mm×1 mm×1 mm.對幾何模型用四面體網格單元離散，網格邊長設定為0.1 mm，節點個數為7 846，單元總個數為30 246，見圖2b.制品成形工藝參數見表1.
a）制件尺寸示意圖，mb）有限元網格圖，m圖 2平板制品的尺寸及網格示意
Fig.2Schematic of size and mesh of plate product
表 1注塑成形工藝參數
Tab.1Injection molding processing parameters參數值模具溫度/℃60熔體溫度/℃230入口速率/（m/s）1參數值模壁傳熱系數/（W/（m2?k））25 000GCP壓力/MPa0， 1， 2
在塑料熔體充填開始前，型腔內充滿帶壓氣體，然后改變GCP壓力大小，采用數值方法分析塑料熔體流動前沿位置、充填時間、熔體流動速率和剪切應變速率等相關模擬結果，量化分析GCP壓力對注塑成形中塑料熔體流動狀態的影響.
1.2材料的黏度模型
ANSYS CFX的材料庫提供理想空氣、水、銅、鋁、鋼鐵和煙煤等材料參數，但沒有聚合物材料.為研究聚合物材料的流動，通過軟件接口添加.聚丙烯PP的CrossWLF七參數黏度模型見式（1），材料屬性用CEL語言定義完成.η（T，（γ?P））=η0（T，P）1+η0（γ?/τ）1-n
η0（T，P）=D1exp-A1（T-T～）A2+（T-T～）（1）式中：n為非牛頓指數；T～為材料的玻璃化轉變溫度，T～=D2+D3P；D1，D2，D3為材料常數；τ*為剪切變稀行為開始時的剪應力；A1和A～2為材料常數，A2=A～2+D3P.
選擇Shell公司生產的牌號為XM 6700S的PP材料，式（1）中的材料參數值以及PP材料的模型參數分別見表2和3.
表2PP材料參數
Tab.2PP material parameters參數數值熔化溫度/°C135熔體密度/（kg/m3）775參數數值比熱容/（J/kg?℃）2 830熱傳導系數/（W/m?℃）0.19
表3PP材料的模型參數
Tab.3Model parameters of PP material七參數變量數值七參數變量數值n0.209 8D1/（Pa?s）6.93×1011τ*/Pa30 354D2/℃-10A126.507D3/（℃/Pa）0A～2/℃-221.55
1.3邊界條件
選用流動區域內熔體氣體兩相均一模型進行模擬，即熔體、氣體有共同的速度場、壓力場和溫度場，而熔體的物理性質參數取決于兩組分的變化.
模擬注射成形充填過程的邊界條件：1）入口為速度邊界條件，熔體速度和溫度已知，入口聚合物熔體組份等于1，空氣為0；2）模壁處熔體速度為零，屬無滑移邊界條件，壁面接觸處的傳熱系數取值為25 000 W/（m2?℃）；3）出口處為壓力邊界條件，相對壓力設置為0；4）熔體前沿僅考慮表面張力，忽略熱交換；5）GCP壓力通過型腔內空氣壓力變化表示，分別取0，1和2 MPa進行模擬，GCP壓力為0相當于傳統（常規）注塑成形.
2結果與討論
2.1GCP壓力對熔體前沿的影響
在不同的GCP壓力作用下，塑料制品熔體完成充填所需時間不同，同一時刻塑料熔體的充填體積分數也不同.為驗證模擬結果的合理性，取GCP壓力為0時（即傳統注塑成形）PP熔體的充填體積分數隨時間變化情況，見圖3.
a） t=0.01 sb） t=0.10 sc） t=0.15 sd） t=0.20 s圖 3傳統注塑成形中體積分數隨充填時間的變化
Fig.3Change of volume fraction with filling time
during conventional injection molding
由圖3可知：PP熔體在型腔中的充填體積分數隨時間變化比較均勻；靠近澆口中心位置熔體的充填速度較快；靠近模具壁處，由于模具壁溫度低，塑料熔體的溫度接觸模具壁面后迅速降低，熔體形成冷凝層，影響熔體的流動，充填較慢.改變GCP壓力為1和2 MPa，依次完成數值模擬，結果發現：當GCP壓力為0時PP充填滿整個型腔約0.3 s，GCP壓力為1 MPa時充填時間為1.0 s，GCP壓力為2 MPa時充填時間為2.0 s.由此可知：GCP壓力增大時，PP熔體充填滿整個型腔所需時間也相應增加，表明反壓氣體會影響對塑料熔體在型腔中的流動.
考慮GCP壓力變化時，從模擬結果提取給定時刻PP熔體的流動前沿的位置和形狀，可直觀觀察GCP壓力對熔體流動的影響.不同GCP壓力下給定時刻熔體的流動前沿見圖4.由圖4可知：當GCP壓力增加時，熔體前沿面受的GCP壓力增大，熔體流動需克服較大的壓力， PP充滿型腔所需的時間增加；當熔體前沿有1或2 MPa反壓氣體的壓力作用時，熔體前沿形狀發生變化，與傳統注塑成形相比，曲面曲率變大，表明該截面處的速度梯度變小，利于熔體型腔的均勻充填.
a） P=0， t=0.10 sb） P=0， t=0.30 sc） P=1 MPa， t=0.10 sb） P=1 MPa， t=0.30 se） P=2 MPa， t=0.10 sf） P=2 MPa， t=0.30 s圖 4指定時刻時不同GCP壓力下的流動前沿位置
Fig.4Flow front position at given times under
different GCP pressures
流動方向截面處的SEM結果見圖5.對比圖3和5，發現ANSYS CFX模擬的塑料熔體充填過程與實驗中熔體型腔中的流動前沿形狀趨勢一致，模擬結果合理.由圖5b可知：當型腔有GCP壓力后，熔體前沿類似拋物線形狀的線條變得密集均勻，熔體前沿的曲率變小，與圖4的模擬結果趨勢一致.
a） 傳統注塑成形b） 反壓注塑成形圖 5不同成形工藝下熔體流動方向截面處的
掃描電子顯微鏡觀察結果
Fig.5Scanning electron microscope view results of cross section in melt flow direction under different molding processes
2.2GCP壓力對熔體速度的影響
為量化GCP壓力對熔體速度的影響，選定澆口附近固定位置為參考點，提取模擬結果中指定位置處不同GCP壓力下的熔體速度，見圖6.在充填0.10 s時，GCP壓力為0，1和2 MPa時的熔體速度分別為0.52，0.48和0.45 m/s，最大降幅為13.5%.此模擬結果與圖5類似，即GCP壓力增大時，熔體沿流動方向上的速度有減小趨勢.
為便于直觀觀察反壓技術對充填的影響，通過氣體輔助注塑工藝進行實驗.圖7a中，氣體內部壓力為3 MPa，外部反壓氣壓為0，相當于常規的氣體輔助注塑成形；圖7b中，外部GCP壓力為5 MPa，相當于2 MPa反壓條件下的常規的氣體輔助注塑成形.在給定的時刻，GCP壓力為2 MPa（外部壓力為5 MPa）時氣體的流動長度（圖7b）小于GCP壓力為0的長度（圖7a）.實驗結果間接證明GCP壓力可降低熔體和氣體的速度.由于GCP壓力相當于增加熔體的保壓壓力，使得熔體的密度增大，在內氣體積近似相等的條件下，內壓力相同的氣體穿透長度明顯減小.
圖 6不同GCP壓力下熔體沿流動方向的速度曲線
Fig.6Melt velocity curves along flow direction
under different GCP pressures
a） 內部氣壓3 MPa，外部氣壓0
b） 內部氣壓3 MPa，外部氣壓5 MPa
圖 7不同GCP壓力下充填速度的實驗結果
Fig.7Experimental results of filling velocity under
different GCPpressures
2.3GCP壓力對剪切應變速率的影響
剪切應變速率對熔體取向、熔體破裂和殘余應力等影響顯著，GCP壓力對剪切應變速率的影響可作為評價成形工藝參數是否合理及GCP技術優劣的指標之一.澆口附近位置處不同GCP壓力下纖維增強塑料試樣中纖維取向的測量與模擬結果見圖8.由此可知：在GCP壓力作用下，近澆口處厚度方向的纖維取向小于無GCP壓力作用下的傳統注塑制品，試樣性能更均勻；在GCP壓力作用下，試樣厚度方向的纖維取向差異更小，取向張量Azy在皮層與芯層的最大差值為0.12；無反壓時，Azy在皮層與芯層的最大差值為0.21.目前無法模擬反壓作用下的纖維取向.傳統注塑的纖維模擬取向結果與實驗結果趨勢一致，但忽略材料彈性的黏性本構方程使得模擬結果偏大.
圖 8不同GCP壓力下近澆口位置處纖維取向的
測量和模擬結果
Fig.8Measurement and simulation results of fiber orientation
near gate under different GCP pressures
澆口附近熔體的剪切應變速率隨時間的變化曲線見圖9.由此可知：隨著時間的增加，熔體的剪切應變速率先升高后下降，表明熔體流動前沿到達選定的參考點位置時該處熔體的剪切應變速率可認為是熔體前沿所受的最大剪切應變速率；當GCP壓力為2 MPa時，熔體剪切應變速率變化相對平緩，便于成形過程中所制備產品性能的均勻性，與圖8中測量的纖維取向結果一致.GCP壓力為0，1和2 MPa時熔體的最大剪切應變速率分別為6.1×106，5.8×106和2.6×106 s-1.與傳統注塑成形相比，GCP壓力為2 MPa時最大剪切應變速率下降42.7%，可有效改善成形加工中的分子（纖維）的取向，使垂直于流動方向的制品性能得到提高.
圖 9不同GCP壓力下澆口附近熔體剪切應變
速率時間曲線
Fig.9Curves of shear rate variation against time of melt
near gate under different counter pressures
3結束語
初步實現GCP技術的數值模擬，以平板制品為例，研究GCP壓力對塑料熔體充填過程中流動狀態的影響.從模擬結果看：GCP壓力對熔體的流動形態有明顯影響；GCP壓力不同，熔體的流動速度、最大剪切應變速率也發生變化，并且隨著GCP壓力的提高熔體的流動速度、剪切應變速率都呈下降的趨勢.模擬結果與實驗的趨勢吻合.
由于反壓工藝使用方式多樣，本文沒有考慮GCP壓力的保持時間且簡化較多，為更精確模擬GCP技術，還需結合現場參數，進一步完善數學模型與模擬方法.
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關鍵詞：注塑成型； 暫態冷卻； 變模溫； 熔接痕； Moldex 3D
中圖分類號：TQ320.66；TB115.1 文獻標志碼： A
Numerical simulation on injection molding of
variable mold temperature
MIAO Lilei, XIE Pengcheng, YANG Weimin
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)
Abstract： Due to the issue that the classical constant mold temperature control technology easily leads to the defects on the plastic part surface, such as weld line, flow mark and depression, the flow analysis on a typical diecavity is performed by Moldex 3D, and the weld line position is predicted; the pressure maintaining and cooling effect of traditional cooling technology and variable mould temperature technology is compared by the transient cooling module of the software, which takes the method of changing cooling way and injection time. The analysis results show that the variable mold temperature technology can improve product quality without reducing production efficiency.
Key words： injection molding; transient cooling; variable mold temperature; weld line; Moldex 3D
作者簡介： 苗利蕾(1983―)，女，山東蒼山人，碩士研究生，研究方向為微分注塑成型過程的數值模擬，(Email)；
謝鵬程(1979―)，男，湖南會同人，副教授，博士，研究方向為高分子材料成型加工理論及設備，(Email)0引言
隨著家電、通信、消費電子、汽車內飾和光電等產業的發展，消費者對塑料制品提出壁厚更薄、結構更復雜、表面更美觀以及強度更高等要求.傳統的注塑成型技術通常采用恒定模溫控制技術，但低模溫會導致聚合物熔體在充模流動過程中提前冷卻，從而在型腔壁形成冷凝層，阻礙熔體的成型，降低熔體的充模能力，難以應用于成型透明度較高的光學產品、表面具有微結構的塑件以及強度較高的復合材料制品等.［1-4］同時，聚合物熔體過早冷卻還將導致塑件表面產生熔接痕、流動痕和凹陷等表面缺陷,極大地降低產品的表面質量，需要用打磨和噴涂等后續工序加以掩蓋,不僅增加生產成本和能源消耗，還會污染環境，危害操作人員的健康.提高模具溫度后，雖然可以提高產品表面的外觀品質，但容易產生翹曲、下陷和尺寸精度不夠等現象，同時延長成型周期，增加生產成本.［5］
在注塑成型過程中，對填充過程進行數值模擬可預測實際注塑過程中可能出現的缺陷、優化模具結構設計、調整工藝參數和有針對性地制訂解決方案，達到減少材料浪費、降低生產成本、提高產品質量和市場競爭力等目的.
1變模溫技術原理
變模溫技術又被稱為快速加熱冷卻技術，其基于動態的模溫控制方式，根據不同工藝階段的特點和要求隨時調整模具溫度，從而解決常規注塑工藝存在的熔接痕、噴射痕、流動痕、翹曲和浮纖等缺陷.在熔體充填型腔階段，在冷卻水路中通入高溫蒸汽或高溫油提高模具溫度，從而提高熔體的流動性，大幅提高成型制品的品質，使熔體填充到普通注塑成型不易填充的區域；同時在冷卻階段，通過通入冷卻水迅速降低模具溫度，減少冷卻時間，縮短注塑成型周期，從而在不影響注塑生產效率的基礎上，徹底消除熔接痕、流動痕和凹陷等缺陷，有效提升塑件表面的光澤度，提升注塑件的品質，省去對環境污染嚴重的二次噴涂等后續工序.目前，變模溫技術主要用于薄壁注塑成型、高光注塑成型和微特征產品等.
現有的變模溫技術主要有快速加熱冷卻(rapid heat cycle molding)、脈沖式冷卻(pulsedcooling)和水管溫度的冷熱切換等，但仍較多采用傳統的冷卻方式，即利用冷卻管道中的冷卻介質以熱傳導的方式將熱量帶走，其加熱技術主要有蒸汽式加熱、電熱式加熱［6］、火焰加熱［7］、氣體加熱［8］、感應加熱［9］和紅外線加熱［10］等.
2研究方法
2.1基礎建模
采用SolidWorks繪圖軟件，構建填充模型，見圖1.該模型中，經澆口進入型腔的兩股流動的熔體相碰撞，使熔體分子鏈沿厚度方向而不是沿充模主流方向上取向，從而在圈出部分形成熔接痕.在Rhinoceros中對模型進行網格前處理，設定initial mesh size為0.8，節點數為36 291個，三角形網格單元數為12 874個，四面體實體單元數為86 227個（與SHELL網格相比，SOLID網格能更好地模擬熔體在型腔中的流動波前，故采用SOLID網格）.冷卻水路布置以及參數設定見圖2和3，冷卻水路的直徑為8 mm.圖 1基礎建模
Fig.1Fundamental
modeling圖 2冷卻水路布置
Fig.2Layout of cooling
water channels圖 3冷卻水路參數設定
Fig.3Parameter set of cooling water channels
2.2模型參數
模型塑件尺寸為30.00 mm（長）×28.00 mm（寬）×3.00 mm（厚），模具尺寸為37.22 mm×35.23 mm×31.18 mm ，模穴體積為1.304 7 cm3，模座體積為36.124 9 cm3，冷卻水管體積為3.451 85 cm3.所用材料為ABS_POLYLACPA756S(CHIMEI).
2.3需解決的問題
采用傳統注塑方法單澆口進澆時，因產品壁厚較薄，易在熔體對接區域產生熔接痕，熔接痕的出現將降低該處的充模質量，進而影響該處的力學性能.為提高澆口處和熔接線處溫度，設定如圖2所示的冷卻管路布置，一方面可延緩澆口固化、增加保壓補縮，另一方面可提高熔接線處熔體的溫度，提高該處的力學強度.
2.4黏度
流體流動阻力隨黏度變化，黏度越高，流動阻力越大，流動越困難.對一般熱塑性塑料，黏度是塑料成分、溫度、壓力和剪切率的函數.就溫度效應而言，熱塑性塑料的黏度一般隨溫度升高而降低；就剪切率的效應而言，剪切率越高，代表加工變形的速率越大.高分子鏈被排向，使大部分塑料具有黏度隨剪切率升高而下降的切變致稀性.
2.5PVT關系
塑料的質量體積或密度是相對狀態、溫度和壓力等的函數，一般而言，可利用狀態方程式或PVT方程式進行定量計算.模式參數由試驗取得，代入此類經驗公式中即可求得塑料在某溫度和壓力下的質量體積或密度值.ABS_POLYLACPA756S材料的黏度和PVT關系分別見圖4和5.
圖 4材料的黏度
Fig.4Viscosity of material圖 5材料的PVT關系
Fig.5PVT relationship of material2.6比熱容和熱導率
將單位塑料溫度提高1 ℃所需的熱量是塑料溫度容易改變與否的度量，比熱容越高，塑料溫度越不易變化；熱導率是塑料熱傳導特性的度量，熱導率越高，熱傳導效果越佳.塑料在加工過程中溫度傾向均勻，不會因熱量局部堆積而產生熱點.熱導率以及比熱容關系到塑料熱傳導、冷卻性質，亦影響到冷卻時間的長短.材料的比熱容和熱導率見圖6和7.
圖 6材料的比熱容
Fig.6Specific heat capacity of material圖 7材料的熱導率
Fig.7Heat conductivity of material
3分析參數及結果討論
3.1分析參數
在Moldex 3D分析軟件中設定的分析參數見表1，通入蒸汽溫度為200 ℃.
表 1分析參數
Tab.1Analysis parameters方式普通冷卻變模溫1變模溫2冷卻水溫度/℃303540455030354045503035404550注射時間/s0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.10.10.10.10.1保壓時間/s2.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.0冷卻時間/s3.03.03.03.03.03.03.03.03.03.03.03.03.03.03.0通入蒸汽時間/s〖7〗1.01.01.01.01.00.30.30.30.3〖〗0.3通入冷卻水時間/s5.55.55.55.55.54.54.54.54.54.54.54.84.84.84.8
3.2分析結果討論
圖 8模型中熔接痕位置
Fig.8Position of
weld line
in model模型中熔接痕位置見圖8.圖9中，由澆口壓力1和2比較可得，與普通冷卻方法相比，當注射時間相同時，采用變模溫方法將降低澆口壓力，同時會減小熔接痕處的壓力；由澆口壓力2和3比較可得，縮短注射時間將提高澆口壓力，同時會提高熔接痕處的壓力；由曲線熔接痕處壓力1，2和3可得，當冷卻水溫度為40 ℃時，熔接痕處壓力最高.冷卻水溫度與熔接痕處溫度關系見圖10.其中，1為普通冷卻，2和3均為變模溫，其工藝參數見表1.在圖9中，由熔接痕處壓力1曲線得，提高冷卻水溫度可提高熔接痕處的溫度；由熔接痕處壓力1和2曲線比較可得，在注射階段通入蒸汽可提高模具局部溫度，即采用變模溫技術可提高熔接痕處溫度；通過查看熔接痕形成時的溫差，可判斷熔接痕的質量，熔接痕處的溫度越接近注射溫度，熔接痕質量越好；熔接痕處壓力越高，溫度越高，制品產生熔接痕處的力學性能越高.根據圖9和10，當注射時間為0.1 s，通入蒸汽時間為0.3 s，冷卻水溫度為40 ℃時，制品熔接痕處力學性能最好、熔接痕質量最高.圖 9冷卻水溫度與型腔壓力的關系
Fig.9Relationship between cooling water temperature
and diecavity pressure
圖 10冷卻水溫度與熔接痕處溫度關系
Fig.10Relationship between cooling water temperature
and weld line temperature4結論
(1)數值模擬可采用數學方程式描述系統中各變量之間的關系，同時在系統軟件的支撐下研究不同工況下的溫度場，具有準確可靠、靈活多變、速度快等特點；但應根據實際情況判斷模擬結果的可用性并綜合模擬結果，得出理論最佳注射工況以指導實際生產.
(2)在分解溫度以下適當提高熔體與模具溫度，較高的模具溫度可使熔體在模具型腔中的流動性增加，但增加熔體溫度和模具溫度會使成型周期延長.
(3)適當提高注射壓力和保壓壓力，適當加快充模速度或減少注射時間，可提高熔接痕處的壓力.
(4)變模溫技術利用蒸汽加熱，使模具表面維持較高溫度，在不影響注塑生產效率的基礎上，消除熔接痕、流動痕和凹陷等缺陷，有效提升塑件表面的光澤度，提升制品品質.
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一種技術從運用到成熟竟然長達20年之久，這種現象在計算機領域里是罕見的。從1986年NEC制造了第一款有液晶屏幕的便攜式計算機，到2005年末液晶顯示器的市場占有率首次與CRT持平，液晶顯示技術在PC中的應用經歷了20年的緩慢成長過程。
液晶顯示器的歷史雖然不算太短，但因長期只用于便攜設備的靜態圖文顯示，響應速度慢的問題沒有引起足夠重視。近年來，液晶顯示器在臺式機中應用越來越普遍，視頻播放、游戲的應用也呈爆發性增長，此時響應時間問題才因此倍受關注。
有人曾提出，電腦的速度已經足夠快，不用再花力氣去提高CPU頻率了。這樣的預言家現在仍不乏其人，幾年前就有些人認為，響應時間已經到了終極，而事實并非如此。雖然液晶顯示器響應時間從早期上百ms縮短到了4ms，但與CRT顯示器相比依然遜色不少。就目前來說，3D加速顯示卡每秒可以運算出的畫面幀數都在200以上，要玩Quake3等游戲，更是需要300幀/s的刷新率才會非常流暢，4ms的響應時間顯然是不夠的。而在即將到來的高清電視時代，短響應時間仍然是液晶電視的賣點。
響應時間，這個看似簡單的問題為何遲遲不能一下子搞定，為什么會歷時多年仍緩慢前進，是哪些因素阻礙了LCD響應速度的提升？這還得從頭說起。
生性笨拙的顯示介質
液晶作為彈性連續體，具有可沿展性、可扭曲性和可彎曲性。液晶顯示主要利用了液晶分子能夠扭曲的特性，以及扭曲液晶的旋光性，入射光的偏振面沿液晶的扭曲螺旋軸旋轉，液晶旋轉角度就決定了液晶盒的透光量，從而決定了該像素的亮度高低。
液晶材料可以分成高分子液晶與低分子液晶兩種，想要提高液晶顯示器的響應速度，就要選擇分子量較小的液晶。這好比跳水運動員，小巧的身體能使動作更敏捷，能夠更靈活地完成空中轉體等高難度動作。
液晶是一種有機分子，由于其分子結構具有對稱性，使得分子集合體在沒有外界干擾的情況下形成分子相互平行排列，以使系統自由能最小。液晶按結構的不同可分為三類：向列相、膽甾相和近晶相，目前用于顯示器件中的通常為向列相液晶和膽甾相液晶。向列相液晶的排列方式是分子重心無平移周期性，具有分子取向有序性。膽甾相實際是向列相的特殊形式，分子重心無平移周期性，具有分子取向有序性。
無論向列相，還是膽甾相液晶，均存在響應速度慢的問題，其中轉矩大小和粘性高低是影響LCD動態性能的兩個內在因素。雖然在實際應用上，通常選擇的都是低分子液晶，其分子長2～3納米，直徑約0.5納米，但利用這種分子級別的材料制成的顯示器，其響應速度只能達到ms級，而CRT、OLED等屬于電子級別工作原理，響應速度一般都可達到μs級別，PDP為原子級，速度稍慢，也不存在響應時間問題。
首選TN型，只因扭曲角度小
向列相液晶沿分子的長軸方向運動自如，粘滯系數只是水的粘滯系數的數倍。未加電壓時，液晶扭曲的角度由液晶盒兩端相互平行的配向膜上的溝槽方向決定，TN(Twisted Nematic，扭曲向列)型液晶盒中兩個配向模呈正交(兩個面在空間垂直但不相交)分布，液晶分子相應地扭曲了90°。一旦有電壓施加于液晶盒兩端，線狀液晶的扭曲度會依電場的強弱在0°～90°之間變化，這就是液晶的“扭轉式場效應”。當電場強度達到一定數值時，液晶的扭曲度變為0°，此時扭曲的線被完全拉直，因為透明電極外面兩片正交偏光板的作用，所以幾乎不透光。
STN(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)LCD與TN型LCD主要差別在于，TN型LCD的液晶分子排列由上到下旋轉的角度總共為90°，而STN型LCD的液晶分子排列，其旋轉的角度會大于180°～270°。在扭曲向列顯示器件中，除了TN和STN這兩種主要的類型，還有扭曲角在100°～120°之間的HTN(High Twist Nematic)，以及扭曲角為70°的LTN(Low Twist Nematic)等，他們的制作工藝基本相同，只是配向膜的角度有所不同而已。TN與STN旋轉角度的差異，造成特性上的差別，具體表現在：TN型液晶扭曲角度小，圖像對比度較低，響應時間較短(50ms以下)，而STN型LCD因為液晶分子扭曲角度大，圖像質量明顯提高，但響應時間較長(100ms以上)。常言道，有得必有失。TN與STN之間各有短長，選擇時就只有“擇其善而從之”了。筆記本電腦史上，一個時期內曾大量使用STN型液晶顯示器，不過后來TN型顯示器的圖像質量問題通過使用更好的液晶材料解決了，所以STN被TFT-TN所取得，STN以及它的變種DSTN、CSTN液晶面板目前仍在手機和PDA這些不太強調速度的設備中占有一席之地。
采用有源矩陣，消除等待時間
液晶面板的像素以矩陣式的結構被組織起來，矩陣式結構分為“無源”和“有源”兩種驅動方式，它們的差別在于：有源矩陣(Active Matrix，簡稱AM)中每個液晶單元的亮度由一只薄膜晶體管控制，而無源矩陣(PassiveMatrix，簡稱PM)中沒有晶體管，外部引線直接連接到液晶單元的電極上。
在TN型、STN型、CSTN型等無源矩陣中，同一行或者同一列的顯示單元共用一個電極。由于每個行(列)都有許多的像素，信號經過這些像素進行傳遞，位于同一行(列)的液晶盒像多米諾骨牌那樣逐個反轉，而為了讓屏幕顯示一致，后面液晶盒勢必需要較長的等待時間，才能有信號過來，這樣勢必造成整體速度放慢。
被動矩陣LCD的響應時間為100～250ms。當響應時間為200ms時，最多只能支持每秒5幀的幀頻，否則圖像質量會很低。我國電視節目采用的PAL制式為隔行掃描方式，幀頻為每秒25幀，對應的全程響應時間(注意：不是ISO所定義的上升時間！)為1/25=0.04s，即40ms。被動矩陣顯然不能滿足觀看視頻節目的需要。
而以TFT為代表的有源矩陣LCD，雖然制造工藝復雜，造價較高，卻可以大大提高響應速度。TFT屏幕由縱橫交錯的TN型液晶與薄膜晶體管組成，每個TN液晶盒可被獨立控制，由于每個液晶盒由一只晶體管控制，所以每個液晶盒可以分別被選中，實現點亮或熄滅的目的。TFT LCD液晶盒類似于DRAM的存儲單元，只是每個液晶單元的透光度是連續可變的，并非“0”和“1”兩種狀態。也就是說，RAM是數字的，而LCD是模擬的。要使液晶盒在“透光/阻光”兩種狀態之間切換，需施加/撤除約-5V到+20V的電壓，電壓大小決定了透光度的高
低。所施加的電壓還給電容充電，這樣在電壓撤出以后，由電容繼續給液晶盒供電，讓顯示的內容記憶下來。有了這種記憶能力，地址線和數據線就可以騰出手來對其他的液晶盒進行充電了。因為無需等待一個液晶盒顯示過程結束，就能開始對其他液晶盒進行充電操作，所以可以迅速完成整個屏幕的刷新工作。
由于每個像素不分先后地受到平等對待，消除了像素之間相互“拖后腿”現象。所以，TFT這種有源矩陣被稱為主動矩陣(Active Matrix，AM)，而無源矩陣則相應地被稱做被動矩陣(Passive Matrix，PM)。主動矩陣液晶顯示器雖然造價高(比被動矩陣高60％左右)，但因響應速度快，而且響應時間與屏幕尺寸和分辨率無關，適應了對不斷擴大的屏幕的要求，也為未來高清晰度電視的普及鋪平了道路。目前所有的液晶顯示器和液晶電視的顯示屏均采用主動矩陣結構。
常規技術，已無能為力
石墨與金剛石都是由碳分子構成，卻因為結構差異而表現出迥異的性能。同樣，在以液晶作為顯示介質的顯示器件中，由于結構上的區別，響應時間也會有所不同。這就是科學上“結構決定性能，性能反應結構”的規律。
1.降低粘滯系數，步履維艱
業界通常使用“彈性連續體理論”來解釋液晶顯示的原理，該理論忽略單個液晶分子的行為，而是把它看成一個連續的介質。在外加電磁場作用下，彈性液晶體會發生展曲、扭曲和彎曲三種形式的的彈性形變，外力撤除后依靠彈性勢能恢復到施加外力前的狀態，其光學特性的改變正是液晶體形狀改變的結果。
撇開液晶的光學性質不談，僅就其力學性能來說，雖然它具有液體的流動性，但也具有高分子材料所具有的高粘滯性，且粘滯系數與分子量大小密切相關：分子量越大，粘滯系數通常也越升高。而作為液晶材料的內在特性，粘滯特性的改善對縮短響應時間的貢獻率當然也是最大的。雖然上升過程主要依靠電場強度及產生的推力決定，下降過程主要取決于配向膜施加給液晶的扭曲力，但液晶的粘滯系數大小對兩個過程中液晶翻轉的速度都起作用。
不過，想獲得低黏滯系數的液晶材料是非常困難的事情，因為液晶顯示器的響應時間并不是一個獨立的參數。在物理層面上，它與液晶的清亮點、透光度，甚至漏電流等物理參數之間都存在錯綜復雜的關系；從性能表現來看，它又與畫面質量和色彩表現力密切相關。此外，還有成本與市場方面的因素等等，這些都要求設計師綜合考慮，不可能單純地考慮響應時間而忽視其他因素。俗話說：江山易改，本性難移。在TN、STN液晶顯業中一度廣泛使用的端基為氰基的液晶材料，如含氰基的聯苯類、苯基環己烷類液晶，但因氰基液晶材料易于引入離子性雜質，電壓保持率低，不能滿足TFT LCD的要求。從TFT LCD的需求來看，除了要求在20℃時粘度應小于35mPa?s以外，還需要具有高電壓保持率(一般要求電阻率至少大于1012Ω?cm)和較低的閾值電壓，以達到低電壓驅動、降低功耗的目的。
由于各參數之間往往相互聯系又相互制約，對液晶材料性能要求越多，開發新型液晶分子的難度也越大。為了獲得低黏度系數的液晶材料，必須弄清液晶化合物的結構與性能之間的關系，并且通過性能-結構之間的關系，去指導具有特殊性能的液晶分子的合成。譬如，酯鍵具有較高的清亮點和高黏滯系數；乙撐橋鍵具有較低的清亮點和黏滯系數；醚類橋鍵具有較低的清亮點，但黏滯系數較高。通過上面的介紹我們可以看出，單一液晶化合物已難以滿足高性能LCD的要求，所以目前研究人員需要同時在兩條戰線上作戰：一條戰線去合成新的化合物，另一條戰線將不同的液晶單體進行合理混配，以彌補單一化合物的不足。
2.液晶層變薄，權宜之計
減少LCD厚度，也是縮短響應時間的一個有效措施。厚度降下來以后，需要翻轉的液晶量減少，在同樣的力量作用下速度就會比較快。來自ViewSonic的數據表明，厚度降低30％，響應速度會提升50％。
不過，厚度的降低也會帶來一些負面影響：液晶層厚度太薄，不僅色彩暗淡，而且會縮小可視角度；此外，還會增加制造難度，壞點增加成品率降低，制造成本提高。所以，通過減少厚度來縮短響應時間的手段非常有限，特別在大屏幕液晶電視的制造中是謹慎采用的。
矯枉過正，overdrive技術受青睞
如果說前面的技術都是在屏幕上做文章，那么，在屏幕方面缺乏更為有效的提速手段時，研究人員自然就將注意力轉移到控制信號的優化上來。
2001年末，ExtremeTech網上出現了這樣一條消息：NEC研究團隊在研究平板電視時，提出了這樣一個主意：既然使用1V的驅動電壓需要20ms，為什么不可以將驅動電壓提高到2V，而獲得10ms的響應時間呢？在接下來的研究中，NEC取得了成功，響應時間不是被縮短了1倍，而是接近10倍―從55ms縮短到6ms。N E C看似簡單的一個發現，孵化出炙手可熱的RTC(Response Time Compensation，響應時間補償)技術，引發了LCD響應時間的革命。RTC技術對響應時間的殺傷力，出乎許多人的意料。RTC為何如此有效呢？欲知其中奧秘，還得從頭談起。我們知道，LCD是靠液晶的扭曲改變液晶層的透光度來顯示信息的，而扭曲度的變化是靠外力來實現，這個外力要克服液晶固有的彈力，外力與彈力之差稱為轉矩(Torque)。下面的表達式描述了轉矩T的理論值計算方法公式:
T =1／2 (εparallel -εperpendicular)εo E2 sin(2θ)其中，εpa ral lel為液晶在平行方向的介電系數， εperpendicular為液晶在正交方向上的介電系數，E為電場強度，θ為液晶扭轉角。
從上面的表達式可以看出，轉矩T的大小與電場強度E的平方成正比，電場強度越高，扭轉角度越大。另一方面，轉矩大小直接決定了液晶分子的運動速度。根據動力學公式F=ma，質量m相同時，受力F越大，加速度a就越高。因此，施加在液晶盒兩端的電壓不僅可以決定液晶分子的偏轉角度，而且還可以對轉換速度產生很大影響。
RTC正是基于上述觀點的一個技術措施，其基本原理是：將來自顯卡的視頻信號加入了過沖電壓，然后去驅動液晶單元?？梢姡琑TC技術體現了“矯枉過正”的思想，這種思想說起來也并不新鮮，自動控制系統中為了提高系統的反應速度，也慣用這種技術方案。
可見RTC原理并不復雜，實施起來也很簡單：只要在PCB上集成一只加速芯片，用很低的成本就能將一塊響應時間為16ms的面板升級到4ms。所以，這項技術一面世，立即受到液晶顯示器和電視機廠商的追捧。臺灣鈺瀚公司見機而動，及時推出Overdrive系列液晶加速芯片供應市場，優派、明基等液晶顯示器大廠以及眾多液晶電視制造商均使用了他們的Overdrive芯片(圖7)。
那么，過沖電壓的幅值為多少才合適呢？每個制造商
給出的數值可能不太一樣，過沖電壓值及持續時間等參數均可根據情況在可編程加速芯片中設定。優派的數據是：正常驅動電壓值比過沖峰值電壓低60％。事實上，視頻信號千變萬化，液晶電容在不同扭轉角度會有不同數值，欲達到隨機性的動態補償，既提高響應速度，又不損失圖像質量，不過，目前這種粗曠型的時間補償技術還做不到。事物總是有兩面性，Overdr ive技術在縮短上升時間的同時，也帶來了負面影響：過沖電壓將增加液晶返回難度，導致下降時間和灰階響應時間延長；過度補償將導致圖像嚴重失真；過沖電壓是否會縮短液晶壽命，也還有待證實。由此看來，Overdrive技術雖然對縮短響應時間起到過積極作用，但也絕非包治百病的靈丹妙藥。
以TFT為核心的主動矩陣技術，對提升液晶響應速度做出了巨大貢獻，但隨著響應速度的進一步提升，TFT又將成為自我束縛的韁繩。
CRT顯示器只要利用熒光的余輝就可以實現光的短暫停留，但液晶顯示器就不行了，它沒有這種記憶能力。從理論上說，TFT的作用僅相當于一個開關，讓背光源的光線通過還是不通過。但是，我們從液晶顯示器顯示單元的剖面結構圖來看，在上下兩層玻璃間夾持液晶，便會成為一個平板電容器，這就是液晶盒的分布電容ClC(Capacitor of liquid crystal)。ClC僅為0.1pF，TFT充好這個電容后，它無法將電壓保持到下一次TFT再對此點充電時。這樣一來，電壓有了變化，所顯示的灰階就會不正確。因此一般在面板的設計上，會再加一個存儲電容Cs(storage Capacitor，約為0.5pF)，以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面。存儲電容使TFT LCD具備了必要的記憶力，與此同時也帶來負面影響。一方面，由于電容兩端的電壓不能突變，這一特性會使驅動信號幅度衰減，陡度下降，信號畸變，畫質降低；另一方面，電容的存在使頻率響應惡化：信號幅度會隨信號頻率的升高而降低。要彌補信號強度的損失，又需要加大驅動電流。譬如，驅動頻率由32Hz提高到200Hz時，驅動電流就需相應增加5～10倍。隨著分辨率的提高和響應時間的縮短，TFT將因電流增加而產生更多熱量。
為了克服因縮短響應時間而給TFT帶來的高功耗問題， TFT半導體材料先后于上個世紀90年代初和90年代末分別實現了從無定型的非晶硅(a-Si)向多晶硅(p-Si)的轉變，以及從多晶硅向低溫多晶硅的兩次轉變。傳統的非晶硅材料的電子遷移率在0.5cm2／Vs以內，而多晶硅的電子遷移率可達200cm2／Vs。對于相同響應時間的液晶面板，使用多晶硅替代非晶硅，不僅可以縮短響應時間，還可將功耗減少10％左右。
未來之路還漫長
百米賽跑的世界紀錄，想縮短0.01秒都是非常的困難，因為這已接近人的生理極限。同樣道理，對生性笨拙的液晶顯示介質來說，要繼續向前邁進的技術難度也將會很大。可以預見，未來幾年內主要還是要通過對RTC技術的完善，將響應時間從毫秒階段推進到微秒階段。此后，欲進一步縮短響應時間，研究人員將不得不從以改進驅動信號為主要手段的“電子戰場”，重新回到以尋找低黏滯系數液晶材料的“分子戰場”上來。
