无机高分子材料的应用范文

导语：如何才能写好一篇无机高分子材料的应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1聚乳酸

聚乳酸(PLLA)是FDA(美国食品和药物管理局)认可的一种可完全生物降解，对环境无污染的聚酯类高分子材料，属于人工合成的科生物降解的热塑性脂肪族聚酯。聚乳酸合成的主要原料是乳酸，乳酸是一类可再生的资源，而且具有无毒无刺激的特性。PLLA具有适应的生物降解特性、良好的生物相容性和可加工性，以及优良的力学强度。已广泛应用于可吸收缝合线、药物缓释材料、人工血管、止血剂、外科粘合剂和骨折内固定等领域，近几年来引起人们广泛的关注。

1.1PLLA用于支架材料

此应用是基于组织工程的生物装置。是为了保证人体细胞和组织的生长，从而达到理想的身体组织功能。PLLA作为一种工程支架材料，具有工程支架材料所必需的两个条件：一是细胞生长和输送营养所必需的孔结构；二是助于细胞生长所需要的几何形状和机械强度。PLLA组织工程支架最早经过在材料上培养组织细胞且不断演变为组织和器官，在这一过程中会缓慢的降解不断地被组织肌体所吸收。

1.2PLLA用于骨科和牙科材料

在高分子医用材料发张起来之前，骨科的固定和牙科的填充物多数是金属材料。比如骨科的固定多数是不锈钢等材料，但是这些金属材料会引发一个问题，那就是“应力屏蔽效应”造成金属材料周围的骨组织因为收不到引力刺激形成骨质疏松和骨退化。这种效应的原因是金属在刚度上远远超过人骨，在力学性能上难以跟随骨折的恢复情况适时调整。而聚乳酸等高分子材料在强度刚度韧性上和人体接近，而且随着骨折的愈合会被慢慢的降解吸收，不仅发挥了良好的性能，也避免了二次手术，减轻病人的痛苦。

1.3PLLA纳米纤维编织缝合线

以PLLA为原料，采用静电纺丝和圆盘定向收集得到具有有序排列的纳米纤维束，并将其编织成线，得到PLLA纳米纤维缝合线。这是一种新的应用。对新型可吸收PLLA缝线的微观形貌、血液相容性、细胞毒性进行了性能表征，并测试了其力学性能。结果表明，纳米纤维在一定的圆盘转速下表现出较好的定向性，力学性能良好。MTT实验结果表明缝线材料无细胞毒性，且显示出较高的增殖率，说明新型可吸收PLLA纳米纤维缝线具有良好的生物相容性和安全性。缝线在溶血试验中溶血率<5%，符合医用材料的溶血要求。

2聚丙烯腈

丙烯腈又称PAN，是重要的合成纤维原料，PAN含量为89%共聚物称为腈纶，用于医学应用中的人工血管、超滤装置、和透析型人工肾中中空纤维的制造。用以超滤清除中大分子的物质，但是有无其是憎水性的，所以在应用中应与亲水性单体共聚来改性，这个是医用材料研究表面改改性的部分。PAN纤维经高温碳化可以制成碳纤维，用于增强复合材料以制作假肢、假牙、人工肌腱、韧带、牙槽骨、下颌骨以及软骨等。此外，丙烯腈还可以和其他的聚合物形成共聚物应用于医学的其他方面，例如脑动脉瘤加固保护剂等。PAN基的碳纤维还具有良好的吸附特性，可以用于制作吸附性人工肾，人工肝等。

3聚四氟乙烯

聚四氟乙烯主要应用于隆鼻术，他是一种惰性膨体聚合物，其内部由许多结节组成，结与结之间细小的纤维多方向立体交织在一起，形成超微多空的结构。他的主要性能如下：非极性、线性结晶聚合物，一般结晶度在55%到75%之间，有时高达94%；分子量一般为40万到100万之间，化学稳定性良好，耐强酸强碱强氧化剂等，甚至于耐受王水的腐蚀，对很多物质均无黏附作用。所以这种材料可以耐受反复的高温消毒灭菌，流变性好，易于加工成型。其具体优点如下：1、性能稳定，无毒，耐高低温，耐腐蚀；2、有海绵状、膜状、块状、片状等不同形状，而且容易塑形，可随意雕成各种形状；3、材料光滑，黏性系数摩擦系数极小，有弹性和一定的柔韧性，不易撕断；4、内部的超微多孔结构可以允许周围的组织血管和肉芽组织长入，从根本上避免了术后远期发生假体活动等不良效果；5、材料具有坚实柔软且允许组织长入的特点，隧道填充效果完美且与周围组织紧密镶嵌，作为隆鼻材料可以使鼻子外观更趋于自然，形状手感自然逼真。聚四氟乙烯在心血管系统也有很多引用，比如血管的修复，人工瓣膜的低缓，阻塞球和缝合环包布，人工肺气体交换膜，燃供肾和人工肝的解毒罐，心血管导管引导钢丝的表面涂层等。是在人体内如果磨损产生颗粒，对其生物相容性就会产生不利的影响。

4总结

以上我介绍了三种高分子聚合物的特性及应用，当然有的材料优点很多但在实际引用中还应考虑制造工艺以及成本问题，例如膨体聚四氟乙烯，如果在工艺上能改进，降低成本，相信可以得到广泛引用。

参考文献

[1]莫建民，范元涛.膨体聚四氟氯乙烯在隆鼻术中的应用[J].使用美容整形外科杂志.2002，13(6)：286-28.

[2]张静，梅芳，蔡晴，等.牙周膜细胞在网格型与无纺型聚乳酸纳米纤维支架材料上体外培养的研究比较[J].中国生物医学工程学报，2009，28(5)：754-759.

[3]余耀庭，王深琪.生物聚合物材料[J].生物医用材料篇.2009，12，8：12-19.

[4]刘丹岩，马景学，曹德英，等.苦参碱聚乳酸微球的缓释性和玻璃体腔注射的安全性研究[J].眼科研究，2010，28(1)：34-38.

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【关键词】高分子材料；成型加工技术；创新

现代社会中，科学技术成为了推动经济发展，促进社会进步的重要力量，也正是由于科技是第一生产力的这一理念，各个国家的科技都达到了前所未有的发展速度。高分子技术应运而生，随着人类对高分子技术的深入了解，在应用过程中遇到的很多问题有待探讨，本文中就高分子材料成型加工技术的发展与创新进行了深入的讨论，也希望能够为我国的高分子技术贡献一份力量。

一、简述高分子材料成型加工术的发展历程

在对一项科学技术进行深入探讨之前，很有必要对其的产生、发展到应用的过程有所了解。由于新型高分子材料的发现较早，但是由于观念上的落后以及设备上的落后，导致高分子材料从发现到大规模的应用于工业流程中所耗费的时间较为漫长。近年来，随着关于高分子技术的一系列难题攻破，到更多、更加优良的高分子材料被发现，高分子技术开始进入飞速发展的时代。20世纪90年代塑料的平均增长率有了很大的提升，随之而来的塑料产量也有很大幅度的提升。不管是在塑料的产量上有了大幅度的提升，在塑料的种类上，材质上，应用范围上都有了很大的优化与发展。举个例子来说，之前制造一批汽车可能需要三百吨钢铁，而现在可能只需要三百吨的塑料就能达到相同的效果，甚至更好的效果。在钢材日益减少的现在，这些高分子材料的发明给了人类在发展道路上无限种可能。在汽车行业中，由传统纯钢铁制造的汽车可能已经无法满足现代人类的需要了，而对于高分子材料制造而成的汽车，不仅在强度上不输于钢铁，在造价，环保方面更是胜于钢铁一筹。而在其他方面也会有很多改变，规模上要更小一些，周期要相对更短一些，能量的消耗要更低一些，回收率要更高一些，对空气的污染程度和对资源的消耗要更小一些。

二、创新型高分子材料成型加工技术

1.聚合物动态反应加工技术及设备

聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。目前国外已经对这一个项目进行了深入的研究，并且已经研制出了连续反应和混炼的杆螺杆挤出机，这一项研究的产生，有效地解决了双螺杆挤出问题，还有这其他类似的反应器所不具有的优点。

在这些设备的发展过程中，技术是至关重要的一个环节，在技术上必须要有所突破。指交换法聚碳酸酝（PC）连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备，而在现在世界上所使用的反应加工设备上来看，大多数都是利用传统的混合、混炼技术，有些国外的企业也只是对传统的反应器进行了小范围的优化。但是根本上都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题。另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。这一项技术实现了聚合物单体或预聚物混合混炼过程中的理论的突破，有了新的理论作为指导，新型的加工反应器才能够制作出来。新的技术从理论上解决了聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这此优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。

2.新材料制备动态反应加工设备技术的革新

这一项技术的革新主要是指信息存储光盘直接合成反应成型技术的发明，这项技术具有当代新技术所需要的大多数优点，由于采取了全然不同的理论指导和流程，这项技术具有周期短，操作建议，对环境污染小，节约资源的优点。正是由于这些优点的存在，这项技术打破了原有传统技术的局限性，避免了很多问题的出现。而且随着光盘存储技术的发展，这项技术还有无限的提升空间。它的主要工作机理是把光盘级的PC树脂化，将中间存储和盘基成型融合在一个流程当中，再借鉴动态连续反应成型技术对交换连续化生产技术进行研究和发展。

3、复合材料物理场强化制备技术

此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表而特性及其功能设计，整个流程都是在设计好的连续的加工环境中进行，省去了其他化学催化剂或者改性剂的参与，有效地实现了资源的节约。利用聚合物使无机粒子进行原位表面性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物/无机物复合材料热塑性弹性体动态全硫化制各技术：此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化。解决共混加工过程共混物相态反转问题。

三、展望高分子材料成型加工技术未来的发展方向

近年来，在世界上的高分子材料成型技术的发展热潮的影响下，我国的各省各地也加快了高分子材料成型技术的发展，相关部门也加大了政策上的支持。这一做法是完全符合我国改革开放以来的经济发展路线，因此这一技术已经具备了发展的一切有利因素。

我国的各个城市陆续展开这项技术的推广，已经有超过一半的地区在推广和使用这一技术，这一技术所创造的经济利益也是不容忽视的，很多地区已经将这一技术变成一个产业，工业制成品大量出口到欧洲和亚洲的很多国家和地区，在国际贸易方面有非常显的成效，不但提高了出口的多样性，而且拉动了社会效益和经济效益的增长。在未来的时间里，这项技术还具有非常大的发展空间，新型高分子材料成型技术还可以应用在更多的领域，相信会有一天高分子材料会成为我们日常生活中不可缺少的东西。希望以后有更多的人才投入到这项技术中去，这样我国的高分子成型材料加工技术才能够赶超发达国家，为我国的外贸的发展。

四、结语

综合上文所陈述的，我国要想在高分子材料的道路上走的更远，必须牢记科技史第一生产力的这一原则。并且只有随着高分子材料的不断深入应用，我国才能够更好地建设资源节约型环境友好型社会，才能让世界看到中国的发展不是以牺牲环境，大量消耗资源为代价的。推动高分子加工合成技术势在必行。

参考文献

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【关键词】 材料 发展 金属材料 无机非金属材料 高分子材料

人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。历史上，材料被视为人类社会进化的里程碑。对材料的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质量。历史学家也把材料及其器具作为划分时代的标志：如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代……

100万年以前，原始人以石头作为工具，称旧石器时代。1万年以前，人类对石器进行加工，使之成为器皿和精致的工具，从而进入新石器时代。现在考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器，在六千多年前已经冶炼出黄铜，在四千多年前已有简单的青铜工具，在三千多年前已用陨铁制造兵器。我们的祖先在二千五百多年前的春秋时期已会冶炼生铁，比欧洲要早一千八百多年以上。18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了钢铁时代。与此同时，铜、铅、锌也大量得到应用，铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用。直到20世纪中叶，金属材料在材料工业中一直占有主导地位。20世纪中叶以后，科学技术迅猛发展，作为发明之母和产业粮食的新材料又出现了划时代的变化。首先是人工合成高分子材料问世，并得到广泛应用仅半个世纪时间，高分子材料已与有上千年历史的金属材料并驾齐驱，并在年产量的体积上已超过了钢，成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的发展。陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代，合成化工原料和特殊制备工艺的发展，使陶瓷材料产生了一个飞跃，出现了从传统陶瓷向先进陶瓷的转变，许多新型功能陶瓷形成了产业，满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要。

现在人们也按化学成分的不同将材料划分为金属材料，无机非金属材料和有机高分子材料三大类以及他们的复合材料。

金属材料科学主要是研究金属材料的成分组织、结构、缺陷与性能之间内在联系的一门学科。金属材料科学与工程的工作者还要研究各种金属冶炼和合金化的反应过程和相的关系，金属材料的制备方法和形成机理，结晶过程以及材料在制造及使用过程中的变化和损毁机理。对其按化学成份进行分类可以分为钢铁、有色金属以及复合金属材料。按用途分类包括结构材料和功能材料。

金属基复合材料（MMC）因其良好的性能而得到了人们广泛的关注。它是一类以金属或合金为基体，以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物，其共同点是具有连续的金属基体。目前，特别是航空航天部门推进系统使用的材料，其性能已经达到了极限。因此，研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属基复合材料，已经成为发展高性能结构材料的一个重要方向。1990年美国在航天推进系统中形成了3250万美元的高级复合材料（主要为MMC）市场，年平均增长率16%，远高于高性能合金的年增长率1.6%。

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。无机非金属材料已从传统的水泥、玻璃、陶瓷发展到了新型的先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维、半导体材料以及光学材料。由于新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等,因此它们已成为现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。自20世纪20年代德国著名科学家斯托丁格开创这一学科以来，高分子科学和技术的发展极为迅猛，如今已形成非常庞大的高分子工业。它具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性能，以及重量轻等优良性能，在是工程上的发展最快的一类新型结构材料。高分子材料按其分子链排列有序与否，可分为结晶聚合物和无定型聚合物两类。结晶聚合物的强度较高，结晶度决定于分子链排列的有序程度。工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为三大类：塑料、橡胶以及合成纤维。其中，我国的合成纤维、合成树脂和合成橡胶已分别居世界产能的第一、二和三位。

参考文献

[1]谢盛辉．《材料科学发展史》．课程构想及教学纲要．2006：26（5）

[2]许顺生．金属材料科学概述．中国科学院上海冶金研究所

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从19世纪中期开始到现在，经过了这么长时间的不断发展，高分子体系已经从高分子改性逐渐向高分子合成、构筑、光电功能高分子等方向转变。人们的生活也从高分子化学中受益匪浅，小到日常可见的材料、油漆以及涂料等，大到在科研研究方面使用的高分子聚合物、分离膜、酶、树脂等。现在对高分子化学的研究方向已经转向了新功能材料，在目前快速发展的情况下看，高分子化学会和其它学科相互之间相继结合穿插，一定会在纳米材料、智能等一系列研究领域中广泛使用，适应现代化可持续发展的目标，使所有研究项目都向绿色科学方向发展。

一、现如今高分子化学的发展情况

自从20世纪到现在，随着工业技术的快速发展，天然资源已经露出了疲态，科学家们已经开始使用高分子化学进行材料的合成。有数字表明，在之前的40年中，使用材料的速度正在以每10年五倍增长，人类三大合成材料，其中包括塑料、橡胶、纤维，在使用过程中表现出了令人惊讶的增长速度。新型的材料，特别表现在合成材料，在工业、建筑、农业、电子技术方面都被广泛使用，极大的支撑着人类的日常生活，是使国民经济持续发展的必要动力源泉。

二、高分子化学不同领域的使用分析

使用高分子化学的研究都处于高端技术领域，它的发展方向一定会和社会发展的方向和各种行业发展要求相适应。以后的高分子化学一定会其它领域相互融合，高分子材料的使用注定会减少人类对自然资源的依赖程度，逐渐向纳米、绿色和智能等方向转变，在实现可持续发展的目标中占据了非常重要的位置。

2.1 使地球更加绿色化

在现在很多工业发达的城市，天空中都会飘着非常浓郁的黑烟，对人们的日常生活有非常严重的污染。绿色，在现在被认为是没有污染、再生性或者可以循环使用。在没有污染方面，我们需要做的就是减少工业废弃物的排放、相对的减少污染源。现在的情况表明，化学行业中具有污染和治理两个方面的性质，可以对绿色使用材料进行研究，也可以继续对环境造成恶化。例如：在研制的过程中使用的催化剂、溶解剂、中间物品等，在生产过程中产生的废气、废渣、废弃液体等都是对环境造成影响的主要元凶，若长期的进行排放，会对环境造成严重的影响，甚至会导致不可逆转的事情发生。

2.2 减少的自然资源的使用依赖

目前研究的高分子合成材料对石油具有很强的依赖性，众所周知，石油是经过地球非常漫长孕育才出现的，另外，石油也是现如今人类社会非常重要的能源，石油资源现在正在快速的减少，而且不能快速的进行补充，所以人们现在非常急切的找到可以代替石油使用的资源，这已经成为现在高分子化学研究中非常重要的课题。在对物质中原子和分子的比率进行调节，对物质的微观特性、宏观特性以及表面性质进行加强控制，也许这种物质就会满足一些行业的使用要求，当这种情况出现的时候就可以把这种物质作为材料使用。所以，在对材料进行配置的时候就会减少对不可再生资源的依赖程度，并对使用材料和环境进行相互协调，这是现如今化学研究当中非常重要的领域。现在很多高分子合成材料都非常依赖石油资源。想要解决目前的情况，可以对天然高分子进行利用，这其中也应该包含对无机高分子的不断探索和研究。

现在由石油合成的高分子材料，主要因为原子中以碳为主要元素，其中还含有少量的氮、氧等原子，所以被称为有机高分子。无机高分子是因为主链上的组成原子中不含碳。根据元素的性质进行判断，大约有40～50种元素可以成为长链分子。现在引起科学家高度重视的一种无机高分子，它的主链上都是硅原子，并且含有有机侧链的聚硅烷。

2.3 使高分子材料不断纳米化

现在很多高分子化学反应中的原子经过重新排列组合之后的反应空间要比原子的大小大出很多，所以，化学反应的研究要在一个受限空间之中进行。若在有限的空间中，像纳米量级的片层当中，小型分子由于和片层分子相互作用而且还在一个比较受限的空间内进行排列，之后产生单体聚合，聚合之后的产物的拓扑结构不会再受限的空间内进行全部的复制，这种情况和自由空间的结果完全不同。我们也许会在受限制空间内进行聚合反应的分子中提炼出高分子纳米化学的定义。化学的研究对象基本都是纳米量级的分子和原子，但是因为没有精细的方式，没有达到可以在纳米尺度上精确控制分子或者原子的程度，所以现如今很难做到对分子的精准设计，使化学的合成让人感觉非常的粗放。高分子化学在纳米程度上精要精确的按照分子设计，在此基础上确定分子链中的原子配比位置以及相互结合的方式，通过纳米技术对分子、原子和分子链进行非常精确的控制，达到对高分子各级结构的位置确定。这样就可以精确的控制新合成材料的功能和特性。

2.4 面向智能材料的高分子化学研究路线

20世纪的人类社会是以合成材料为标志的，在21世纪人类社会的标志将会是智能材料。高分子化学仍然是进入智能材料时期非常重要的组成部分。材料自身具有的功能可以根据外部条件的变化，有意识的进行调节和修复等一系列措施，这就是智能材料的基本定义。现在科学家已经了解高分子有软物质这一特征，简单说就是可以对外场具有反应。

三、结语

随着社会的不断发展，人类把能源、信息以及材料称为支撑科技革命的重要力量，而且材料也是能源以及信息不断发展的基础所在。从出现合成有机高分子材料开始，人类就在不断的进行研究和探索，希望可以找到使用广泛的新型材料，可以广泛的使用在计算机、生物、海洋等一系列领域当中。高分子材料正在向高性能、多功能方向不断前进，正在不断适应快速发展的今天，出现了很多功能非常强健并且广泛使用的高分子材料。

参考文献

[1]王立艳.《高分子化学》理论与实践教学的整体优化研究[J].广州化工，2012，40（4）：108-109.

[2]张宏刚.新型高分子化学注浆材料在碱沟煤矿的应用[J].中国高新技术企业，2011（34）：63-64.

[3]何冰晶，王庆丰，刘维均，等.能量最低原理在高分子化学教学中的应用探索[J].高分子通报，2011（12）：141-144.

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1有机阻燃剂概述

阻燃剂主要是用来提高材料的抗燃性，从而避免材料被引燃并且要抑制火焰的传播。阻燃剂成为高分子材料发展的重要动力之一，使用量仅次于增塑剂。阻燃剂根据不同类型的化合物分成有机阻燃剂、无机阻燃剂以及有机-无机混合阻燃剂这几种类型。其中无机阻燃剂应用最为广泛，需求量占到阻燃剂总量的50%以上。理想阻燃剂需要有着阻燃效果好以及添加量少的优点，同时要无烟无毒从而避免环境污染，并且对其他材料的性能影响小，有着良好的加工性能好，热稳定性高并且价格便宜等特带你。阻燃剂的这些要求，决定着阻燃剂以及阻燃技术的发展放心。有机阻燃剂有着添加量少以及基材相容性好的优点，同时对阻燃制品性能的影响也更小，不过现有的有机阻燃剂在燃烧时发烟量大同时挥发性大，热稳定性以及水解稳定性都比较差。目前研究的有机阻燃剂有氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、有机磷阻燃剂以及硅系阻燃剂等。

2有机硅阻燃剂的合成

有机硅高分子材料近年来开发出来的新型高效环保的无卤阻燃剂，作为成炭型的抑烟剂，能够赋予高聚物在阻燃以及抑烟的过程中，还可以改善材料的机械强度以及加工性能。作用机理主要是硅氧烷燃烧过程中能够生成硅，进而碳阻隔层能够隔绝树脂与氧气的接触，避免熔体滴落，因此实现阻燃效果。有机硅阻燃剂有着热稳定性良好的特点，这是由分子主链的-Si-O-键所决定。有机硅闪点绝大多数都高于300℃，所有具有难燃性。较为常见的有硅油、硅树脂、硅橡胶以及聚硅氧烷等。目前市场应用的有机硅阻燃剂打斗是美国通用电器提供的SFR-100，是一种黏稠透明的硅酮聚合物，能够与各种协同剂例如多磷酸胺等并用，已经使用在聚烯烃阻燃，低用量可以满足阻燃要求，高用量能够赋予基材有意的抑烟性以及阻燃性。研究人员通过研究有机硅高分子材料的阻燃性，发现在PU弹性体当中加入粉末状环氧以及硅氧烷，只需要加入5%，就能够使HRR降低到80%，液态的硅氧烷则能够降低HRR到50%。通过分析阻燃PP，还能够发现有机硅的复合物对PP有着明显的阻燃以及减少熔滴效果。

3有机硅阻燃剂的国内外研究进展

1）国外研究进展。1981年坎贝尔等人发表关于聚碳酸酯与聚二甲基硅氧烷（PDMS）的共混，能够提高PC阻燃性的报告。不过PSMS自身阻燃效果不够理想，为了改善阻燃性能，需要在其结构当中加入反应性官能团，例如端羟基、氨基以及环氧基等，如下图所示。

1983年，GE公司采用1-40wt%的硅胶或者线性硅油，1-20wt%的有机化合物例如硬脂酸镁和1-20wt%的有机硅树脂制备热塑性塑料使用的有机硅阻燃剂，能够广泛应用于热塑性塑料。1985年，GE公司继续开发用于尼龙树脂的有机硅阻燃剂，通过添加10-50wt%，能够达到理想的阻燃效果。1990年，GE公司通过二羟基苯酚与羟基芳香酯硅氧烷进行光气化反应制备出有机硅-聚碳酸酯共聚物，用来做阻燃绝缘层，同时与2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料，在加工流动性以及阻燃性方面性能良好。日本的三菱瓦斯化学公司在羟苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有机硅阻燃剂领域进行了大量研究工作，并合成含有聚硅氧烷链段的一系列阻燃剂，有着良好的耐热性、阻燃性、透明性以及低温冲击强度。日本NEC公司研发商品化的硅酮系阻燃剂“XC-99-B56-54，是一种带有芳香基同时含有支链结构的聚硅氧烷，突出特点是对分子结构当中的苯基含量以及功能端基反应性科学设计，从而达到最理想的水平。比聚甲基硅氧烷有着更好的分散性，对PC/ABS、PC合金具较高的阻燃性。

2）国内研究进展。我国科研机构也在有机硅高分子材料的阻燃性方面进行了大量工作。欧育湘等人对有机硅阻燃剂SFR-100性能和PE应用的效果展开了详细的研究，SFR-100是非卤成炭型的阻燃剂，一方面赋予聚烯烃良好的阻燃抑烟性，另一方面也改善材料加工性能，同时提高材料机械强度。华东理工大学的刘述梅以及王瑜润等合成苯基含量高的硅树脂阻燃剂，实验表明如果硅树脂中的苯基含量在80%～90%之间时，阻燃效果最优并且对机械性能的影响也最低。哈工大的黄玉东以及孙举涛等人用苯基氯硅烷以及甲基为单体合成耐高温的有机硅树脂，不过在空气气氛之下，因为有机基团出现氧化分解而导致硅树脂阻燃性有一定程度的下降。浙江大学的杨辉以及周文君等人通过水解缩合法制备有机硅树脂阻燃剂，在800℃以及N2气氛之下，热失重控制在38%之下，热稳定性优异，通过往PC添加5%（质量分数）之后，氧指数从25%进一步提高到35%。

4结语

总而言之，有机硅高分子材料有着性能优异以及环保的优点，符合目前阻燃剂发展的趋势，一方面能够提高阻燃效果，同时还能够改善材料的加工性能以及机械性能。有机硅高分子材料阻燃剂的各方面发展处于起步阶段，简化其合成工艺从而降低成本是有机硅阻燃剂继续发展的关键内容。

【参考文献】

[1]欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料[M].北京：国防工业出版，2011.

[2]阻燃剂应用研究综述叨.化工中间体[J].2007.

[3]吕丹.聚合物的阻燃及阻燃剂的研究进展[J].广东化工，2009.

[4]李继彦，吴伯麟，刘志锋.无机阻燃剂及其应用的几个问题[J].塑料工业，2007.

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关键词 材料；液晶高分子；光致形变高分子材料

中图分类号TG1 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0157—02

材料是人类文明的标志，是社会生存和发展的基础，人类支配和改造自然能力的提高都是通过新型材料的发现和利用来实现的。科学家们预言“21世纪将是智能材料的新时代”。所谓的智能材料指的是能够根据周边环境的变化而做出不同响应的一种新型材料。这其中材料对光、热、电、磁以及溶剂等不同介质所做出的响应。根据智能材料所使用的材质的不同，我们可以将其大致归为三类：金属类智能材料、无机非金属类智能材料和智能高分子材料。本文主要针对的是光致形变液晶高分子材料进行一些列研究和探讨，希望能起到抛砖引玉的效果，让更多的同行来共同关注这一领域的发展。

所谓的光致形变液晶高分子材料指的是能够吸收特定波长的光，而改变自身形状以及尺寸的一种高分子材料。光致形变液晶材料之所以能够对光进行响应是因为其分子中含有感光官能团。

光致形变高分子要满足一定的条件才能发生形变，Lendlein等人认为需要满足下面三个条件[1]：1）感光官能团要以一定的方式引入到高分子材料中；2）当感光官能团与分子发生可逆的光异构化的时候，就能够引起材料在外观上的改变。因为这种变化可以传递给高分子链，高分子链在构象上的变化则表现在外观形状以及尺寸的变化上；3）该体系的维持需要有一定的交联度，只有这样才能稳定材料最初的形体状态。光致形变液晶高分子材料要想有大的形变，需要高分子链在材料中呈有序排列，从而可以产生各向异性的响应，这样产生的形变应力比较大。

Ikeda和俞燕蕾等人合成了一系列的液晶弹性体薄膜，他们把偶氮苯官能团引入到该薄膜中从而可以有效地实现液晶弹性体薄膜在方向上所产生的可控光致弯曲的发生。如图1（多畴液晶弹性体的光致形变弯曲图，其中白色箭头的方向即为偏振光的偏振方向）所示，当多畴向列相液晶弹性体薄膜沿着任意方向发生弯曲的时候，弯曲后用570nm波长的可见光照射，薄膜可以恢复到原来的状态，这是因为薄膜的弯曲方向与入射偏振紫外光的偏振方向一致，所以可以通过简单的改变入射光偏振方向，即可简单地精确控制薄膜的对弯曲方向。

Lee等人在最近研究出了一种全新的液晶高分子薄膜，这种薄膜在其主链上含有偶氮苯基团，而且薄膜也可以根据线性偏振光来控制自身所弯曲的方向变化。同时，这种薄膜也是一种非化学交联的体系，所以这就让它能够广泛应用于纤维制成或任意形状的光响应材料。另外，该材料也证明了，光致形变液晶高分子材料不一定需要化学交联。

类似纤毛功能的微型执行器是由van Oosten等人通过喷墨打印技术制备出的一种新执行器，这种结构的纤毛可以在有光照的情况下自行运动。如图2（a）所示，当将它放置于水中的时候，它就可以产生变比较强烈的扰动，从而达到促进液体快速交融混合的目的。

另外，通过选择不同的构件，可以实现对纤毛运动幅度大小的调控（图2 b），最吸引人注意的一个特点是这种构件的制备可以使用不同类型的喷液进行操作，比如喷涂打印，如此，所使用的成本更加低廉，所以，这就也促使了大面积制备响应性的执行器件。在涉及到替代传统的电驱动执行器方面，同样有着非常明显的优势；图2 c是该执行器成分的化学结构式。

图2（a）当采用不同波长的光驱照射人工纤毛的时候，就会令其产生不规则的运动行为；（b）当采用紫外光进行照射的时候，液晶高分子纤毛在水面所产生的运动行为；（c）为构成执行器的液晶单体化学结构式。

结论：由于光的一些优异特点，使得光致形变液晶高分子材料在现实的应用中有着诸多的特点，这些特点使光驱动型执行器不需要使用其他的相关辅助设备，只需要通过改变自身的形状及尺寸就可以将光能直接转化为有用的机械能，所以，它将有望在微机械领域中大放光彩。

参考文献

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关键词：材料 成型加工 技术

近年来，某些特殊领域如航空工业、国防尖端工业等领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求，如高强度、高模量、轻质等，各种特定要求的高强度聚合物的开发研制越来越显迫切。

一、高分子材料成型加工技术发展概况

近50年来，高分子合成工业取得了很大的进展。例如，造粒用挤出机的结构有了很大的改进，产量有了极（大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒，产量约为3t/h；70年代至80年代中期，采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒，产量约为10t/h；80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒，产量可以达到40-45t/h，今后的发展方向是产量可高达60t/h。在l950年，全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5.8%，2000年增加至1.8亿t至2010年，全世界塑料产量将达3亿t，此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构，加速采用大规模进行低成本的生产。随着汽车工业的发展，节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要.汽车规模的不断扩大和性能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷，提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。

据悉，目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料（如钢铁等）。因此，汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外，汽车中约90%的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，模具产业超过50%的产品是汽车用模具。目前，高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展；成型加工方面，从大规模向较短研发周期的多品种转变，并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。

二、现今高分子材料成型加工技术的创新研究

（一）聚合物动态反应加工技术及设备

聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机（包括双螺杆和四螺杆挤出机）作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯（PC）连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及设备。

目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题.另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿，并在该领域处于技术领先地位。

（二）以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术

1.信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题，将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。

2.聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计（粒子设计），在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物/无机物复合材料。

3.热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化.解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，提高我国TPV技术水平。

三、高分子材料成型加工技术的发展趋势

近年来，各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划（攻关）等项目同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套项目20多项，创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料机械有限公司，使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台（套）。销售额超过1.5亿元，还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家.产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元，每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列，投入批量生产并推向市场；塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成，目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好，聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合，引入新的管理、市场等机制，争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO，各个行业都将面临严峻挑战。

综上所述，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路，打破国外的技术封锁，实现由跟踪向跨越的转变；把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。

参考文献：

[1]Chris Rauwendaal，Polymer Extrusion，Carl Hanser Verlag，Munich/FkG，l999.

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关键词：交通；高分子材料；工程应用；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）22-0139-02

一、前言

交通拥堵已成为世界主要国家存在的交通主要问题。为解决交通拥堵和提高客运运输能力他们正在寻求新的交通政策和解决办法，其中最重要方法就是发展轨道交通。因为轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点，主要包括干线铁路、地铁、轻轨、有轨电车等轨道交通系统。预计到2020年，我国城市化水平将超过50%，城市轨道交通累计营业里程将达到7395千米。发展轨道交通，必须要克服车辆的走行性能、轻量化、集电性能、环保、空气力学以及其他诸如改善车内环境、提高乘车舒适度、提高耐候性和耐火性等方面的技术，而车辆的轻量化在解决其他各项技术方面起着至关重要性，高速列车的轻量化必须大量采用高分子材料及复合材料。随着科学技术的不断进步，具有质轻、高强度以及易成型等特点的集结构功能一体化的新型高分子材料，尤其是高分子复合材料越来越多地应用在现代轨道交通领域。

另外，随着轨道交通的发展，尤其是铁路的提速，噪音污染对于人类的威胁也越来越大，甚至危及生命，因此，控制振动、降低噪音已成为急需解决的重大问题。在众多的阻尼防噪材料中，其中以高分子阻尼降噪材料阻尼耗能的作用更为突出。高分子材料阻尼特性一直以来是一项重要的研究课题，同时高阻尼聚合物也是目前发展高性能减震降噪材料的重点发展方向。因为高分子材料具有以下特点：（1）利用其玻璃态转化区的粘性阻尼部分，将机械能或声能部分转变为热能逸散掉，通过阻尼制振降低车厢结构共振区的振动，从而减小车内噪声。（2）利用小分子和极性高聚物之间会形成可逆的氢键，氢键在振动下会不断断裂和形成新键，最终将机械能转化为热能而耗散。（3）将不同的阻尼材料交替层状排列，利用多层杂化材料叠加来有效地拓宽材料的有效阻尼温域，通过控制复合材料的层状结构和数量将可获得更高阻尼值。这些特性是其他材料无法达到的。发展高分子交通材料对于发展交通具有非常重要的应用价值。在当今经济发展的中国，开设具有交通特色的高分子材料专业，培养更多掌握高分子材料的基本知识和应用技术的人才具有划时代的意义。

二、高分子专业特色

作为以交通为特色的一所大学，专业设置必须具有交通的特点。学校在“十三五”规划中，就明显地突出了交通的特色，确立了学校的发展目标，将其定为“以交通为特色，轨道为核心”发展理念，而且强调其他所有的专业建设必须紧紧围绕着这个目标，包括学科建设和人才引进。作为与轨道交通有着非常紧密联系的高分子材料专业更要凸现交通特色。我们在专业建设方面紧紧围绕交通的特色，包括本科的课程设置、学科专业方向和人才引进。在课程设置方面我们更多地注重学生的实际能力的培养，以轨道交通为靶向，为交通运输行业提供掌握高分子材料基础知识和实际应用人才。在学科建设方面首先以高分子材料基础理论建立学科平台，尤其是硕士学位硕士点，目前，该专业有专材料科学与工程和化学两个一级硕士学位硕士点来支撑；其次，按照学校的发展定位凝练学科特色，突出交通，以教授为学科带头人，形成专业团队，在高分子材料与工程专业主要体现在以下几个方面：（1）根据聚合物的流变学原理，利用共混的手段，将两种或多种聚合物进行共混改性，以改善单一高分子材料性能，获得更加广泛的交通应用材料。同时通过改性可获得较窄的玻璃化转变温度，以形成宽温域、宽频率阻尼高分子材料。（2）利用接枝共聚的化学方法，将具有一种较长链段或带有功能基团的单体接枝到聚合物主链上，使聚合物能形成多个侧链或者交联，获得新型功能通材料；同时还可以通过改性使侧链与侧链之间产生纠缠，实现阻尼增强的效果。（3）运用复合的方式，选择一种较强的力学强度和较高损耗因子聚合物，通过与一些补强材料或添加第二相粒子，以形成各类具有高性能的复合材料，同时达到应用的需要。（4）利用有机硅独特的结构，其兼备了无机材料与有机材料的性能，即具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，制备硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷。这类材料应用领域不断拓宽，而且形成了化工新材料界独树一帜的重要产品体系。

三、高分子专业培养模式

1.明确交通特色的培养目标。在科技发展的今天，材料已成为三大支柱产业（材料、能源、信息）之一，材料的发展水平已作为评价一个国家综合实力的重要标志。高分子材料与工程是材料科学与工程的一个分支，它在实际生活中得到广泛的应用。另外，高分子材料易于改性，赋予新功能性，这就使得高分子材料的应用进一步拓展。社会更加急需掌握高分子材料与工程理论知识和专业技能的专业人才。作为工科性质的大学，培养具有一定的实际操作能力，能以理论指导实践、应用于实践，服务于地方经济建设的高分子材料与工程专业技术人才是十分重要的责任。而作为交通特色的大学，高分子材料专业人才的培养必须适应当今轨道交通的需求，专业培养模式应该是“强化基础，注重交通，突出创新”。

2.以科学研究强化专业建设内涵。专业建设内涵主要包括课程设置、教材建设和师资队伍等内涵建设。课程体系是实现培养目标最直接的体现，是形成人才知识结构和提高能力的主要来源，是提高人才培养素质的核心，也是教学改革的重点。根据我们高分子专业的培养目标，合理地设置课程，才能高效地促进专业发展，在此，我们按照三个模块来进行选择和设置课程，基础理论模块按照国家教资委的要求设置基础理论课程，选择“十二五”规划或获奖教材，系统传授基础理论课程，在大一和大二上完成基础理论课程，为专业基础理论及专业研究方向提供理论指导；专业基础模块体现高分子专业特色设置课程，选择丰富经验的教师授课，尤其具有专业特长高级职称教师，在高分子专业上传授高分子专业基础课；专业方向模块突出交通特色，发挥专业研究方向的优势让学生有选择性进入不同方向的导师团队，团队的导师必须具有行业经历，尤其在专业方向上进行过专业生产实践，承担过或正在承担企业项目，在校内进行专业方向模块训练，这样可以做到形式不单一，课程内容不重复。在丰富教学内容的同时，又加强了师资队伍的建设。

3.以实践教学促进专业建设。高分子材料与工程专业与大部分工科专业有着相同的特点，重视工程实践，该专业是在大量的科学实验和工程实践基础上发现并总结出来的，运用科学分析方法探索其内在的作用机理，采用数学、物理、化学理论与模型计算归纳形成理论体系，并在理论指导下，将科学研究应用于生产实践，使理论体系进一步得以检验并逐步完善，实际上高分子专业形成过程是经过实践到理论再实践的发展过程。针对这一特点，我们在设置课程的同时有意侧重实践课程教学，尤其是交通特色的高分子材料实践教学，培养学生在交通领域具有创新意识、创新能力和实践能力。

高分子专业教学实践分为校内和校外实践。在校内主要包括专业基础实验教学、专业实验、开放实验、课程设计、计算机模拟实践和毕业教学环节等实践教学部分。而在校外主要包括认识实习、生产实习以及毕业实习等实践环节。校内实践是校外实践的基础，相互衔接，在专业基础实验教学中要积极有效地开展研究型、设计综合型实验教学，鼓励学生利用业余时间参加开放实验活动，注重培养学生的动手能力和科研能力。校外实践注重实训基地的建设，形成良性互动，学生在生产实习中得到锻炼，企业在学生的生产实践中发现人才，能为企业使用，学校提高了声誉，企业也大大地降低了生产成本，两个实践模式的有效结合，提高了学生的动手能力，加强了学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，为今后从事本专业研究与生产奠定良好的基础。此外，我们还探索了一条校企合作培养的模式，在学生和企业中产生很好的效应。也就是利用毕业实习阶段，将有意愿到企业就业的同学以企业工程师为导师，在企业中完成毕设，打破了原来学生必须在学校的导师指导下完成毕业设计的模式。

四、结语

高分子材料应用非常广泛，从国家发展规划就不难发现，在“十三五”规划中，新材料就已经成为重大科技项目之一，为在新材料、新技术、新工艺方面有重大突破，就需要更多更优秀的材料从事者。尤其是轨道交通轻量化的发展，对于材料的要求就越来越高，特别是高分子材料和复合材料，因为他们具有非常显著的优势。这就要求高等教育必须培养更多掌握高分子交通材料的优秀人才，因此，改革高分子材料与工程专业的教育教学，使之适应当今轨道交通发展。教学改革必须更加注重高分子材料与工程专业学生的工程应用能力的培养、办学质量和人才培养质量。提倡一种“强化基础，注重交通，突出创新”的培养模式，以适合当代轨道交通发展的需要。

参考文献

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关键词:高分子材料抗静电研究

静电广泛地存在于自然界和日常生活之中，如人们每时每刻呼吸的空气每厘米就含有100500个带电粒子；自然界的雷电；干燥季节里人身上化纤衣物由于摩擦起电而粘附在身体上，这一切都是比较常见的静电现象。实际上，静电在生物工程中有着重要的应用。

一、高分子抗静电的方法概述

高聚物表面聚集的电荷量取决于高聚物本身对电荷泄放的性质，其主要泄放方式为表面传导、本体传导以及向周围的空气中辐射，三者中以表面传导为主要途径。因为表面电导率一般大于体积电导率，所以高聚物表面的静电主要受组成它的高聚物表面电导所支配。因此，通过提高高聚物表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电产生的化学添加剂，添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法，而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料、添加抗静电剂或与其它导电分子共混技术等。

（一）添加导电填料

这类方法通常是将各种无机导电填料掺入高分子材料基体中，目前此方法中所使用的无机导电填料主要是碳系填料、金属类填料等。

（二）与结构型导电高分子材料共混

导电高分子材料中的高分子（或聚合物）是由许多小的重复出现的结构单元组成，当在材料两端加上一定的电压，材料中就有电流通过，即具有导体的性质，凡同时具备上述两项性质的材料称为导电高分子材料。与金属导体不同，它属于分子导电物质。根本上讲，此类导电高分子材料本身就可以作为抗静电材料，但由于这类高分子一般分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧化和稳定性差，无法直接单独应用，一般作导电填料与其它高分子基体进行共混，制成抗静电复合型材料，这类抗静电高分子复合材料具有较好的相容性，效果更好更持久。

（三）添加抗静电剂法

1.有机小分子抗静电剂。有机小分子抗静电剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机物质，其结构通式为RYx，其中R为亲油基团，x为亲水基团，Y为连接基。分子中非极性部分的亲油基和极性部分的亲水基之间应具有适当的平衡与高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的亲油基团，羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团，此类有机小分子抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型4大类：阳离子型抗静电剂；阴离子型抗静电剂；非离子型抗静电剂；两性型抗静电剂。

导电机理无论是外涂型还是内加型，高分子材料用抗静电剂的作用机理主要有以下4种：（1）抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性，吸收空气中的水分子，形成“海一岛”型水性的导电膜。（2）离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性。（3）介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系数。概括起来一是降低制品的表面电阻，增加导电性和加快静电电荷的漏泄；二是减少摩擦电荷的产生。

2.永久性抗静电剂。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性高聚物，它们与基体树脂有较好的相容性，因而效果稳定、持久、性能较好。它们在基体高分子中的分散程度和分散状态对基体树脂抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在特殊相溶剂存在下，经较低的剪切力拉伸作用后，在基体高分子表面呈微细的筋状，即层状分散结构，而中心部分呈球状分布，这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻，并且具有永久性抗静电性能。

二、我国高分子材料抗静电技术的发展状况

我国许多科研机构和生产企业已陆续开发出一些品种，以非离子表面活性剂为主，目前常用的品种有，大连轻工研究院开发的硬化棉籽单甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸钠）、DPE（烷基二苯醚磺酸钾）；上海助剂厂开发目前多家企业生产的抗静电剂SN（十八烷基羟乙基二甲胺硝酸盐），另外该厂生产的抗静电剂PM（硫酸二甲酯与乙醇胺的络合物）、抗静电剂P（磷酸酯与乙醇胺的缩合物）；北京化工研究院开发的ASA一10（三组份或二组份硬脂酸单甘酯复合物）、ASA一150（阳离子与非离子表面活性剂复合物），近年来又开发出ASH系列、ASP系列和AB系列产品，其中ASA系列抗静电剂由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非离子表面活性剂；ASB系列产品则为有机硼表面活性剂（主要是硼酸双多元醇脂与环氧乙烷加成物的脂肪酸酯）与其他非离子表面活性剂复合而成；ASH和ASP系列主要是阳离子与非离子表面活性复合而成，杭州化工研究所开发的HZ一1（羟乙基脂肪胺与一些配合剂复合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工业研究所开发的IC一消静电剂（咪唑一氯化钙络合物）；上海合成洗涤剂三厂开发生产的SH系列塑料抗静电剂，已经形成系列产品，在使用效果和性能上处于国内领先地位，部分品种可以替代进口，如SH一102（季铵盐型两性表面活性剂）、SH一103、104、105等（均为季铵盐型阳离子表面活性剂），SH抗静电剂属于结构较新的带多羟基阳离子表面活性剂；济南化工研究所JH一非离子型抗静电剂。（聚氧乙烯烷基胺复合物）等；

河南大学开发的KF系列等，如KF一100（非离子多羟基长碳链型抗静电剂）、KF-101（醚结构、多羟基阳离子永久型抗静电剂），另外还有聚氧乙烯醚类抗静电剂，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯专用抗静电剂202、203、204等；抗静电剂TM系列产品也是目前国内常用的，主要用于合成纤维领域。

从抗静电剂发展来看，高分子型的永久抗静电剂是最为看好的产品，尤其是在精密的电子电气领域，目前国内多家科研机构利用聚合物合金化技术开发出高分子量永久型抗静电剂方面已取得明显进展。

三、结语

我国合成材料抗静电剂行业发展前景较好，针对目前国内研究、生产、应用与需求现状，对我国合成材料抗静电剂工业发展提出以下建议。

（一）加大新品种开发力度

近年来国外开发的高性能伯醇多聚氧化乙醚类非离子型表面活性剂；用于聚碳酸酯的脂肪酸单缩水甘油酯；用于磁带工业的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；适应于聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯等多种合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，总之国内科研院所应根据我国合成材料制品要求，开发出多种高性能、环保无毒的抗静电品种，并不断强化应用技术研究，以满足国内需求。

（二）加快复

合抗静电剂和母粒的研究与生产

今后要加快多种结构抗静电剂及其他塑料助剂的复配，向适应范围广、效率高、系列化、多功能、复合型等方向发展。另外合成材料多功能母粒作为助剂已经成为今后合成树脂加工改性的重要原材料，如着色、阻燃、抗菌、成核等母粒在国内开发方兴未艾，国内要加快抗静电母粒的开发与研究，促进我国抗静电剂工业发展。

参考文献：

[1]高绪珊、童俨，导电纤维及抗静电纤维[M]．北京：纺织工业出版社，1991．148154．

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【关键词】气体膜 分离技术

在二十世纪的时候，气体膜分离技术就已经成熟发展起来，而且与之前比较传统的冷凝分离技术相比，有较大的差异，首先就是节约能源，降低能耗，其次就是分离的更加彻底，工作效率较高，而且这种技术操作起来更加简单方便，不会造成二次污染。然而，气体膜技术并不是完美的，因为高效的膜分离材料难找，气体膜分离技术只能限制在某些领域应用，而不能应用在更广阔的领域。本文通过具体的例子介绍了气体膜分离技术在石油工业中的应用，并对实际情况进行了分析，除此之外，对气体膜技术今后的发展趋势做了些研究。

1 进行气体分离膜所需要的关键材料

气体分离膜技术的实施需要几个关键材料，根据材料性能上的差异，可以把膜材料分为高分子材料、无机材料和金属材料三种，详细的说明如下：

1.1 高分子材料

高分子材料的组成成分并不是单一的，主要是由聚二甲硅氧烷、聚砜、醋酸纤维素、乙基纤维素等早期气体所合成。在分离膜材料的实际应用中，通常也采用其他的成分应用在分离膜领域。目前大量的研究工作者开始对高性能的气体分离膜进行多面钻研，尽力找出各类聚合物的分子结构与气体分离性能两者之间的联系。通过实际应用可得应用高分子具有很高的透气性，在气体分离领域有着很多的应用，并且取得了很好的应用效果。

1.2 无机材料

和高分子材料一样，无机也是一种合成材料，目前主要有陶瓷膜，微单玻璃膜，金属膜和碳分子薄膜等作为主要成分合成的无价材料。具有良好的化学性能和热稳定的无机材料，它可以在更高的温度下工作，强酸性环境，沸石膜的无机晶体结构，具有良好的耐高温和化学降解性能，但缺点是该分子膜的制备环境需要达到一定的条件，目前只能在实验室中生产，在其他工厂由于无法运用严格的技术设备进行控制而无法量产。目前应用最多的就是无机陶瓷材料，因为其与无机膜和玻璃膜相比具有许多特点使得生产工艺简单，易于生产，其过滤面积大，能够使气体分离更加彻底。

1.3 金属材料

这里所指的金属材料，并不包括所有的金属，而主要是稀有金属，尤其是钯以及合金材料，在分离膜技术上具有较好的应用，一般用于H2的分离。钯银合金的特点使得其在分离膜的构成材料上得到较好的应用，这主要在就在纯钯在气体分离的过程中会变脆，影响分离的效果。目前，钯膜材料已应用于加氢、脱氢及氢氧化等过程。

2 气体分离膜的应用

根据市场和油田企业的需要，气体膜技术的应用也越来越广泛，实际应用主要包括：

2.1 有机蒸汽的净化及回收

气体分离膜的应用是较为广泛的，在石油、化工和喷涂等行业中都是必不可少的，主要原因在于在这些行业的生产经营过程中，都会释放出大量的有机蒸汽，这些气体所含的许多有机物是有毒的，而且气体中有些成分还易燃易爆，如果不对它们进行合理的处理，及时的进行净化，整个企业的安全就存在着较大的威胁。正因为如此，才需要运用气体膜分离技术，将这些蒸汽进行较好的分离，保证环境不被污染，回收利用有价值的气体。我国自1989年采用了第一套膜法有机蒸汽回收装置（主要用于汽油罐区的排放气的回收）以来，经过了多次改良，目前已经能够较好运行，一套膜的使用寿命长达4年之久，这充分表明了气体分离技术的进步和发展。在有些化学工厂中，运用了气体膜分离技术，不但会给企业带来更多的具有经济价值的气体，还能对周围的环境进行保护，这样就为企业增加额外的经济效益，为企业的进一步发展准备了条件。

2.2 气体脱湿

进行气体分离技术的过程中，还需要对气体进行脱湿处理，一般情况下，气体脱湿主要包括天然气脱湿、空气脱湿两种。天然气脱湿主要是处理水溶液中的第二天然气，在处理过程中，尤其是寒冷的冬天，必须及时对水中的天然气进行处理，且天然气的含水量要低于6立方米。从膜中的酸性气体脱除天然气中分离，而且去除水分，因此没有额外的空气干燥脱水设备。在这方面，传统的机械设备不但投资大，效果不佳，而且操作起来比较繁琐。因此，气体脱湿过程中采用一般是空气除湿，其设备操作起来比较简单，且分离效果也符合技术要求。经过空气除湿后，空气露点温度为60 ～ 40℃。达到标准的天然气管道，将需要的水分去除，膜分离，其原理就是天然气自身的压力作为分离动力，这样一来能源就会大大的节约，这种去湿过程不会添加分离剂，容易操作和控制。

2.3 天然气中H2的脱除及油田二氧化碳回收利用

事实上，在上世纪80年代开始，国外的一些石油企业就已经采用了三次采油的方法，这个步骤主要是将二氧化碳压入进行自喷称为一次采油，然后进行注水采油称为二次采油，这两个过程采油比较多，而当油井枯竭时，还需要进行第三次采油，也就是对残留在井中的余油进行开采。当然，除了油田企业使用气体分离技术外，在对城市垃圾进行处理和沼气分离中也要采用，基本是运用二氧化碳分离膜进行分离。处理天然气使采用膜技术，不但具有装置小易于操作的特点，还具有良好的分离效果。

3 气体膜分离技术的发展趋势

气体膜分离技术也在飞速发展，出现的新科技也随之增多，目前发展趋势主要有以下几个方向：

3.1 不断开发研制高效的气体分离膜材料

经过研究表明，聚合物的渗透性和选择性是相反的，也就是说当聚合物的选择性加强的时候，其渗透量就减少了，这样的特性就导致其无法进行大规模生产。正因为这样，科研工作者致力于新的聚合物材料的研究以克服一般聚合物的缺陷，目前研发的聚酰亚胺就是一个典型的例子。

3.2 积极开发膜组件组合及优化

传统的膜组件主要有空心纤维膜组件、卷绕式膜组件及垫套式膜组件等等，这几种膜组件各有优点，但同时又存在着弊端，就螺旋卷绕式膜组件来说，其粘合技术较低，且粘合宽度的减少，这就需要在今后的科研中不断改进以加强膜分离技术的发展。

3.3 发展集成分离技术

无论哪种技术，都具有技术边界和经济边界，膜分离技术也是如此，正因为这样，在特定的条件下，膜分离技术才能发挥出最佳的效果。于是，在实践中，需要将膜分离技术与其它技术结合起来，这样就会实现最优的工艺组合和最低的经济投资，同时也扩大了气体膜分离技术应用的领域和适用范围，如采用固体脱硫和膜法脱水相结合，进行天然气外输前的净化处理。此外，在净化和回收卤代烃上也研究出了新方法，就是采用膜分离和冷凝法两者相结合的方法。

参考文献