高分子复合材料前景范文

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关键词：导电高分子　纳米复合材料　应用

确切来说，聚乙炔具有导电功能的发现是在上个世纪的1977年，距今也才四十五年的时间；而纳米技术融合到导电高分子技术中的发展更短，不到二十年的时间，在这么短的时间里，导电高分子的研究已经取得了飞跃的发展，同时导电高分子材料也被应用在了众多的领域众多的产品中，给我们的生活生产起着重要的作用；从这项技术的发展中可以看出，其应用的背景远不止目前这些。顾名思义，导电高分子中纳米复合材料应该具备有两个特点，一个是纳米功能，另一个是导电性；本文主要探讨导电高分子技术中的纳米复合材料的应用现状，同时对其发展略表看法。

一、导电高分子中纳米复合材料的应用

在导电高分子技术领域中，纳米复合材料的优点非常多。从产品的特点来说，其具有高弹性、高可塑性、低密度、耐腐蚀性、质量轻、柔软和加工性能好等特点，另外其电导率的范围非常宽，具有半导体的特点；从经济层面上来说，这种材料的价格也很便宜。导电高分子材料包括纳米复合材料的经济利用价值非常高，其不仅在我国经济生产中具有重要作用，在进行科学实验中也是意义重大；在这样的时代背景下，其商业价值已经不用明说了。目前，不仅是科学研究机构，就连很多企业都已经开始进行纳米复合材料的研究工作了。具体来说，导电高分子的纳米复合技术和材料的应用包括：

1.在电子元件特别是在晶体管和二极管上的应用

纳米复合技术及其产品在电子器件中的应用非常广泛（其他的导电高分子技术在这方面的应用同样非常广泛），且从目前的形式来说，其应用前景仍然非常大。在上世纪聚乙炔的导电性能被发现后，人们很快就在导电聚合物的基础上研究出了一种可以弯曲并且也非常薄的电子元件，这种电子元件就是发光二级管；发光二级管的出现意义非常重大，其象征着导电高分子向着实用化迈出了第一步。另外，导电高分子很快也应用到了场效应管中，这种应用很有可能会带来下一步高分子材料的规模性应用。另外，纳米复合技术及其材料还被应用到了高分子的发光二极管中，这项应用时至今日仍然是社会讨论和研究的热门课题。就目前纳米复合技术及其材料在电子器件中的应用之一“发光二极管”在性能上已经非常成熟，完全可以和那些无机的发光材料相提并论了。另外，除了聚乙炔，还出现了新的材料比如聚噻吩和聚吡咯，这些材料所制成的二极管都已经陆陆续续被用在商业中，制成商业产品了。纳米复合技术及其材料所制成的发光二极管在性能上相对传统的二极管而言，具有成本低、可弯曲、可调色和面积大等特点。另外，纳米复合技术及其材料已经进入到电子器件的寿命和发光效率的研究领域了；这表明这种先进的科学技术的应用领域将会更加巨大，另外，这项研究也是实现导电高分子技术更加实用化的有效途径。

2.在电磁屏蔽领域上的应用

在导电高分子技术出现之前，人们用来对电磁进行屏蔽的材料一般都是铜，这种屏蔽材料和方法自身在性能上的不足导致了电磁干扰的情况非常严重；另外，使用铜来进行电磁的屏蔽并不能很好地满足手机、电脑、电视机、计算机房和一些医疗设备比如心脏的起搏器等的需求。在对人体健康愈加重视的今天，对相关的设备进行良好的电磁屏蔽已经越来越被重视。通过对导电高分子技术的研究也实验发现，在对电磁进行屏蔽的过程中将导电高分子特别是纳米复合的技术及其材料融合在其中，不仅能够起到防止静电、对电磁进行屏蔽的特点，还具有成本低和可塑性强不受形状影响的优异性能，是一种屏蔽电磁干扰的理想材料。随着研究的不断深入和发展，目前，导电高分子中的纳米复合技术及其材料应经被应用在电脑的屏保中了，这项应用能够有效防止电脑的电磁对人体的辐射。另外，在众多的纳米复合材料之中，聚苯胺的防电磁辐射性能最受重视。

3.在电池中的应用

纳米复合技术及其材料本身具有很好的掺杂与脱掺杂性能，如果将其应用在电池中，将会带来良好的效果。目前，对于高分子材料中的聚乙炔材料电池的研究已经基本成功了，这款由日本生产出来的电池比传统的电池要更加轻便，因此受到了消费者的青睐。另外，聚吡咯也具有很好的稳定性和高掺杂度，这种材料对电的敏感性也非常高，即使是在纺织物中图上这种材料，也能让其具有良好的导电性；所以，聚吡咯正在被研究应用在对低浓度、可发挥的有机物进行监测的传感器中，这种传感器具有很高的灵敏度。另一种纳米复合材料乙烯也已经开始使用在太阳能的电池中以及二次电池中；这种材料的使用有可能会使二次电池成为更加大众的商品，但是这种材料在稳定性和耐久性中的问题目前还没有得到很好的解决。另外，导电高分子的纳米复合技术及其材料在太阳能电池中的应用也已经开始尝试了。和一般的无机光电材料比较，这种导电高分子的材料具有价格便宜、能够规模生产、制造简单和对太阳光中的物质进行筛选选择等优点，但是这种材料也具有稳定性较差、阻值比较高的缺陷。

4.在导电橡胶中的应用

导电高分子材料本身具备良好的导电性，通过不同的纳米复合技术掺杂和加工所生产出来的聚乙炔在导电性能上可以达到铜的效果，只是目前这种高分子的材料的导电稳定性不够，所以还没有被广泛使用。不过，通过纳米复合技术研究出来的导电橡胶的使用意义非常大。这种导电的橡胶在一般情况下并不会导电，不过，只要对其施加压力，就能够使其产生导电的效果，并且这种导电的效果只是出现在被施加压力的部位，没有被施加压力的地方的绝缘性能非常好。目前，这种导电橡胶已经被广泛应用在防爆开关、压敏传感器、医用电极、加热原件和高级的自动把柄中去了。

二、导电高分子中纳米复合技术的前景

虽然纳米复合技术在屏蔽电磁干扰、光电子原件、能源等方面都已经得到了很多的应用，但是其实用化还是没有得到充分的利用，甚至说其应用尚未实现实用化。目前，这些材料很多还是停留在“材料”的层面上，而产品层面还是比较少。在未来的研究工作中，主要研究的方向有：

1.对纳米复合技术及其材料在稳定性和加工型方面的研究。就目前来说，导电高分子的材料很多在导电性、加工性和稳定性的融合上还做得很不足，解决这一问题的一个比较有效的方向是对可溶性的纳米复合材料进行合成。

2.对纳米复合技术及其材料在自掺杂和不掺杂方面的研究。材料不稳定以及掺杂剂本身不稳定往往会对纳米复合材料在导电性能方面产生影响，所以对纳米复合技术及其材料在自掺杂和不掺杂方面的研究能够有效结局材料在稳定性方面存在的问题。

3.对纳米复合技术及其材料在绿色生产上的研究。这项工作同样引起了很大的关注。在研究的过程中如果能够解决导电高分子的纳米复合材料在加工上更加绿色的要求，将是一场对传统的电子元件提出挑战的革命。

参考文献

[1]王彦红, 王景慧, 岳建霞, 罗青枝, 王德松. 导电高分子纳米复合材料研究进展[J]. 化工时刊, 2007,(01) .

[2]柯一礼. 导电聚苯胺的研究及其应用前景[J]. 建材世界, 2009,(05) .

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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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关键词:纳米复合材料；特性；制备技术；应用

1 引言

“纳米复合材料”的提出是在20 世纪80 年代末期,由于纳米复合材料种类繁多以及纳米相复合粒子具有独特的性能,使其一出现即为世界各国科研工作者所关注,并看好它的应用前景。根据国际标准化组织的定义,复合材料就是由2种或2种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固态材料。在复合材料中,通常有一种为连续相的基体和分散相的增强材料。由于纳米复合材料各组分间性能“取长补短”,充分弥补了单一材料的缺点和不足,产生了单一材料所不具备的新性能,开创了材料设计方面的新局面,因此研究纳米复合粒子的制备技术有着重要的意义。

纳米复合材料由2种或2种以上的固相[其中至少有一维为纳米级大小(1 nm～100 nm) ]复合而成。纳米复合材料也可以是指分散相尺寸有一维小于100 nm的复合材料,分散相的组成可以是有机化合物,也可以是无机化合物。本文在文献的基础上,针对纳米复合材料的主要性能与特点、制备技术、主要应用及应用前景等作了比较详细的介绍和展望。

2纳米复合材料的性能与特点

2. 1纳米复合材料的基本性能

纳米复合材料在基本性能上具有普通复合材料所具有的共同特点:

1) 可综合发挥各组分间协同效能。这是其中任何一种材料都不具备的功能,是复合材料的协同效应所赋予的。纳米材料的协同效应更加明显。

2) 性能的可设计性 。当强调紫外线光屏蔽时,可选用TiO2 纳米材料进行复合;当强调经济效益时,可选用CaCO3 纳米材料进行复合。

2. 2纳米复合材料的特殊性质

由无机纳米材料与有机聚合物复合而成的纳米复合材料具有独特的性能:

1) 同步增韧、增强效应。纳米材料对有机聚合物的复合改性则可在发挥无机材料增强效果的同时起到增韧的效果,这是纳米材料对有机聚合物复合改性最显著的效果之一。

2) 新型功能高分子材料。纳米复合材料以纳米级水平平均分散在复合材料中,没有所谓的官能团,但它可以直接或间接地达到具体功能的目的,比如光电转换、高效催化剂、紫外光屏蔽等。

3) 强度大、弹性模量高。纳米材料加入的有机聚合物复合材料有更高的强度和弹性模量,加入很少量( 3% ～5%,质量分数)即可使聚合物的强度、刚度、韧性和阻隔性得到明显地提高,且纳米材料粒度越细,复合材料的强度、弹性模量就越大。

4) 阻隔性能。对插层纳米复合材料能显著地提高复合材料的耐热性及尺寸的稳定性,层状无机纳米材料可在二维方向上阻隔各种气体的渗透,所以具有良好的阻燃、气密作用。

3纳米复合材料的制备技术

粒子表面处理的方法通常是将一种物质吸附或包覆于另一种物质的表面,两种或多种物质接触紧密或形成一定的化学键。从国内外目前的研究现状来看,纳米复合材料的制备方法主要有下列几种。

2. 1机械化学法

采用机械化学法对超细粉体进行表面改性。机械化学法具有处理时间短、反应过程易控制、可连续批量生产的优点。该法的缺点是易使无机离子的晶型遭到破坏,包覆不均匀,而且一般要求母粒子在微米级,并要先制备单一的超细粒子。

2. 2气相法

气相法制备纳米复合材料的方法主要包括物理气相沉淀法和化学气相沉淀法。

1) 物理沉淀法是最早用来制备单一物质的纳米材料的经典物理制备方法。

2) 气相反应法是以挥发性金属卤化物和氢化物或有机金属化合物为原料,进行气相热分解和其他化学反应来制成超细复合材料,这是合成高熔点无机化合物细粉最引人注目的方法之一。

2. 3液相法

该方法是目前广泛使用的合成纳米粒子的方法,也是制备纳米复合材料的重要方法。

2. 4固相反应法

固相反应法是指固体直接参与化学反应并发生化学变化,同时在固体内部或外部至少有1个过程起控制作用的反应。

3纳米复合材料的应用

纳米复合材料是随着纳米技术的发展而产生的一种新型材料,由于纳米复合材料特殊的性能,所以它一经产生便引起了人们的极大关注,并被广泛地应用于国民经济各领域和军事领域。

在功能材料中,主要可用作纳米复合功能陶瓷的纳米复合材料,金属基纳米复合功能材料、高分子纳米复合功能材料、超导复合材料和纳米复合隐身材料等。在医用器件中,主要用作纳米生物医用信息处理系统、医用纳米机器人;纳米医用药物中的药物性纳米粒子和纳米医用载体。在军事领域中最有代表性的是采用纳米复合材料制备高性能的发动机,美国已开始进入实用阶段。电子对抗领域也是纳米粒子的重要应用领域。

4结束语

纳米复合材料作为一种新型的纳米材料,以其优良的性能和特点以及众多潜在的应用领域正日益成为研究和开发的重点。世界发达国家正在部署的未来10年～15年纳米研究发展规划,无论是美国的“信息高速公路计划”、欧盟的“尤里卡计划”,还是日本的“高技术探索计划”,都已把纳米材料列为重点发展项目 。我国在20世纪80年代末的“八五”期间,就将“纳米材料科学”列入了“国家攀登计划”,国家“863”计划新材料主题也对纳米材料有关科技创新的课题进行了立项研究。20多年来,虽然我国在纳米材料基础研究方面取得了一些令人瞩目的研究成果,但就国家总体重视程度、投资力度、信息和成果的共享以及产业化的程度方面来看,仍与发达国家存在着较大差距。因此,我们应尽快制定纳米技术发展计划,加快纳米复合材料研究和开发的进程。

参考文献:

[ 1 ] 张立德,牟季美. 纳米材料和纳米结构[M ]. 北京:科学出版社, 2001.

[ 2 ] Zhang Rubing. The study on p reparation technology ofnanometer composite materials (Ⅰ) [ J ]. Chinese Journalof Exp losives & Propellants, 1999, 22 (1) : 45248.

[ 3 ] 生瑜,钦,陈建定. 聚合物基无机纳米复合材料的制备方法[ J ]. 高分子通报, 2001 (4) : 9213.

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关键词：改性方法 碳纳米管 复合材料 研究进展

中图分类号：TB383

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）005-118-03

1 前言

自从1991年碳纳米管被Iijima发现以来，其凭借出众的力学、电学、热学、化学性能、极高的长径比（100—1000）以及纳米尺寸上独特的准一维管状分子结构，表现出运用在未来科技领域里所具有的巨大潜在价值，迅速成为物理、化学、材料科学领域里的研究热点。碳纳米管是由很多碳原子组合在一起形成的石墨片层卷成的中空管体，根据其石墨片层数的不同，可分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)。由于碳纳米管主要由碳元素组成，与聚合物的成分相似，所以可以使用CNT来增强聚合物纳米复合材料。随着的生产CNT方法越来越简便，其价格也越来越便宜，这种方法相对于在聚合物中添加含碳填料来改善聚合物性能等传统方法，改性效果更好，市场需求更广，经济前景更乐观。可以预见，在不久的将来CNT将会成为制备聚合物基复合材料的主要原料。

2 碳纳米管的处理

由于其自身固有缺陷，碳纳米管从合成到被应用到复合材料中，需要经过纯化和表面改性两个过程。

2.1 碳纳米管的纯化

目前合成碳纳米管的方法很多，但无论是经典的电弧放电法，还是新兴的水热法、火焰法、固相复分解反应制备法、超临界流体技术法制备成的碳纳米管都不可避免的被各种无定形碳颗粒、无定形碳纤维和石墨微粒等杂质附着，混杂在一起，影响其纳米粒子独有的小尺寸效应、界面效应、量子效应。它们的化学性质也相似，不但给后续制备复合材料带来困难，而且使其性能的发挥受到很大的影响，所以必须进行纯化处理。主要的方法是依靠碳纳米管和杂质对强氧化剂的敏感程度不一样，通过控制氧化剂的用量和氧化反应的时间来达到纯化的目的。目前主要的氧化方法有：气相氧化法、液相氧化法、固相氧化法和电化学氧化法。

2.2 碳纳米管的改性

经过纯化处理的碳纳米管仍然不能直接用来制备复合材料，由于它的惰性表面、管与管之间固有的范德华力、极大的比表面积和长径比，会使其在复合材料基体和溶液体系中产生非常严重的团聚与缠结，不利于创造良好的界面和在聚合物中的均匀分散及其优异性能的发挥。因此为了增加碳纳米管与聚合物基体间的界面粘结力，防止界面发生滑移，需要对碳纳米管实施表面改性。

目前从本质上来说，CNT改性方法主要有2种：共价键改性（化学改性）和非共价改性（物理改性）。

2.2.1 共价键改性

共价键改性是利用接枝、氧化等手段直接在CNT的侧壁上引入小分子化合物、活性官能基团（如-COOH、-OH和-NH2）等，提高CNT的活性，从而来达到增加其在溶液和聚合物中的分散度和相容性的目的。但是这种方法将SP2杂化的碳原子改变成了SP3杂化，使长径比大大下降，削弱了碳管的力学和电学性能，破坏了碳纳米管的结构，所以一般较少使用这类方法对CNT进行改性。近几年通过不断改良，发现浓硝酸常温处理法和重氮化技术处理法是其中两种较为成熟且对碳管结构损伤较小的优良改性方法。

2.2.2 非共价键改性

非共价键改性方法最大的优点是它在不破坏CNT结构的同时，也能克服自身固有缺陷提高其与聚合物的相容性和制备复合材料时的加工性。一般方法是通过加入阴离子、阳离子或非离子型表面活性剂（如十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（NaDDBS））使碳纳米管吸附在聚合物上而不发生团聚或者是加入生物大分子（如蛋白质、DNA或多糖类高分子）使聚合物分子中的%i键和CNT上的离域%i键发生相互作用来实现非共价键改性。为此本文还将介绍芳香二羧酸酰胺类%[成核剂(%[-NA)改性和离子液体改性两种改性方法。此外还可以对CNT实行包覆改性，但其缺点是包覆分子与CNT之间的范德华力较弱，使得CNT在复合材料中传递有效载荷的能力较低，改性效果较差，应用较少。

3 碳纳米管复合材料的制备

当碳纳米管经过纯化和表面改性处理后，会表现出某些优异的性能（因改性方法的不同而各具特点），将其应用到复合材料的制备中，可以进一步提高复合材料的力学、电学、化学、和生物特性等等。下文将以实验实例介绍。

3.1 浓硝酸常温处理CNT、水相沉淀聚合法制备聚丙烯腈基碳纳米管复合材料

把一定量的碳纳米管经过超声分散后，室温下浸泡在浓硝酸中,并每隔大约2h更换一次浓硝酸。24h后取出碳纳米管，经去离子水反复洗涤、抽滤直至呈中性，再加入到去离子水中，加水溶性引发剂APS，溶解后超声分散2h。然后将聚合单体AN、共聚单体IA按一定比例混合均匀溶入其中，以水相沉淀法制备聚合物基复合材料，整个过程需通N2保护防止CNT被氧化。实验测试表明，碳纳米管经浓硝酸常温处理后，不仅给碳管接枝上羧基，而且还保持了本身稳定的结构，使制备的复合材料预氧化温度提前，放热量和放热速率均降低,避免了集中放热；虽然结晶程度稍稍有所减弱，但并没有改变聚合物的结晶晶型和结构，但是却大大提高了导电性能。

3.2 重氮化技术处理CNT、原位氧化聚合法合成磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料

聚苯胺(PANI)，作为制作超级电容器的绝佳材料，具有价格低廉，良好的导电性，较高的比电容，独特的掺杂/脱掺杂机理和优异的氧化/还原特性等优点，然而PANI的循环稳定性差，却限制了它在电子行业里的广泛应用。CNT的稳定性好，同时也有高导电率和大比表面积的特点，采用重氮化技术处理，合成水溶性的磺化CNT，作为原位氧化聚合的载体与PANI复合，可降低PANI的内阻，提高其循环稳定性，赋予PANI碳纳米管复合材料极高的比电容(>300 F/g)。经红外和紫外-可见光谱分析表明，PANI与磺化CNT之间存在着%i电子间的相互作用，并形成了电荷转移复合物，在一定范围内碳纳米管直径的越小，电荷转移复合物越多。循环伏安实验结果显示，与单一的PANI纳米棒相比(271 F/g)，PANI碳纳米管复合材料拥有更高的比电容(309～457F/g)，呈现出更高的比电容和更快速的充放电特性。

3.3 溶液法制备聚丙烯(PP)/%[-NA-MWCNT复合材料

此法选用带有共轭苯环结构的芳香二羧酸酰胺类%[成核剂(%[-NA) 和MWCNT在冰水浴中混合，超声分散一段时间后使%[-NA吸附在MWCNT上，通过%i-%i共轭作用来提高碳纳米管的分散性，低温抽滤即可得到稳定性良好的%[成核剂改性的碳纳米管(%[-NA-MWCNT)，再通过溶液法使之与pp复合，得到聚丙烯/%[-NA-MWCNT纳米复合材料。通过广角X射线衍射(WAXD)分析了复合材料的结晶形态，结果表明%[-NA-MWCNT诱导聚丙烯在短时间内生成大量尺寸较小的%[球晶，增加了复合材料的结晶度，使得晶粒大小分布更窄，进一步提高了复合材料的电学和力学性能。

3.4 离子液体中碳纳米管复合材料制备

与传统的溶剂相比，离子液体(ionic liquids，ILs)作为一种新型的绿色环保溶剂及优良电解质，近几年来在碳纳米管复合材料制备中得到了广泛的应用。离子液体是一种主要由有机阳离子和各类阴离子组成的盐类，在室温下呈现为液态。作为“绿色”溶剂，离子液体拥有许多特异的性能：极高的热稳定性和化学稳定性；很宽的液态温度范围（-96℃到300-400℃）可以满足在恶劣环境下工作的需要；离子电导率强，电化学窗口宽；对许多物质表现出良好的溶解能力等。经试验测试表明：CNT能够均匀地分散在ILs中，而且ILs独特表面修饰作用，可以通过形成细束网格结构来实现CNT的表面功能化，赋予CNT复合材料更加优异的性能（因各种离子所带的官能基团不同而异）。目前，Zhang已经在ILs中采用电沉积法合成出了CNT/纳米AuPt/IL复合电极，ILs作为模板和活性剂提高了纳米AuPt在CNT膜上的分布密度，降低了电极的电子转移电阻。而且ILs还可以依靠其阴离子与纤维素中羟基的作用，破坏纤维素分子间的氢键，有效地提高CNT在纤维素中的溶解度，采用湿纺丝干喷法制备CNT复合纤维，大大提高纤维的储能模量和机械性能。

4 结语

近几年来，在材料领域里不断涌现出各种利用改性CNT与金属、聚合物复合的新型纳米复合材料，这些材料由于本身特殊复杂的纳米结构在物理、化学、生物上表现出优异的性能。而取得这些科技成果的重大挑战就是如何提高CNT分散度和改善界面性能，达到CNT的最佳改性。本文较全面的综述了目前关于碳纳米管改性及其复合材料的制备方法，其中包括技术较为成熟的浓硝酸常温处理法、效果显著的重氮化技术处理法和芳香二羧酸酰胺类%[成核剂(%[-NA)改性法、绿色环保的离子液体改性方法，以及相关的复合材料制备实例。总的来说，随着科技的不断发展，新方法的不断涌现，CNT的改性必将变得越来越高效，高性能的CNT复合材料的开发和应用势必会越来越广。

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篇5

20世纪初，第一次世界大战以前所使用的材料为第一代生物医学材料。代表材料有石膏、金属、橡胶以及棉花等物品。这一代的材料大都已被现代医学所淘汰。第二代生物医学材料的发展是建立在医学、材料科学(尤其是高分子材料学)、生物化学、物理学以及大型物理测试技术发展的基础上的，研究人员也多由材料学家和医生来担任。代表材料有经基磷灰石、磷酸三钙、聚经基乙酸、聚甲基丙烯酸轻乙基醋、胶原、多肤、纤维蛋白等。这类材料与第一代生物医学材料一样，其研究思路仍旧是从改善材料本身的力学性能和生化性能，使其在生理环境下能够长期地替代生物组织。第三代生物医学材料川是一类具有促进人体自身修复和再生作用的生物医学复合材料。它是在生物体内各种细胞组织、生长因子、生长抑素及生长机制的结构和性能的基础上建立的叫，由具有生理“活性”的组元及控制载体的“非活性”组元构成，有较理想的修复再生效果。它通过材料之间的复合、材料与活细胞的融合、活体组织和人工材料的杂交等手段，赋予材料特异的靶向修复、治疗和促进作用，从而使病变组织大部分甚至全部由健康的再生组织取代。骨形态发生蛋白(bonemorphogenetieprotein，BMP)材料是第三代生物医学材料中的代表。表1列出了近年来生物陶瓷复合材料的发展情况〕。

2生物医学材料的分类

2.1生物医学金属材料(biomedicalmetallicmeterials)

生物医用金属材咪斗通常采用合金或钦金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植人材料川，主要有钻合金(C。一Cr一Ni)、钦合金(Ti一6AI一4V)和不锈钢的人工关节和人工骨〔7口。镍钦形状记忆合金具有形状记忆特性和智能性，可用于矫形外科、心血管外科等。

2.2生物医学高分子材料(biomediealpolymer)

生物医学高分子材料有天然和合成两种，其中合成高分子材料发展较快。合成的软性材料常用作人体软组织(如血管、食道和指关节等)的代用品;合成的硬性材料则用作人工硬脑膜、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)可作为注人式组织修补材料阁。

2.3生物医学无机非金属材料或生物陶瓷(biomediealeeramies)

生物陶瓷的化学性质稳定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类:①惰性生物陶瓷(如氧化铝、医用碳素材料等)，这类材料具有较高的强度，耐磨性能良好，分子中化学键的作用力较强;②生物活性陶瓷(如轻基磷灰石和生物活性玻璃等)，此类材料能在生理环境中逐步降解、吸收，或与生物机体形成稳定的化学键，因而具有极为广泛的发展前景。

2.4生物医学复合材料(biomediealeomposlites)

生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能，也可用作人工器官的制造。其中钻钦合金和聚乙烯组织假体常用作人工关节;被钦合成材料作为人工股骨头在临床上有良好的应用;高分子材料与生物高分子(如酶、抗原、抗体和激素等)结合可以作为生物传感器。

2.5生物医学衍生材料(biOI.刃iadded目叮.妞dais)

生物医学衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织衍生而成的。经过处理的生物衍生材料是无生物活性的材料，但其具有类似天然组织的构型和功能，在维持人体动态的修复和替换中具有重要作用，如皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等〔9]。

3生物医学材料的市场现状

生物医学材料产业是一种发展迅猛的高新技术产业。1992一1995年，其销量的全国增长率为7%一12%，超过全球经济的一般发展水平，在亚洲地区发展最快，增长率达到22%。根据经济合作与发展组织(oganizationofeeonomiceorporationanddevelopment，OECD)预算[5〕，到2010年生物医学材料产业的市场销售额将达到4000亿美元(药物市场的销售额)。随着材料产业的发展和人体器官的广泛应用，生物医学材料这门新兴的交叉型学科已经成为新技术革命的一个重要组成部分。经济发达的国家已经形成了新型的生物医学材料工业体系，其生产厂家由过去的商品材料工厂转为专业的生产工厂。生物医学材料的产品数目众多，仅高分子材料在全球医学上的应用已达到90多个品种，1800多种制品[‘o。1990~1995年，世界生物医学材料市场以每年大于20%的速度增长，中国虽然增长较快，但由于起点低，其市场份额只占全球市场的1.6%。近年来，生物医学材料产业发展迅猛，其经济地位同信息、汽车产业相当。现将世界各地区生物医学材料的市场状况。当代生物医学材料产业仍以常规材料占主导地位。2000年全球医疗器械市场的销售额己达1650亿美元，其中生物医学材料及制品约占40%一50%[ll〕。20世纪90年代，全球医疗器械销售额的平均年增长率为n%左右，1999~2004年有所增加，其中发展中国家增长最快。例如，除日本外的亚洲地区其销售额从200。年占全球市场份额的17%(280亿美元)增长至2005年的25%，其中矫形外科修复材料和制品的销售额在全球市场的年增长率可达26%(1999~2005年)。预计工程化组织和器官上市后，可开拓800亿美元的新市场;人造皮肤、组织粘合剂及术后防粘连制品的年增长率可达45%;心血管系统修复材料、血液净化材料、药物缓释材料等领域也呈高速增长的趋势〔‘2〕。目前，比较有代表性的生物医学材料包括:①用于人工器官及代用品制造的膨体聚四氟乙烯、低温各向同性碳、表面修饰与交联的血红蛋白、碳化硅脂和超高分子量聚乙烯等;②用于人工关节及骨骼替代的高分子量、高密度聚乙烯，氧化铝陶瓷，甲基丙烯酸甲酷和苯乙烯的共聚物等;③用于人工膜替换的甲基烯酸醋类共聚水凝胶、硅橡胶聚甲基丙烯酷等;④用于应用粘合剂的亚甲基丙二酸酷、明胶、蛋白胶等。

4我国生物医学材料的发展前景

我国生物医学材料的应用和开发起步较晚，但在政府的大力支持下，已取得了一批较高水平的科研成果。如生物活性骨、关节系统替换材料、人工心脏瓣膜以及眼科手术类高分子复合材料等。国家科技部资料表明〔’3〕，1996一200。年间，我‘国生物医学材料市场需求的年均增长率达到27%，比全球的增长速度高出10个百分点。其中生物医学材料制品的市场增长更加迅猛，例如2000年我国人工关节市场需求量的年均增长率高达30%，远高于美国同期的4%;“九五”期间国家的“复明计划’，[1叼规定，每年生产5万套人工晶体以满足市场的需求;我国国内每年消耗接人人体内的导管1亿多条，而且需求量还在不断增长。但是我国国内生物医学材料的生产仍然处于初级阶段，其产值还不到全球份额的千分之一，且增长缓慢，1996一2001年，我国生物医学材料产值的年均增长率只有2%左右。国内生物医学材料与国外同类产品相比，存在4个突出的问题:①仿制品多，缺乏自主知识产权;②销售价格低，但档次和质量也低;③企业生产规模普遍偏小，难以形成规模效应;④研发投入少，产品技术含量较低。与此同时，外商的大批涌人，不仅带来了大量具有竞争力的产品，同时还展开专利权、商标权等知识产权方面的竞争。2000年底国内公司在我国注册生产的生物医学材料及制品只有53种、，而国际医疗器械生产公司在我国注册生产、销售的品种多达300多种睡〕。因此，本文建议从以下几个方面提升我国生物医学材料产业的竞争力。

4.1确立重点开发产品

复合材料作为硬组织修复材料的主体，有效地解决了材料的强度、韧性及生物相容性的问题，是生物医学材料新品种开发的重点，在临床上得到了广泛的应用哪〕。目前研究较多的是合金、碳纤维、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的复合以及血液净化剂的开发。这些生物医学材料应该作为我国今后重点开发的产品。

4.2构建生物医学材料产业的新技术体系

生物医学材料产业的新技术体系必须以生物医学材料企业为技术创新的主体，充分发挥科研院所、大专院校的带头作用，实行产、学、研结合，成立学科齐全、队伍精干、人才结构合理的生物医学材料科研队伍，开发有自主知识产权的生物医学高新技术产品。

4.3加强对外合作与交流

加强对外合作与交流必须积极参加国际间的技术交流与合作，学习国外先进的技术和管理经验，及时掌握生物医学材料技术在国际上的发展状况和趋势，积极引进、消化和吸收国外的先进技术，强化“产品国际化”的意识，在新产品开发上要紧紧跟随甚至超越国际潮流，增强我国生物医学材料产品的竞争力，缩小与发达国家之间的差距。

篇6

[关键词]水箱内胆 集热器 太阳能转换材料 防老化涂料

中图分类号：TU822+.2 文献标识码：TU 文章编号：1009914X（2013）34052601

前言

太阳能热水系统是太阳能利用技术中商业化程度最高、推广普及应用最普遍的技术之一。以色列80%的家庭、日本20%的家庭使用太阳能热水器。据了解，2000年我国太阳能热水器总销量在600万m2以上，年产值超过50亿元人民币，全国太阳能热水器保有量约2500m2，成为全世界太阳能热水器年产销量及保有量最大的国家，但目前我国家庭太阳能热水器的普及率仅为4%。

在最简单的太阳能热水器中，它的吸收层材料、封闭式热水器的透明盖板材料、绝热材料以及其他许多方面，多已采用了高分子材料。

1、外壳材料

目前，我国使用的太阳能热水器外壳多为金属材料，壳体结构同保温材料相分离，既存在容易腐蚀、寿命短、造价高、工艺繁杂等问题，又常使保温材料脱落，失去保温性能，影响热水器整体性能的提高。

为此，有人研发了新型非金属的复合材料外壳，外壳的表层以镁质凝胶物为主，并加入玻璃纤维等增强材料。据太阳能热水器外壳不同温区、不同部位的结构要求，选取了高分子材料聚苯泡沫板（或颗粒）为保温材料，同镁质凝胶物复合制成不同性能的保温层。

2、内胆

太阳能热水器储水箱内胆普通采用不锈钢薄板（厚度约为0.3mm～0.6mm）焊接加工而成。在制造过程中，材料经冲压、拉伸、焊接等工序，导致水箱表面存在缺陷和焊缝处材质发生变化，长期使用中，缺陷处、焊缝部位及其周围易被腐蚀，尤其是在水质较差的地区腐蚀更加明显，造成穿孔漏水，从而导致整个热水器水箱损坏。

为了解决不锈钢内胆存在的缺点，根据太阳能热水器内胆的工作条件，有人选择了PPR、PEX、ABS三种材料作为内胆的原材料进行实验。通过对该三种材料制成的内胆进行一系列的性能测试，发现PPR作为太阳能热水器水箱材料更有优势。

3、太阳能集热器

用高分子板材和染料制成的集热器，当太阳光穿过大面积的板材并为底下的染料吸收时，染料会发出相应的光辐射，并通过内部反射被收集在板材内，然后再聚集到吸热器上。

巴斯夫Basotect三聚氰胺泡沫目前应用在太阳能集热器制造商Heliodyne生产的产品中。Heliodyne选择了高分子复合材料制造商瓦克来完成Basotect绝缘部件的合成。将巴斯夫Basotect泡沫材料应用于太阳能集热器，该泡沫具有优良的绝缘能力以及长期耐高温能力。Basotect泡沫可以承受超过350°F的温度，有别于其他聚合物绝缘材料。

4、高分子太阳能集热器盖板

对于双层盖板的集热器，要求外层盖板能抗冲击，内层盖板能耐高温。抗冲击是高分子材料的主要优点之一，所以可用透明的高分子材料来代替玻璃盖板。

用轻质塑料取代玻璃和铜制造有关零部件，可以降低太阳能热水器的成本，在太阳能加热游泳池水的太阳能集热器上已取得了商业化成功。有关专家已试验过许多种太阳能热水系统高分子盖板材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，一种聚酯）薄膜的透光度很高、成本低、机械性能亦较好，但连续使用温度只有90℃左右，抗紫外线能力也比较差。近年加入紫外线吸收剂以后，抗紫外线能力有所提高，但毒性问题有待解决。

聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）虽然成本高于PET，但热性能和机械性能均有提高，不过抗紫外光透过率还有问题。很多含氟高分子材料有优良的抗紫外线和抗热性能，不过成本很高，只能做成薄膜形状使用。

丙烯酸类材料也有优良的抗紫外线能力，但做太阳能集热器盖板时经受不住工作温度的考验，并且很脆，即使作成板状，也经不住冰雹打击。Korad虽有这样的缺陷，抗紫外性能却极好，可在层压型盖板中做抗紫外层，与基板有很好的结合效果。Tedlar也是一种含氟聚合物，把它和Korad都同玻璃基板作成层压结构，做加速暴露试验，结果表明Korad的紫外线过滤性能优于Tedlar，做成Korad/玻璃层压盖板有很好的抗紫外线特性。

聚碳酸酯类材料的透光性较好，强度亦高，只是在紫外线照射下会变黄、变脆。Bayer公司已开发出两种聚碳酸酯材料，名叫APEC5391和APEC5393。APEC5391热稳定性好，连续使用温度可高达180℃，而APEC5393的热稳定性和抗紫外线能力都很好。

5、高分子太阳能转换材料

日本京都大学研制出一种高分子太阳能贮能材料，即一种能大量吸收太阳能的有机高分子物质，是一种黄色的晶体，在阳光下可以大量吸收热量（每公斤可吸收92千卡热量）。当热量吸足后，它就从黄色变为白色。需要使用时，只需要添加进一些银做催化剂，就能把热量释放出来。热量释放完毕，白色的晶体又变为黄色的晶体，可重复使用。

在PP中添加炭黑等助剂，共混复合制成太阳能光热转换材料，并制出太阳能塑料热水器，具有较高的平均日效率（54.3%）和较低的平均热损失系数2.34 w/（In ・℃），耐老化性优良，可使用9年以上，且不会结硬水垢。

6、高分子太阳能透光材料

国内常用的太阳能透光材料是普通平板玻璃，其含铁杂质约0.1-0.14%，可见区域透光率较高，而紫外区域和近红外区域存在较大的吸收。为了获得性能优良的透光材料，有人通过对高分子材料PVA与纤维状材料的预处理，复合得到一种增强透光材料，具有透光率高、重量轻、易运输和不易破碎、抗拉和抗震强度大等优点。

确定单体PVA、醋酸纤维的比例后，与交联剂在水溶液中混合搅拌一定时间，再加压过滤，成型后得到PVA透光材料。在相同的测试条件下，尽管有机玻璃具有较高的透过率，可是它的软化湿度低（约60-75℃），拉伸强度小，韧性差，使用温度范围窄。普通玻璃含铁量高，吸收率大，其平均透光率只有70-75%，容易破碎，不能使用过薄的平板玻璃。

美国杜邦公司的F-46薄膜，是一种集热器盖层材料，其太阳透光率达90%以上，且入射角修正系数也很小，很适合房屋的采光、保温。

结语

高分子材料以其低成本、易成型、种类多样，纤维强度高、橡胶弹性好、塑料强又韧，其功能化后可用于许多拓展领域。高分子材料应用在太阳能热水器上，能在一定程度上解决现有太阳能热水器存在的问题，并能降低成本、提高产品性能。在日益强调节能的今天，太阳能作为一种清洁、环保能源，受到越来越多的重视。通过在材料、工艺、结构设计上不断完善和发展太阳能热水器，必将使太阳能热水器走入千家万户。

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篇7

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

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关键词：功能高分子材料；纳米技术；可生物降解；

高分子材料早已经渗透到。我们人类生活的方方面面，在日常生活处处。都有着重要的应用。所以我们每个人都。对于高分子材料不陌生。它又叫聚合物材料，通常指的是无数个小分子化合物再通过化学键，形成的大分子化合物。生活里可见的聚合物材料主要有合成橡胶、合成塑料、合成纤维这三种。到上世纪六十年代左右，这些聚合物材料已经可以用来制造衣服、日常用品及各种工业材料，满足相关行业的需求。在未来，高分子材料主要运用领域分别是：纳米高分子材料复合应用、高分子材料功能化、生物可降解高分子材料开发。以及航天工业领域应用。

一、高分子材料功能化发展

功能高分子材料是一种聚合物大分子，它大多来自于半人工及人工合成的高分子材料。它与一般的聚合物有很大的不同，在化学性质及物理性能上都发生了很大的变化，主要是增加了一些光学、电学等方面的特殊功能。在高分子研究中，有一个特殊领域，就是功能高分子，也就是那些数量甚微、作用特别、性能独特却是运用新技术时必不可少的高分子材料。

随着科技的进步，以及社会经济的发展，新能源开发、交通和航天技术、微电子技术、生物医药等多个领域都如雨后春笋般蓬勃发展，这些领域的发展离不开功能高分子材料这个重要的基础。

在功能设计方面，高分子材料的主要作用是：

1）用分子设计来合成新的功能。如研制非晶质光盘（APO）；

2）以特别加工来增添材料功能特性。如功能高分子膜和塑料光纤；

3）用两种或两种以上性能不同或者功能各异的材料，加以复合之后形成新材料所具有的功能，如EMI/RFI屏蔽导电、塑料、高分子磁性体和复合层积复合填料；

4）对材料的表面进行处理，从而让材料具备新功能，如EMI/RFI屏蔽导电塑料、表面处理法。

功能设计，这一理论在所有功能高分子材料领域内都得到了运用，这自然也同其材料的研究方向紧密相关。在生物医药上，有研究者利用电化学反应，模仿自然骨的成分及其产生过程，让胶原通过微环境及反应动力，实现分子自组装和矿化，最终获得有关成份、骨组织及其结构。利用相似度极高的生物活性涂层以及调控生物活性因子促进骨的生长。这种技术可以提高医用移植体相关材料的生物活性，从而可以加速治好患病的骨骼。

由于功能高分子材质具备与众不同的出色作用，它可以替换许多功能材料，并可以通过功能高分子材质来改善其他材料的性能，让其变成一种全新的功能材料。有鉴于此，功能高分子材料及特种高分子材料在国内外相关领域内受到越来越高的重视，科学家开展的相关研究也非常多。因此，发展功能高分子，其涉及面O广，关系到许多学科的研究。我国也非常关注这一领域的研究，在自主研发的基础上，加强国际交流，目前相关水平已处在世界的前列。

二、运用纳米技术，改性高分子材料

纳米技术一般是来钻研纳米材料的特性和对其结构进行制造的工艺。当一种东西在现代化手段下以纳米来描述时，那么它本身的作用便会产生一些变化，从而出现一些奇特的现象，表现出和普通物质不一样的性质。并且，若是把具有特殊性质的粒子和其他高分子物质混合时，这种特殊的粒子会使高分子物质发生性能的改变。所以，在改变高分子物质的过程中，运用的纳米技术有两种：一是对这两种物质加以合成，二是用纳米粒子影响高分子材料的性能。第一种占得比例最多。

举个例子，在探究苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT纳米复合阻尼材料时，可将这两种物质时行复合，据此提高其抗震、降噪的效果。结合众多实验结果，我们可以知道，聚合物基体中平均分布了二维纳米片之后，该材料原本的能量将会有很大的升高，与此同时，基体材料的增韧性更好，耐磨性更强，阻透性也大大提高，也发送了其抗菌性以及抗老化性能，同时防紫外线的能力也有所提高。

又比如，把纳米无机粘土粒子利用其他的改性剂，在化学反应后得到的纳米粒子片层，与尼龙等其他材料混合，得到的新材料的阻止燃烧的功能更加好。将纳米材料和它的结构的多种特性组合使用，能够产生其他的多种新的材料。

三、生物可降解高分子材料的发展

在特定时间及一定条件下，微生物或其分泌物利用化学分解的形式，可以获得降解的新材料。

高分子材料已在日常生产及生活中得到了广泛的应用。可是，由于它无法循环使用，不易分解，加上用量很大，久而久之，就给环境带来了比较厉害的化学污染。一般情况下，在降解这些废弃的塑料制品时，最广泛使用的办法是挖坑埋掉或者烧掉，然而，这些方法都会对环境造成不可弥补的伤害。

譬如，我们的日常生活中，超市购物，买菜，包装，全都用塑料制品，面对这一现象，四川有一家生物科技公司研制了一种抑菌的可降解的包装食物的材质，先把壳聚糖通过辐射法作出辐照降解，再混入偶联剂助剂溶液，搅拌均匀，而后通过干燥使溶剂脱离后，再和聚己内酯类可降解高分子材料混合在一起得出。聚己内酯可以全部的溶解掉，而壳聚糖则可以抑制某些微生物的生存繁衍。

所以，在研究这一新材料时，重点是研究出可降解的聚合物，如何对已经存在的可降解聚合物加以利用，经济意义是十分明显的，值得研究。

四、先进高分子材料在航天工业领域的应用

自中华人民共和国建立以后，航天工业获得了长足进步，其代表是两弹一星，这也促进了相关新材料的科研及发展。进入新时代，我国又陆续开展了载人航天及探月工程等一系列重大科研项目，这自然也离不开更多新材料的支持，在这个领域，一些关键的材料研制获得突破性进展。这里面就包括高分子材料。它是发展航天工业必备的配套产品，一般包含橡胶、胶黏剂、工程塑料、密封剂和涂料等。

五、结语

本人从思考人类生存的环境问题出发，在建设环境友好型社会的基础上，形成了上述四个基本观点。当下，人们研究高分子材料，在目的及目标等方面，改变都十分明显：以往研究的目的是给人们的生活带来方便，如今则开始注意环境安全，不浪费能源与物质，循环使用，同时研发出能耗低、效率高的新材料。毫无疑问，环境因素已成为今后任何研发工作所需要重点考虑的问题。对于从事新材料研发工作的人们来说，只有研发出无毒、绿色、功能化、可降解的材料，与环境有利，才能解决白色、黑色等方面的污染问题。

参考文献：

[1]谢建玲.现代塑料加工应用，1995.

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生物医学材料是一类对人体细胞、组织、器官具有增强、替代、修复、再生作用的新型功能材料。它有独特的基本要求：①具有生物相容性，要求材料在使用期间，同机体之间不产生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、发热、过敏等现象；②具有生物功能性，在生理环境的约束下能够发挥一定的生理功能；③具有生物可靠性，无毒性，不致癌、不致畸、不致引起人体组织细胞突变和组织细胞反应（即“三致物质”），有一定的使用寿命，具有与生物组织相适应的物理机械性能；④化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；⑤针对不同的使用目的具有特定功能。按生物医用材料性质的不同可分为四大类：①医用金属材料。主要用于硬组织的修复和置换，有钴合金（Co-Cr-Ni）、不锈钢、钛合金（Ti-6Al-4V）、贵金属系、形状记忆合金、金属磁性材料等7类，广泛用于齿科填充、人工关节、人工心脏等。②医用高分子材料。有天然与合成两类，通过分子设计与功能拓展，即合金化、共混、复合（ABC）等技术手段，可获得许多具有良好物理机械性能和生物相容的新型生物材料。③生物陶瓷材料。有惰性生物陶瓷（氧化铝陶瓷材料、医用碳素材料等）和生物活性陶瓷（羟基磷灰石、生物活性玻璃等）。④医用复合材料。由两种或者两种以上不同性质材料复合而成，取长补短，达到功能互补。主要用于修复或者替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。胶原属于细胞外基质的结构蛋白质，结构复杂，根据分子结构决定功能和性质的原则。其分子量大小、形状、化学反应以及独特的生物分子等对功能、性质起着决定性作用。胶原来源广泛，资源丰富，性质特殊。是21世纪生物医学材料研究和应用的热点和重点[1]。

1胶原生物医学材料的优势

（1）低免疫源性。组织胶原具有一定的免疫性，20世纪90年代研究发现，其免疫源性来自于端肽及变性胶原和非胶原蛋白质，在提取胶原时，除去端肽及纯化分离掉变性胶原和非胶原蛋白，能得到极弱免疫原性的胶原材料。（2）与宿主细胞及组织之间的协调作用。其特点：①胶原有利于细胞的存活和促进不同类型细胞的生长；②胶原不但可增加细胞黏结，而且有利于控制细胞的形态、运动、骨架组装及细胞增殖与分化。（3）止血作用。胶原的四级特殊结构能使血小板活化、释放出颗粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。胶原是一种特殊的生物降解材料，其降解性作为器官移植的基础。（5）物理机械性能。胶原的三螺旋结构以及自身交联而成网状结构，使其具有很高的强度，可满足机体对机械强度的要求；另外通过进一步的交联增强其强度，而且采用不同的交联剂可获得不同的强度和韧性材料。通过复合和接枝共聚能获得更多性能优良的材料。（6）组织工程（Tissueengineering）。胶原的优良特性使其在组织工程中扮演更重要的角色，大量应用于临床，前景广阔。

2胶原在生物临床医学上的应用

[2]（1）手术缝合线。当前应用的天然与合成材料制备缝合线均存在这样那样的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆线；或者与组织反应大，引起发炎、造成伤口瘢痕明显；或者吸收时间过长等。而胶原制备的缝合线既有与天然丝一样的高强度，又有可吸收性；使用时有优良的血小板凝聚性能，止血效果好，有较好的平滑性和弹性，缝合结头不易松散，操作过程中不易损伤肌体组织。可采用复合与交联改性方法提高缝合线功能和性能，制备的可吸收缝合线有：①纯胶原可吸收缝合线；②胶原/聚乙烯醇共混复合；③胶原/壳聚糖复合可吸收缝合线；④胶原/壳聚糖/聚丙烯酰胺复合可吸收缝合线。（2）止血纤维。胶原纤维是一种天然的止血剂和凝血材料，且止血功能优异。胶原纤维是一种集止血、消炎、促愈为一体，可被组织吸收，无毒、无副作用的医用功能纤维，相比于以前使用的氧化纤维素、羧甲基纤维素及明胶海绵等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海绵。胶原海绵有良好的止血作用，能使创口渗血区血液很快凝结，被人体组织吸收，一般用于内脏手术时的毛细血管渗出性出血。临床应用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮肤科、烧伤科、妇产科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等几乎所有的手术。（4）代血浆。当人体由于外伤或其他原因发生意外急性失血时，最佳方法必须立刻输血，但众所周知，血液来源非常困难！而且不能长久保存，输血之前还需鉴定血型和配型。因此，寻找理想的代用品成为人们的梦想。20世纪50年明胶代血浆受到重视，且符合血浆的条件和性质，国外已大量使用，我国正在积极推进其产业化。国外明胶类代血浆有脲交联明胶、改性液体明胶和氧化聚明胶3种。国内有氧化聚明胶、血安定（Gelofu-sine）海星明胶和血代（Haemaccel）。（5）水凝胶。水凝胶是一些由亲水大分子吸收了大量水分形成的溶胀交联状态的半固体（三维网络），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶胀性、柔软性和弹性，以及较低的表面张力等特殊性质。交联方式有共价键、离子键和次级键（范德华力、氢键等）。水凝胶是高分子凝胶中的一类，可分为物理凝胶和化学凝胶。为改善性能需对天然高分子与合成高分子进行共混复合制备新型水凝胶（互穿网络水凝胶），现已取得很大进展。制成的复合材料有胶原/聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶、胶原/聚乙烯醇水凝胶、胶原/聚异丙酰胺水凝胶、胶原/壳聚糖水凝胶等。（6）敷料。敷料是能够起到暂时保护伤口、防止感染、促进愈合作用的医用材料。有普通敷料（常用植物纤维纱布）、生物敷料（胶原蛋白及其改性产品以及左旋糖酐、壳聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和复合敷料等四种。开发使用的品种有海绵型敷料、胶原膜敷料、凝胶敷料。（7）人工皮肤。

人工皮肤是在创伤敷料基础上发展起来的一种皮肤创伤修复材料和损伤皮肤的替代品。其制备方法采用复合与交联法，一是提高胶原的机械强度；二是胶原与其他天然高分子进行杂化改善机械性能和生物活性。（8）人工血管。人工血管是近年来组织工程（一门多学科的交叉科学）研究的重点之一。当今临床应用的人工血管主要是人工合成材料制成的，最早是涤纶纤维编织的人工血管，但只能对大口径血管有较短的替代作用。后来开发聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE），并采取多种方法进行改性，以适应血管植入的要求。此外，还有生物降解材料如聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚乳酸异构体（PLLA）等。（9）人工食管。分为两种，一种是用自身的其他组织或器官（如结肠、空肠、胃、胃管和游离的空肠等）加工而成，现已广泛应用于临床，优缺互见；另一种是人工合成材料加工而成，比如塑料管、金属管、PTFE管、硅胶管等，效果均不理想。最早制成使用的聚乙烯（PE）管，此后发展了PTFE、硅橡胶、硅胶涂覆的涤纶编织管（PET）、碳纤维管等。近年以来，使用聚乙烯醇（PVA）、PLA降解塑料。用降解塑料制作无细胞支架的人工食管、组织工程化食管等。（10）心脏瓣膜。分为机械瓣膜（金属瓣）和生物瓣膜。心脏瓣膜支架材料有可降解合成高分子和生物高分子。可降解合成高分子有PLA、PGA及二者共聚物（PGLA），此外还有聚β—羟基烷酸酯、聚羟基丁酸酯（PHB）；生物高分子材料有胶原、纤维蛋白凝胶、去细胞瓣膜支架等。（11）骨的修复和人工骨。目前仍以金属（不锈钢、钴铬合金、钴镍合金、钛合金）为主；高分子材料，诸如PTFE、聚硅氧烷、高密度聚乙烯（HDPE）、陶瓷（结晶氧化铝、羟基磷灰石）以及复合材料。胶原以其独特的性能成为不可或缺的生物材料，在骨修复中起举足轻重作用。①在组织引导再生术中（guidedtissueregeneration,GTR）能起到“诱导成骨”、“传导成骨”，实现再生修复和骨愈合的作用。②组织工程化骨组织的构建。包括三个方面：一是寻求能够作为细胞移植与引导新骨生长的支架结构作为细胞外基质（ECM）的替代物；二是种子细胞；三是组织工程骨的组织还原（骨缺损修复）。（12）角膜与神经修复。角膜胶原膜和组织工程化角膜；人工神经支架采用胶原、胶原/壳聚糖或胶原/糖胺聚糖等。（13）药物载体。药物载体由高分子材料充当，大多数为传递系统，其主要成分是胶原和明胶。有胶原膜、胶原海绵、药用胶囊和微胶囊和丸剂与片剂。（14）固定化酶载体。胶原可作为细胞或酶的载体，其特点：①胶原本身是蛋白质，对酶和细胞的亲和性是其他材料不可及的；②胶原蛋白成膜性好，可制成各种酶膜；③胶原蛋白肽链上具有许多官能团，诸如羧基、氨基、羟基等，易于吸附和固化。胶原蛋白有很好的生物相容性，在体内可被逐步吸收，交联接枝共聚后赋予了材料良好的物理机械性能，且可在体内长期保存。广泛应用于人体的各个部位。生物医学材料在人体的应用部位，详见图1[3]。

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【文章编号】0450-9889（2017）06C-0078-02

高分子材料是化工产品的一个分支，是目前发展最快、应用前景最广且最具生命力的一类化工产品；高分子行业的迅猛发展，急需大量复合型人才。而大多数高校高分子材料专业的人才培养侧重在材料的合成等偏理论方面，对高分子材料加工成型为终极产品的工艺环节关注的程度不高。广西大学化学工程与工艺专业在化工材料加工工艺方面开设了系统的专业课程群，为“高分子材料成型与工艺”课程的设置打下了坚实的理论基础。然而，广西大学化学工程与工艺专业没有开设过高分子物理、高分子化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等高分子基础或专业基础课程，且该专业作为一个覆盖范围广泛的交叉的专业，开设的专业课程很多，所有的专业课程学时都高度压缩。在高分子材料理论知识缺乏、课程学时数少、无配套实验的背景下，本文从教学内容、教学方法、创新能力培养等方面对“高分子材料成型与工艺”课程教学改革进行探索。

一、教材的选用

广西大学化学化工学院“高分子材料成型与工艺”课程刚开设时，选用的教材是史玉升等编著的《高分子材料成型工艺》，学生通过学习可以掌握高分子材料的制备、性能、成型、评价及应用，全面系统地了解高分子材料成型技术的最新知识。教学过程中，学生反映这本教材的难度太大，因为“高分子材料成型与工艺”是一门专业技术课程，需在完成化工热力学、化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、分析化学、高分子物理和化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等基础理论课和专业基础课程后，对学生进行综合训练。

“高分子材料成型与工艺”课程是在大三第一学期开设的专业课，此时学生已经修完化工热力学、化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、分析化学等基础理论课，然而基本没有学过高分子物理、高分子化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等专业基础课，高分子材料方面的基础较差，加上这本教材讲述的理论知识较少，所以学起来较吃力。根据学生的反映，学院及时更换了教材，采用周达飞等主编的《高分子材料成型加工》“九五”重点教材，该教材高度概括了高分子材料的最基础的知识，对加工成型影响很大的高分子流变学基础知识进行较全面深入的介绍，全面介绍了高分子材料成型加工最常用的基本工艺，也兼顾了新技术和新方法，难度适中，得到学生好评。

二、教学内容的改革

高分子材料成型技术涉及化学、材料、材料加工、机械等多种学科，“高分子材料成型与工艺”课程是一门专业技术课程，需要广泛的理论知识基础。化学工程与工艺专业的学生基本无高分子材料理论基础知识，学习起来的确难度很大。非高分子材料专业的“高分子材料成型与工艺”课程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”这条主线展开教学内容，重点掌握三者的关系，强调成型加工对制品性能的重要性，这是本课程的主题思想，也是高分子材料的工程特征；选用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》，充分利用国内外重要专业期刊了解行业最新动态，不断更新及补充教学内容，确保教学内容的先进性；在教学内容安排上，以高分子材料成型加工的大工程观点为着眼点，以宽专业为目标，概况高分子材料理论基础和概念（详细的内容指定参考范围让学生利用课外时间自学），从高分子材料的加工原理出发，着重对成型加工工艺进行讨论。从高分子材料的成型加工的共性出发，对模压、挤出、注塑及压延四大成型技术及工艺进行重点讲授，然后讲授塑料、橡胶及复合材料的成型特点和区别，对于一些新的成型方法，以及教材中未涉及而在一些科技文献中见报道的新的成型方法及工艺，教师建立了QQ群这样的交流平台，并将高分子领域权威的一些微信公众号分享到平台上，经常转发高分子材料国际国内的重要进展到平台，引导学生关注，激发学生的学习积极性，让学生以兴趣为导向自动组成兴趣学习小组的方式进行自学。笔者首先通过课内课外结合强化高分子理论基础与概念，对成型加工影响最大的流变性在课堂上进行详细介绍，而其他性能如稳定性、电性能、光性能等材料性能则作为课外学习内容，在有限的学时内，节选核心内容，把高分子材料合成、性能、加工及相互间的影响规律简要完整地介绍。比如教材中同一种成型方法按不同的应用体系分成很多小结，而教学过程中每种成型工艺仅以一种材料为代表来讲，但不同章节会选不同的材料体系来进行，比如讲橡胶的压延，那么注塑可能选塑料，而挤出可能选复合材料，这样来兼顾各类高分子材料的成型。

三、教学方法的改革

教学方法是影响教学目标是否能够实现、实现的程度和效率的关键。非高分子材料专业的“高分子材料成型与工艺”课程教学存在两个难点：一是许多内容涉及高分子加工机械、设备结构及操作过程，这要求有实际感性认识和直观性；二是该课程的理论性和实践性都很强，如何在教学过程中实现理论与实际的结合，用理论来解释生产中的实际问题，或以具体实例来说明理论，促使学生真正掌握知识。针对这些问题，“高分子材料成型与工艺”课程在教学过程中对教学方法、教学手段进行了改革。

（一）现代化教学与传统教学相结合。“高分子材料成型与工艺”课程中许多内容涉及高分子加工机械、设备结构及操作过程，这要求有实际感性认识和直观性，同时，该课程的理论性和实践性都很强。笔者根据所选用教材，利用PowerPoint加入声音、图像、动画、视频等各种多媒体信息，并根据需要设计各种演示效果，将抽象、生涩难懂的知识形象生动地展示给学生，激起学生学习的兴趣、吸引他们的注意力，大大加深学生对知识的理解和印象。由于化学化工学院缺乏相应的高分子材料成型教学设备，教学小组联系外界资源制作了几个基本成型工艺的微课，同时广泛收集案例、动画演示及成型录像，不断补充到授课内容中，让学生对高分子成型工艺及设备等有更直观的认识，对课件内容进行更新和完善，丰富课堂内容，加大课堂信息量，使学生获得对高分子材料成型加工的理性和感性双重认识，使教学达到事半功倍的效果。

同时，教师也要注意吸取传统教学中讲解的优点，将教师的语言、激情和应变能力体现在多媒体教学中，并用眼神、情感、心灵与学生沟通，必要时还要进行板书，让学生彻底把握一些关键问题。

（二）采用“任务驱动”教学法和启发式互动式教学。与传统的以教师为主体的“填鸭式”“灌输式”教学方式不同，笔者在部分知识点的授课中尝试采用“任务驱动”教学法，从传统教学的讲授、灌输和教师主宰课堂，转变为组织和引导；从单纯讲解转变为与学生进行适当的交流和探讨。笔者在讲述“高分子材料配方设计”这一章内容时，并没有按照书本来进行，而是布置了一道思考题“设计食品袋的配方”，让学生通过自学课本内容与上网查找相关知识等来完成这一思考题，并在学生完成后让他们用PPT来展示成果，通过讨论的形式与学生探讨了配方设计中的一些原则与内容。

启发式互动式教学强调先让学生积极思考，再进行适时启发；教师不仅要加强自身专业素养和知识积累，而且更重要的是建立师生互动的教学过程，并营造良好的课堂教学氛围，实现教学相长；教师注意自己角色的转变，良好的学习情境可使学生了解学习任务的必要性和与学习任务相关的学习信息，从而激发学习意愿和浓厚的学习兴趣；在教学过程中，对于重要的知识点，通过案例教学，与学生共同分析和讨论，启发学生进行思考，培养学生的创新能力。