高分子材料的主要性能特点范文

导语：如何才能写好一篇高分子材料的主要性能特点，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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一、功能高分子材料的介绍以及其研究现状

1.功能高分子材料的简介

功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料，通常也可简称为功能高分子，也可称为精细高分子或特种高分子。

2.功能高分子材料的研究现状

在原来高分子材料的基础上，可将功能高分子材料分为两类：一类是以改进其性能为目的的高功能高分子材料；另一类是为赋予其某种新功能的新型功能高分子材料。

2.1高功能高分子材料

2.1.1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，可制成各种透镜、棱镜、塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维、感光树脂、光固化涂料及黏合剂等。这类材料主要包括光记录材料、光导材料、光加工材料、光转换系统材料、光学用塑料、光导电用材料、光合作用材料、光显示用材料等。在光的作用下，实现对光的传输、吸收、贮存、转换的高分子材料即为光功能高分子材料

2.1.2生物医用高分子材料

生物医用高分子材料需要满足的基本条件：除具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。不会因与体液或血液接触而发生变化；对周围组织不会引起炎症反应；不会产生遗传毒性和致癌；不会产生免疫毒性；长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能；具有良好的血液相容性；能经受必要的灭菌过程而不变形；易于加工成所需要的、复杂的形态。

2.1.3电功能高分子材料

导电高分子材料通常是指一类具有导电功能、电导率在10-6S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105S/cm）的范围里变化。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。

2.2新型功能高分子材料

2.2.1高吸水性高分子材料

高吸水性树脂是一种三维网络结构的新型功能高分子材料，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。它可吸收自身重量数百倍至上千倍的水，自身含有强亲水性基团同时具有一定交联度。，此外，高吸水性树脂的保水性能极好，即使受压也不会渗水，而且具有吸收氨等臭气的功能。高吸水性树脂在石油、化工、轻工、建筑等部门被用作堵水剂、脱水剂、增粘剂、密封材料等；在农业上可以做土壤改良剂、保水剂、植物无土栽培材料、种子覆盖材料，并可用以改造沙漠，防止土壤流失等；在日常生活中，高吸水性树脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋垫、一次性尿布等。

2.2.2形状记忆功能高分子材料

形状记忆功能高分子材料自19世纪80年现热致形状记忆高分子材料，人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支——形状记忆功能高分子材料。形状记忆功能材料的特点是形状记忆性，它是一种能循环多次的可逆变化。即具有特定形状的聚合物受到外力作用，发生变形并被保持下来；一旦给予适当的条件（力、热、光、电、磁），就会恢复到原始状态。

2.2.3生物可降解高分子材料

生物降解高分子材料具有无毒、可生物降解及良好的生物相容性等优点，所以其应用领域非常广，市场潜力非常大。高分子的降解主要是各种生物酶的水解，其中聚乳酸类高分子是已开发应用于生命科学新型生物可降解材料，生物降解高分子材料除了在包装、餐饮业、农业、医药领域的应用外，在一次性日用品、渔网具、尿布、卫生巾、化妆品、手套、鞋套、头套、桌布、园艺等多方面都存在着潜在的市场，有很好的发展前景。

二、新型高分子材料的应用

现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。高分子材料不仅可以用于结构材料，也可以用于功能材料。

这些新型的高分子材料在人类的社会生活、医药卫生、工业生产和尖端技术等方方面面都有广泛的应用。在生物的医用材料界中研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯（PM-PPC）的新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料；在工业污水的处理中，可以利用新型高分子材料的物理法除去油田中的污水；开发的苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂及聚酰亚胺等热固性树脂复合材料，这些材料比模量和比强度比金属还高，是国防、尖端技术等方面不可缺少的材料；同样，在药物的传递系统中应用新型的高分子材料，在包转材料中的应用，在药剂学中应用等等。

三、开发新型高分子材料的重要意义

从上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力转到了高智能的高分子材料的开发上。新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的丁业化。同时，也更加重视在降低和防止高分子材料生产和使用过程中造成的环境污染。新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更重要的是能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产的能力，体现现代科技的高速发展。加快高分子材料回收、再生技术的开发和推广应用，大力开展有利于保护环境的可降解高分子材料的研究开发。

四、结束语

材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。我国国民经济和高技术已进入高速发展时期，需要日益增多的高性能、廉价的高分子材料，环境保护则要求发展环境协调、高效益的高分子材料制备和改性新技术，实施高分子材料绿色工程。作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活，工业的进步。

参考文献

[1]严瑞芳.高分子形状记忆材料.材料科学技术百科全书[M].北京：中国大百科全书出版社，2008：382～383.

[2]陈莉主编.智能高分子材料[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]何天白，胡汉杰主编，功能高分子与新技术，北京：化学工业出版社，2009.

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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：外墙外保温；节能材料；围护体系

外墙外保温技术是将憎水性、低收缩率的保温材料通过粘结或锚固牢固地置于建筑物墙体外侧，并在其外侧施工装饰层的方法。外墙外保温技术在建筑节能应用中需要解决的问题主要有：

1)安全性。保温层与结构层、保温层与保护层以及保护层与饰面层应有良好的粘结性能和安全的构造措施；

2)防裂性。防止和消除保护层和饰面层出现裂缝，采取减少保温层及其保护层应力集中和收缩变形的措施；

3)耐久性。解决好保温层、保护层与饰面层的抗老化和耐候住问题。

1工程概况

某工程共是6栋11-12层住宅，下为1层商业裙房，1、2、6、7栋是南北朝向，3、5栋是东西朝向。平面与竖向构成：由于规划限定建筑层数不超过12层且容积率不低，解决日照遮挡问题至关重要。经多方案比较研究，住宅呈向东开口的U字型格局，内环中心庭园，兼顾住宅的朝向、自然通风、景观利用等因

素，避免了与东面现状建筑相互遮挡与对视。为充分利用自然地形以方便使用减少土方施工量，将该工程西北角商业室内空间首层地面设为±0.00，顺应地势将沿街商业空间首层标高设置为6个不同标高，以求商业空间与周边道路便捷衔接。沿街商业空间结合使用功能、兼顾住宅标高设计简单合理的因素，层高设计为6米左右，亦满足弹性开发要求。

该工程为节能型建筑，复合墙体是由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合构成。与单一材料节能墙体相比，复合节能墙体由于采用了高效绝热材料而具有更好的热工性能。笔者根据该工程的实践经验，对大力推广外墙保温技术的同时，要加强新型节能材料的开发和利用，从而真正实现建筑节能进行探讨。

2外墙外保温技术及其特点

外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比，技术合理，有明显优越性，使用同样规格、尺寸、性能的保温材料，外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建工程，也适用于旧楼改造，适用范围广，技术含量高；外保温包在主体结构外侧，能够保护主体结构，延长建筑物寿命，有效减少建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间；消除冷凝，提高居住舒

适度。下面略述几种比较成熟的外墙保温技术。

2.1外挂式外保温

外挂保温材料有岩(矿)棉、玻璃棉毡、聚苯、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板因具有优良的物理性能、成本低，已在外墙保温外挂技术中被广泛应用。外挂技术采用粘接砂浆或专用固定件将保温材料贴、挂在外墙上，然后抹抗裂砂浆，压入玻璃纤维网格布形成保护层，最后做装饰面。

另外也用专用的固定件将不易吸水的各种保温板固定在外墙上，然后将铝板、天然石材、彩色玻璃等外挂在预先制作的龙骨上，直接形成装饰面。外挂式外保温安装费时，施工难度大，且占用主导工期，待主体验收完后才可以进行施工。在进行高层施工时，施工人员的安全不易得到保障。

2.2聚苯板与墙体一次浇注成型

在混凝土框-剪体系中将聚苯板置于建筑模板内，聚苯板在外侧，内侧浇注混凝土，一次浇注成型为复合墙体。由于外墙主体与保温层一次成型，工效提高，工期大大缩短，施工人员的安全性得到了保证。冬季施工时，聚苯板起保温作用，可减少护保温措施。浇注混凝土时要均匀、连续，否则由于混凝土侧压力影响会造成聚苯板在拆模后出现变形和错茬，影响后序施工。内置聚苯板可以是双面钢丝网，也可以是单面钢丝网。双面钢丝网聚苯板与混凝土的连接，靠内侧钢丝网架与墙体外侧配筋相绑扎及混凝土与聚苯板的粘接力，结合性能良好，具有较高的安全度。单面钢丝网聚苯板与混凝土的连接，主要靠混凝土与聚苯板的粘接力及斜插钢筋、L型钢等与混凝土墙体的锚固力，结合性能也较好。与双钢丝网相比，单面钢丝网技术因取消了内侧钢丝网和安装保温板前的板外侧抹灰，节省了工时和材料，造价可降低10%左右。但此两种做法都采用了钢丝网架，造价较高，且钢材是热的良导体，直接传热，会降低墙体的保温效果。

2.3聚苯颗粒保温料浆外墙保温

将废弃的聚苯乙烯塑料加工破碎成为0.5mm～4mm的颗粒，作为轻集料配制保温砂浆。该技术包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层(或是面层防渗抗裂二合一砂浆层)。其中ZL胶粉聚苯颗粒保温材料及技术在1998年就被建设部列为国家级工法。此工法是目前广泛认可的外墙保温技术。该技术施工简便，可减少劳动强度，提高工作效率；不受结构质量差异的影响，对有缺陷的墙体施工时墙面不需修补找平，直接用保温料浆找补即可，避免了别的保温施工技术因找平抹灰过厚而脱落的现象。同时解决了外墙保温工程中因使用条件恶劣造成界面层易脱粘空鼓、面层易开裂等问题，与别的外保温技术相比较，达到同样保温效果的情况下，其成本较低，可降低房屋建筑造价。此外，节能保温墙体技术中还有将墙体做成夹层，把珍珠岩、木屑、矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯

泡沫塑料等填入夹层中，形成保温层。

3外墙保温节能材料

3.1绝热材料的性能

绝热，就是要最大限度地阻抗热流传递，因此要求绝热材料必须具有大的热阻和小的导热系数。材料的导热系数一般是有机高分子材料都小于无机材料；非金属材料小于金属材料；气态物质小于液态物质，液态物质小于固体。在条件允许的情况下，应尽量使用有机高分子材料或无定形无机材料。从材料的结构上看，当材料表观密度降低、孔隙率增大，材料内部孔隙为大量封闭的微小孔时，材料的导热系数比较小。对于泡沫塑料制品，要满足保温绝热材料的要求，其最佳表观密度为16kg/m3～40kg/m3。由于孔隙的存在，材料在潮湿的环境下，不可避免地要吸水，而水的导热系数(0.5815W/(m.K))比静止空气的导热系数(0.0233W/(m.K))大很多，因此，当环境湿度增大时，材料的含水率增大会导致其导热系数变化。所以作为保温绝热材料，其自身的吸湿率要尽量低，要对材料进行憎水处理或用防水材料包覆。另外，保温绝热材料还须能抵抗一定的冲击荷

载，具有与使用环境相一致的机械强度。粘结性能要好，收缩率要求耐久性要强。

3.2常用保温绝热材料

能满足上述性能要求而用于建筑外保温的节能材料主要有:聚苯板、岩(矿)棉板、玻璃棉毡以及超轻聚苯颗粒保温料浆等。以上各种材料内部都有大量的封闭孔，表观密度都较小，性能对比见表1。

表1常用保温绝热材料的主要性能

岩(矿)棉和玻璃棉都属于无机材料。岩棉不燃烧，价格较低，在满足保温隔热性能的同时还具有一定的隔声效果。但岩棉的质量优劣相差很大，保温性能好的密度低，其抗拉强度也低，耐久性比较差。玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处，手感好于岩棉，可改善工人的劳动条件。但价格较岩棉高。聚苯板表观密度小、导热系数小、吸水率低、隔音性能好、机械强度高，且尺寸精度高，结

构均匀。因此在外墙保温中占有率很高。

硬质聚氨酯泡沫塑料具有非常优越的绝热性能，它的导热系数低(0.025W/(m.K))是其他材料无法相比的。同时其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水汽性能，由于不需要额外的绝缘防潮，简化了施工程序，降低工程造价。但因其价格较高且阻燃性不佳，又限制了它的使用。

聚苯颗粒保温料浆由聚苯颗粒和保温胶粉料分别按配比组成。保温胶粉料采用预混干拌技术在工厂将水泥与高分子材料、引气剂等各种添加剂混均后包装，使用时按配比加水在搅拌机中搅拌成浆体后再加入聚苯颗粒，充分搅拌形成塑性良好的膏状体，将其抹于墙体，干燥后便形成保温性能优良的隔热层。此种材料施工方便，保温性能良好。其中的聚苯颗粒可以采用工业品，也可以采用废旧聚苯板经机械破碎后的颗粒。但此种保温材料吸水率较其他材料高，使用时必须加做抗裂防水层。抗裂防水保护层材料由抗裂水泥砂浆复合玻纤网组成，可长期有效控制防护层裂缝的产生。

4工程实例应用

钢结构住宅对围护结构的基本要求是：围护结构应与钢结构有可靠的连接和抗震性能。墙体宜选用高强、轻质，且具有良好的保温隔热、防水、防火、抗裂和耐候等综合性能的板材。

4.1外墙材料选取的类型

某建筑采用的是LCC-C节能复合墙板，这种墙板是由两侧钢筋混凝土（或陶粒混凝土）板、中间夹有50-100mm厚的聚苯乙烯板组成的一种新型墙板，是某公司为配合“H型钢结构节能住宅建筑体系研究与就”课题的推广应用而开发的主要产品。

该板经某机构检测，报告表明此墙板完全满足钢结构住宅对围护结构的基本要求，表1为复合墙板的基本性能与检测结果。复合墙板内外由φ2.5@50的钢丝网和φ3斜插钢丝形成的空间受力结构体系，经试验室检测和实际应用发现，防火、保温节能标准均达到规范要求。复合墙板主要作为非承重的护墙使用，厚度为120-160mm，保温节能效果好，目前生产的140mm厚复合墙板已满足建筑节能65%的要求。

表5-1LCC-C复合墙板的性能指标与检测结果

复合墙板为整开间设计，具有安装速度快，墙板缝隙少，节能保温与承载集于一体的优势，而且大大减少了漏雨漏水、隔音防噪效果差、墙面易开裂等问题。在同等条件下，复合墙体可比其他墙体厚度减小50%左右，可有效增加建筑使用面积。该墙板已经在钢结构住宅建设中成功应用近20万平方米。在围护结构的防火方面也可以考虑采用前述的结构型防火方式，用耐火石膏对墙板进行装饰，以使这种复合式墙板达到钢混及砌体的防火等级。

4结束语

目前我国外墙保温技术发展很快，是节能工作重点。外墙保温技术的发展与节能材料的革新密不可分的，建筑节能必须以发展新型节能材料为前提，必须有足够的保温绝热材料做基础，节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合，才能真正发挥其作用。正是由于节能材料的不断革新，外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。所以在大力推广外墙保温技术的同时，要加强新型节能材

料的开发和利用，从而真正实现建筑节能。

参考文献：

[1]侯小慧.建筑外墙外保温技术与建筑节能.《内江科技》2010年09期

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关键词：复合金属导体；隐式接头焊接；防腐耐油；弹簧式；发热软电缆

中图分类号：TM24 文献标识码：A

引言

发热电缆广泛应用在建筑、石化、石油等领域。尤其建筑采暖市场发展迅速，我国年需求将超过50亿元人民币。目前，普通发热电缆生产工艺已经成熟，但普通的发热电缆却在某些特殊场合不能满足使用要求，如油污等恶劣环境及防腐蚀、耐高低温等场合。普通发热电缆易腐蚀老化开裂，降低了电缆的使用寿命，影响正常生产生活活动，同时造成一定的经济损失。新研制的防腐耐油发热软电缆具有安装维护方便、节能环保、安全可靠、用途广泛等特点，同时具备柔软、防腐、耐油、耐高低温等多项优越性能。产品符合国家环保要求和发展方向，属新型环保类电缆高新技术产品。

1 电缆结构设计

防腐耐油发热软电缆其结构特征是：该电缆导体选用电阻率永久恒定的铜镍合金和镍铬合金作为发热体，发热体是发热电缆的核心，即使发热电缆在恶劣的环境中工作（-60℃～180℃），也应保证其有效的加热功能。内绝缘选用PTFE氟塑料，该种材料是有机物中电气性能、机械性能、耐寒耐热性能最佳塑料。该种PTFE绝缘材料的使用，能大大降低外绝缘交联聚烯烃的表面温度，使外绝缘层能够保持在正常的温度内工作，确保外绝缘料性能不受影响。在冷热线接头处采用PTFE氟塑料挤包，且挤包长度向外延伸3～4cm。因存在冷热接头，其所处部位电阻通常要高于正常值，产生的热量和温度也高。采用在冷热线接头处PTFE氟塑料绝缘向外延伸方法，就是要保证此处有良好的电气性能和机械性能。外绝缘层采用绝缘性能优、耐热性能好的交联型聚烯烃材料，以满足电缆的绝缘性能和耐高低性能。屏蔽采用双层铝塑复合带纵包结构，使屏蔽覆盖率达100%，同时在铝塑复合带屏蔽层下增设镀锡铜丝引流线，可有效将电磁场引入大地，实现良好的抗电磁干扰能力。护套采用耐热180度的抗拉撕硅橡胶材料，可使电缆具有优良的防腐、耐油特性，也可有效保护电缆线芯同时增加了电缆的散热面积。

2 科学技术路线

2.1 发热电缆导体选择

根据国家标准《GB/T20841―2007额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆》规定：发热电缆直径不得小于6mm，因此本发热电缆设计导体直径为6.5±0.3mm，同时导体采用新型的复合金属发热材料，由多股合金材料绞合而成，其具有抗拉强度高（70N/mm2）、电阻率低、柔软性好、接触电阻低、可焊性好等优点。

2.2 耐高温指标

原创性地将导热功能引人高分子绝缘材料，将绝缘材料的导热率提高了10倍，使高分子材料的热老化温度下降了近60℃，从而成倍地提高了发热电缆的使用寿命、热效率和升温速率。《GB/T20841―2007额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆》标准规定：发热电缆的导体线芯最高工作温度为90℃，电缆护套最高工作温度为65℃。而新研发的防腐耐油发热软电缆新产品导体采用合金导体，绝缘选用PTFE氟塑料和交联聚烯烃材料，其线芯最高工作温度可达150℃。护套采用硅橡胶材料，可使电缆耐环境温度最高达180℃。电缆绝缘和护套材料的耐高温指标均超过国家标准，其目的是：保证发热电缆可在高温环境中长期使用而不发生故障。我公司作比对试验发现：新型的防腐耐油发热软电缆可经150℃工作温度，180天不间断加热试验，电缆仍完好无损；而普通发热电缆在同等条件下，通电加热23天后便出现故障停止加热。

2.3 发热电缆组成及工作原理

组成：分户电表配电装置温控器发热电缆向地面供暖。

工作原理：发热电缆通电后产生热量，其温度一般可控制在50℃～60℃，热量通过热传导方式向周围的水泥、地砖传热，其传导热量约占电缆发热量的70%；同时发热电缆在通电后，还会产生7～10微米的远红外向空间辐射，这部分热量约占电缆发热量的30%，因此电缆供暖效果良好利用率高，热效率几乎无损耗。

3 产品试验设计

3.1 弯曲性能

防腐耐油发热软电缆采用弹簧式制造技术，有效地提高了电缆的柔软度，从而避免由于地面高度落差而造成对电缆敷设及产品性能的影响。

3.2 耐温和耐高频性能

一般来说绝缘层的质量好坏直接影响到发热电缆的寿命，电缆绝缘材质的改进，提高了电缆的耐寒性、耐热性能，使电缆可在-60℃～+180℃范围内正常工作；电缆的耐高频性能：在50赫到1000赫广阔的超高频范围内，耐高频性能几乎不变，产品优于市场上销售的任何发热电缆。

3.3 防腐耐油性能

护套材料采用具有优异的耐腐蚀、耐高低温的硅橡胶材料，既能满足电缆的耐高低温性能，又能满足其在恶劣环境中长期使用。在酸碱液类型（HCL、NaOH标准溶液）1mol（168h）的试验条件下：抗张强度变化率小于±30%，为14%；断裂伸长率≥100%，为180%。

4 试制中存在的问题及解决方案

在试制过程中我们遇到了一些技术上的关键性问题，针对问题我们逐一分析、研究与突破，主要有以下几点：

4.1 原有外护套的存在散热效果不好、易老化问题

我们根据新研制的产品特点，采用了目前橡胶中最好的硅橡胶材料，用它作为电缆的护套，它具有：良好的导热、散热、粘接性能；固化速度快，对金属有良好的附着力且无腐蚀；长期使用不会脱落，不会产生接触缝隙而降低散热效果；卓越的耐高低性能、耐老化性能、电绝缘性能和优异的防潮、防腐、耐油、耐电晕性能，可满足电缆的使用要求。

4.2 发热时电磁辐射问题

由于发热电缆一般用于人员较为密集的场所，而电缆在通电发热过程中，会产生电磁辐射（电磁辐射超过100微特斯拉对人身健康产生影响）。因此我们采用双层铝塑复合带和镀锡铜丝引流线屏蔽结构，有效地将电磁场屏蔽在缆芯内防止向周围扩散，且通过增设镀锡铜丝引流线，可将电磁场引入大地，使电缆屏蔽层与大地形成等电位端，使电缆产生的电磁辐射不超过20微特斯拉，避免了电磁辐射对人身的伤害。

4.3 冷热丝接头问题

目前市场上发热电缆大部分都采用冷接方法（冷、热线用机械压接的方式处理）。电缆在长期的运行中，发热部分与冷引线部份的接触点会因为接触不良而形成较大电阻，在接头部分产生高温，最终在接头处烧坏。冷接头就像家里用的电炉一样，电炉丝是很少被烧断的，而电炉丝与电源的接头就经常出现问题。而本新型的防腐耐油发热软电缆，采用隐式接头焊接方法（一种小直径金属丝对接方法），将发热丝与冷引线熔为一体，可有效避免发热丝因冷热变换而引起的接触不良现象，同时避免了冷热丝间焊接不牢、分层现象，提高了发热电缆的安全性和可靠性，从而延长了发热电缆的使用寿命。

5 产品主要性能指标

研制的防腐耐油发热软电缆，经上海电缆研究所国家电线电缆质量监督检验中心检测，各项性能符合或超过国内外相关产品的规定，同时满足使用要求。电缆具备了优良的电发热性能和优越的防腐耐油特性，其主要性能指标如下：

A.电缆具有较强的耐弯曲性能，最小弯曲半径可达4D。

B.电缆产品芯线为具有正电阻温度系数的金属合金丝组成，线性额定功率为20w/m，且产品绝缘电阻大于500MΩ・km。

C.电缆可在-60℃～+180℃温度和恶劣的环境中长期工作，防腐耐油耐高低温性能优异。

D.电缆燃烧时发烟量少，不含有卤素，不产生有毒有害气体和腐蚀性气体。

E.电缆不含有铅等重金属，不污染土壤，可以重复利用，再生性强。

结语

防腐耐油发热软电缆的使用场所广泛，既可在普通场合作供暖使用，也可用于防腐、耐油、耐高低温等特殊场合，同时也可作为石油、化工企业储油设备防冻伴热用。产品安装简单，维护费用低，有良好的经济效益和社会效益。本产品采用零排放、无污染的绿色环保的供暖方式，有利于国家环保，符合国家产业政策。产品已获国家实用新型专利证书（专利号：ZL2012 20038198.9）。

参考文献

[1]GB/T20841―2007，额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆[S].

[2]王卫东.高温加热电缆结构设计[J].河南机电高等专科学校校报，2011，19（01）：7-9.

篇5

本文对共聚物和共聚物纤维进行了基本介绍。阐述了无规、嵌段、接枝、交替四种共聚物纤维各自的结构特点、研究情况与发展状况。

关键词：共聚物；纤维

人类使用纤维的历史非常久远。最开始人们种植棉花、亚麻等农作物，利用天然植物纤维制制作衣物等日用品。后来人们又养羊取毛、养蚕取丝，开始利用性能更优异天然动物纤维。在近代，随着科学技术的迅速发展，人们利用通常的有机原料制作出了合成纤维，合成纤维是用合成高分子化合物做原料而制得的化学纤维的统称。自1940年聚酞胺纤维问世以来，人们合成出了丙纶，腈纶等一系列性能优异的合成纤维[1]。合成纤维由于价钱便宜、性能优异，成为20世纪的主流纤维，人们也开始开始大量的使用合成纤维代替天然纤维。最早的合成纤维是由单聚物制成的，如尼龙6、丙纶等。随着科技的进步，人们对单聚物纤维进行改性，合成了共聚物纤维，如尼龙66、涤纶等。共聚物纤维和单聚物纤维比较起来，其材料来源更广泛，性能更优异。所以共聚物纤维在纺织、建筑等领域有着广泛的应用。随着人们对环境保护越来越重视，人们已经开始研究易降解纤维、高性能纤维等多种新型共聚物纤维。总之，随着进一步的研究，共聚物纤维在诸多领域中必然前景广阔。

1共聚物纤维简介

聚合物也叫做高分子化合物，是指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。聚合物的分类有很多种，按组成聚合物的单体成分数量分为单聚物和共聚物。单聚物是指仅由一种单体经聚合反应而得的聚合物。由单聚物制成的纤维是单聚物纤维，比如尼龙6（[―HN(CH2)5CO―]n），聚合物中只有一种单体HN(CH2)5CO。共聚物是指由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物。由共聚物制成的纤维是共聚物纤维，比如尼龙66（[―OC(CH2)4CO―NH(CH2)6NH―]n），聚合物中含有OC(CH2)4CO和NH(CH2)6NH两种单体。共聚物按结构分为四大类：无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物[2-5]。

1.1无规共聚物纤维简介

无规共聚物是指单体在大分子链上无规排列，组成共聚物的单体在主链上呈随机分布，没有一种单体能在分子链上形成单独的较长链段的一类共聚物。由A和B两种单体组成的无规共聚物可表示为：ABAABABBBABABAABABABAABBBAABABAAAABABAABABABAB，这类共聚物是最常见的，并且已经大量投入使用，相关的研究也比较多[6-7]。虽然共聚物链段没有什么规律，但组成链段的各种单体的性能却能够保留下来，形成的共聚物也保有组成它的单体的优点。现在使用的很多无规共聚物纤维是对单聚物纤维进行改性合成的。

比如广泛使用的腈纶，最早是丙烯腈的单聚物纤维，在通过引入新的单体丙烯酸甲酯合成无规共聚物纤维后增强了纤维的弹性、手感、可纺性及热塑性；为了解决腈纶染色性能差的缺点，又引入了衣康酸、丙烯磺酸钠等第三种单体与丙烯腈和丙烯酸甲酯合成新的无规共聚物；为了提高腈纶的阻燃性，则可以将丙烯腈单体与氯乙烯单体进行共聚合，氯乙烯部分的含量越高，纤维的阻燃性就越好。简单概括而言，腈纶就是丙烯腈与多种单体合成的无规共聚物纤维。它的不同性能由与丙烯腈进行共聚合的多种单体来决定。

再比如丙纶，丙纶是聚丙烯单聚物，丙烯单体本身无任何可染色集团，导致丙纶的染色极为困难，所以一般是通过与丙烯酸、乙烯基吡啶等聚合和合成无规共聚物纤维来提升染色性能，丙纶引入其他单体还能够提高纤维的耐光性、阻燃性等性能。

无规共聚物纤维虽然可以通过引入新的基团来提升纤维某一方面的性能，但其依然有一定局限性，在引入新的基团提升某一方面性能的同时，其他性能可能会下降，而由于无规共聚物链段的随机性，很难对共聚物的性能进行细微调整，而嵌段共聚物和接枝共聚物纤维就能较好地解决这一不足。

1.2嵌段共聚物纤维简介

嵌段共聚物是指由化学结构不同的链段交替结成的线型共聚物，根据链段的多少可以分为二嵌段、三嵌段、多嵌段共聚物等，由A和B两种单体组成的二嵌段共聚物可表示为：AAAAA-BBBBB。嵌段共聚物的最大特点就是可以通过控制两个不同链段的比例和分子量对聚合物的性质进行调整。正是由于这个特点，我们可以通过对组成嵌段共聚物的链段进行调整，从而控制嵌段共聚物纤维的强度、弹性、柔软度、吸湿性、抗电性、耐火性等诸多性能。

比如聚酯－聚醚嵌段共聚物弹性体，其物理机械性能与聚氨酯相似，通过控制聚酯链段的分子量可以控制纤维的吸湿性，而控制聚醚链段的分子量可以控制纤维的抗静电性能。通过改变嵌段共聚物聚酯－聚醚链段的比例还能控制纤维的强度与弹性。嵌段共聚物纤维，由于其独特的分子链结构，已成为国内外较为重视的研究课题[8]。

再比如，以尼龙6为硬链段，以聚乙二醇为软链段，合成的聚酰胺－聚醚嵌段共聚物纤维。该纤维是一种热塑性弹性纤维，该种纤维耐酸碱、有优异的吸湿性能和加工性能。提高共聚物中尼龙6链段的含量可以提高纤维的强度和热稳定性，提高共聚物中聚乙二醇的含量可以提高纤维的弹性和吸湿性。适当控制嵌段共聚物中两个链段的含量可以得到强度弹性兼备或是某一方面性能特别优异的特种纤维。

1.3接枝共聚物纤维简介

接枝共聚物是指由两种或多种单体经接枝共聚而成的共聚物，兼有主链和支链的性能，由A和B两种单体组成的接枝共聚物可表示为：

A AAA

颚颚颚

B BBB

接枝共聚物的这种独特结构赋予了接枝共聚物纤维很多独特的性能。作为主干的聚合物决定纤维的强度，弹性等主要性能，而接枝在主链上的聚合物会极大地改变纤维的一些次要性能，比如：吸湿性、耐火性、着色性等等。现在广泛研究的接枝共聚物纤维，就是利用了以上特点[3]。

比如羧甲基纤维素是一类能够生物降解、无毒性、抗盐性强、可再生且便宜易得的聚合物。对羧甲基纤维素进行接枝共聚改性，可以赋予其某些新的性能，同时又不会破坏羧甲基纤维素材料所固有的优点。将羧甲基纤维素与丙烯酰胺接枝聚合，可以提升合成的接枝纤维的强度和弹性，而耐酸、碱能力与吸湿性能随接枝率的增加而提高。

水溶性纤维素纤维是一种天然的可再生的高分子材料，由于其本身无毒且易被微生物降解，在日益注重环保的今日受到非常广泛的重视，但是其水溶性却影响了其作为纺织品的应用。而聚己内酯是一类具有疏水性的可生物降解和生物相容性的聚合物，由于其分子链比较规整而且柔顺，结晶性较强，稳定性相对较好，也因此生物降解性能不理想。将以上两种聚合物接枝聚合，就能得到无毒且易降解又不溶于水的新型接枝共聚物纤维。

1.4 交替共聚物纤维简介

交替共聚物是指两种单体在大分子链上严格相间排列的共聚物。由A和B两种单体组成的交替共聚物可表示为：ABABABABAB。这类共聚物比较少见，由于单体排列的规律性很强，使得合成这类共聚物非常困难，但这类聚合物排列的规律性往往会产生独特的性质，使得制成的纤维具有独特的性能。

交替共聚物纤维的相关研究非常少，但其可能拥有的独特性质已经引起科学家们的注意，比如乙烯和三氟氯乙烯交替共聚物，这种共聚物的纤维具有强度大，耐磨性好，不着火，耐酸碱等诸多优良性能，但是乙烯和三氟氯乙烯交替共聚物很难制成纤维，尚无法大规模生产，还需要人们进一步研究攻克技术难题。随着科技的进步，也许将来生产出的性能最优秀的纤维就是交替共聚物纤维。

2共聚物纤维的应用与前景

科研工作者已预见到共聚物纤维的优良性能，关于共聚物纤维的研究已经是近年来处于科技前沿的热点研究问题。现在共聚物纤维在实际应用中大多是以纤维改性的方式进行的，比如过滤布使用的纤维都要求有一定的吸附性，但通常的纤维选择吸附的能力很差，尤其是对一些弱极性的液态有机物的选择性吸附。通过对过滤布纤维进行改性，就可以得到具有选择性吸附能力的新型纤维[9]。高性能的选择性吸附材料在冶金、分离提纯、精细化工等方面都具有很高的应用价值，如果能通过聚合物改性的方法合成高性能的选择性吸附纤维，就能极大地降低上述产业的成本。

环境保护问题已经受到人们越来越多的关注，早期的合成纤维的生产原料由于依赖石油等自然资源，导致其生产过程和生产出的产品都对环境有严重污染，这是目前生产合成纤维过程中难以攻克难题。而共聚物纤维由于材料广泛，性能多样，能够非常容易地合成出不污染环境的可降解纤维[10-11]。比如聚乳酸和乙交酯共聚物纤维，这种纤维手感好，弹性佳，吸湿性好，而且燃烧产物无污染，可自然降解，利于人与自然和谐发展。但这种纤维成本高，如何在不降低性能的条件下尽量降低生产成本，是这类纤维急需解决的问题，也是近年来的热点研究问题。

最近几年随着共聚物合成理论与技术的发展，人们对共聚物的研究已经有了更深入的进展，人们已经合成出了星状、树状等多种崭新的还没有明确分类的共聚物，这类共聚物与常规共聚物相比有着更加独特的性质，应用前景更为广泛[12-14]。如何将这些共聚物制作成纤维？这类纤维将具有怎样的性质？这些问题都是目前研究的空白，但这也显示出共聚物纤维将随着共聚物的研究和发展而有着更加旺盛的生命力。

3结语

共聚物纤维是最近几十年发展起来的新型纤维，共聚物纤维在诸多领域中有着很高的应用价值，这显示出了它强大的发展潜力和旺盛的生命力。共聚物纤维表现出的优异性能使得种类繁多的共聚物纤维在各种领域都能发挥出价值。但由于共聚物纤维合成复杂，性能表征比较困难。虽然现在已经合成出了多种共聚物纤维，对于共聚物纤维应用方面也进行了系统的研究，但共聚物纤维的性能依然有着很大的提升空间，合成方面依然有着很多有待解决的技术难题，在今后的纤维纺织领域中，共聚物纤维必将引领纤维主导产业，纤维的未来必将属于共聚物纤维！

参考文献：

[1] 杨宏汉.合成纤维讲座――第一讲 合成纤维发展近况[J].合成纤维,1980(6):41-50.

[2] 张宝华，王容光.PET―PEG嵌段共聚物纤维和PET／PET―PEG共混纤维的吸混性和抗静电性能研究[J].合成纤维，1999，28（1）：15-19.

[3] 彭丹.新型两亲性接枝共聚物的合成及自组装研究[J].材料导报，2007，21（7）：161.

[4] 沈大娲，于惠，黄勇.纤维素接枝共聚物的合成与自组装[C].2005年全国高分子学术论文报告会.

[5] А.П.Хардин，曹学新.聚酰胺接枝共聚物纤维的制造方法及纤维的性能[J].国外纺织技术，1985（5）：18-22.

[6] 周文， 潘恩黎.苯乙烯-马来酸酐无规共聚物中酸酐含量的测定[J].现代塑料加工应用，1998（5）：22-24.

[7] 张凯，程永清，李丽玲.丙烯酸酯／甲基丙烯酸酯无规共聚物聚合工艺研究及表征[J].粘接，2007，28（6）：19-21.

[8] P. Bajaj，张文光. 丙烯腈与羟烷基甲基丙烯酸酯共聚物纤维的研究[J].国外纺织技术， 1981（09）：6-9.

[9] 张玉婷，肖长发.甲基丙烯酸丁酯／苯乙烯共聚物纤维的制备和性能[J].材料研究学报，2009（04）：65-70.

[10] 郭宝华，丁慧鸽，徐晓琳，等.生物可降解共聚物聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)的序列结构及结晶性研究[J].高等学校化学学报，2003（12）：181-185.

[11] 俞建勇，曹阿民等.一种可降解脂肪族/芳香族共聚物纤维的制备方法[P].中国专利， CN1932092；2007-03-21.

[12] 王国建, 刘琳, 夏平.两亲性星状共聚物的合成、表征和性能[J].同济大学学报(自然科学版)，2004，32（01）：133-139.

[13] Yang, Z, Zhang, W.Q& Zou, J.H etal. Synthesis and thermally responsive characteristics of dendritic poly (ether-amide) grafting with PNIPAAm and PEG [J]. Polymer, 2007, 1: 1-8.

篇6

【摘要】 ［目的］研制新型三维多孔复合人工骨材料并评价其相关性能。［方法］将海洋贝壳牡蛎粉、消旋聚乳酸按一定比例复合，采用热致相分离法 制备多孔复合人工骨（CAB）材料，检测其孔隙率、孔径、生物力学强度；并将CAB和纯PLLA薄片浸泡于37℃平衡液中，观测不同时间点CAB和纯PLLA体外降解变化参数，对其结果进行统计学比较。［结果］研制的CAB材料平均孔隙率为85. 1％；电镜下孔径测量大小为100～ 300 μm，孔隙之间的连通较好，孔隙形态、取向规则有序；压缩强度为2. 12 MPa；在观测周期内，随着浸泡时间的延长，CAB和纯PLLA的质量损失率、浸泡液pH值呈现出规律性变化，两组各时期的各项指标比较具有显著性差异（P﹤0. 05）。 ［结论］ 该法制得的CAB材料的孔隙率、孔径、生物力学强度、体外降解性能表明能满足骨替代材料的要求。

【关键词】 骨替代材料; 牡蛎粉; 聚乳酸; 人工骨; 热致相分离法

Abstract：［Objective］To prepare a new porous composite artificial bone substitute and evaluate its properties.［Method］Thermally induced phase separation was adopted to prepare the artificial bone made from oyster shell powder and PLLA which were proportionally mixed and its properties as porosity rate，pore size and mechanical strength were assessed.Meanwhile the related variation parameters were examined every 2 weeks in a course of 14 weeks after the slices of CAB and pure PLLA were immersed in NS of 37℃ in vitro ，the results of which were compared in statistics.［Result］The average porosity rate of artifical bone with TIPS method was 85.1% and pore sizes ranged 100-300 μm under the SEM，with better pore connectivity and regulation shape.The average compressive strength was 2.12 MPa.As the immersion prolonged，the regular variation was observed about the mass loss of CAB and the pH alteration of solution，there was statistically difference in the indexes between the two groups （P﹤0.05）.［Conclusion］The porosity rate，pore size，mechanical strength and　degradation performance in vitro of the artifical bone made by TIPS method can satisfy the requirement of bone substitute .

Key words：bone substitute;

oyster shell power;

polyLlactic acid;

artifical bone;

TIPS

骨缺损修复一直是困扰着矫形外科和骨科医生的一个难题，每年都有大量的病人因各种原因导致骨缺损难以修复，人工骨移植材料在最近几十年得以迅速发展，但或多或少都存在价格昂贵，来源紧张，其综合性能难以令人满意。作者所采用的牡蛎壳粉为海南三亚海域近江贝壳粉末，其主要成分为文石型碳酸钙，是一种理想的生物源性成骨材料。碳酸钙为主体的生物材料因其本身的Ca2+、CO2-3存在于正常人体液中，其具有更为良好的生物相容性，与人体骨成长过程的类似性，成为近几年来骨修复体研究的新热点。有机高分子材料消旋聚乳酸（PLLA）具有降解快且完全、成型好等特点，与牡蛎壳粉复合，可以弥补其不易成型，缺乏有效的机械强度等缺点［1～ 3］，作者采用热致相分离法（TIPS）可制备出一种新型的骨替代材料并对其性能进行检测。

1

材料与方法

1. 1

材料

消旋聚乳酸（PLLA），相对分子质量为80KD，为白色颗粒状；牡蛎壳取自海南无污染三亚海洋贝壳牡蛎粉；1，4－二氧六环（市售分析纯）。

1. 2

制备方法及检测

1. 2. 1

热致相分离法制备

将PLLA 溶解于1，4 - 二氧六环中制成10％（w/v）的溶液，在磁力搅拌器中搅拌24 h充分溶解成无色透明溶液；超声振荡，在溶液中以一定质量比加入牡蛎壳粉，振荡均匀、冰箱过夜；将匀浆材料负压冻干72 h；材料冷冻干燥完毕后置入烘箱，室温下冷却；将所得材料根据需要切割成不同形状，环氧乙烷消毒，封存备用。

1. 2. 2

CAB的性能检测

(1)扫描电镜观察：用扫描电镜对材料的断面进行观察，每个样品随机取3 个视野X线片，逐个测量照片上孔隙的孔径，计算出样品的平均孔径；并对孔隙结构及孔隙间的交联进行观察。

(2)孔隙率的测定：在25℃条件下测定，选用一个比重瓶，加满无水乙醇并称质量（w1）；把质量为（W0) 的样品浸入乙醇中，抽真空，使样品中的气体完全被乙醇取代，待比重瓶补满乙醇后称质量（w2）；将浸透了乙醇的样品取出，称剩余的乙醇与比重瓶的质量（w3）。按公式ε= w2- w3- W0/（ w1- w3）×100%计算， 测得材料的孔隙率；

(3)生物力学强度的检测 采用INSTRON 1122万能材料试验机上用10 kN的力进行测定，抗压强度为试样型变1 mm时单位面积所承受的最大压力（MPa）。

1. 2. 3

CAB的体外降解实验

将CAB材料和纯PLLA材料均匀切割成直径5 mm，厚3 mm的薄片，环氧已烷熏蒸消毒，称得质量为W0。实验分2组：CAB组和纯PLLA组，每组35个样品，在容积为50 ml的无菌试管中加入10 ml的平衡液中，CAB组和纯PLLA组分别加入CAB材料和纯PLLA材料各1片，密封管口后静置于37℃的恒温箱中，分别于2、4、6、8、10、12、14周取出材料，肉眼观察浸泡液的变化，并进行材料质量减少率的测定，降解液的pH值变化等测定。

1. 2. 4

数据采集

采用SPSS 12. 0统计软件分析，材料的各种性能参数直接通过样本值求算术均数，体外降解实验中的组间比较采用t检验。

2

结

果

采用TIPS法制备的CAB材料据固化模具的不同可加工成圆柱状、条状、块状等，材料外观呈白色，质地均匀、坚硬，表面粗糙，材料表面肉眼可见密布的、连续的微细孔隙。

2. 1

制得材料的主要性能结果

2. 1. 1

扫描电镜观察结果

见图1，可以观察到材料横断面相互交联贯通的大孔结构，呈长条纵深状，孔隙形态、取向规则有序，孔隙大小为100 ～ 300 μm，孔壁上可见大量孔径数微米的微孔。

图1

多孔复合材料（CAB）的电镜观察2. 1. 2

孔隙率的测定

孔隙率的测定结果在83. 2％～ 92. 1％之间，平均孔隙率为85. 1％。

2. 1. 3

强度的测定

压缩强度的测量结果平均为2. 12 MPa，而纯PLLA的压缩强度平均为0. 82 MPa。

2. 2

CAB材料和纯PLLA的体外降解实验

2. 2. 1

在整个实验周期内，CAB组浸泡液随着时间的延长略有混浊，出现少许的悬浮微粒，无明显的沉淀，纯PLLA组的浸泡液则基本保持澄清，浸泡14周后，材料仍维持原来的形状，材料无明显的开裂、崩解，但表面变的较为粗糙。

2. 2. 2

图2、3分别为纯PLLA、CAB在体外降解中质量损失率和降解液的pH值随时间的变化规律。从图中可以看到，复合人工骨材料CAB在降解的各个时期质量损失率都要比同时期的纯PLLA低，两组各时期的两项指标比较均有显著性差异（P

由图3可以看到，纯PLLA随降解时间的延长其溶液pH值有逐渐下降趋势，而复合材料的浸泡液pH值在开始2周内有明显上升，而在此之后就逐渐出现下降趋势，到第12周后浸泡液的pH值基本达到平衡，复合支架所表现出的这种特性，对于消除PLLA降解产生的酸性物质所引起的无菌性炎症反应有很大的意义。

3

讨

论

海洋生物外壳主要成分是文石型碳酸钙，并含有丰富的氨基酸和微量金属元素。尽管牡蛎壳和骨组织并非同源，但它们的形成机制却有类似之处。这将为我国沿海资源丰富的牡蛎壳开发成为具有良好性能的骨修复材料提供了理论上的可能［1～ 6］。牡蛎粉是天然的无机材料，聚乳酸是合成的有机材料，这两种材料不仅生物相容性良好，而且来源丰富，具有较大的开发潜力。通过特定的制备工艺将这两种材料组合在一起后，利用聚乳酸良好的机械强度和热塑性能，可以赋予重组材料适宜的机械强度，并可根据需要任意塑形。另一方面，牡蛎壳粉不仅可以改善聚乳酸亲水性不足的缺陷，而且因其碳酸钙成分是一种弱碱性的物质，理论上可以中和聚乳酸的酸性降解产物，从而避免或减轻该产物积聚所致的无菌性炎症［7～ 9］，提高材料的安全性。有研究者通过在聚乳酸中加入碱性材料的方法来减轻这种不良反应，取得了良好的效果［10～ 12］。

本实验明确了热致相分离法制备牡蛎壳/聚乳酸的三维多孔框架，孔隙率较高，孔隙直径界于100～300 μm，形态自然圆润，取向规则，牡蛎壳粉在PLLA构成的孔壁中均匀分布，得到一个在整体形状和微观结构均比较满意的可植入的三维多孔支架。

骨替代材料的三维结构是决定材料与宿主骨结合速度和完成程度的主要因素之一。具有适宜孔隙结构的材料有利于新生血管组织的长入，提高新骨生成的速度和数量。作者制备的CAB材料的孔隙率达85%左右，为新骨组织的长入提供了足够的空间，同时，其压缩强度虽不及人体平均松质骨强度，但结合目前手术中使用的内固定或外固定，其完全可以满足非承重部位骨缺损填充的要求。由于材料种类和实验方法的差异，各研究者对于骨替代材料的适宜孔径的看法并不一致。目前被大多数研究者接受的观点是：除某些降解特别迅速的材料外，骨替代材料的孔径不宜500 μm则会影响材料强度和细胞的粘附，也不利于新骨组织的形成。作者研制的CAB材料的平均孔径为100～300 μm，孔径大小适中，而且材料内部孔隙分布均匀，孔隙之间相互连通，孔隙形态、取向规则有序，有利于新生组织的长入。

CAB材料的体外降解实验中可发现材料的质量损失率、PLLA分子量和降解液的pH值随时间的延长呈现较为规律的变化。由图2、3可见，复合人工骨材料在降解的各个时间点质量损失率要低，由此可见牡蛎壳粉对PLLA的降解有一定的抑制作用。探讨其原因可发现PLLA的降解过程为酯链的无规则断裂水解过程，表现为分子量的迅速下降，而水解产生的链端羧基又会自动催化并加速其水解，牡蛎壳粉的成分为碳酸钙，偏碱性，可以中和PLLA降解所产生的酸性，降低PLLA的酸自动催化水解速度，因此出现牡蛎壳粉对PLLA的降解有一定的抑制作用。由图3可见，纯PLLA随降解时间的延长其溶液pH值有逐渐下降趋势，而复合材料的浸泡液pH值出现先上升后下降的趋势，到第12周后浸泡液的pH值基本达到平衡。其原因主要可考虑为：在刚开始阶段，主要由于牡蛎壳粉中碳酸钙的溶解，导致浸泡液pH值出现偏碱性，后浸泡液pH值出现缓慢下降；在8周左右出现明显下降，考虑为聚乳酸开始出现大量的降解，其降解产物乳酸和牡蛎壳中的碳酸钙发生反应，使浸泡液的碱性程度下降，两种因素相互影响，最终达到一种动态平衡。

综上所述，CAB中的构成成分牡蛎壳，聚乳酸均具有良好的生物相容性，其性能互补，材料的孔径孔隙率，生物力学强度等性能基本能满足骨组织生长的要求，有望作为一种性能优良的人工骨材料应用于临床。当然，该材料植入体内后的实际效果如何还有待动物实验和临床应用检验。

参考文献

［1］ Kim YW，Kim JJ，Kim YH，et al.Effects of organic matrix proteins on the interfacial structure at the bonebiocompatible nacre interface in vitro［J］.Biomaterials， 2002，9:2089-2096.

［2］ Berland S，Delattre O，Borzeix S，et al.Related articles，nacre/bone interface changes in durable nacre endosseous imPLLAnts in sheep［J］.Biomaterials， 2005，15:2767-2773.

［3］ Jinbiao L，Jianting C，Dadi J，et al.In vitro biocompatibility and degradation of nacre/polylactic acid composite artificial bone［J］.Diyi Junyi Daxue Xuebao，2003，2:130-137.

［4］ 张 超，胡蕴玉，明，等.羟基磷灰石/胶原－聚乳酸三维多孔框架材料制备成型及分析［J］.中国生物医学工程学报，2004，5：438-442.

［5］ Kim HD，Bae EH，Kwon IC，et al.Effect of PEGPLLA diblock copolymer on macroporous PLLA scaffolds by thermally induced phase separation［J］.Biomaterials，2004，12:2319-2329.

［6］ 桑宏勋，杨克强，王 臻，等.自固化磷酸钙复合BMP及同种异体骨修复兔股骨大段骨缺损［J］.中国矫形外科杂志，2006，1:40-43.

［7］ Prabaharan M，RodriguezPerez MA，de Saja JA，et al.Preparation and characterization of poly(Llactic acid)chitosan hybrid scaffolds with drug release capability［J］.J Biomed Mater Res B Appl Biomater，2007，2:427-434.

［8］ 徐建强，胡蕴玉，张 超，等.大段仿生活性人工骨修复犬长骨缺损的实验研究［J］.中国矫形外科杂志，2006，17:46-51.

［9］ 张 涛，王 臻，卢建熙，等.个体化人工骨双循环系统的仿生制造［J］.中国矫形外科杂志，2005，5:234-238.

［10］Lee JJ，Ho MH，Hsiao SW.Immobilization of peptides by ozone activation to promote the osteoconductivity of PLLA substrates［J］.J Biomater Sci Polym Ed，2008，12:1637-1648.