材料与现代生活论文

《材料与现代生活》

论文

学院：机电学院

专业：计算机科学与技术

班级：2092

：伟

高分子材料与我们的生活

材料是科学与工业技术发展的基础。一种新材料的出现，能为社会文明带来巨大的变化，给新技术的发展带来划时代的突破。材料已当之无愧的成为当代科学技术的三大支柱之一。高分子材料科学已经和金属材料、无机非金属材料并驾齐驱，在国际上被列为一级学科从化学角度来定义，高分子是由分子量很大的长链分子所组成，而每个分子链都是由共价键联结的成百上千的一种或多种小分子构造而成。高分子的分类有多种，按来源可分为天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大类；根据用途则可分为结构高分子和功能高分子；另外根据工业产量和价格还可分为通用高分子、中间高分子、工程塑料以及特种高分子等等。

高分子材料的功能很多，而且应用十分广泛。就结构高分子而言，大家知道最多的当属塑料、橡胶和纤维。其中塑料产量最大，主要用于包装材料、结构材料、建筑材料以及交通运输材料；橡胶的主要用途为制造轮胎；纤维的主要用途为衣着用料。此外结构高分子还包括工程塑料、耐高温高分子以及液晶高分子等。对于功能高分子，其最显著的特点在于它具有特殊的光、电、磁、催化等性能。例如光致变色高分子、导电高分子、铁磁性高分子、催化高分于以及生物功能高分子等，以下仅就生物功能高分子作一简要介绍。

生物功能高分子包括三个方面：一是医用高分子，包括：①合成软组织，例如人工脏器、

人造皮肤等，其特点是需要具有血液相容性。②合成硬组织，例如骨骼、牙齿等，它们需要具有生物相容性，即不被人体细胞所排斥。二是药用高分子，包括：①高分子药物，即将药物的活性成分接在高分子链上，进人体内后分解产生药物的有效成分；②高分子载药体系，将药物的活性成分用高分子包裹或混合后带人体内，用以控制药物释放速度，从而达到药物使用的长效性和高效性。三是医疗器械与诊断材料，例如临床诊断与分析化验用的高分子材料，包括细胞培养器和生物传感器等。

加工过程中高分子表现出形状、结构、和性质等方面的变化。形状转变往往是为满足使用的最起码要求而进行的；材料的结构转变包括高分子的组成、组成方式、材料宏观与微观结构的变化等；高分子结晶和取向也引起材料聚集态变化，这种转变主要是为了满足对成品内在质量的要求而进行的，一般通过配方设计、材料的混合、采用不同加工方法和成型条件来实现。加工过程中材料结构的转变有些是材料本身固有的，亦或是有意进行的；有些则是不正常的加工方法或加工条件引起的。

1．高分子材料的加工性质：

1）、高分子材料的加工性：

高分子具有一些特有的加工性质，如良好的可塑性，可挤压性，可纺性和可延性。正是这些加工性质为高分子材料提供了适于多种多样加工技术的可能性，也是高分子能得到广泛应用的重要原因。

高分子通常可以分为线型高分子和体型高分子，但体型高分子也是由线型高分子或某些低分子物质与分子量较低的高分子通过化学反应而得到的。线型高分子的分子具有长链结构，在其聚集体中它们总是彼此贯穿、重迭和缠结在一起。在高分子中，由于长链分子内和分子间强大吸引力的作用，使高分子表现出各种力学性质。高分子在加工过程所表现的许多性质和行为都与高分子的长链结构和缠结以及聚集态所处的力学状态有关。

根据高分子所表现的力学性质和分子热运动特征，可将其划分为玻璃态、高弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。高分子的分子结构、高分子体系的组成、所受应力和环境温度等是影响聚集态转变的主要因素，在高分子及其组成一定时，聚集态的转变主要与温度有关。不同聚集态的高分子，由于主价健与次价健共同作用构成的内聚能不同而表现出一系列独特的性质，这些性能在很大程度上决定了高分子材料对加工技术的适应性，并使高分子在加工过程表现出不同的行为。

高分子的可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出等成型方法制成各种形状的模塑制品。可模塑性主要取决于材料的流变性，热性质和其他物理力学性质等，在热固性高分子的情况下还和高分子的化学反应性有关。过高的温度，虽然熔体的流动性大，易于成型，但会引起分解，制品收缩率大；温度过低熔体粘度大，流动困难，成型性差；因弹性发展，明显的使制品形状稳定性差。适当增加压力，通常能改善高分子的流动性，但过高的压力将引起溢料和增大制品内应了；压力过低时则造成缺料。模塑条件不仅影响高分子的可模塑性，且对制品的力学性能、外观、收缩以及制品中的结晶和取向等都有广泛影响。热性能影响高分子加工与冷却的过程，从而影响熔体的流动性和硬化速度，因此也会影响高分子制品的性质。模具的结构尺寸也影响聚合物的模塑性，不良的模具结构甚至会使成型失败。

可纺性是指高分子材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。它主要取决与材料的流变性质，熔体粘度、熔体强度以及熔体的热稳定性和化学稳定性等。纺丝材料，首先要求熔体从喷丝板毛细孔流出后能形成稳定细流。细流的稳定性通常与由熔体从喷丝板的流出速度，熔体的粘度和表面张力组成的数群有关。纺丝过程由于拉伸和冷却的作用都使纺丝熔体粘度增大，也有利于增大纺丝细流的稳定性。但随纺丝速度增大，熔体细流受到的拉应力增加，拉伸变形增大，如果熔体的强度低将出现细流断裂。故具有可纺性的高分子还必须具有较高

的熔体强度。不稳定的拉伸速度容易造成纺丝细流断裂。当材料的凝聚能较小时也容易出现凝聚性断裂。对一定高分子，熔体强度随熔体粘度增大而增加。作为纺丝材料还要在纺丝条件下，高分子有良好的热和化学稳定性，因为高分子在高温下要停留较长的时间并要经受在设备和毛细孔中流动时的剪切作用。

可延性表示无定形或半结晶固体高分子在一个方向或两个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。材料的这种性质为生产长径比很大的产品提供了可能，利用高分子的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维。但工业生产仍以拉伸法用的最多。

2）、加工过程中的粘弹行为：

高分子在加工过程中通常是从固体变为液体，再从液体变成固体，所以加工过程中高分子在不同条件下会分别表现出固体和液体的性质，既表现出弹性和粘性。但由于大分子的长链结构和大分子运动的逐步性质，高分子的形变和流动不可能是纯弹性的或纯粘性，而是弹性和粘性的综合既粘弹性。

当高分子在外力作用下发生普弹形变时，外力使大分子键长和键角或高分子晶体中处于平衡状态的粒子间发生形变和位移。推迟高弹形变是外力较长时间作用于高分子时，由处于无规则热运动的大分子链段形变和位移所贡献，形变值大，具有可逆性，它使高分子表现出特有的高弹性。粘性形变则是高分子在外力作用下沿力作用方向发生的大分子链之间的结缠和相对滑移，表现为宏观流动，形变值大，具有不可逆性。在通常的加工条件下，高分子形变主要由高弹形变和粘性形变组成。

2、高分子的流变性质：

1）、高分子熔体的流变行为：

高分子在加工过程中的形变是由于外力作用的结果，材料受力后内部产生与外力相平衡的应力。受到剪切力作用产生的流动称为剪切流动。受到拉应力作用引起的流动称为拉伸流