工程材料论文

高分子材料摘要高分子，即高分子化合物，是由千百万个原子彼此以共价链接起来的大分子，因此又称为高聚物或聚合物。

髙分子的特点是分子量大，高达104～106，并且分子量具有多分散性，其相对分子质量一般都在几万到几百万。

通常把相对分子质量在一万以上的分子称为高子。

高分子是用相对分子质量、聚合度（重复的结构单元数）或分子链的长度来描述的。

高分子材料的性能不仅与聚合物的化学性质有关，而且还与诸如结晶的程度和分布，高分子链长的分布，添加剂（如填料，增强剂和增塑剂等）的性质和用量等许多因素有关。

关键词：塑料、纤维、增塑剂、聚合物高分子，即高分子化合物，是由千百万个原子彼此以共价链接起来的大分子，因此又称为高聚物或聚合物。

髙分子的特点是分子量大，高达104～106，并且分子量具有多分散性，其相对分子质量一般都在几万到几百万。

通常把相对分子质量在一万以上的分子称为高分子。

高分子是用相对分子质量、聚合度（重复的结构单元数）或分子链的长度来描述的。

高分子材料的性能不仅与聚合物的化学性质有关，而且还与诸如结晶的程度和分布，高分子链长的分布，添加剂（如填料，增强剂和增塑剂等）的性质和用量等许多因素有关。

高分子材料的分类有：塑料、橡胶、纤维等；高分子材料的添加剂有：增塑剂、防老剂、填充剂、阻燃剂等。

1-1 高分子材料的分类一．塑料塑料分为热塑性和热固性塑料。

热塑性塑料是指在一定温度范围内具有可反复加热软化、冷却后硬化定型的塑料。

常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。

热固性塑料是指经加热（或不加热）就变成永久的固定形状，一旦成形，就不可能再熔融成形的塑料。

常用的热固性塑料有酚醛塑料、脲醛塑料等。

塑料按使用情况又分为通用塑料、工程塑料及特种塑料。

通用塑料价格便宜、产量大、成型性好，广泛用于日用品、包装、农业等领域，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛和脲醛塑料。

工程塑料指能承受一定的外力作用，具有较高的强度和刚度并具有较好的尺寸稳定性，如聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、ABS等。

特种塑料具有如耐热、自润滑等特异性能，可用于特殊要求如氟塑料、有机硅塑料、聚酰亚胺等。

二、橡胶橡胶具有高的弹性、电绝缘性和缓冲减振性。

橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。

天然橡胶的弹性好、强度高、耐屈挠性好、绝缘性好。

这些性能都是合成橡胶所不及。

因此，天然橡胶至今仍是最重要的一种橡胶。

天然橡胶的加工性、粘合性、混合性良好。

合成橡胶的种类很多，按其性能和用途可分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。

通用合成橡胶一般用以代替天然橡胶来制造轮胎及其它常用橡胶制品，如丁苯、顺丁、氯丁、丁基、聚异戊二烯、乙丙、丁腈等。

特种合成橡胶具有耐寒、耐热、耐油等特殊性能，用来制造特定条件下使用的橡胶制品，如氯蟥化聚乙烯、氯化聚乙烯、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸脂、氯醇、聚硫橡胶等。

三、纤维纤维分为有机合成纤维、无机纤维和天然纤维。

无机纤维有金属纤维、碳纤维、硅系纤维及矿物纤维等；天然纤维有植物纤维（如麻、棉花等）和动物纤维（如羊毛、驼毛等）等。

合成纤维主要有聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等。

聚酰胺纤维又叫锦纶、尼龙（或耐纶）开始是杜邦公司的商品名。

其特点是强韧、弹性高、质量轻。

约一半作衣料用，一半用于工业生产。

聚酯纤维又叫涤纶，是生产量最大的合成纤维。

约90%用作衣料，用于工业生产的只占6%左右。

聚丙烯腈纤维包括丙烯腈均聚物极其共聚物纤维。

约70%用作衣料，用于工业生产的只占5%左右。

1-2 高分子材料添加剂一、增塑剂增塑剂使塑料的粘度减小，流动性增加，同时增塑剂降低了塑料的抗张强度、硬度、模量等，提高了塑料的伸长率和抗冲击性能。

二、防老剂老化本质上是高分子在物理结构或化学结构上的改变使材料性能劣化的现象。

依其功能可分为光稳定剂和抗氧剂等。

三、填充剂、增强剂和偶联剂填充剂一般为无机材料，目的是增大塑料的体积，降低成本，也可改变产品的某些性能。

增强剂主要是玻璃纤维等纤维状物质，它可以提高材料的强度。

偶联剂是指能增强填料与树脂间粘结力的物质，从而使材料具有优异的整体性能。

四、阻燃剂由于高分子聚合物基本上属于含有碳和氢的有机化合物，因而大部分是可燃的。

在此类聚合物中加入的阻燃性物质称为阻燃剂。

2-1 聚合物材料的结构和聚集态聚合物通常可以分为线形聚合物和体型聚合物。

线形聚合物的分子具有长链结构。

体型聚合物是由线型聚合物彼此贯穿、重迭和缠结在一起而形成。

聚合物在加工过程所表现许多性质和行为都与聚合物的长链结构和缠结以及聚集态所处的力学状态有关。

根据聚合物所表现的力学性质和分子热运动特征，可以将聚合物划分为玻璃态(结晶聚合物为结晶态)、高弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。

聚集态的转变主要与温度有关。

Tz(脆韧转变温度）<Tg（玻璃化转变温度）<Tf （粘流温度）处于玻璃化温度Tg以下的聚合物为坚硬固体，称为玻璃态。

此时,聚合物具有相当大的力学强度。

聚合物在Tg ～ Tf之间为高弹态，形变能力显著增大。

聚合物在Tf以上开始转变为粘流态，通常又将这种液体状态的聚合物称为熔体。

2-2 聚合物的结晶聚合物分为结晶聚合物和非晶聚合物。

结晶聚合物的结晶具有不完善性。

聚合物分子链的结构对称性越高，越容易结晶，如聚乙烯、聚四氟乙烯。

聚合物在不同的结晶条件下，可形成多种结晶形式，如片晶、球晶、伸直链片晶和串晶等。

晶区中的分子排列规整，其密度大于非晶区，随着结晶度的增加，聚合物的密度增大。

两相并存的结晶聚合物通常呈白色，不透明。

结晶度减小，透明度增加，那些完全非晶的聚合物，通常是透明的。

一般随结晶度增加，聚合物的屈服强度、模量和硬度等随之提高。

但是，冲击强度随结晶度增加而降低。

2-3聚合物在成形过程中的分子取向聚合物的分子链或链段按一定方向排列称为取向。

流动取向，聚合物在成形加工过程中，蜷曲状长链分子逐渐沿流动方向舒展伸长和取向。

非晶聚合物取向后，沿拉伸方向的拉伸强度、拉伸模量、冲击强度等均随取向程度提高而增大，而垂直于取向方向的力学强度会显著降低。

结晶聚合物随取向度提高，材料的密度和强度都相应提高，而伸长率降低。

2-4 聚合物的降解和交联一、聚合物的降解聚合物的分子量降低，大分子结构改变等化学变化。

通常称分子量降低的作用为降解。

聚合物在贮存、使用过程中，进行比较缓慢的降解过程，又称为老化。

老化过程中，使材料丧失弹性、变脆、不熔和不溶。

轻度的降解形成一些比原始聚合物分子量低但聚合度不同的同类大分子，使聚合物带色。

进一步降解会使聚合物分解出低分子物质、分子量或粘度降低，制品出现气泡和流纹等弊病，并因此削弱制品的各项性能。

严重降解时，使聚合物破坏而得到单体或其它低分子物，使聚合物焦化变黑，产生大量的分解物质。

二、聚合物的交联聚合物的线形大分子链之间以新的化学键连接，形成三维网状或体形结构的反应称为交联。

通过交联反应能制得交联(即体型)聚合物。

与线型聚合物比较，交联聚合物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和制品的形状稳定性等均有所提高。

在塑料成型工业中，常用硬化或熟化来代替交联一词。

所谓“硬化得好”或“熟化得好”，是指交联度发展到一种最为适宜的程度(此时的交联度小于100％)，以致制品的物理力学性能达到最佳。

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通用高分子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向发展通用高分子材料主要是指塑料、橡胶、纤维三大类合成高分子材料及涂料、黏合剂等精细高分子材料。

高性能、多功能、低成本、低污染（环境友好）是通用合成高分子材料显著的发展趋势。

在聚烯烃树脂研究方面，如通过新型聚合催化剂的研究开发、反应器内聚烯烃共聚合金技术的研究等来实现聚烯烃树脂的高性能、低成本化。

高性能工程塑料的研究方向主要集中在研究开发高性能与加工性兼备的材料。

合成橡胶方面，如通过研究合成方法、化学改性技术、共混改性技术、动态硫化技术与增容技术、互穿网络技术、链端改性技术等来实现橡胶的高性能化。

在合成纤维方面，特种高性能纤维、功能性、差别化、感性化纤维的研究开发仍然是重要的方向。

同时生物纤维、纳米纤维、新聚合物纤维德研究和开发也是纤维研究的重要领域。

在涂料和黏合剂方面，环境友好及特殊条件下使用的高性能涂料和黏合剂是发展的两个主要方向。

1 在有机/高分子光电信息功能材料领域:光、电、磁等功能高分子材料作为新一代信息技术的重要载体，在21世纪整个信息技术的发展中将占有极其重要的地位。

非常值得关注并可能取得突破的重要方向是：有机/高分子显示材料特别是电致发光材料、超高密度高分子存储材料、高分子生物传感材料等。

此外，还有新型功能高分子材料的设计、模拟与计算、合成与组装以及分子纳米结构的构筑。

高分子的组装、自组装以及在分子电子器件上的应用研究等。

2. 2 在生物医用材料领域总的发展趋势是：基于生物学原理，赋予材料和植入体生物结构和生物功能的设计；可靠地试验材料生物安全性和预测材料长期寿命的科学基础；先进的工艺制造方法学。

2. 3 在吸附分离材料领域2.分离膜的发展重点是在研究聚合物分离膜制备、成膜机理及其与聚合物结构关系基础上实现膜结构与膜分离性能的预测、调控与优化；通过分离膜与生化技术的集成，实现合成高分子膜材料的强度与可加工性能以及天然生物膜的特殊选择性与生物活性的有机组合。

对于吸附分离树脂，不直接利用生物配体，而是通过模拟亲和作用及超分子化学的多重作用（分子识别）来设计合成具有分子识别特征的高选择性吸附树脂材料，具有重要的理论意义和实用价值。