高分子材料特性十篇

高分子材料特性篇1

关键词:高分子材料 化学 分子

中图分类号:U465.4文献标识码:A

高分子材料:macromolecular material,以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

一、按特性分析高分子材料

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。

②高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料,经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。

③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。

④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。

⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同,分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。

二、现代新型高分子材料

高分子材料包括塑料,尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展,但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质,即所谓的通用高分子,它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而现代工程技术的发展,则向高分子材料提出了更高的要求,因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

1.高分子分离膜

高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用这样的半透性薄膜,以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力,使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有省能、高效和洁净等特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚枫、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等。膜的形式也有多种,一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。例如,利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源:利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小;利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。

2.高分子磁性材料

高分子磁性材料,是人类在不断开拓磁与高分子聚合物的新应用领域的同时,而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和内容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁铁矿(铁氧体)烧结或铸造成磁性体,现在工业常用的磁性材料有三种,即铁氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的缺点是既硬且脆,加工性差。为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。这样制成的复合型高分子磁性材料,因具有比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品,还能与其它元件一体成型等特点。

3.光功能高分子材料

光功能高分子材料,是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。目前,这一类材料已有很多,主要包括光导材料、光记录材料、光加工材料、光学用塑料、光转换系统材料等。光功能高分子材料在整个社会材料对光的透射,可以制成品种繁多的线性光学材料,又可以开发出非线性光学元件,如储存元件兴盘的基本材料就是高性能的有机玻璃和聚碳酸脂。此外,利用高分子材料的光化学反应,可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;利用高分子材料的能量转换特性,可制成光导电材料和光致变色材料;利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特性,可开发出光弹材料,用于研究力结构材料内部的应力分布等。

4.高分子复合材料

高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点是博各种材料之长,如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质,根据应用目的,选取高分子材料和其他具有特殊性质的材料,制成满足需要的复合材料。高分子复合材料分为两大类:高分子结构复合材料和高分子功能复合材料。以前者为主。高分子结构复合材料包括两个组分:①增强剂。为具有高强度、高模量、耐温的纤维及织物,如玻璃纤维、氮化硅晶须、硼纤维及以上纤维的织物。②基体材料。主要是起粘合作用的胶粘剂,如不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂,这种复合材料的比强度和比模量比金属还高,是国防、尖端技术方面不可缺少的材料。

三、高分子材料的合成与加工

高分子材料特性篇2

论文关键词:高分子化学 材料 高科技

论文摘要:高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么,高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的发展关系如何呢?以下作简单介绍。

人类从一开始即与高分子有密切关系,自然界的动植物包括人体本身,就是以高分子为主要成分而构成的,这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等,也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后,这些人工合成的化合物,才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料(聚合物)的应用与发展,人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时,很多人会想到“白色污染”,甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子,这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在,而人们认识高分子时,往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益,不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。

一、高分子化学的内涵

1.何为高分子化学

顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。

2.高相对分子质量与高强度

相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。

3.高分子科学的主要内容

既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连

接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。

二、高分子材料化学的应用

材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。

第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。

第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。

第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。

第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。

三、高分子化学与高科技的结合

当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。

第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹性功能材料,如热塑性弹性体等。

第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。

第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。

可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。

高分子材料特性篇3

关键词：高分子阻尼材料；减振降噪；环保

一、高分子阻尼材料的工作机理

高分子阻尼材料的工作机理是在交变应力等作用到聚合物时，由于因链状大分子必须花费一定时间去克服链段间的内摩擦阻力才能继续运动，在应力变化过程中，变形往往会更为缓慢，特别是在某种频率或温度下这种滞后表现的更为明显。这种变形滞后必须消耗更多的能量所以减小了振动体动能，最终实现减震的效果。

现如今，阻尼材料已经有了更多的发展，新型阻尼材料的出现让高分子阻尼材料的工作机理变得更为复杂，因此用传统的方式来解释是远远不够的。当代的学者为了更好的解释高分子阻尼材料的工作机理，试图从粘弹性性能和微观分子结构的关系来进行剖析。学者Fradlin是最早定义阻尼性能和分子结构关系的，他认为互穿网络聚合物具有协同效应，它可以使两聚合物之间相互交联而限制相区，促使分子水平混合，从而具有宽广的阻尼峰。Thomas指出，聚合物中各个分子基团对阻尼的贡献不仅与其分子结构有关，而且还与在聚合物分子中所处的位置有关，进而定量地提出了基团贡献分子理论。相关学者的分析，加深了对高分子阻尼材料的研究，让新型高分子阻尼材料能够应用的更为广泛，也扩宽了高分子阻尼材料的研发领域和设计水平。

二、高分子阻尼材料的结构性能

传统的高分子阻尼材料具有一定局限性，结构上呆板和单一的特性约束了使用者的使用需求，其主要包括离散型、约束型和自由型阻尼结构。最近这些年以来，随着科学技术的不断发展，高分子阻尼材料已经取得了更多的研究进展，在设计上取得了瞩目的成就，其中最值得关注的便是复合型高分子阻尼材料。它主要是通过简单物理组合来实现各种单一阻尼材料的混合，并转换其中的性能和结构从而衍生出具有更多性能的高分子阻尼材料。

（一）具有隔离层的复合阻尼结构

具有隔离层的复合阻尼结构在阻尼层和基本弹性层之间添加了一层隔离层，这是它和自由阻尼结构最大的区别点。隔离层的主要材质是铝蜂窝、纸蜂窝、硬质泡沫塑料等，具有高刚度、轻质的性能特点。在弯曲振动力作用于基本弹性层时，这个隔离层将拉压变形的力度增大，从而阻尼层材料的能效随之增加，类似于杠杆放大的作用，所以也叫扩变层。具有隔离层的复合阻尼结构如图1所示。

图1 具有隔离层的复合阻尼结构

（二）吸收低频振动的复合阻尼结构

吸收低频振动的复合阻尼结构和具有隔离层的复合阻尼结构结构存在一定相似之处，但是中间的聚氨酯泡沫不具备高刚度的物理特性，它呈现出的是柔软的特性。因此，吸收低频振动的复合阻尼结构往往在低频震动上具有更好的效果，如图2所示。

图2 吸收低频振动的复合阻尼结构

为适应低频振动，增加了泡沫层，该泡沫层就相当于一根很软的弹簧，而普通阻尼层就相当于一个质量块，故其本身就构成质量弹簧减振系统，根据隔振理论，其有效隔振频率k的范围为k≥ 2 P，式中P为质量弹簧系统的固有频率，可由下式求出：

式中m为上层普通阻尼材料的质量，k为泡沫层的刚度，只要泡沫层很软，就意味着P很小，有效隔振频率就更低。适当选择质量及弹簧，便可控制有效隔振频率范围。

（三）消声复合阻尼结构

消声复合阻尼结构的组成材料是对声音具有特定作用的，纤维型或是泡沫型阻尼材料内部有着空洞结构，在声波进入到这些空隙中时，孔壁和空气之间具备摩擦力，伴随空气间的粘性力，材料细纤维和空气产生振动，振动能随之降低，因此消声复合阻尼结构的消声效果较为明显。

（四）用于隔离地震的复合阻尼结构

用于隔离地震的复合阻尼结构，顾名思义是运用到地震灾害中去的阻尼材料。把建筑物同地震运动相隔离的主要条件，一是支承座既能确保建筑物和其地基在水平方向上柔性连接，又能在垂直方向上提供足够的支承刚度，二是支承座具有吸收振动能量的能力，图6即为其原理图。

图5 用于隔离地震的复合阻尼结构原理图

三、应用及发展趋势

随着社会的不断发展，高分子阻尼材料也得以展开深入研究，并应用到越来越多的领域中去。现如今的高分子阻尼材料主要呈现如下发展趋势。

一是高分子阻尼材料的宽温域和高性能。高性能阻尼材料的要求主要为材料在宽温域内应具备高损耗因子（tanδ）。互穿聚合物网络（IPN）由于网络间的相互贯穿、强迫互容、协同效应及特殊的细胞状结构、双相连续等形态特征，可有效拓宽高聚物的玻璃化转变温度（Tg），这已成为目前制备此类材料颇具前景的方法。

二是高分子阻尼材料需要对环境的负面影响小。由于当前社会环境压力不断增大，因此对于任何新型材料都要求具备较好的环保性能，因此高分子阻尼材料也朝着无溶剂型材料、高固体分、水性材料方向发展，从而具备环境友好性。

三是高分子阻尼材料的精细化和智能化。随着科技的发展，高分子阻尼材料已经朝着智能方向不断发展，也表现出更多的应用前景。在未来的研究工作中，改进智能材料成为了重中之重，只有这样才能符合科学技术不断发展的需要。

四、结语

现如今，高分子阻尼材料已经在全世界各地广泛应用开来，也形成了一定的产业规模，德国汉高便是行业里的重要代表。在未来的发展过程中，高分子阻尼材料已经朝着宽温域、高性能、环境友好型、精细化和智能化的方向不断发展，也成为了各个生产S家研发的重要考虑因素，特别是在开发环保型材料，水性材料和无溶剂材料方面成为了该领域研究中的重中之重。相信只要加快材料的绿色化进程，高分子阻尼材料将会表现出更为重要的应用作用，逐步缩小我国同国外材料发展的距离。

参考文献

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高分子材料特性篇4

关键词：高分子材料 高分子的环境因素 老化变现 老化机理 高分子材料的研究进展

所谓的高分子材料就是相对分子量较高的化合物构成的材料。早在人类文明发展开始阶段，高分子材料就被人们充分利用，利用蚕丝织布，用秸秆、木材造纸等；高分子材料发展历史之久远，而发展至今——高科技时代，高分子材料在人们日常生活中更是比比皆是，如橡胶、塑料、涂料、纤维等。然而影响高分子材料的环境因素有很多，如日光照射，温湿度，外部机械受力等，这些都不同程度导致了高分子材料的老化，缩短了使用寿命，虽然科学研究领域在高分子材料上有了实质性的进步和一定的效果，如各种光稳定剂，抗氧化剂等产品，但这些也只能延缓高分子材料的使用寿命，仍不能完全杜绝高分子材料的老化，迄今高分子材料老化问题仍是科学界无法攻克的难题。

一、影响高分子材料老化的环境因素

1.太阳光对高分子的影响

目前太阳光是影响高分子材料老化的主要原因，而且是不可避免的，太阳光中含有大量的紫外线，是最容易被高分子材料中的醛基和酮基所吸收，从而产生复杂的化学反应；另一部分太阳光中的红外线，红外线接触高分子材料后，使得高分子材料吸收温度迅速上升，这就加剧了高分子材料的热老化性，从而降低了使用寿命。

2.空气中氧对高分子的影响

氧无处不在，而且属于极活泼气体，在高分子材料表面受到太阳光照射后极易发生氧化反应，像我们平时看到的铜绿，所谓的铜绿就是铜在光的照射下发生氧化反应而形成表面的一层保护介质。这样的现象还有很多，并且为无法避免不可逆的，然而高分子材料和我们息息相关，在日常的加工、运输、使用过程中都不可避免的接触氧，所以氧也是导致高分子材料老化的主要因素。

3.外部作用——机械力对高分子材料的影响

高分子材料在使用过程中不可避免的接触外部因素作用，外部作用在一定程度下导致了高分子材料的老化进程。例如汽车轮胎，它属于高分子材料橡胶，橡胶的突出特点是分子链柔性好，在外部车轮和车承载力的作用下，易发生较大程度的变形，由于它特殊的分子原理可迅速恢复，如果长时间施加机械力，橡胶内的分子链受到破坏发生变形导致龟裂，加速了高分子材料的老化过程。

4.水和电对高分子材料的影响

由于高分子材料的分子内部结构特殊，含有一种亲和水性很好的物质，在高分子材料遇到水后易破坏分子结构而易被水解；高分子内部的组织键对电的反应更加敏感，一旦接通电源，分子就形成了大量不规则运动而剧烈反应，有效的破坏了分子弱键，导致高分子材料失效电解游离。

二、高分子材料老化的具体表现

高分子材料老化顾名思义就是通过外部作用破坏了高分子内部结构，分子量变小，生成新的物质或发生降解的过程。一般分为物理老化和化学老化，物理老化可逆转比较好恢复，例如，一些高分子材料在外部压力作用下产生变形，但去除外力后即可恢复原状。还有一些高分子材料受潮后绝缘性降低，表现为失效，但干燥后即可利用。化学老化就较复杂了，它是高分子内部键和键之间发生的不可逆现象，较能控制和恢复。老化后的材料强度降低、韧性、稳定性、耐热性及颜色等各方面都出现不同程度的破坏和降低，影响其正常使用功能。高分子材料老化外观主要表现为颜色变淡，出现斑点、龟裂、粉化等现象；内部老化则表现为水解、电解、冲击强度、抗拉强度等减低，从而达到高分子材料的疲劳极限，丧失其使用价值。

三、缓解老化的具体措施

现阶段，研究高分子材料老化和抗老化问题是一个实际关键性问题，由于高分子材料内部结构比较复杂，反应条件成熟，反应机理无法避免，所以对高分子研究领域内还无法真正杜绝其老化现象，只能对老化做辅的延缓作用，从而增加高分子材料的使用寿命。

1.物理防护措施

物理防护就是应用外部因素影响高分子的作用，它可以完全控制一般的物理老化，对实质性的化学老化起到一定的延缓作用。例如，常年暴晒和雨淋的大棚塑料薄膜，经日照后分子受热发生氧化，促使透明度降低，薄膜脆化，如何延长塑料薄膜的使用寿命，增大农民的经济效益，人们利用在薄膜上覆盖草栅，降低塑料薄膜和日光接触时间，从而达到了延长塑料寿命的目的。其次，在高分子材料中加一种延缓剂、防老剂来增加抗老化机理。例如，机械设备一般都是用机械材料（铁、铜、钢等）通过键槽连接组成的一个具有规范运动的主体，但因长期暴露在空气中，设备表面经常看到锈迹斑斑，影响了设备的美观，人们就针对此现象发明了油漆，油漆涂在设备表面有效阻止了设备与空气接触的面积，起到了使之无法氧化的目的。像运用物理方法保护高分子材料老化的现象还有很多，它成本低实施简单，现已被人们广泛利用。

2.改变高分子本身易老化的特点

引起高分子材料老化的最主要原因是其本身的弱键或不饱和双键，由于分子内部存在弱键、不饱和键使得高分子材料特别不稳定，易于和空气中的氢键氧键发生反应生成新的物质，如改变其不稳定键使之成为饱和键，那它抗老化性就大大增加。例如橡胶中的碳-碳键极易与空气发生臭氧老化和光氧老化。针对这一现象，在橡胶中加入氯原子键，氯原子键有很好的吸附电子基功能，从而提高了橡胶的抗老化性。举一反三，像这种在高分子材料中加入键基减少支链使其稳定，也是我们提高抗老化的有力措施。

四、结束语

随着现代科技的进步和经济领域的复苏，高分子材料的应用越来越广泛，对高分子材料的研究备受关注，对有效的降低高分子材料的老化性，合理的提高使用寿命是我们面临的首要任务，虽然我们在不同领域取得了一些成绩，但面对复杂浩瀚的高分子老化技术方面我们还需要再接再厉，同时也是对我们科技领域的巨大挑战，我们对探究高分子领域的研究追求永无止境。

参考文献

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[2]李倩，强洪夫.高分子材料老化表征与分子模拟研究进展 [J].高分子材料科学与工程，2010.

高分子材料特性篇5

高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。

高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。

二、高分子材料的结构特征

高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。 因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。

三、高分子材料按来源分类

高分子材料按来源分，可分为天然高分子材料、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纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。

四、生活中的高分子材料

生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。下面就以塑料和纤维素举例说明。

（一）、塑料

塑料是一种合成高分子材料，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂。

塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学性稳定，不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。塑料的优点1、大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、质轻。4、容易被塑制成不同形状。5、是良好的绝缘体。6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。塑料的缺点1、回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。2、塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。3、塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。

塑料的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。线型结构（包括支链结构）高聚物由于有独立的分子存在，故有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。体型结构高聚物由于没有独立的大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。塑料则两种结构的高分子都有，由线型高分子制成的是热塑性塑料，由体型高分子制成的是热固性塑料。

塑料的应用：透明塑料制成整体薄板车顶。薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料，可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板，也可作为可折叠铰链和封条。拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件，形成了四扇“顶窗”，每扇窗都可单独打开和关闭。导轨用于连接薄板部件，形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置，在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。这样可以形成三维立体结构，组件比平坦的薄板更加牢固。同时也大大降低了单个组件的数量。

（二）、纤维素

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。纤维素是自然界中存在量最大的一类有机化合物。它是植物骨架和细胞的主要成分。在棉花、亚麻和一般的木材中，含量都很高。

纤维素的结构：纤维素是一种复杂的多糖，分子中含有约几千个单糖单元，即几千个（C6H10O5）；相对分子质量从几十万至百万；属于天然有机高分子化合物；纤维素结构与淀粉不同，故性质有差异。

纤维素的性能：纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于铜氨Cu(NH3）4（OH）2溶液和铜乙二胺 [NH2CH2CH2NH2]Cu（OH）2溶液等。水可使纤维素发生有限溶胀，某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区，产生无限溶胀，使纤维素溶解。纤维素加热到约150℃时不发生显著变化 ，超过这温度会由于脱水而逐渐焦化。纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等，与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素，与强氧化剂作用生成氧化纤维素。

高分子材料特性篇6

关键词:聚合物成型工艺学;高分子材料生产加工设备;成型加工;教学改革

高分子材料作为最重要的材料品种之一，在人们的生活和生产中具有不可替代的作用［1－2］。高分子材料优异性能的体现在于选用合适的材料并选用适当的成型加工方法和设备。《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》是高分子材料相关专业的两门专业课，是高分子科学领域的研究和工程技术人员必备的技术知识［3－4］。在课程讲授过程中发现，《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》这两门课程联系紧密，既相互区别，又相互补充。因为设备决定工艺，不同的设备，有不同的工艺，只有根据设备的情况，制定符合实际的工艺，才能发挥设备的最大功能，提高产品质量和生产效率。反过来，在讲授设备的时候，也需要讲授工艺，工艺理解了，能够更好的促进对设备的理解。高分子材料生产设备很多，有些内容也很抽象，用工艺把一些特定的设备联系起来，就容易理解多了，因此，这两门课是相互促进，相互发展的关系，但是在教学过程中也发现一些缺陷，比如:《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》的有些内容发生重叠，分别讲授这两门课时，有些内容向学生重复讲授［5，6］;另外，这两门课程具有内容分散、抽象、半理论半经验化等特点［3］，要提高教学效果，需要进行教学改革。

1明确这两门课教学主线

聚合物成型加工工艺及设备这两门课程既与高分子化学和高分子物理紧密相连，同时又是高分子专业理论研究与实际生产相互联系的纽带［7］。在教学过程要紧扣高分子物理和高分子化学中的知识，因为高分子材料加工的许多问题往往可以归结到高分子材料特殊的链结构。同时使学生能够明白材料制品的性能既与材料本身的性能有关，同时在很大程度上受到成型加工方法、工艺条件和加工设备的影响。同样的材料通过不同的加工方法、加工工艺或加工设备，所得制品的性能就不同。在讲课的过程中要让学生理解高分子材料如何通过成型加工得到具有一定使用性能的制品;材料的成型加工设备与成型加工工艺有何关系;制品性能与材料本身的性能以及成型加工设备和成型加工工艺又有什么关系;同样的材料通过不同的加工工艺或加工设备，所得制品的性能为什么不同等等［8］。因此，教学内容的讲授紧紧围绕“高分子材料———成型加工设备和工艺———影响制品性能的因素”这条高分子材料成型加工设备和工艺的主线来展开，重点使学生了解和掌握制品性能与高分子材料、成型加工工艺和成型加工设备之间的关系。

2教学内容的改革即教学重点、难点的确定，以及某些知识点的合并和教学内容的补充、跟进和更新

有了教学主线之后，教学内容的就很好安排了，对某些重复的知识点进行合并，对相关的本学科的最新发展要跟进，并充实到教学内容中去，对某些知识点进行更新，使《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》授课重点突出，内容精炼，知识体系完整。对前沿领域的跟进与补充，可以引导学生开阔思路，激发学生兴趣，激发他们对自己专业的热爱。教学内容既详细地讲授基础知识，包括详细地讲授材料的链结构与材料性能的关系，同时又要系统地讲授当前主流的高分子材料成型加工技术、设备和工艺。从高分子材料的加工原理出发，对成型加工设备和工艺进行详细地探讨，既讲授各种高分子材料成型加工的共性，又分别介绍塑料、橡胶等不同高分子材料的成型加工特点和区别。

3教学模式的改革与实践

考虑到这两门本课程信息量大、内容多、涉及到的领域宽，其课堂教学主要采用多媒体辅助教学，使课程内容形象直观准确呈现在学生面前，使学生更容易的接收和理解。但是对于不同的课程内容可以采取灵活的教学模式，对于部分章节，联系本人在工厂工作的经历，采用案例式教学。例如在在讲述配方设计时就可以采用案例式教学。图1给出了在实际工厂的一般生产过程。图1专用料加工厂一般生产过程流程图Fig.1Theflowofmanufactureprocessforspecialmaterialprocessingplant首先市场部拿到一个订单之后，技术部根据客户的要求，选者生产配方，然后生产样品，待过对方确认之后开始批量生产，最后是检验、包括、入库、发货。由于不同的客户对产品性能的要求不同，不可能拿到十分准确的配方，一般是根据工厂技术部门现有的技术资料以及以往的生产经验，首先制定一个初步的配方，然后经过客户试料之后，根据客户的意见，再进行改进。讲述这部分内容时主要讲授这个配方当中哪些组分对产品性能起到决定性的影响，基于什么样的考虑提出这样的配方，并指出在生产过程应当注意什么问题。然后再把改进过程进行详细地讲授。例如在设计生产塑料椅子专用料项目中，应重点考察其阻燃性能、加工性能和增韧体系以及阻燃剂与基体的相容性，才能得到高强度、高韧性以及阻燃环保的高分子复合材料。而针对不同的配方，在其性能满足客户要求的基础上，对其阻燃剂与基体的相容性进行深入分析。这样既增加了学生学习的兴趣，又丰富了教学内容，从而提高了教学效果和教学水平。

4结语

《聚合物成型工艺学》和《高分子材料生产加工设备》具有很强的工程应用性，要明确高分子材料的工程特性，使学生从整体上把握和理解材料制品性能与材料本身的性能、成型加工方法、加工工艺和加工设备的关系。在教学过程中，既要充分利用现代化的教学手段丰富课堂教学内容，又要充分调动学生的积极性。近几年，通过对聚合物成型工艺和设备的教学内容、教学方法等方面的改革，在授课过程中，既注重强调培养学生解决实际问题的能力，又不忽视基础理论知识，强化学生的综合素质，取得了良好的效果。

作者:陈国昌 叶明富 单位:安徽工业大学化学与化工学院

参考文献

［1］马巫明，东为富，启绘宇，等.《聚合物成型加工》课内课外协同教学新模式的改革与探索［J］．教育教学论坛，2016(3):268－269.

［2］张世杰，黄军左.基于应用型人才培养的《高分子材料成型加工基础》课程教学改革［J］．河南化工，2014，31(12):58－59.

［3］陈国昌，叶明富.聚合物成型工艺学教学改革与实践［J］．安徽工业大学学报(社会科学版)，2013，30(3):119－121.

［4］王琛.高分子材料加工工艺学精品课程建设初探［J］．纺织科技进展，2014(5):88－90.

［5］周达飞，唐颂超.高分子材料成型加工［M］．北京:中国轻工业出版社，2000:100－102.

［6］徐德增.高分子材料生产加工设备［M］．北京:中国纺织出版社，2009:111－113.

高分子材料特性篇7

当材料的尺寸进入纳米级，材料便会出现以下奇异的物理性能：

1、尺寸效应

当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。

2、表面效应

一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。

纳米微粒尺寸d（nm）包含总原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与其它原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。

3、量子隧道效应

微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。

二、高聚物/纳米复合材料的技术进展

对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类：

1、高聚物/粘土纳米复合材料

由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。

2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料

用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性方法。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的发展，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。

3、高聚物/碳纳米管复合材料

碳纳米管于1991年由S.Iijima发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。

碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30－50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。

在电性能方面，碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明，在塑料中含2%－3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。

高分子材料特性篇8

新型高分子功能材料――磁性塑料

项目简介：磁性塑料是一种型高分子功能是现代科学技术领域的重要基础材料之一。磁性塑料按组成可分为结构型和复合型两种，结构型磁性塑料是指聚合物本身具有强磁与的磁体，这类磁性塑料向处于探索阶段，离实用化还有一定的距离；复合型磁性塑料是指以塑料或橡胶为粘合剂接加工而制咸的磁体。

磁性塑料的主要优点是：密度小、耐冲击强度大，制品可进行切割、切削、钻孔、焊接、层压和压花等加工，且使用进不会发生碎裂，它可采用一般塑料通用的加工方法(如注射、模压、挤出等)进行加工，易于加工成尺寸精度高、薄壁、复杂形状的制品，可成型带嵌件制品，对电磁设备实现小型化、轻量休、精密休和讥性能化的目标起着关键的作用。磁性塑料与烧结磁铁同样有各向同性和各向异性之分，在相同材料及配比条件下，各向同性磁性塑料的磁性能仅为各向异性磁性塑料的1／2―1／3。制作各向异性磁性塑料的方法主要有磁场取向法和机械取向法。

磁性塑料做为新型功能材料，以其固有的特性而广泛应用于电子、电气、仪器仪表、通讯、文教、医疗卫生及日常生活中的诸多领导中，其产量和需求量正在不断地增加，生产技术日趋完善，虽然目前磁性养料的研究及应用在我国尚处在发展的初级阶段，但在某些新的领域，已经得到应用，具有很大的发展潜力。

光功能高分子材料

项目简介：光功能高分子材料具有独立的知识产权，作为先进的防伪材料，将在防伪领域发挥重要的作用。利用它的光选择反射及选择透过性能，制备大众和二级防伪材料。它还可以在信息及显示领域获得应用。应用范围各种文件、证件和票券的防伪。药品和酒类等包装容器上的防伪，如化妆品瓶子包装的防伪；各种酒类的瓶子、农药瓶子、罐头及饮料瓶子包装或瓶盖的防伪；各种药品瓶子包装的防伪。各种商标防伪，如烟类、酒类；食品类、糖、茶类；日用品；光盘等电子产品。电子产品、光学开关、彩色滤光片等。

趋势意义：已通过鉴定。

多功能新型树形聚酰胺高分子材料

用于毒性很强的TNT红水处理，用量2％0时，可使其变为无色透明，COD的值由11万降为364，达到国家规定的排放标准；用于染料废水处理，如酸性红废水，用量为万分之一时，脱色率达98．7％，且脱色溶液的pH值为中性；用于石油废水处理，用量为ppm级，处理后，水中石油的含量达到1ppm；用于乳化炸药稳定剂，可使其贮存期由1个月增加到6～7个月；用于高分子合金的增韧增强剂，如用于PAll与PA6共混，用量0．25％，其它条件不变的情况下，抗拉强度提高11．7％，断裂伸长率提高42．4％，缺口冲击强度提高13．9％，拉伸模量不变。树形高分子及其衍生物还在催化剂、化学传感器、纳米原子簇制备、缓释药物载体、燃料电池、膜材料、信息贮存材料等国民经济各领域具有巨大的潜在应用价值。获得3项国家发明专利，在环境治理、工业炸药、高分子合金添加剂的应用方面取得良好的效果。

新型高填充改性高分子材料技术

项目简介：该项目通过对双转子连续混炼机的混炼转子进行改进，发明了一种高填充高效连续混炼机转子，同时对其混合特性和双转子连续混炼机在高填充高分子材料的混合过程中的操作工艺特性进行了研究，研究结果为其应用提供了理论基础；通过实验研究和理论分析创造性地提出了一种基于双转子连续混炼机的高填充改性高分子材料的混炼工艺，即填充浓度逐步递增混炼新工艺，解决了目前连续混炼机混合高填充物料存在的混炼温度与混炼剪切速率之间的矛盾，并在实际工业生产中得到了应用。

趋势意义：鉴定专家一致认为，新型高分子材料混合工艺及设备的研究提高了我国在高填充高分子母料的生产技术和装备水平，具有明显的社会、经济效益和广阔的应用前景，属国内首创并达到国际先进水平。建议在设备大型化方面进一步开展研究并拓宽应用范围。

用于高分子材料的新型高效多功能稀土助剂开发

项目简介：该项目研究开发以轻稀土化合物为主要原料的高分子改性用新型高效多功能稀土助剂，突破聚丙烯用新型β成核剂、聚烯烃类多功能助剂、无机粒子表面处理剂等新型稀土助剂的应用及产业化关键技术。本项目研发成功的一系列稀土功能助剂，不仅有显著的经济使用效果，并且具有我国自主的知识产权，因此，本项目工作对于促进我国高分子助剂行业的发展，必将发挥较大作用。

趋势意义：该项目针对国际国内空白，利用我国独特的资源优势，获得自主创新性成果，对全面提升我国塑料助剂工业水平将起到重要的推动作用，而且对推动助剂行业传统技术及概念的变革，对我国丰富的稀土资源优势转化成产业优势具深远影响。

高吸水性树脂(简称SAP)

项目简介：高吸水性树脂(简称SAP)是微生物法丙烯酰胺的下游产品，是一种新型功能性高分子材料，这种物质含有大量的强吸水基团、结构特异。在树脂内部可产生高渗透缔合作用，并通过其网孔结构吸收自身重量几十倍乃至上千倍的食盐水、血液、尿液，且具有较强的保水缓释功能，无毒、无害、不溶于水。

趋势意义：广泛应用于工业(吸水橡胶、电缆阻水带、脱水剂、钻井泥浆处理剂、道路沥青改性及煤矿用灭火材料等)、农林业(抗旱保水、育苗、植树造林、保肥增效、改良土壤、促进农作物生长等)及日用卫生材料(卫生巾、纸尿片、医疗衬垫、保鲜剂)等许多领域。

电流变液的研究

高分子材料特性篇9

关键词：高分子材料；化工材料；发展现状

我国自上世纪80年代以来，开始致力于高分子化工材料的研发，并且将高分子化工材料用于多种领域，满足了节能减排、高性能高科技等现代社会发展的要求。除了本文主要介绍三种材料以外，我国在烯类单体聚合、a―烯烃的聚合、乙烯基单体的光聚合与光刻胶等方面也取得很大的研究成果，随着现代科技的发展以及社会发展的进一步需求，高分子化工材料将得到进一步的开发研究，并广泛的应用于农业、工业、医学、生物、能源等领域。高分子智能材料已经成为材料科学发展的一个重要研究领域，全世界各个国家科学家都在为此作不懈的努力。从人类历史发展来看，任何一种重要材料的发明和利用，都能够把人类改造自然，创造社会的能力提高到一个新的高度，并给社会生产力和人类生产生活带来巨大的影响，使人类的物质文明建设和精神文明建设共同向前推进一大步。所以可以肯定的说，未来将会有更多更好更实用的智能材料出现在我们的面前。

一、高分子材料概念描述

所谓高分子材料是指由许多重复单元共价连接而成的，分子量很大的一类分子所组成的相关聚合物，并且具有粘弹性。高分子材料正在向以下几方面发展：高功能化，高性能化，复合化，精细化和智能化。鉴于此，我国的高分子材料在进一步开发通用的基础上，应该重点发展高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以进一步满足市场需要。天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能，较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。

二、高分子材料的应用分析

（一）聚烯烃材料

聚烯烃是高分子化工材料中用量最大的，也是应用范围最广的一种，主要在汽车、建筑、家电等领域得到广泛的应用。聚烯烃是烯烃的聚合物，是由乙烯、丙烯1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称，主要通过高压聚合或者低压聚合如溶液法、浆液法等方法生产合成，主要品种有聚乙烯以及以乙烯为基础的一些共聚物、聚丙烯以及以聚丙烯为基础的丙烯共聚物。具有容易加工、综合性能良好、原料丰富，价格低廉等优点。目前，各研究机构正在研究使用过渡金属做催化剂，进行各类烯烃的聚合。近年来，随着节能减排、低碳经济以及可持续发展思想的深入，聚烯烃的合金化、高性能化和多样化成为研究的方向和重点。

（二）高分子智能材料

高分子智能材料是通过有机和合成的方法，使无生命的有机材料变得具有生物功能的一种材料。其功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。形状记忆高分子材料是指在一定条件下赋予高分子材料的起始装态，当外部条件发生改变时，它可以改变成相应地形状，并能固定其形态。当外部条件再次发生改变时，智能高分子材料以特定的规律和方式再一次发生变化并恢复至起始态。从而完成从起始记忆态到固定变形态再到恢复起始态的循环过程。自行调温调光的新型建筑材料，成分是由水和聚合物构成的。在低温时聚合物是成串排列的，为透明状，能够透过90%的光线。加热时，这种聚合物就以纤维的形式聚合在一起，成乳白色，能够阻挡90%的光线。并且这种可逆过程是在两三度温差范围内完成的。具有传感功能的高分子材料，这种与传感器结合起来的高分子材料，已成为智能材料的一个新特点。例如，装有压电陶瓷传感器的机器人，可以灵敏地感觉到轴承脱离时摩擦力突然变化的情况，并迅速作出握紧反应。

（三）稀土催化材料

稀土元素具有独特的化学性能和物理组成，以稀土元素为基础的稀土功能材料在信息、生物、新技术、新能源以及环境保护等现代科学技术和现代工业发展中起着十分重要的作用，稀土催化材料比传统的贵金属催化材料相比，具有资源丰度高、成本低、生产工艺水平高以及性能优越等方面的优势。稀土催化材料不仅能够提高生产效率，最重要的是能够节约资源和能源，进而减少环境污染。上世纪60年代，中科院长春应用化学研究所运用稀土化合物组成新型催化剂用于二烯烃的聚合以及橡胶的制备，打破了传统的Z-N催化剂，取得重大研究进展。目前稀土催化材料大量运用在能源环境领域中，如汽车尾气净化、工业废气以及人居环境净化等方面。

（四）生物医用材料

生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。高分子合成的生物医用材料通过分子设计和聚合，能够获得具有良好物理性能和生物相容性的生物材料，其中高分子软材料常用做为人体软组织如血管、食道和指关节等的替代品。合成的高分子硬材料可以用作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式组织修补材料。

三、结束语

新型高分子材料对人们的日常生活和工作产生越来越大的影响，本文从几个方面介绍新型智能高分子材料。主要包括高分子材料的含义，发展现状和高分子材料的应用等几方面内容。作为一种与国民经济、高科技技术和现代化生活密切相关重要的材料已经在各个领域中发挥了巨大的作用，人类已经进入了高分子时代。

参考文献：

高分子材料特性篇10

1纳米技术及纳米材料

1.1纳米技术

纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。

1.2纳米材料

纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。

2纳米材料在涂料领域中的应用

现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。

2.1纳米TiO2在涂料中的应用

2.1.1随角异色效应

由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。

2.1.2抗老化性能

提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。

2.1.3抗菌杀毒

纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]

纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。

2.2纳米SiO2在涂料中的应用

纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。

欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。

2.3纳米ZnO在涂料中的应用

纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。2.4纳米氧化铁在涂料中的应用

纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。

2.5纳米CaCO3在涂料中的应用

纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。

杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。

2.6其它新型纳米涂料

纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。

3纳米涂料研究中存在的技术问题

首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。