高分子材料的耐热性范文

导语：如何才能写好一篇高分子材料的耐热性，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。

篇1

生活中高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等，高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂（助剂）所构成的材料。其中被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。

尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展，但目前已大规模生产的还是只能在寻常条件下使用的高分子物质，即所谓的通用高分子，它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。

（来源：文章屋网 ）

篇2

【关键词】淀粉；聚丙烯；发泡材料；制备；性能

一、淀粉

1.淀粉的性质及特点

淀粉是由多个葡萄糖分子聚合而成的物质。燃点约为380℃。淀粉不溶于水，在和水加热至60℃左右时（淀粉种类不同，糊化温度不一样），则糊化成胶体溶液。淀粉可以分为直链淀粉和支链淀粉两类。直链淀粉可溶，而支链淀粉部分溶解。支链淀粉溶解产生糊精。糊精在食品行业中可以作为添加剂，在造纸行业也用到糊精，糊精还可以做胶水、浆糊等等。

2.淀粉的改性

天然的淀粉性质不稳定，从而人们对淀粉进行改性，制备出改性淀粉使其能够更好的被人类生活所利用。淀粉的改性方法有很多，主要可以概括为：物理变性，化学变性，生物改性和复合变性四类。

（1）物理变性：就是通过对淀粉预糊化、微波，辐射处理淀粉、机械研磨处理淀粉、湿热处理淀粉等物理的方法对其改性。

（2）化学变性：就是在淀粉中加入不同的化学试剂使其酸解、氧化、交联、酯化、醚化和接枝等得到变性淀粉。

（3）生物改性：用各种酶来处理淀粉。

（4）复合变性：用上面任选两种或两种以上的方法对淀粉进行处理而得到的变性淀粉。例如将淀粉预糊化后再接枝，或先将淀粉氧化后再交联而得到的氧化交联淀粉等。

3.淀粉在塑料中的应用

（1）填充型淀粉塑料：是在塑料中加入不超过30%的淀粉，再加入相应的添加剂，通过加工而得到的淀粉基塑料。

（2）共混型淀粉塑料：是将淀粉与一些高分子材料共混，在混合中淀粉含量不低于30%。淀粉可以与纤维，秸秆等天然高分子混合，或者与PP、PE、聚乙烯醇等合成高分子混合。

二、聚丙烯

聚丙烯（PP）是一种白色粒状、无毒、无味的热塑性树脂。其用途相当广泛，五大通用塑料之一的聚丙烯具有加工性能好、来源丰富、价格便宜、电绝缘性好等优点。在汽车、家电、包装、电子、家具和一些高档工具上，需求量非常大。

1.聚丙烯的结构

聚丙烯的结构是由配位聚合得到的头一尾相接的线型结构：

如图1所示。全同立构与间同立构的聚合物称为立体规整聚合物，配位聚合体系主要得到全同立构的聚丙烯。TiCl4催化体系获得等规聚合体约占总的聚合的90-95%，实际的聚丙烯大分子链中虽然主要是全同立构的分子链段，但也包含一定量的间同立构和无规立构分子链段。所以部分大分子链呈现不规整性。这种聚丙烯具有“全同立构的立体嵌段”结构。

（1）物理性能。聚丙烯有较好的耐热性，长期使用温度可超100℃。聚丙烯的强度和刚度也好过聚乙烯，坚韧耐磨、耐震，机械性能好。聚丙烯是非极性高聚物，有优良的电性能和良好的耐热性，所以在电器工业上广泛使用。聚丙烯的另一优点是质轻（密度0.9g/cm3），制品能浮在水面上，这就使它的应用范围更广。

（2）耐化学介质性能。聚丙烯的耐酸碱性能良好，无论常温或较高温度（70℃，100℃）条件下，其耐碱及各种盐类的性能尤为突出。在室温下它几乎耐所有的无机酸和有机酸。70℃时耐10%盐酸、40%硝酸及30%硫酸的性能良好，但其易遭受氧化性的无机酸如浓硝酸、发烟硫酸等的侵蚀。

（3）大气老化性能。聚丙烯在光、热和空气中的氧（或臭氧）作用下易老化，尤其是大分子链中叔碳原子处易被氧化降解，光和热的作用在于引发氧化降解反应。聚丙烯可制成薄片，吹塑成型，也可以用压铸或挤压等方法成型。聚丙烯的机械加工性能很好，可以锯、切削，在床车上加工，也可用普通木材与金属的加工工具进行加工、还可焊接（220℃）。

2.聚丙烯的改性

（1）聚丙烯的化学改性。通过对聚丙烯进行接枝共聚、氯化、嵌段、交联、氯磺化等化学手段对其改性从而获得性能良好共聚物的方法。

（2）聚丙烯的物理改性。通过物理的方法将聚丙烯、有机（无机）材料或一些添加剂进行混合、混炼来改变聚丙烯的高层次结构。物理改性大致分：共混改性、填充改性、增强改性、功能改性等。共混改性：指将两种或两种聚合物材料、无机材料和添加助剂，在一定温度下进行机械混合。填充改性和增强改性：指在高分子材料中加入一定量的填充剂来改善聚合物材料的性能和弥补材料的不足。常用的填充剂有：滑石粉、碳酸钙、云母、高岭土、导电材料等。功能改性：PP属于易燃材料，在工业生产中，加入阻燃剂，可以对其进行阻燃改性。还有对PP进行防静电处理，将抗静电剂喷洒、浸渍、涂覆抗静电材料或将抗静电剂掺和到材料中，成为抗静电性能的材料。

3.聚丙烯发泡材料及其应用

聚丙烯发泡材料具有良好的耐热性（最高达130℃的使用温度）可在微波中使用。同时还具有较好的力学性能、可降解性、无毒环保等优点，被广泛应用在包装、汽车和隔热材料等方面。聚丙烯发泡材料的这些优点使其成为PS泡沫材料的良好替代品。

（1）包装材料。发泡塑料质量轻应用在塑料包装上较好。由于它耐热性好，高达130℃，因而可以将其制成容器，放在微波炉中使用。例如：耐高温的碗、盘子、保鲜膜等等。由于发泡PP片材无毒，在加入一些物质后可部分分解，用它制作的一次性餐具是比较理想的环保餐具。例如：果盘、托盘、熟食品还有在电器的包装上等。

（2）隔热材料。聚丙烯发泡材料的绝热性好，热导率低，可耐120℃高温，可作为热水管、贮槽的热绝缘材料和一些管道的保温材料等。

（3）建筑材料。发泡PP可作为屋顶、墙壁的填料。可用它制作成建筑模板。通过加入一些纤维合成木材，制作成木地板。

【参考文献】

篇3

高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，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。

高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。

生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。下面就以塑料和纤维素举例说明。

一、生活中常见的高分子材料——塑料

塑料是一种合成高分子材料，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、剂、色料等添加剂组成的，它的主要成分是合成树脂。

塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。塑料的优点1、大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。2、塑料制造成本低。3、耐用、防水、质轻。4、容易被塑制成不同形状。5、是良好的绝缘体。6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。塑料的缺点1、回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。2、塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。3、塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。

塑料的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。线型结构（包括支链结构）高聚物由于有独立的分子存在，故有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。体型结构高聚物由于没有独立的大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。塑料则两种结构的高分子都有，由线型高分子制成的是热塑性塑料，由体型高分子制成的是热固性塑料。塑料的应用：透明塑料制成整体薄板车顶。薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料，可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板，也可作为可折叠铰链和封条。拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件，形成了四扇“顶窗”，每扇窗都可单独打开和关闭。导轨用于连接薄板部件，形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置，在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。这样可以形成三维立体结构，组件比平坦的薄板更加牢固。同时也大大降低了单个组件的数量。

二、生活中常见的高分子材料——纤维素

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。纤维素是自然界中存在量最大的一类有机化合物。它是植物骨架和细胞的主要成分。在棉花、亚麻和一般的木材中，含量都很高。

纤维素的结构：纤维素是一种复杂的多糖，分子中含有约几千个单糖单元，即几千个（C6H10O5）；相对分子质量从几十万至百万；属于天然有机高分子化合物；纤维素结构与淀粉不同，故性质有差异。

纤维素的性能：纤维素不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于铜氨Cu(NH3）4（OH）2溶液和铜乙二胺 ［NH2CH2CH2NH2］Cu（OH）2溶液等。水可使纤维素发生有限溶胀，某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区，产生无限溶胀，使纤维素溶解。纤维素加热到约150℃时不发生显著变化 ，超过这温度会由于脱水而逐渐焦化。纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等，与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素，与强氧化剂作用生成氧化纤维素。

篇4

关键词：高分子材料；可降解；生物

中图分类号：tq464 文献标识码:a

我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3 种方式： 生物的细胞增长使物质发生机械性破坏； 微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。

1生物可降解高分子材料概念及降解机理

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。

生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、ph值、微生物等外部环境有关。

2生物可降解高分子材料的类型

按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。

2.1微生物生产型

通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ici 公司生产的“biopol”产品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(pet) 和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺) 制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。

2.4掺合型

在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。

3生物可降解高分子材料的开发

3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法

传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。

3.1.2化学合成法

模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。

3.1.3微生物发酵法

许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。

3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。

3.3酶促合成法与化学合成法结合使用

酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料。

4生物可降解高分子材料的应用

目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000 多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。

参考文献

[1]侯红江,陈复生,程小丽,辛颖.可生物降解材料降解性的研究进展[j].塑料科技,2009,(03):89-93.

[2]翟美玉,彭茜.生物可降解高分子材料[j].化学与粘合,2008,(05).

篇5

高分子材料在市场的广泛应用促使生产加工设备和工艺水平不断提升，近年来，多个新型成型装备得以研制成功，并逐一投入市场。所谓高分子材料生产加工设备自然是提升高分子材料生产质量和性能的关键所在，但是结合工艺要求，其结构设计的优良化和组装的合理性才是保证这一结果的中心。

1 高分子材料生产加工设备的设计和制造

高分子材料生产加工设备中主要构成部件有：聚合反应器、纺前设备、熔融纺丝设备和长丝后加工设备。本文主要以聚合反应器、纺前设备和熔融纺丝设备为例，探讨高分子材料生产加工设备的设计和制造中应当注意的要点

（1）聚合反应器的设计和制造

聚合反应器主要是由筒身、顶盖、底盖、夹套、蛇行管、搅拌器、传动装置、动密封、静密封等部分结构组成。每一部分都有其作用和功用，如：夹套和蛇形管的主要功用便是当原料进入蛇形管和夹套之中，对其进行加热或冷却，保证其达到加工标准。

根据当前我国市场现状，聚合反应器的设计和制造主要依循的标准包含以下方面：①结构强度值和刚度值较高；②设计使用材料不可与生产物质发生化学反应；③密封性好；④产量和长径比都应当符合市场需求；⑤设计和制造成本不宜过高；⑥结构应当简单，便于生产操作和后期维修。

目前，制造聚合反应器选用较多的不锈钢材一般为1Crl8Ni9Ti不锈钢、0Crl8Ni9Ti不锈钢、0Crl8Nil2M02Ti不锈钢、iCrl2M02Ti不锈钢等。但鉴于其成本费用过高，使用范围较小。至于复合钢板、普通低碳钢、低合金钢等材料则使用较多，这些材料成本低廉，但是也有其缺陷，如复合钢板焊接加工程序较为复杂。故而，在使用过程中应当注意规避其缺点，发扬其优势。

（2）纺前设备的设计和制造

纺前设备主要包含原液混合设备（原液脱单设备、原液脱泡设备）、切片干燥设备（切片干燥机、回转+充填式干燥机、充填式干燥机、KF干燥机、BM干燥机、吉玛干燥机）和熔体匀滤设备（熔体静态混合器、熔体过滤器）。其中，应当注意在原液脱单设备的设计和制造中，脱单体设备的结构应当尽量符合标准设计：①塔体直径一般为1.8米，高度在7米左右；②塔外应当安置蒸汽管予以保温处理；③脱单体塔内部伞面五个圆锥角应当呈120°，最上面的一层伞面应当作稳固处理，避免单体脱除；④选用材质应当保证其硬度和刚度，可选用1Crl8Ni9Ti不锈钢。至于切片干燥设备的设计和制造，应当注意以下要点：①根据生产的高分子材料性质选择是否应当安装搅拌装置②安装搅拌装置则需要安装炉栅等传动装置。且为了防止生产过程中切片粘连，应当在筒体上安置立式搅拌器，在筒体中部安装炉栅搅拌器。熔体匀滤设备的设计和制造应当坚持以化熔体温度和匀化添加剂为设计原则和标准。本处以静态混合器为例，静态混合器的设计中首要考虑的便是螺旋片式元件的料流分割层数，其计算方式如下：S=2n。其中，s代指料流分割层数，n指代螺旋片元件数。再次，将螺旋片的两端分别向不同的方向进行扭转，以180。为准。将左旋和右旋的元件行交替排列对接。最后，组装完毕之后，应当予以固定。

（3）熔融纺丝设备的设计和制造

结合化纤及工业纤维熔纺设备中纺丝箱体、计量泵和纺丝组件的结构原理进行熔融纺丝设备的设计和制造。

熔融纺丝设备的主要构件包含螺杆挤出机、纺丝箱体、计量泵、冷却吹风装置、卷绕成型装置以及纺丝组件。其中，纺丝箱体的设计要求为：①耐热性好；②密封性佳；③原材料在本组件设备中滞留时间尽量缩短；④结构组装简单；⑤机体材料耐腐性较好。纺丝箱体多采用厚度为8至10毫米的锅炉钢板焊接而成，这种钢板其抗腐蚀性较好，且成本低廉，目前应用较多。

2.高分子材料生产加工设备的使用和维护

高分子材料生产加工设备的使用和维护过程中，笔者认为应当注意以下要点：第一，对于功能不同的机械设备的灵活运用。如：聚合物或无机物复合材料物理场强化制备机械一一十螺杆挤出机。这种设备的使用就应当注意反应器的使用和操作，如果生产材料质量出现问题，就应当首先考虑到是否由原材料在机体内部连续反应不足或混炼完成度低所导致，因而，此时应当首要检查反应器。第二，高分子材料生产加工设备的密封性能应当列入日常维护范畴。由于高分子材料的生产是一个内部反应过程，因而其密封性是保证生产材料材质和性能的主要因素。生产加工设备中密封组件较多，如聚合反应器，以至于其组件中使用到密封装置。第三，生产加工设备制作材料的维护，为了防止制作高分子的原材料和机壁接触后发生化学反应，一般是使用钢材和化合性材料，且在材料外壁上涂装涂料以防腐蚀。仪器设备生产加工时间过久，其防护层难免会脱落，加之生产过程中的摩擦和撞击，也都会走造成机体内壁受损。因而，在生产加工设备使用一段时间之后，都应当拆卸机体，检查内壁是否受损。第四，传热装置的维护。一般情形下，使用过程中若出现成品材料出现被污染的情形，推测其原因可能是反应器传热装置出现故障。具体而言，可能由反应器密封性被破坏所致，也有可能缘于由机体内部粘附物。因而，在使用过程中，应当严格控制聚合的温度，且在后期维修过程中，定期拆卸清洗。

结束语

随着我国市场经济的持续发展，科学技术水平的不断提升，工业生产领域也得到了长远的进步和发展。由此，只有做好新材料生产加工设备的设计、制造、使用和维护工作，方可有效促进高分子材料研究的发展和进步。

参考文献

[1]赵丽娟，裴晨，赵可清等.高分子材料加工在线检测研究进展[J].高分子通报，2011（3）

[2]徐晓英，王世安，王辉等.复合导电高分子材料微观网络结构及导电行为仿真分析[J].高电压技术，2012（9）

[3]和法国，谌文武，韩文峰等.高分子材料sH固沙性能与微结构相关性研究[J].岩土力学，2009（12）

篇6

关键字：新型高分子材料；高分子材料应用；新型高分子材料的开发

引言：

高分子材料是指由相对分子质量较大的化合物分子构成的材料。按其来源，高分子材料可分为天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纤维，合成橡胶，涂料，粘合剂和高分子基复合材料。从1907年高分子酚醛树脂的出现以来，高分子材料因其普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展。然而，现在大规模生产的还只是在寻常条件下能够使用的高分子物质，即通用高分子。它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点，而现代工程技术的发展对高分子材料提出了更高的要求。于是新型高分子材料的开发与应用尤为重要。纳米、导电、生物医用、生物可降解、耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐极端条件等高性能的新型高分子材料的开发与应用不但能解决现阶段的高分子材料所面临的问题，而且也将积极地推动高分子材料向功能化、智能化、精细化方向的发展。与此同时，我国十二五计划也将高分子材料的开发研究纳入了其中，作为其重要研究方向之一的新型高分子材料的开发研究必将会极大地推动我国材料技术的发展。

一、简述高分子材料

1.高分子材料

高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物为基础的材料。基本成分为聚合物，或以其含有的聚合物的性质为其主要性能特征的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，通常分子量大于10000，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。

2.国内外高分子材料开发现状

高分子材料与金属材料和无机非金属材料共同构成了应用性材料科学的最重要的三个领域。高分子材料凭借其独特的优势占领了巨大的市场。

世界高分子材料工业正在高速地发展着。世界合成树脂量从1950年的1.5M工增长到2005年的212M工，每年大概以5%的增长率在迅速地增长。现在塑料的产量早已超过了木材和水泥等结构材料的总产量。合成橡胶的产量也已超过了天然橡胶，而合成纤维的年产量在上个世纪80年代就已经达到了棉花、羊毛等天然和人造纤维的2倍。对于我国而言，目前我国是世界上最大的树脂进口国，每年进口的树脂数量大约是世界树脂总贸易的25%到30%。我国的树脂合成工业正高速地发展当中，树脂合成能力也在飞速地提高中。然而与西方发达国家仍然存在着差距。

3.开发新型高分子材料的重要意义和途径

自上世纪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集中到了高功能，高智能的高分子材料开发上。现代工业对于新型高分子材料的需求日益强烈。像纳米高分子材料，通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。

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。就目前而言，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工业化。在第二次世界大战中发展起来的高分子复合技术，以及出现于50年代的高分子合金化技术后。新的复合技术和合金化技术层出不穷。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，更能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产能力，更能体现出现代科技的高速发展。

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。高分子材料既可以用于结构材料，也可以用于功能材料。

现阶段新型高分子材料大致包括高分子分离膜，高分子磁性材料，光功能高分子材料，高分子复合材料这几大类：

第一，高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择透过的半透性薄膜。采用这样的薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，与以往传统的分离技术相比，更加的省能、高效和洁净等，被认为是支撑新技术革命的重大技术。

第二，高分子磁性材料是磁与高分子材料相结合的新的应用。早期磁性材料具有硬且脆，加工性差等缺点。将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料，这样制成的复合型高分子磁性材料，比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品，还能与其它元件一体成型等。

第三，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。目前，这一类材料已有很多，应用也很广泛。

第四，高分子复合材料是指高分子材料和不同性质组成的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点具有各种材料的长处，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质。

这些新型的高分子材料在人类社会生活，工业生产，医药卫生和尖端技术等方方面面都有着广泛的应用。例如，在生物医用材料界上，研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯（PM-PPC）新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料：在工业污水的处理上，在不添加任何药剂的情况下，利用新型高分子材料物理法除去油田中的污水：开发的聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂复合材料，这些材料比强度和比模量比金属还高，是国防、尖端技术方面不可缺少的材料；同样，在药物传递系统中应用新型高分子材料，在药剂学中应用，在包转材料中的应用等等。新型高分子材料已经渗透于人类生活的各个方面。

三、综述

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。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。新型高分子材料的不断开发像纳米技术、荧光技术、导电技术、生物技术等的实施必将使得高分子材料在工业化的应用中不断进步。区别于我们已经开发研究成熟的一些传统材料，高分子材料的研究开发存在着无穷的潜力。正如一些科学家预言的那样，新型高分子材料的开发将有可能会带来现代材料界的一次重大革命。

参考文献：

[1]程晓敏，高分子材料导论[M]，安徽大学出版社2006，

[2]于金海，应用新型可降解材料修复腹壁缺损的实验研究[J].中国知网论文总库2010

[3]赵利利，论新型高分子材料的开发与应用[J]，科技致富向导，2011.（02）.

篇7

1．1材料决定成本

机械设计的本质就是要把机械产品(可能是零部件，也可能是一套设备)在最初的设计要求下设计出来，并投入于实际的使用中。我们知道，有时，一种机械设备有很多种材料都能满足设计要求，但材料不同，其生产成本会存在一定的差异。若在具体的设计中，选择使用价格较高的材料，则会由于其成本过高，而使得生产的机械无法在市场中取得价格优势。成本不止是机械产品在市场中保持竞争力的关键，同时也是企业引进设备时的主要考虑因素。所以，为了使机械设备可以让更多的企业认可，机械设计首先就要把成本问题考虑进去。作为成本的重要组成部分———材料是必须优先考虑的因素。

1．2材料决定性能

一般情况下，材料的特性不同，会表现出不同的性能;但不同材料在一定条件下往往也能表现出同样的性能。这就为材料的选择提供了多种思路。拿我们常见的机械设计材料来说，金属材料的特性在于有良好的性能且有较高的强度，但是有不少金属材料会在潮湿环境下改变其使用性能;高分子材料往往有较强的弹性以及耐腐蚀性，但是在高温条件下很容易出现变形，从而导致性能发生变化。所以我们在选择相应的材料时，一定要考虑其未来的工作环境。因此，机械设计要以合理的成本为前提，同时还要把材料的性能考虑进去，以使得材料可以满足机械设计的根本要求。只有满足使用性能要求，才能够从质量上保证产品能经得起市场的检验。

1．3材料决定质量

对于机械行业而言，往往是一个机械产品设计由多种材料来制成的，尤其是一套设备。若机械设计中使用了合理的材料，机械产品中的一切环节，就可以在机械产品的使用性能得以确保的情况下，把其优点全部体现出来，并尽可能地减少其中的缺点，使机械产品的质量真正收到1+1＞2的效果;相反，机械产品任何一个环节出问题，都会导致整体质量下降，机械设备无法达到相应的效果。所以，质量也是企业引入机械产品时考虑的另一重要因素。只有质量过得硬，才能够在企业中获得较好的口碑，才真正地能立足于市场。

2机械设计中材料的应用特质

2．1金属材料

金属材料在机械设计中是一种非常常见的材料。通常来说，金属材料主要有铁、锡、铝、金、银、铜等，材料不同，产品的价格也会有所不同，同时性能也会有较大的区别。但是，总的来看，金属材料的优势就在于:容易得到、耐磨损、耐热性和导热性强，还有一些金属有较强的硬度和柔韧性。

2．2陶瓷材料

陶瓷材料也是机械设计中一种常用的材料。陶瓷材料的优势在于有较高的硬度，其硬度基本上与金属材料差不多;它也可以承受一定的腐蚀，尤其是对于化学材料的侵蚀不敏感，所以不会有太大的影响;重量不是太重，和同体积金属材料相比，其重量远低于金属。然而，陶瓷材料不仅较硬，且抗冲击能力较差，一旦受到冲击，就很有可能再无法使用;同时陶瓷材料的价格也偏高。

2．3复合材料

复合材料主要指的是两种不同性能的材料的组合，从而达到取长补短的效果。这比单一性能的材料的优势更加明显。复合材料主要有铝不锈钢、玻璃钢、碳纤维等，不同的复合材料往往价格差异较大。考虑到复合材料可以把单一材料的性能优点全部综合在一起，所以复合材料在设计时会被经常使用。在不久的将来，随着人们不断地对材料的性能提出越来越多的要求，会有大量的新型复合材料出现在机械产品中，复合材料也会在机械设计中被越来越多地选用。

2．4高分子材料

在机械设计中，高分子材料虽然使用的频率不高，但是其在一些重要的机械产品中也有使用。主要的高分子材料有纤维材料、塑料材料、橡胶材料等。高分子材料最大的优势在于重量不重，且性价比高，所以有不少的企业喜欢使用。在一些较为特殊的情况下，高分子材料可以使机械产品提升性价比。但高分子材料本身也有自己的不足，例如橡胶材料的耐腐蚀性差，如果有化学物品出现侵蚀，就会使其原有性能失去;塑料材料耐高温性差，若是碰到了高温环境，就会进一步降低其使用性能。

3机械设计中材料的选择与应用要关注的因素

3．1性能因素

机械的设计对材料的要求主要体现在对材料性能的要求上。材料的性能符合设计的标准时，设计出来的产品才能保证其质量;当材料无法满足设计诸多方面的要求时，意味着设计就无法达到预期的效果。比如，有些产品在强度和载荷等方面有严格的要求，这就要求选择的材料必须满足产品生产所需的性能，如果在设计的环节忽视了产品的性能要求，设计出来的产品将会受到材料的制约无法生产，或者即便能够生产，也达不到设计要求。所以在产品设计的环节，考虑生产产品的材料性能是非常重要的。

3．2工艺因素

产品从设计到成品还要经历一个重要的环节，就是产品的加工。而产品的加工，不仅会受到设计理念的影响，还会因为加工工艺的差异导致产品质量下降、性能降低等问题。因为产品的加工是复杂的环节，包括了多种工艺流程，每一个流程中的细小疏漏和差异都会对产品的性能产生一定的影响。比如说在焊接产品的过程中，焊接强度的不同，工人焊接技术的差异，都会对产品的加工质量产生一定的影响。所以在考虑材料性能的同时还应该考虑加工工艺对材料的使用产生的影响。

3．3环境因素

产品的加工对环境也有一定的要求。比如说金属材料在一定的温度条件下，受其热胀冷缩的特征影响，会出现变形或者其他难以预测的情况，所以在对原材料进行设计的过程中应该考虑生产场地的温度、湿度等环境因素，当金属原材料在特殊环境中进行加工生产时，会因为环境的不同导致产品的性能降低，从而导致产品的质量出现无法弥补的问题，给企业带来损失。因此在设计机械产品前，应该充分分析生产环境会对产品加工带来哪些影响，适当调整产品加工的时间，确保产品的质量。

3．4价格因素

篇8

关键词：功能纤维；改性纤维；高性能纤维；分类；发展方向

1 功能纤维的概念

功能纤维（Functional fiber）是指除一般纤维所具有的物理机械性能以外，还具有某些特殊功能或某些应用性能的新型纤维[1-2]。

2 功能纤维的分类

功能纤维分为三大类：第一类是对常规合成纤维改性，克服其固有缺点，也称差别化纤维；第二类是针对天然纤维和化学纤维原来没有的性能，通过化学和物理手段赋予其蓄热、导电、吸水、吸湿、抗菌、消臭、芳香、阻燃、紫外遮蔽等附加性能，也称功能性纤维；第三类为具有特殊性能，如高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、耐气候等优异性能，也称高性能纤维[3]。

2.1 差别化纤维（differential fiber）[4]

2.1.1 异型纤维

用异形喷丝孔纺制的具有特殊横截面形状的化学纤维。异形纤维具有特殊的光泽、蓬松性、耐污性、抗起球性，可以改善纤维的弹性和覆盖性[4]。

2.1.2 超细纤维

纤维直径在5μm或线密度在0.44dtex以下的纤维，具有质地柔软、光滑、抱合好、光泽柔和等特点，可制成具有山羊绒风格的织物或表面极为光滑或透气防水的超高密织物。

2.1.3 高收缩纤维

沸水收缩率为35%～45%的纤维，常见的有高收缩型聚丙烯腈纤维（腈纶）和聚酯纤维（涤纶）两种。

2.1.4 抗起球纤维

制成的织物受到摩擦时，不易出现纤维端伸出布面，形成绒毛或小球状凸起的纤维。常见的抗起球腈纶纤维是运用物理改性方法，改变纤维的结构性能，使由于摩擦引起的毛、球很快脱落，达到抗起球的效果。

2.1.5 三维卷曲纤维

螺旋形卷曲或者立体形卷曲的纤维，利用聚合物熔体挤出时产生湍流、内应力不匀的原理形成纤维径向不对称结构而达到卷曲效果，在长毛绒玩具上应用广泛。

2.1.6 吸湿排汗功能纤维

为超细、多孔结构，将毛细孔原理应用到纺织物表面，截面为花瓣形状的五沟槽纤维具有虹吸功能，能够快速吸水、输水、扩散和挥发，达到排汗速干的功能。

2.1.7 色纺纤维

由含有着色剂的纺丝原液或熔体纺制成的有色纤维。

2.1.8 仿真纤维

模仿天然纤维而制造的化学纤维，包括仿丝纤维、仿毛纤维和仿麻纤维等。

2.2 功能性纤维[5]

2.2.1 导光纤维

通常以石英或高分子材料为原料制成，具有不同折射率的皮芯结构，主要由于皮层全反射作用而能传导光线的化学纤维。

2.2.2 导电纤维

在标准状态 （20℃，65% 相对湿度）下电阻率小于105Ω·cm，一般包括金属纤维、碳纤维、复合导电纤维和高分子导电纤维。

2.2.3 光反射显色纤维

模仿南美洲闪蛱蝶翅膀上的“鳞粉”特性，将数十层可透过空气的薄膜重叠，通过对光的散射、干涉和衍射作用，使纤维产生颜色。

2.2.4 变色纤维

是一种具有特殊组成或结构的，在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色的纤维。光致变色纤维是将光致变色材料和高聚物共混通过溶液纺丝、共混纺丝或复合纺丝技术制得的纤维。热致变色纤维通过在纤维中引入热致变色物质而制得。

2.2.5 自发光纤维

也称蓄光纤维、夜光纤维。是在合成纤维纺制过程中加入少量蓄光剂（最小平均颗粒约2μm～3μm）制成。稀土夜光纤维是利用稀土发光材料制成的功能性环保新材料，以纺丝原料为基体，采用长余辉稀土铝酸盐发光材料，经特种纺丝制成夜光纤维。夜光纤维吸收可见光10min，便能将光能蓄贮于纤维之中，在黑暗状态下持续发光10h以上。

2.2.6 芳香纤维

通过微胶囊法、共混纺丝法、复合纺丝法将芳香剂包容在纤维中而制成能释放香味具有保健功能的纤维。

2.2.7 生物医学纤维

用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的一类功能纤维。它除了具有一定的物理—机械性能外，还必须具备生物相容性，有些用途还需要生物活性或者生物降解吸收性。人工器官使用的生物医学纤维主要为中空纤维膜。最早应用中空纤维膜的人工器官是人工肾，现在由中空纤维膜制成的人工肾、人工肝、人工肺、肝腹水超滤浓缩回输器和血液浓缩器已投入使用， 人工胰腺也在研制中。

2.2.8 吸附纤维

具有超吸附速率和吸附容量的纤维，包括高吸水（湿）纤维、吸油纤维、活性炭纤维和一些具有吸附毒性物质的纤维。

2.2.9 离子交换纤维

在成纤高分子中引入某些活性基团而具有对离子交换或捕捉重金属离子的纤维。

2.2.10 保健功能纤维

对人体健康具有防护和促进作用的一类功能纤维，包括抗菌纤维、防臭纤维、负离子纤维、远红外纤维、抗紫外线纤维和芳香纤维等。

2.2.11 远红外纤维

能吸收远红外线并将吸收的太阳能转换成人体所需的热能的纤维。通常由能吸收远红外线的陶瓷粉末与成纤高分子流体在喷丝前混合而制成，如氧化铝、碳化锆等，其粒径应为0.2μm左右。

2.2.12 负离子纤维

在纤维的生产过程中，添加一种具有负离子释放功能的纳米级电气石粉末，使这些电气石粉末镶嵌在纤维的表面，通过这些电气石发射的电子，击中纤维周围的氧分子，使之成为带电荷的负氧离子，由该纤维所释放产生的负离子对改善空气质量、环境具有明显的作用。

2.2.13 阻燃纤维

采用无机高分子阻燃剂在粘胶纤维等有机大分子中以纳米状态或以互穿网络状态存在。

2.2.14 陶瓷纤维

以SiO2、Al2O3为主要成分的一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械振动等优点。可用作工业窑炉的绝热和耐火材料、高温高压蒸汽管道的绝热材料、高温密封绝热材料、高温吸声材料、耐火建筑用材和防火材料、原子反应堆内衬材料等。

2.2.15 抗菌纤维

混有抗菌剂或经抗菌表面处理的纤维，具有抑制或者杀灭细菌功能的纤维。混入型是将含银、铜、锌离子的陶瓷粉等具有耐热性的无机抗菌剂，混入聚酯、聚酰胺或聚丙烯腈中进行纺丝而得；后处理型是将天然纤维用季铵化物或脂肪酰亚胺等有机抗菌剂浸渍处理制得。

2.2.16 防辐射纤维

包括受高能辐射后不发生降解或交联并能保持一定力学性能的纤维以及指能抵抗造成人体伤害的射线辐射的纤维。有抗紫外线纤维、防微波辐射纤维、防X射线纤维和防中子辐射纤维等。如利用是聚丙烯和固体X射线屏蔽剂材料复合制成防X射线的纤维，将锂和硼的化合物粉末与聚乙烯树脂共聚后采用熔融皮芯复合纺丝工艺制成防中子辐射纤维。

2.3 高性能纤维[6]

2.3.1 芳族聚胺纤维

由酰胺键与芳基连接的芳族聚酰胺的线型分子构成的合成纤维，化学结构式为：[NH—AR—NH—CO—AR`——CO]p，如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（ 间位芳纶） 简称为芳纶1313 ，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（对位芳纶）简称为芳纶1414 。

2.3.2 碳纤维

由碳元素构成的无机纤维。纤维的碳含量大于90%。一般分为普通型、高强型和高模型三大类。由粘胶纤维、聚丙烯腈纤维和沥青纤维等有机纤维经炭化而得到。高强型聚丙烯腈基碳纤维的强度为 3GPa～7 GPa，高模型聚丙烯腈基碳纤维的模量为300GPa～900 GPa，在惰性气体中耐热性优良，耐化学腐蚀性好，有导电性。

2.3.3 超高分子量聚乙烯纤维

采用UHMWPE通过冻胶纺丝或者增塑熔融纺丝工艺制得的合成纤维。其强度为29cN/dtex～39cN/dtex，模量为934cN/dtex～1246cNd/tex，最高使用温度100℃～110℃，具有优良的耐酸碱性、抗水解性。

2.3.4 聚对苯撑苯并双唑（PBO）纤维

由芳族杂环类聚合物聚对苯撑苯并双唑的线型分子构成的合成纤维。纤维强度为37cN/dtex，模量为1764cNd/tex，分解温度650℃，极限氧指数68。

2.3.5 聚苯并咪唑（PBI）纤维

由芳族杂环类聚合物聚苯并咪唑的线型分子构成的合成纤维。强度为6.6cN/dtex，模量为147cNd/tex，可耐850℃高温，极限氧指数38～43。

2.3.6 聚苯硫醚（PPS）纤维

商品名为Ryton，指由苯环和硫原子交替排列的聚苯硫醚的线型分子构成的合成纤维。强度为1.8cN/dtex～2.6cN/dtex，模量为21.5cN/dtex～35.3 cN/dtex，熔点285℃，极限氧指数34～35，耐化学性仅次于聚四氟乙烯纤维。

2.3.7 聚酰亚胺纤维

由含酰亚胺链节的线型分子构成的合成纤维，大分子链中至少有85%的酰亚胺链节。醚类均聚纤维的强度为4cN/dtex～5cN/dtex，模量为10GPa～12GPa，在300℃经100h后强度保持率为50%～70%，极限氧指数44，耐射线好；酮类共聚纤维的强度3.8cN/dtex，模量35cN/dtex。经改性的聚酰亚胺纤维的强度为17.6cN/dtex，模量为529cN/dtex～882cN/dtex，分解温度650℃，极限氧指数68。

2.3.8 聚酰胺?酰亚胺纤维

由含芳酰胺—酰亚胺链节的线型分子构成的合成纤维。强度为4.4cN/dtex，模量为61.7cN/dtex，可耐350℃高温，极限氧指数30～33。

2.3.9 聚醚醚酮（PEEK）纤维

含亚苯基醚醚酮链节的线型分子构成的合成纤维。拉伸强度400 MPa～700MPa，模量3 GPa～6GPa，熔点334℃～343℃，长期使用温度250℃，极限氧指数35。

2.3.10 酚醛纤维

由线型酚醛树脂经缩醛化或络合化学而制成的交联纤维。强度为1.14cN/dtex～1.58cN/dtex，极限氧指数30～34，瞬时可耐2500℃高温，长期使用温度150℃～180℃。绝热性好。

2.3.11 蜜胺纤维

将三聚氰胺与甲醛缩聚，并溶于有机溶剂中通过湿纺和后处理而得。强度为1.76cN/dtex，极限氧指数32，无熔点，不熔滴，连续使用温度180℃～200℃。

2.3.12 高强度聚乙烯醇纤维

由聚乙烯醇树脂通过溶剂湿法冷却凝胶纺丝制成。强度为15cN/dtex，耐碱性优良。

2.3.13 玻璃纤维

以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米。E-玻璃纤维的强度为 1722MPa，模量为654GPa。绝缘性好，耐热性强，抗腐蚀性好，但性脆、耐磨性较差。

2.3.14 氧化铝纤维

一种主要成分为氧化铝的多晶质无机纤维，主晶形可呈γ-，δ-，θ-，α-氧化铝，是最新型的超轻质高温绝热材料之一，采用高科技的“溶胶—凝胶”法，将可溶性铝、硅盐制成具有一定黏度的胶体溶液，溶液经高速离心甩丝成纤维坯体，然后经过脱水、干燥和中高温热处理析晶等工艺，转变成Al-Si氧化铝多晶纤维，其主晶相为主要为刚玉相和少量莫来石相，集晶体材料和纤维材料特性于一体，使用温度达1450℃～1600℃，熔点达1840℃，有较好的耐热稳定性，其导热率是普通耐火砖的1/6，容重只有其1/25，节能率达15%～45%。

3 功能纤维的发展方向

3.1 高性能化

高性能纤维市场呈碳纤维、高强聚乙烯纤维、芳纶及新型高性能纤维共同增长的格局[7]。如生物可降解的聚酯纤维缝合线、可吸收的人工血管、PLGA纤维编织壳聚糖溶液涂层制成的人工神经导管以及组织工程神经导管以及组织工程肌腱等。

3.2 低维化

若使材料在某一维度（x、y 、z ）的尺寸缩小到纳米级，则此材料减少相应的一维。随着高端物理化学技术的进步，化学纤维的细度已经达到微米级，并向纳米级超细技术挑战。如在医学上将纳米纤维网用于外科，防止人体组织在愈合过程中粘接产生疤痕，将细菌纤维素纳米纤维网络于无纺布上，制成捕捉白血球的纤维复合体滤材。

3.3 智能化

智能纤维在美国、日本等发达国家已经取得较大进展。如隐身功能纤维应用于军事领域。如光敏纤维可改变8种色彩。在医疗产业领域，开发出具有形状记忆效应的绷带、人工肌肉及智能凝胶纤维、蓄热调温纤维等。

3.4 仿生化

杜邦公司曾用六氟异丙醇溶解蜘蛛丝蛋白进行人工纺丝，东华大学研究蜘蛛吐丝的纺丝过程，以蚕丝蛋白质为模型，仿照蜘蛛吐丝的过程进行纤维加工。

3.5 绿色化

主要是大力发展生物质纤维，实现新溶剂法纤维素纤维、聚乳酸纤维、生化法聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT ）纤维、生物法多元醇的产业化。新型生物质再生纤维主要品种有：新型纤维素纤维（Lyocell纤维、离子液体纤维素纤维、低温碱/尿素溶液纤维素纤维）、新资源纤维素纤维（竹浆纤维、麻浆纤维）、海洋生物质纤维（甲壳素纤维、海藻纤维）、生物蛋白质纤维（大豆蛋白纤维、牛奶蛋白与丙烯腈接枝纤维、蚕蛹蛋白纤维）。

参考文献：

[1]姚穆.纺织材料学[M].第3版.北京：中国纺织出版社，2009.

[2]朱平.功能纤维及功能纺织品[M].北京：中国纺织出版社，2006.

[3]谷清雄. 功能纤维的现状和展望[J].合成纤维工业，2001（2）：25-29.

[4]沈新元.化学纤维手册[M].北京：中国纺织出版社，2008.

[5]陈佩兰.功能性纤维的生产现状和发展趋势[J].针织工业，2000（5）：17-21.

[6] J W S Hearle.高性能纤维[M]. 北京：中国纺织出版社，2004.

篇9

（大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司，多伦 027300）

（Inner Mongolia Datang Duolun Coal Chemical Co.，Ltd.，Duolun 027300，China）

摘要： 综述了聚丙烯物理改性的方法，并对共混改性、填充改性、混杂复合改性进行了比较。共混改性与填充改性虽可以改善聚丙烯的某一性能，如强度、韧性等，但对其他方面的提升有限，甚至使其他性能急剧下降。混杂复合改性中，聚丙烯与多种无机填料粒子、有机物复合，可以在明显提升某些性能的同时，维持其他性能稳定，甚至得到一定程度的提升，拓宽了聚丙烯的应用范围。

Abstract： This paper summarizes the methods of physical modification of polypropylene and compares with blending, filling, and the hybrid modification. Blending and filling modification can improve a performance of modified polypropylene, such as the strength, toughness, but the promotion of other aspects is limited, and even other performance will be degraded sharply. In hybrid Modification polypropylene with a variety of inorganic filler particles and organic matter composite can significantly improve a certain performance, at the same time, maintain stable of other performance, and even upgrade the performance to some extent, which widens the scope of application of polypropylene.

关键词 ： 聚丙烯；共混改性；填充改性；混杂复合改性

Key words： polypropylene；blending modification；filling modification；hybrid modification

中图分类号：TQ050.4+3 文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2015）02-0310-02

0 引言

聚丙烯是一种通用型树脂，其产量大，用量也大。丙烯单体的来源丰富，聚合工艺相对简单，具有优异的性能，适合大多数产品的制造和生产，广泛的用于包装、纺织、电子等领域[1]。但聚丙烯也有诸多的缺点，如低温韧性差、刚性较低、缺口敏感性很大、易开裂、耐候性差等，这在一定程度上限制了PP的生产和应用。近年来，如何按照PP自身特性、PP产品的用途及性能指标特点对PP进行改性，改善PP的力学性能、加工性能，降低产品的工业成本，使PP材料能够实现专用化、功能化，充分利用PP的优势占领更多的应用领域，吸引了大量的国内外学者的研究兴趣[2-3]。聚丙烯的改性方法主要有物理改性与化学改性两种方法，其中聚丙烯的物理改性的设计灵活、生产工艺简单易行、生产周期短、投资成本低，适于工业生产。物理改性的方法按照主要包括填充改性、共混改性及混杂复合等。

1 填充改性

填充改性是在PP的加工过程中，将一定量无机填料加入到PP基体中，在降低材料成本的同时，改善材料某些性能。由于无机填料颗粒阻碍了PP链段的运动，影响了PP的晶型、结晶度、分子链间的作用力等，最终导致复合材料的宏观性能发生改变。郑水林等用双螺杆挤出机制备了PP/硅灰石复合材料，并研究了复合材料的性能，研究结果表明，当硅灰石与PP的质量比为2：3时，复合材料的拉伸强度与弯曲强度均远远高于纯PP。郑玉婴等制备了PP/高岭土复合材料并研究了其力学性能。当复合材料中改性高岭土与聚丙烯的马来酸酐接枝物的质量分别为PP的10%与6%时，复合材料的缺口冲击强度变化不大，但拉伸强度提高了10.6%，热变形温度提高了18℃。

用于聚丙烯填充改性的填料的种类很多，每种填充粒子都有其自身的特性，如高岭土是片状结构，硅灰石是针状的，这使得复合材料具有不同的性能。表1列出了不同矿物填充改性聚丙烯的性能。

2 共混改性

共混是利用挤出机等将两种或两种以上的高分子材料混合，以此制得兼具几种高分子材料的性能或某种突出性能的合金。共混可以明显改善PP的低温脆性、透明性、抗静电性及着色性，共混改性的发展十分迅速。不同种类的橡胶与PP共混，形成的复合材料的性能存在较大的不同。黄英等制备并研究了PP与EPDM的合金。张志洪和李海东分别采用熔融共混法制备了PP/EPDM复合材料。研究发现：随着EPDM含量的增加，复合材料的拉伸强度逐渐减小，但其冲击强度却呈显著的上升趋势。当EPDM含量为25份时，复合材料冲击强度比纯PP增大了6倍，并且随这EPDM含量的增加，复合材料的维卡软化温度降低，流动性变差。同时李海东的研究还表明，在温度和组分很广泛的范围内，复合材料的韧性测定能够正常进行，通过增加EPDM的含量以及温度，均能使复合材料的抗冲击性能得到提升。

3 混杂复合改性

单独地使一种填料与PP混合制备的复合材料往往只能提升PP某些方面的性能，而对其他方面的改善有限，甚至是顾此失彼，如无机刚性粒子填充PP，虽然可以降低材料成本，对PP增强增韧的提升幅度有限，甚至使其韧性降低；而单纯的用弹性体与PP共混，弹性体用量大，材料成本上升，虽然能够很好地提升PP的韧性，但也导致了PP的强度的下降。所以，近年来有关学者在用无机刚性粒子填充改性PP的同时，向复合材料体系中加入一定量的弹性体，构成性价比较高的PP/弹性体/无机刚性粒子三元复合材料，甚至是多种无机填料粒子与有机物同时与PP共混，以期达到某些特殊的材料的性能指标，如保险杠、工程塑料等，这种改性方法被称为混杂复合改性。

闫礼成等用熔融共混的方法制备了PP/POE/硅灰石复合材料，并研究了硅灰石与POE对PP力学与热力学性能的影响。结果表明POE可以明显改善材料的韧性，提高冲击强度；硅灰石增强作用明显，拉伸强度明显升高。复合材料体系中，在POE与硅灰石协同作用下，材料的结晶温度升高，熔点降低。王珂等制备了PP/POE/BaSO4复合材料，病研究了POE与BaSO4对材性能的影响。研究发现，POE与BaSO4的复合使用，使材料的强度与韧性同时得到了明显提高。当POE直接加入复合体系中时，POE与BaSO4易以相互分离的形式发散在PP基体中，强度与韧性的提高幅度有限；当POE接枝马来酸酐后，BaSO4进入POE粒子内，形成核壳结构，材料的强度与韧性提高幅度较大。苏峰华等利用双螺杆挤出机制备了PP/POE/高岭土复合材料，并研究了其力学和热力学性能。结构表明：高岭土可明显提升PP/POE共混物的杨氏模量，使复合材料的杨氏模量明显高于纯PP的；添加高岭土后，PP/POE二元复合材料的冲击强度进一步增大，复合材料的冲击强度在高岭土量达到10份时升至最大值；高岭土在PP/POE/高岭土三元体系中促进了PP的异相成核，致使体系的结晶温度升高，结晶速度增大；此外，高岭土也改善了PP基体的耐热性，提升了PP基体融融温度。

4 结语

经过科研工作者的不懈努力，PP物理改性技术得到了蓬勃发展。从PP与单一填料或有机填充物的共混或填充改性，发展到PP与多种无机填料粒子、有机物的混杂改性，科研工作者们依据PP、无机填料粒子及有机填充物各自的特性，选择其中的几种加入到PP基体中，不仅提高了材料的性价比，也使得PP复合材料向着专业化、工业化的方向发展，拓宽了PP的应用领域。

参考文献：

[1]Cao Xianwu, Zheng Zicong, Xie Ying, et al. The effect of polypropylene/polyamide 66 blending modification on melt strength and rheologic behaviors of polypropylene[J]. Polymer Bulletin. 2010, 64(2): 197-207.

篇10

[关键词]高分子化学实验；科研项目；人才培养

随着高分子科学的发展，高分子材料已渗透到日常生活和工业的各个部门，新的高分子聚合反应、聚合方法和新的高分子材料层出不穷。高分子化学是一门以实验为基础的学科，是学生深入理解高分子化学理论课程和进行高分子化学材料研究的必备课程，对加强学生的实践动手能力与创新能力培养等方面有着重要的作用[1-3]。传统的高分子化学实验教学模式基本是教师讲解、学生操作、学生提交实验报告、教师评分等。这种教学模式下，学生对实验课程缺乏足够的重视，往往只是按部就班地操作完，最后实验报告能够拿到合格的成绩就足够了，在实验过程中缺乏对过程和细节的深入思考，因此不利于学生综合素质的培养和创新能力的提升[4-6]。高分子化学是一门与时俱进的课程，高分子化学实验应该进一步体现这种发展趋势。因此，为了提高学生对高分子化学实验课程的热情与积极性，采用科研项目与高分子化学实验课程相结合的教学模式，不仅能够丰富实验教学内容，提高学生的实验技能和科研能力，也为培养出具有创新意识和创新思维的创新人才添砖加瓦。

1传统高分子化学实验教学中的问题

传统的高分子化学实验教学模式一般是固定的，即教师讲解理论知识与实验操作示范、学生根据教材的实验目的和老师的要求进行程序化操作、学生课后撰写实验报告并交给老师、教师根据实验结果的优劣进行实验报告评分等。学生在这种教学模式下很少会对实验设计、实验过程和细节等进行思考与讨论。对大部分学生来说，只要最后的实验考核是合格的就足够了，因此学生们往往是抱着完成任务的态度做实验。这种实验教学模式虽然实现了对学生动手能力的锻炼，但是难以督促学生学以致用，导致理论课和实验课是完全分离开来的，难以结合在一起。另外，这种固定模式和程序化的实验课程，难以锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，更难以培养出具有创新意识和创新能力的人才。高分子化学的发展与变化日新月异，高分子化学实验也应该进一步体现这种变化趋势，从而使得学生们更加深入地理解高分子化学的与时俱进。然而，由于实验室资源与资金的缺乏，传统的高分子化学实验课程内容经常是几年都固定不变的，对学科的新发展、新知识、新变化没有吸收与提升。这种内容固定、操作按部就班的实验课程很难调动学生的积极主动性，更难以引起学生对高分子化学的热爱与兴趣。

2科研项目与高分子化学实验相结合

高校教师一般会以自己的研究领域为基础，进行相关科研项目的申报。这些科研项目相对于高分子化学实验来说，都是一些具有前瞻性和创新性的研究。因此，将高校教师的科研项目融入高分子化学实验教学，对高分子化学实验传统教学模式进行改革，具有重要的意义。

2.1科研项目融入高分子化学实验课堂的意义

高分子化学是一门与时俱进的课程。传统的高分子化学主要以传统高分子材料如塑料、橡胶、纤维素、涂料等为主，相应的高分子化学实验也是以合成或改性传统高分子材料为主。随着高分子科学的发展，高分子化学领域的新材料层出不穷，这不仅体现在生活、军事、工业等领域的新型功能材料。在科研项目中，高分子化学材料的应用也得到了广泛的关注与认可，高分子化学领域的科研项目在化学领域的教师中占有较大的比重。在教师的科研项目中，涉及到的高分子化学材料通常具有较好的新颖性。因此，将科研项目的内容融入高分子化学实验课堂，不仅能够丰富高分子化学实验的教学内容，提高学生对实验的兴趣和积极主动性，而且能够培养学生的科研能力和科研思维。同时，教师也可能从学生们的思考与讨论中，获得新的想法。

2.2科研项目融入高分子化学实验课堂的方法

高分子化学实验的时间一般比较长。在等待的过程中，学生基本是在聊天，有的学生甚至在打游戏，很少有同学利用这个时间对实验进行思考或者讨论。这不仅浪费了宝贵的学习时间，而且不利于实验的开展。即使后面实验出现了问题，学生也不会花费过多的时间去寻找原因。因此，老师可以利用学生在等待实验的过程中，将科研项目中较为简单且与实验有联系的部分拿出来与学生讨论。首先，将教师科研项目中与实验相关的内容拿给学生分组讨论，通过与自己的实验比较分析，并结合理论课程和实验课程知识，让学生提出问题。进一步，根据提出的问题，让学生先自己进行分析，得出结论后与老师进行讨论。然后，老师根据学生的讨论情况，引导学生提出解决问题的方法。最后，根据以上讨论的内容，鼓励学生进行进一步的创新，并鼓励感兴趣的学生利用课后时间进入教师所在实验室进行深入的探索与研究。例如，传统高分子化学实验中，有一部分实验内容是“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合”，如果老师的科研项目中有涉及到甲基丙烯酸甲酯或者本体聚合的内容，就可以拿出来与学生进行讨论，引导学生进行实验课堂之外的新思考。通过“提出问题-分析问题-解决问题-创新实践”这一过程，锻炼学生的创新思维和科研意识，为将来进入实验室进行毕业论文课题研究或科研项目研究打下良好的基础。

2.3将科研项目内容融入高分子化学实验教学中

高分子化学实验教学，一般会有多个老师负责。每位老师都有自己的研究领域或专技特长。高分子学科之所以发展如此迅速，其中很重要的一个原因是其具有比较强的应用性。因此，根据带教老师的研究领域，可以对现有的一些高分子实验进行改进。例如，在“双酚A环氧树脂的制备”实验中，主要内容是环氧树脂的制备和环氧值的测定，而没有涉及到环氧树脂的应用。如果带教老师的研究领域和科研项目与环氧树脂相关，可以根据自己的科研项目内容，在与其他带教老师及实验中心讨论后，适当增加实验内容及应用。例如，可以增加不同制备时间下环氧树脂的制备实验，研究不同反应时间对环氧值的影响。同时，将具有不同环氧值的环氧树脂进行粘结实验，研究反应时间对环氧树脂粘结性能的影响。这种将科研项目内容与高分子实验课程相结合的方式，不仅保留了经典高分子化学实验的内容，同时丰富了实验课程的内容和方式，改变了传统高分子化学实验内容一层不变的局面。此外，这种目的导向性的高分子化学实验内容，容易引起学生的思考与兴趣，对于培养学生的科研思维和创新意识具有重要意义。

2.4将科研项目的资源与高分子化学实验共享

由于资金或平台的限制，大学生的高分子化学实验课程往往只进行最基础的研究，学生缺少进一步深入探索的机会与平台。而许多高校教师一般都有自己的科研资源或平台，因此，可以利用高校教师的实验室资源和平台，为那些对课程实验内容感兴趣的学生提供进一步研究的机会。例如，在“线性酚醛树脂的制备”实验中，主要内容是线性酚醛树脂的制备和固化，没有涉及到酚醛树脂的物理化学性能。众所周知，酚醛树脂的耐热性、拉伸性能、耐压性等影响了酚醛树脂的应用。尽管这些性质属于高分子物理领域范畴，但却是研究酚醛树脂必不可少的内容。因此，该实验课程结束后，可以带领对酚醛树脂感兴趣的同学，进入研究酚醛树脂教师的实验室。将学生实验得到的产品进行进一步的分析与研究，并要求学生提交相关的实验报告和心得体会。通过这种方式，不仅能够丰富实验教学内容、增强学生对实验的理解与认识、激发学生对实验的兴趣，还能够帮助对科研感兴趣的同学提前了解和掌握一些实验内容与技术，为将来进入实验室开展科研项目工作打下基础。

2.5鼓励学生将高分子化学实验内容拓展为大学生创新研究项目

目前贵州多所高校面向本科生开展了多种大学生创新研究项目，例如大学生开放性实验、“互联网+”项目、创新创业项目、创新计划等。这些项目的开展，离不开教师科研项目与平台的支持。在高分子化学实验课堂上，教师通过将科研项目与高分子化学实验相结合，鼓励学生对自己的实验进行思考与创新，提出自己的想法与观点。由于大学生专业知识和专业技能尚有不足，他们提出的想法往往还有所欠缺。教师可以通过上述提出的“提出问题-分析问题-解决问题-创新实践”模式，与学生进行深入讨论，直至最终确定出比较可行的思路和方案。大学生创新项目，一般要求学生具有一定的实验基础和创新能力，且申请的项目要有一定的新颖性，这就要求在培养学生的实验技能和创新思维方面下功夫。将大学教师的科研项目与高分子化学实验结合起来，可以更好地培养学生的科研素养与科研思维，有助于学生将实验内容拓展为创新研究项目。