高分子材料的主要特性范文

导语：如何才能写好一篇高分子材料的主要特性，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。

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关键词：高分子材料；功能；研究现状；发展前景

前言

在我们的日常生活中，材料随处可见，材料的发展水平直接影响我们的生活质量。高分子材料在我们日常生活的应用中拥有很多的优势，与现代化生产非常吻合，同时它也产生了很高的经济效益等，因此它在工业上发展的十分迅速。在过去，20世纪60年展起来的功能高分子材料是属于那时的一个新兴领域，这个新兴领域同时渗透到能源和电子以及生物三大领等。而如今，21世纪的科技不断创新，也有了新型有机功能高分子材料，它们在人们的生产和生活中扮演着一个越来越重要的角色。

1 功能高分子材料的定义

功能高分子材料是指同时兼顾有两种性能的复合高分子材料，性能一：传统高分子材料的所体现出来的性能，性能二：某些特殊功能的基团所体现出来的性能。一般说来，具有传递信息、转化能量和贮存物质作用的高分子及其复合材料为功能高分子材料，或者还可以理解为具有能量转换的特性、催化特性、化学反应活性、磁性、光敏特性、药理性、导电特性、生物相容性、选择分离性等功能的高分子及其复合材料，同时还具有原有力学性能的基础。

2 功能高分子材料的工程实际应用

目前，在工程上应用较广泛而且具有重要应用价值的一些功能高分子材料主要分为以下几种：光功能高分子、液晶高分子、电功能高分子、吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、医用功能高分子、环境降解功能高分子、高分子功能膜材料等。下文中具体从这几方面阐述：

（1）光功能高分子材料。指在光的作用下能够产生物理变化，如光导电、光致变色或者化学变化，如光交联、光分解的高分子材料，或者在物理或化学作用下表现出光特性的高分子材料。光功能高分子材料主要应用在电子工业和太阳能的开发利用等方面。

（2）液晶高分子材料。液晶高分子是一种新型的功能高分子材料，它是分子水平的微观复合，由纤维与树脂基体在宏观上的复合衍生而来，也可以理解为在柔性高分子基体中以接近分子水平的分散程度分散增强剂（刚性高分子链或微纤维）的复合材料。强度高、模量大是液晶高分子材料的主要特点，它在复合材料、纤维和液晶显示技术等方面的应用非常广泛。

（3）电功能高分子材料。电功能高分子材料主要表现为在特定条件下表现出各种电学性质，如热电、压电、铁电、光电、介电和导电等性质。根据其功能划分，主要包括导电高分子材料、电绝缘性高分子材料、高分子介电材料、高分子驻极体、高分子光导材料、高分子电活性材料等。同时根据其组成情况可以分成结构型电功能材料和复合电功能材料两类。电功能高分子材料在电子器件、敏感器件、静电复印和特殊用途电池生产方面有广泛应用。

（4）吸附分离高分子材料。吸附分离功能高分子按吸附机理分为化学吸附剂、物理吸附剂、亲和吸附剂，按树脂形态分为无定形、球形、纤维状，按孔结构分为微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等，吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。

（5）反应型功能高分子材料。反应功能高分子是有化学活性、能够参与或促进化学反应进行的一种高分子材料。它是将小分子反应活性物质通过共价键、离子键、配位键或物理吸附作用结合于高分子骨架，主要用于化学合成和化学反应。

（6）医用功能高分子材料。在生物体产生生理系统疾病时，一些特殊的功能高分子材料有对疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的作用，此类特殊的功能高分子材料称为医用功能高分子材料。一般来说，医用功能高分子材料多用于对生物体进行疾病的诊断和疾病的治疗以及修复或替换生物体组织或器官和合成或再生损伤组织或器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用，在医疗方面被广泛应用。

（7）环境降解高分子材料。高分子材料在发生降解反应的条件有许多，如机械力的作用下发生的降解称为机械降解，此外在化学试剂的作用下可发生化学降解，在氧的作用下可发生氧化降解，在热的作用下可发生热降解，在光的作用下可发生光降解，在生物的作用下可发生生物降解等。具有此类功能的高分子称为环境降解高分子材料。

（8）高分子功能膜材料。高分子功能膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，同时也是具有特殊功能的高分子材料，一般称为分离膜或功能膜。使用功能膜分离物质具有以下突出的优点：具有较好的选择性透过性，透过产物和原产物位于膜的两侧，便于产物的收集；分离时不发生相变，同时也不耗费相变能。从功能的角度，高分子分离膜具有识别物质和分离物质的功能，此外，它还有转化物质和转化能量的其它功能。利用其在不同条件下显出的特殊性质，已经在许多领域获得应用。

3 功能高分子材料的发展前景

人类赖以生存和发展的物质基础离不开材料，材料的发展关系到社会发展和国民经济以及国家的安全，同时也是体现国家综合实力的重要标志。高新技术和现代工业发展的基石离不开高分子材料，国民经济基础产业以及国家安全不可或缺的重要保证同样也离不开高分子材料。而功能高分子材料由于其优越性，使得其在材料行业中发展迅速。

未来材料科学与工程技术领域研究的重要发展方向离不开功能高分子材料，材料、信息和能源理所当然的被评为新科技革命时代的三大根基，信息和能源发展离不开材料领域中功能高分子材料作为它们物质基础所起到的重要作用，新型功能高分子材料的研究与发展主要取决于现代学科交叉程度高这一特点。在传统的三大合成材料以外，陆陆续续又出现了具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料以及功能高分子膜，同时也出现了生物高分子材料，隐身高分子材料等许多具有特殊功能的高分子材料，与此同时功能高分子材料的发展速度依然保持着加快的状态，显然它们对新技术革命影响非常之大。这些新型的功能高分子材料在我们的尖端科学技术领域和工农业生产以及日常生活中扮演着越来越重要的角色，21世纪人类社会生活必将与功能高分子材料密切相关。

4 结束语

功能高分子材料是一门研究高分子材料变化规律以及实际应用技术的一门学科，在高分子材料科学领域中的发展速度是最快的，同时也是与其它科学领域交叉最为密切的一个研究领域。它是以高分子物理、高分子化学等相关学科为基础，同时与物理学和生物学以及医学密切联系的一门学科。因此学习这门学科能让我们很好的将高分子学科的知识综合运用起来，进而使我们对高分子学科有更深刻的认识，让我们受益匪浅。

参考文献

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[2]武帅，鲁云华.功能高分子材料发展现状及展望[J].化工设计通讯，2016，42（04）：82.

[3]赖承钺，郑宽，赫丽萍.高分子材料生物降解性能的分析研究进展[J].化学研究与应用，2010，03（01）：1-7.

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关键词：功能高分子材料；研究现状；发展前景

一、功能高分子材料的概念及开发意义

功能高分子材料，是指具有一定传递或存储物质、信息及能量作用的高分子和高分子复合材料。这使得功能高分子材料不仅具有原来的力学性能，同时还兼具如光敏性、导电性、化学反应活性、生物相容性、选择分离性、能量转换性等一系列其他特定性能。按照其功能划分，功能高分子材料主要可分为4类：①物理功能：具体包括超导、导电、磁化等功能；②化学功能：具体包括光的聚合、降解、分解等；③生物功能：具体来说包括生理组织及血液的适应性等；④介于化学、物理之间的功能：主要是指高吸水、吸附等功能方面。

功能高分子材料由于具备特殊的功能，受到了各个领域的广泛重视，特别是其不可替代的诸多特性都为很多领域的技术进步提供了基础和前提，甚至已经因此而诞生出了一批先进的、符合社会发展潮流的新产品。因此，当前各国都加大了对功能高分子材料的人力物力财力投入，面对时间各国的竞争，我国也需要尽快加大对功能高分子材料的研发力度，从而摆脱我国国防、电子、医药和其他尖端领域严重依赖国外功能高分子材料市场的困境。

二、功能高分子材料的研究现状分析

目前针对功能高分子材料的研究和应用现状，主要集中于功能高分子材料的光功能、电功能、生物功能以及反应型功能应用这几个方面：

1.光功能高分子材料

目前的光功能功能高分子材料的研究和应用主要体现在光固化材料、光合作用材料、光显示用材料以及太阳能光板这几个方面，这些具体的应用能通过对光的吸收、储存、传输、以及转换功能，实现对光能的有效利用。例如，目前已经能够通过光功能高分子材料的运用实现光传导来帮助植物的光合作用。此外，运用光功能高分子材料实现手机的太阳能充电也已经成为现实。

2.电功能高分子材料

电功能高分子材料，除了具备良好的导电性能外，其电导率还能根据应用状况的不同，在半导体、金属态和绝缘体的范围进行变化。此外，由于电功能高分子材料一般密度较小、易于加工，同时具备良好的耐腐蚀性，在当前的工业领域中也被广泛的应用。

3.生物功能高分子材料

生物功能高分子材料在生物领域被广泛的应用。如常见的有，由生物功能高分子材料所制成的人体植入物（视网膜植入物、脑积水引流装置等）以及人体义肢等。

4.反应型功能高分子材料

这种高分子材料是一种具备很强化学活性的高分子材料，能够有效的促进化学反应。它是通过对构建高分子骨架，并将小分子反应活性物质通过离子键、共价键、配位键或物理吸附作用进行骨架填充，以实现高分子功能才能的强化化学合成与化学反应的效果。

三、功能高分子材料的发展前景及趋势分析

功能高分子材料具备很多优势特征，这些都使得其更加符合经济发展和社会发展的需求，这也使得功能高分子材料的研究工作在各国的竞争中日益白热化。而去随着投入的不断深化，和技术的不断完善。新型功能高分子材料必然在我们的尖端科学及日常生产生活中扮演越来越重要的角色。功能高分子材料的几种发展趋势。

1.复合高分子材料

目前，功能高分子材料正逐步由均质材料向着复合高分子材料的方向发展，同时其材料的功能也向着多功能材料的方面发展。复合高分子材料往往是在一种基体材料（如金属、陶瓷、树脂等）上，加入增强或增韧作用的高聚物，再通过将多相物复合成一体，就形成了新的复合高分子材料，这种高分子材料能够充分发挥各相的性能优势，因此具有广泛的发展应用前景。在今后的发展中，航天科技、医疗卫生、生活家居、甚至汽车制造等领域，都需要各种高性能的复合高分子材料。

2.环境友好型高分子材料

经济的粗放发展，给整个地球h境都带来了深重的灾难，而随着人们对环保问题的日益重视，各国对各种材料的生态可降解性要求也日益突出。因此，环境友好型高分子材料的开发和深入研究工作，也引起了各国的重视。当前，生物降解技术和环境友好型高分子材料技术大多掌握在发到国家，我国目前还处于追赶阶段。随着世贸组织对环保观念的更加重视，环境友好型高分子材料在产品中的应用优势也将日益显著，为了把握这一趋势，我国要积极开发研究出有自主知识产权的生物降解技术和环境友好高分子材料。

环境友好型高分子材料，通过易水解的高分子的作用在各种生物酶的作用下，能够加速材料的水解反应，帮助材料进行生物降解。这种高分子材料目前研究的重点方向在理化性能、生物相容性、降解速率的控制以及缓释性等方向。

3.隐身性能高分子材料

隐身性能高分子材料的研究应用主要在军事领域，其也是当前各国的尖端军事技术的研究方向之一。以往的隐身材料多采用超微粒子和细微粉，实践证实，通过吸收衰减层、激发变换层以及反射层等多层材料的微波吸收，能够取得一定的吸波效果，达到隐身的目的。但是，由于材料制备复杂，且雷达技术的日益发展，给隐身技术提出了更高的挑战。此后，隐身性能高分子材料必然是向着厚度更小、质量更轻、功能更多以及频带更宽的方向发展。

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关键词：新型 高分子材料

1、新型高分子材料的分类

1.1高分子分离膜

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。与以温度梯度、压力差、电位差或浓度梯度为动力,使液体混合物、气体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有高效、省能和洁净的特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜的形式有多种,一般用的是空中纤维和平膜。应用高分子分离膜的推广可以获得巨大的经济效益和社会效益。

1.2高分子磁性材料

高分磁性材料是人类在开拓磁与高分子聚合物新应用领域的同时,赋予磁与高分子传统应用以新的涵义和内容的材料之一。早期的磁性材料源于天然磁石,后来才利用磁铁矿烧结或铸造成为磁性体。现在工业常用的磁性材料有稀土类磁铁、铁氧体磁铁和铝镍钻合金磁铁等三种。它们的缺点是硬且脆加工性 差。为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于橡胶或塑料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,不仅比重轻，容易加工成复杂形状、尺寸精度高的制品,还能与其它的元件一体成型。因而这样的材料越来越受到人们的关注。高分子磁性材料主要可分为结构型和复合型两大类。目前具有实用价值的主要是复合型。

1.3光功能高分子材料

所谓光功能高分子材料指的是能够对光进行吸收、透射、转换、储存的一类高分子材料。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。光功能高分子材料可以制成品种繁多的线性光学材料,像普通的安全玻璃、各种棱镜、透镜等。利用高分子材料曲线传播的特性,又以开发出非线性的光学元件,如塑料光导纤维等。先进的信息储存元件光盘的基本材料就是高性能的聚碳酸脂和有机玻璃。

2、开发新型高分子材料的重要意义

从高分子材料的出现到现代，世界工业科学不再只是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。现代工业对于新型高分子材料的需求日益增加。新型高分子材料的开发主要集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，节约资源，减少环境的污染。就目前而言，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂的开发仍是高分子材料技术开发的热点之一。 开发应用领域在不断扩大。 在开发新聚合方法方面, 着重于基团转移聚合、阴离子活性聚合和微乳液聚合的工业化。与此同时，我们要重视在降低和防止高分子材料在生产和使用过程中造成的环境污染。我们应该大力进行有利于保护环境的可降解高分子材料的研究开发。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。

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关键词：课程建设；通识选修课；教与学；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）07-0126-03

“通识教育”（general education）是高等教育的组成部分，是一种尽可能综合的（comprehensive）教育，是所有大学生都应接受的非专业性教育，在学生接受特殊的、专业知识之前对知识的总体状况有个综合性的了解。[1，2]1999年李曼丽等人在《清华大学教育研究》中提到：“通识教育目的是培养积极参与社会生活的、有社会责任感的、全面发展的社会的人和国家的公民。”[2]为了推进以“课程建设与改革”为核心的本科人才培养模式改革，苏州大学从2014年起正式启动通识教育课程改革计划，课程建设基本要求为：适合所有学生学习的非专业课程；注重学科交叉和学科前沿；提倡教学形式和教学方法多样化；注重经典原著阅读；建设有地域特色和本校特色的通识教育课程。通识选修课程包括五大模块：文学与艺术、历史与哲学、社会科学、数学与自然科学、科技与发展。通过跨学科的体系设计，让学生广泛涉猎不同的学科领域，拓宽知识视野，培养学生跨领域、多角度思考问题能力、批判性思维能力和包容性理解能力。2014年学校通识教育课程的申报数量达93门，经过专家组两轮评审，隶属于科技与发展模块的《生活中的高分子材料》课程成为立项建设中的一门通识选修课程，并于2015―2016学年开始对全校学生开放选修。

在认真开展本课程的项目建设工作过程中，笔者在课程教学内容设计和教学方法选择方面做了一些探索与尝试，在几轮教学实践中对教与学之间存在的问题进行了思考和改进，希望能够与相关老师一起交流教学经验，共同探讨如何寻找合适的教学模式来开设全校性工程技术类通识选修课。

一、《生活中的高分子材料》课程的体系建设

1.课程的建设目标。《生活中的高分子材料》课程是面向于全校所有学生学习的非专业课程，建设目标是普及生活高分子材料常识、推广不同专业的学生去了解我们生活中不可缺少的高分子材料；科学认知高分子材料性能特点、合理健康使用各种高分子材料；从而提出新问题和新思想，推动我们国家高分子材料产业链的进一步发展。

2.教学内容及课时安排。从与我们生活密切相关的“衣”“食”“住”“行”四个方面出发，给学生介绍典型的高分子材料组成、特性及使用注意事项。主要安排如下：

第一章 绪论（2课时）。介绍高分子材料的基本概念、新型高分子材料及其研究进展。

第二章 “衣用”高分子材料（8课时）。介绍纺织行业纤维材料（天然纤维和合成纤维高分子材料），了解一些服饰用涂层高分子材料和皮革高分子材料。

第三章 “食品”相关高分子材料（8课时）。介绍食品行业用塑料（塑料薄膜、塑料瓶、塑料餐具）高分子材料，了解天然高分子（淀粉、膳食纤维、蛋白质）和合成高分子（食品添加剂）等食用高分子材料。

第四章 “家装”高分子材料（10课时）。介绍塑料家具（热塑性塑料、热固性塑料），了解涂料（墙饰涂料、木器漆、家电粉末涂料）和粘合剂。

第五章 “户外运动”相关高分子材料（8课时）。介绍橡胶（天然橡胶、合成橡胶）和橡胶制品（轮胎、篮球、运动鞋），了解高分子基复合材料（运动自行车、复合材料赛车）。

3.多元成绩评价体系的建立。开设《生活中的高分子材料》这门课程是希望通过学习来加深学生对周围高分子材料的了解，知道其利弊及正确使用方法，让高分子材料更好、更安全地为己所用；激发学生对高分子材料世界进一步探索的激情，创造高分子材料与人的和谐环境。对学生一学期学习的考核不是一张试卷来决定，而是建立多元成绩评价体系。在充分考虑不同专业学生的个性的基础上，鼓励学生从不同角度去认识高分子材料，教学成绩的最终评价体现出全面性和激励性。指标包括课堂表现（20%）、平时作业（40%）和期末小论文（40%）三大方面。（1）学生对这门课程的学习态度会明显地体现在课堂表现中。（2）针对“衣食住行”中可能碰到的高分子材料设定一些开放性作业，让学生自主选择有兴趣的高分子材料去学习，找其优缺点、使用注意事项及这类高分子材料的发展史，然后分组讨论汇报，其余同学和老师一起给予评分作为平时作业的成绩。（3）在课堂知识的基础上，期末让每一个同学对某一大类高分子材料进行综述，引用实例，从不同的专业角度去分析其利弊和发展潜力，写出自己对材料改进的需求和建议方案，按照科技小文的格式编排、撰写和打印。

二、调动学生的参与积极性

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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

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[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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【关键字】生物降解;高分子;材料

随着经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，大量的高分子材料在各个领域发挥重要作用，而废弃的高分子材料对环境的污染也日益严重。废弃塑料的处理方法主要分为掩埋和焚烧，这两种方法都会产生新的污染物污染环境。针对这一问题，许多国家实行了3R工程，3R指的是减少使用（Reduction）、重复使用（Reuse）、循环回收（Recycle）。但这只是减少了废弃塑料的使用，没有从根本上解决问题。如今，各种存在的处理废弃塑料的方法都会造成污染，因此研究与开发环境可接受的降解性高分子材料是解决环境污染的重要方法。

1生物可降解高分子材料的用途

生物可降解高分子材料也被称为“绿色生态高分子材料”，它在环境日益污染的今天发挥着重要的作用，主要分为以下几个部分。

1.1解决环境污染问题

利用生物可降解高分子的生物可降解性有效解决环境污染问题。据统计，目前世界的高分子材料的产量已经超过1.2亿吨，这些高分子材料在被使用后产生了大量废弃物，这些废弃物变成污染源，造成地下水与土壤的严重污染，进一步危害动植物的生长，对人类更是极其不利。20世纪90年代初期，在可以用来处理固体废物垃圾填埋的场地用完以后，一些发达国家开始向落后国家出口垃圾，这一行为对发展中国家的影响是巨大的。一系列环境危机引发了人类的觉醒，发展可降解的环境友好型的材料成了科学家们的主要研究的方向，生物可降解高分子材料的出现为人类解决了这一难题，它能在一定条件下，利用微生物分泌酶的作用进行分解，大大减少了对环境的污染。

1.2生物可降解高分子在医疗器材中的使用

利用生物可降解高分子的特性可以制作生物医用材料。使用可降解高分子制作成的药物可以在人体内分解，参与人体的新陈代谢。在生物可降解分子研究的初期，研究内容主要集中于部分降解的可崩溃型高分子材料的研究，但现在这一研究已经逐渐被否定。目前许多国家仍然在不断研究与发展生物可降解性的高分子材料，然而由于技术水平与成本的制约，生物可降解高分子的研究还没有达到令人满意的程度。

1.3生物可降解高分子材料在包装行业中的应用

众所周知，包装行业中使用高分子材料的情况非常多，大量的废弃包装材料对环境的污染程度是可想而知的。目前市面上各种包装材料主要以聚乳酸为首。聚乳酸具有良好的隔水性和透明性。作为基本材料的乳酸是人体可接受的固有物质之一，这使得聚乳酸对人体无毒无害，被广大消费者接受。而传统的包装材料由合成树脂构成，由于传统树脂的分解性不强，废弃的包装材料造成了40%的城市垃圾，成为最主要的环境污染源。

2生物可降解高分子的降解机理

生物降解指微生物的分解作用，在高分子领域指的是高分子材料在溶剂化，简单水解和酶反应等条件下，转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。高分子材料的生物降解主要由水合作用，强度损失，物质整体化丧失和质量损失4个阶段组成。水合作用是指由范德华力氢键所维系的二次、三次结构的破裂而引发的水合作用。接下来在化学作用或酶的催化作用下，高分子主链可能破裂，造成高分子材料的强度降低。而高分子主链、交联剂、外悬基团的开裂会进一步造成交联高分子材料强度的降低，高分子链进一步断裂。高分子链的不断断裂造成质量损失和相对分子质量的降低，相对分子质量低到一定程度后就会被酶分解代谢称为水和二氧化碳等。由此可见，生物的降解过程并非是单一的化学反应，而是复杂的生物物理，生物化学的协同作用，是物理化学生物相互影响促进的过程。

3影响生物可降解高分子降解性的因素

3.1生物高分子的分子主链的影响

四大通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯都具有C―C键为主键的结构，使得它们对微生物的阻抗性很高，而根据研究表明，当聚合物的主链上含有C-O，C-N键时，聚合物对生物降解的敏感性大大提高。因此，根据共聚原理，想要制备出生物降解塑料就必须要在聚合物中引入易于生物降解的化学键。

3.2支化与分子量对生物高分子降解的影响

国外研究表明，对分子量范围为170～620的线性与支链型碳氢聚合物的生物降解性进行分析比较，结果表明支链型聚合物的真菌生长速度与线性聚合物相比明显小得多，也就是说线性的碳氢聚合物更易于降解。同时分子量的大小对高分子材料的影响也是巨大的，例如PS、PE、聚丁二烯和聚异丁烯只有在分子量小于特定值后才能够被菌种所分解。

3.3降解环境对生物高分子降解的影响

虽然材料结构是决定生物大分子降解的主要因素，但是环境对生物大分子材料的降解也有一定的影响作用。降解环境主要指降解过程中的水，温度，酸碱度和氧浓度等。水是微生物生长与代谢的基本条件，只有水的供应量足够，微生物才可以进行分解材料。而温度对微生物也有影响，每一种微生物都有适合其生长的最佳温度与酸碱度，一般来说真菌生长在酸性条件下，而细菌在碱性条件下的生长更加迅速，想要提高降解效率，就必须要保证微生物的正常生长，为微生物提供合适的温度，酸碱度等生长环境。

4生物可降解高分子的前景展望

由于我国生物高分子技术的研究并不成熟，国内的生物可降解高分子的开发与应用还存在一些问题。比如：产品价格过高，产品的性能和用途受到限制，产品生产技术不够成熟等。尽管高分子市场存在许多不足，随着人们环保意识的增强和我国环保法规的不断完善，生物可降解高分子的市场仍在迅速增长。塑料薄膜、包装材料、医用材料等领域生物可降解高分子材料的研究将会得到更好的发展。目前针对如何解决市场出现的问题，研究者正在不断努力，降低开发生产成本，对现有的可降解高分子进行性能改进，以获取更高质量的高分子材料。研究开发低成本，高性能，具有降解时控性，高效性和彻底性的生物高分子材料成为高分子领域的主要研究方向。

【参考文献】

[1]王身国.生物降解高分子――一类重要的生物材料 1.脂肪族聚酯的本体改性[J].高分子通报，2011，（10）：1-14.

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【关键词】高分子材料 阻燃技术 无机阻燃剂 卤系阻燃剂

1 高分子材料的阻燃机理

高分子材料的阻燃机理是破坏原有高分子成分，形成新的保护膜或隔离层，达到抑制分子燃烧的效果。一般阻燃性质从两个原理中进行分析，分别为隔氧及温度，隔氧采用凝聚相阻燃机理，高分子阻燃材料在燃烧过程中，形成阻燃细微分子，中断该链式反应。链式反应中断后，分子热分解的温度较高，所以燃烧后期会形成水蒸气，阻燃材料高分子中含有大量的氢氧元素，与空气接触后，便会形成水雾覆盖在材料表层。其次便是能隔断与空气的接触，形成的水雾除了降低表层温度外，还能堵塞阻燃材料的气孔，形成密闭环境，隔断与空气的接触。凝聚相在作用机理中有4种阻燃模式，阻燃材料在燃烧过程中，会产生惰性气体，延缓阻燃材料的燃烧；燃烧期间会产生多碳气孔，使其阻燃材料难以燃烧；反应过程中会吸收大量的热量，降低反应温度；其次无机比热容较大的分子，在燃烧过程中，通过分子之间的氧化还原反应，使分子发生质变，促使反应中断停止。该两种反应在作用机理中大致相同，但在反应中作用的机理很多，所以在划分高分子阻燃体系结构上仍十分复杂。

2 高分子材料阻燃剂的类别

2.1 无机阻燃剂

无机阻燃剂作用机理便是通过无机化合物的热分解，产生保护膜或水蒸气，隔断与空气接触及降低燃烧温度。无机阻燃剂在燃烧过程中会产生结晶水，温度升高后，吸收周围热量，降低其燃烧温度，阻断其物质的燃烧；另一种便是通过阻燃剂燃烧形成保护膜，例如：Al（OH）3燃烧过程中，产生致密的氧化层薄膜，隔断物质与空气的接触面积。无机阻燃剂化学性质稳定，不会产生较为污染有害气体，一般常用作防火无机阻燃剂。

2.2 卤系阻燃剂

在元素周期表中，卤系元素包括：氟、氯、溴、碘，该元素形成的化合物具有高效的阻燃效果。化合物中含有氟利昂，该化合物易散发，破坏臭氧层。在该物质中分别添加氯元素及氟元素，然后对标准沸点进行比对。其中添加氯元素标准沸点升高，化合物中含有3个氯分子时，标准沸点为61.2℃；其中添加氟元素标准沸点降低，化合物中含有3个氟分子时，标准沸点为-128℃，具体数据量如表1所示。含氯化合物阻燃剂具有良好的阻燃性，化学性质稳定，能与多种高分子化合物相融，不影响化学反应。溴元素阻燃化合物包括：十溴联苯醚、四溴苯酚、六溴环十二烷等，化学稳定性位于氯和碘元素之间，具有良好的阻燃性。卤系元素虽然具有良好的阻燃性，一般阻燃剂内都添加少量的卤系元素，保证达到阻燃效果。

表1 氟、氯化合物标准沸点比对表

2.3 磷系阻燃剂

磷系阻燃剂包括：红磷、白磷、磷酸氢二铵以及亚磷酸酯等化合物，磷系化合物在燃烧过程中会形成性碳膜，该膜除了降低温度外，还能起到隔断空气的作用，达到理想的阻燃效果。其次红磷与白磷的混合，也能起到良好的阻燃性。红磷在空气中燃烧发出淡蓝色的火焰，并产生大量白烟；白磷燃烧性质与红磷相似，最终产物都是五氧化二磷，两种磷在制备次磷酸阻燃剂中，能够提升与液体水的混合比例。次磷酸（H3PO2），分子量60，与强氧化剂反应时，产生磷酸氢及氢气等，不会产生助燃气体成分。针对磷系阻燃剂的配比关系，其中次磷酸中磷含量占有比例在35%，亚磷酸中磷含量占有比例在27%，保证磷系元素达到理想的阻燃效果。

3 高分子材料阻燃技术的发展

3.1 纳米技术

随着科学技术的不断发展，纳米技术也逐步应用于高分子材料阻燃技术中，日本曾研发出纳米硅酸盐黏土纳米材料，这种材料具有优异的阻燃特性。纳米材料在燃烧过程中，产生抑制剂，改变燃烧物质的内部结构，使其发生质变。研制出的纳米硅酸盐黏土分子直径在0.4-0.5nm，产生的凝聚产物能够封闭其气孔，隔断与空气的接触面积。其次在热释放速率上也具有延缓效应，保证有效时间内散发的热值最小。

3.2 接枝和交联改性技术

接枝和交联改性技术利用的是光敏技术与化学接枝，将多种无机化合物交织在一起，使其形成共聚化合物。共聚化合物在燃烧过程中会产生无机绝缘层，吸收易燃物质内的高分子，减少助燃物质内的有效成分。其次该技术也可用于减少燃烧物质后的产物，提高其阻燃性，最终达到理想状态。

3.3 膨胀技术

膨胀技术般采用发泡剂作为阻燃物质，发泡剂具有三个优点，包括：无排烟量、无毒气、无滴落。原有技术在做阻燃处理工艺中，产生大量的有毒气体，例如四溴苯酚在阻燃处理工艺中，产生大量的有毒气体，不但会污染环境，而且还对人体健康造成伤害。无滴落主要体现在该阻燃剂不会产生腐蚀性液体，导致局部腐蚀。

4结语

通过对高分子材料阻燃技术的应用分析，使得笔者对此该技术有了更为深刻的认知。这种技术不但能够对物质燃烧起到阻燃特性，而且也不会污染环境。

参考文献：

[1]王建祺.无卤阻燃聚合物基础与应用[M].北京：科学出版社，2005，34（17）：33-34.

[2]张军.聚合物燃烧与阻燃技术[M].北京：化工工业出版社，2008，38（24）：58-59.

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关键词：高分子材料；教学；探索和实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0219-02

《高分子材料》是材料科学与工程学科的重要组成部分，是材料专业类学生的一门重要课程。但对于非高分子专业的学生，一般只有这一门高分子专业课，且学时有限。为使学生掌握广泛的基础知识、扎实的专业知识，该课程要将《高分子物理》、《高分子化学》、《高分子材料加工》等课程内容融为一体，并加强与其他材料科学的相互贯通。笔者在几年的教学实践中不断探索，对这门课的教学内容、教学方法和教学效果评价体系等方面进行了总结。

一、明晰教学目标、突出教学重点、合理安排教学内容

通过《高分子材料》的教学，需要学生掌握“高分子材料科学基础”、“高分子化学”、“高分子物理”、“高分子成型加工”、“通用高分子材料”等理论知识。在有限的学时条件下，要使对于高分子完全陌生的学生理解并掌握这些基本概念与原理，授课内容的选择是非常重要的。在内容选取上，我们的原则是既要让学生掌握相关的理论知识，又要有所侧重，并注重课程与先修课程的联系和课程前后内容的衔接等。高分子材料的制备、结构、加工及性能之间存在着一系列的有机联系，我们讲述的内容既要有独立性又应注意前后的关联性。首先，结合以前所学知识，让学生掌握高分子材料科学的基础知识。其次，高分子化学部分，我们着重讲解聚合反应机理。高分子的合成按机理主要分为逐步聚合与连锁聚合。连锁聚合中，以自由基聚合研究得最为透彻，我们分别结合反应过程的热力学和动力学，分析自由基聚合各个阶段的特点。至于离子聚合和定向聚合等内容，给定思考题安排学生课后学习。对于学生自学有疑问的地方，教师可以在答疑时给予指导。逐步聚合中，又可分为线形缩聚和体型缩聚，我们一般只讲述线形缩聚部分，体型缩聚安排为课后学习内容。高分子物理部分，我们集中讲述高聚物的结构与性能间的关系。通过掌握高分子材料的合成原理和方法，了解高分子材料结构与性能之间的关系，从而逐步形成较为完整的高分子材料科学知识体系。为了培养实用性、创新型人才，我们在教学中还及时更新教学内容，将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的教学内容。

二、积极探索教学方法，提高课堂教学效果

在《高分子材料》的几年教授过程中，为提高课堂教学效果，笔者一直不断探索，总结了一系列教学方法。

1.表格教学法。《高分子材料》的课程中，有很多教学内容可以通过对比进行讲解，比如聚合物的聚合机理中的连锁聚合和逐步聚合、自由基聚合的各种实施方法等。笔者在实践中，发现表格教学法是个很有效的教学方法。该方法运用比较，比传统直述法更清晰，利于学生掌握相关知识的区别和联系，从而更好地接受知识，并对各知识点有更深刻的理解。比如在讲述高分子材料的合成方法时，可以先用表格列出本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶液聚合四种实施方法，再在第一列列出配方、聚合场所、聚合机理、生产特征、产品特性、生产实例等与各实施方法对应的属性，然后一边讲解，一边将各属性填充，让学生接受知识点的同时也学习各属性的异同，从而加强对相关内容的理解和接受，也更利于学生记住相关内容。

2.示例教学法。示例教学法可以引发学生的学习动机，帮助学生理解抽象的事物和概念，发展学生的求知欲望。学生刚开始学习高分子材料，对有关知识和内容了解不多，专业术语比较陌生，但是日常生活中都接触过多种性能各异的高分子材料制品，对高分子材料性能的差异性有一定的感性认识。在讲课时可以引入这些实际的材料，既能提高学生的学习兴趣，也有利于更好地理解所学知识。比如在讲述高聚物粘弹性这部分内容时，高聚物区别于其他材料的最大特点是其粘弹性，由于高聚物分子运动的松弛时间正好我们能用肉眼观察到，所以才表现出这些现象。

3.启发教学法。《高分子材料》的教学中有不少抽象的概念、逻辑推理的演绎过程。老师在课堂上一味讲授专业知识和术语，学生学习热情不高。通过一边讲解，一边结合学科知识适当提出问题的启发式教学方式，能提高学生的学习兴趣和积极性，并能把一部分走神的学生拉回来。如讲到高分子结构时，先提出一个问题：“为什么橡胶和塑料的力学性能有这么大的差异？”给予学生适当时间思考后，再具体讲解高分子材料的结构，让学生带着问题听课，不但启迪了学生的思维，也使他们对所学内容有了更深刻的理解。

4.互动教学法。为了培养能解决实际问题的高素质人才，《高分子材料》的教学中，不应让学生死记硬背和生搬硬套，而应结合实际问题让学生思考，激发学生的发散思维。如讲到橡胶性能时，请同学们思考“如何提高橡胶的耐热温度”，再提示学生利用所学的高分子物理部分知识，从优化橡胶的结构入手，发动学生积极讨论，启迪思维，培养运用基础理论知识分析实际问题的能力。这种讨论式的教学方法，既活跃了学习气氛，启发学生思考问题，又可使学生对知识更好理解和掌握。在讲述高分子材料的合成时，经常通过合成反应式来表示合成过程和机理。我们一方面在课件编写中注意到让所有的反应方程式都不是一下显示出来，而是模仿板书一步一步显示，让学生有充分思考、接受的时间；另一方面，部分反应方程式让学生自己来写，旁边同学互相检查。通过这种方式，使学生更加熟悉并能深刻理解反应过程，其他同学的检查也能让同学发现自己意识不到的细节上容易出错的地方，了解出错的原因，补充没有掌握的知识点。

三、改革考核方式，提高学生综合素质

《高分子材料》的教学评价不但要考查学生基本理论知识的掌握情况，也要考查学生的再学习和独立思考解决问题的能力。为此，我们改变单一的一份试卷定成绩这种缺乏准确性和全面性的考试制度，将成绩的考核纳入每个教学环节中，为每个学生制订具体考核表，跟踪学生学习进展，使学生在学习中能随时了解自己的学习情况，督促自己不断学习、不断提高。其中考试方面根据课程的要求建立了《高分子材料试题库》，逐年对试题库的内容进行改进和更新，每年从试题库中抽取试题组成A、B两份试卷，严格考试要求和评分标准；另一方面，让学生选择一种新型高分子材料，查阅相关文献资料，描述它的合成、制备、结构、性能及应用前景，并撰写小论文；同时，增加学生课堂讨论、实验、作业等平时成绩的评分标准和比例。通过改革考核和评价体系，激励了学生的学习热情，锻炼了学生的实际能力，有利于培养高素质人才。

通过《高分子材料学》教学的探索和实践，初步探索了课程的教学思路和方法。在今后的教学中，我们还将不断总结经验，进一步完善教学过程中的各个环节，培养出既掌握专业知识，又具备分析问题、解决问题能力的能适应以后工作和科研需要的高素质人才。

参考文献：

[1]刘晶如，俞强，张洪文，等.高分子物理课程教学改革与实践[J].高分子通报，2010，（11）：111-113.

[2]张镭.高分子化学教学的改革与探索[J].高分子材料科学与工程，2002，18（3）：202-203.

[3]毛瑞.《陶瓷工艺学》教学的探索与实践[J].陶瓷研究与职业教育，2007，5（4）：44-46.

篇9

高分子材料是金属和玻璃的良好替代品,在工业领域中应用日趋广泛。如汽车业、电子产品、包装业及医疗器械等诸多产业中都离不开各种工程高分子材料[1].由于采用激光透射焊接技术对热塑性高分子材料进行焊接具有许多优点[2-6],如表面成型质量好,能形成精密、牢固和密封的焊缝,树脂降解少,产生的碎屑少,不会产生污染等,近年来,得到迅速发展和产业化。国外已经开始将塑料激光焊接应用于汽车、电子和医疗等行业,如日本丰田公司现已采用多关节机器人组合的光纤激光器进行批量生产PA6高分子材料进气歧管,取代了以往的螺栓连接方式,减小了进气歧管的体积和重量,提高了其生产效率;奔驰公司将激光焊接应用于制造汽车的电子开门器,提高了外形和焊接接头质量及生产效率。

传统焊接方法中,采用激光头旋转或工作台旋转的方式,对环形焊缝沿周线旋转焊接。而关于环形焊缝的激光同步焊接方法,国内外还没有相关报导。总之,目前国内外研究主要集中在焊接工艺参数对焊接质量的影响,研究结果表明,激光的光强分布[7-10]、焊接速度[11-12]、透光焊接件的光学性能[13]及吸光剂[14]是影响结合质量的主要因素。本文利用光纤激光研究了环形激光束的形成原理,设计出能产生环形激光束的激光焊接头,研究了不同激光功率和辐照时间对拉伸剪切强度的影响,确定了TPV-弹性体和PP-聚丙烯的最佳工艺参数,实现了高分子材料环形焊缝超高速同步焊接,提高了生产效率和焊接质量。

2、试验材料及方法

2.1试验材料及设备

内部(黄色)高分子材料(TPV-弹性体)为透射激光高分子材料,其外缘厚度为2mm,内缘厚度为3mm.

外部(黑色)高分子材料(PP-聚丙烯)为吸收激光高分子材料,其外缘厚度为3mm及内缘厚度为1mm.其搭接部分厚度为(2+1)mm.

环形激光束试验系统示意图如图1所示,该试验系统由光纤激光器(2.0kW)、环形激光焊接头、水冷机、光束测量仪及焊接工装夹具等组成。工装夹具部分由工作台、热塑性激光吸收材料、热塑性激光透射材料、高强螺栓和垫圈及激光透射压板组成。用光束测量仪测量了环形激光束的轮廓,并由JIS标准确定了激光束直径,即光束强度为最大光束强度的1/e2时对应的直径被定义为光束直径。

2.2环形激光束形成原理

环形激光束的形成原理如图2所示。该原理图包括一枚准直镜,第一枚圆锥透镜、第二枚圆锥透镜,第一枚和第二枚圆锥透镜的顶角均为110°,直径均为50mm.各符号的含义:f为准直镜的焦！距(分别为f=60mm和f=80mm)、NA为激光束的数值孔径(0.11rad),D为通过准直镜激光束的直径,2R为通过第二枚圆锥透镜激光束的外径,2r为通过第二枚圆锥透镜激光束的内径,H1和H2为第一枚和第二枚圆锥透镜的厚度(均为21mm),L12为第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜之间的距离,θ1为准直后的激光束经过第一枚圆锥透镜的入射角,θ2为经过第一枚圆锥透镜后的折射角,光学镜片折射率均为1.46,空气的折射率为1.00.

光纤输出端发出的激光束照射到准直镜,激光束到准直镜的距离为准直镜的焦距,经过准直镜后,激光束变为平行光束,其直径为D;由于第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜的顶角均为110o,所以穿过准直透镜后的平行光束照射到第一枚圆锥透镜上,然后折射到第二枚圆锥透镜上,穿过第二枚圆锥透镜后,将形成外径为2R和内径为2r的环形激光束,环形激光束的光环宽度为R-r.由原理图进一步可知,随着准直镜焦距的增加,激光束经过准直镜入射到第一枚圆锥透镜的直径D增加,经过两枚顶角相对的圆锥透镜折射后,导致环形激光束的内径减小,而外径不变,从而使环形激光束的光环宽度增加;随着第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜之间距离L12增加,环形激光束的外径和内径同时增加,而环形激光束的光环宽度几乎不变。另外,由原理图可知,准直镜、第一枚圆锥透镜及第二枚圆锥透镜的同轴性,将直接影响到环形激光束强度分布的均匀性。

3、试验结果与讨论

3.1环形激光束的特性

当准直镜的焦距f及第一枚圆锥透镜与第二枚圆锥透镜之间的距离L12变化时,环形激光束的分析结果如表1、图3及图4所示。分析过程中,激光输出功率(300W)恒定不变。

光的折射定律如下式所示:

然后,根据正弦定理计算得出不同f及L12下的环形激光束尺寸。

由表1和图3的实际测量值与理论计算值研究分析结果表明,随着准直镜焦距的增加,激光束的外径几乎没有变化,而内径减小,所以随着准直镜焦距的增加激光束的光环宽度也增加。由试验结果可知,实际测量值与理论计算值基本吻合。

由表1和图4的实际测量值与理论计算值研究分析结果表明,随着间距L12的增加,环形激光束的内径和外径同时增加,而环形激光束的光环宽度几乎不变。由试验结果可知,实际测量值与理论计算值基本吻合。

3.2环形激光束的强度分布

通过上述的分析可知,环形激光束的强度(能量密度)分布不均匀。造成这一现象的主要原因是由于准直镜、第一枚圆锥透镜及第二枚圆锥透镜的同轴性较差的缘故。通过上述三枚光学镜片的同轴性调节,可获得能量密度分布均匀的环形激光束,其结果如图5所示。

3.3高分子材料的超高速激光焊接

高分子材料的激光透射焊接原理,即在一定压力条件下,使透射激光高分子材料和吸收激光高分子材料形成搭接接头。激光束穿过透射激光高分子材料照射到吸收激光高分子材料被加热而熔化,同时由于热传导使与之相接触的透射激光熔化,并且随着照射时间的增加,熔化区逐渐增大,当达到所需的熔核尺寸时,停止激光束的照射,在压力的继续维持下,在高分子材料的搭接接头的结合面形成了永久性连接。由于焊缝在搭接接头的结合面形成,所以高分子材料的激光焊接表面质量非常好。

将TPV-弹性体和PP-聚丙烯按照如图6所示的方式,形成搭接接头。焊接压力的施加是通过中间有圆孔(直径为6mm)的透明有机透玻璃板(70mm×70mm×4mm)实现。图6中两条圆线围成的区域为待焊接区域。

当焊接压力为100N、准直镜焦距为60mm、环形激光束的外径为54mm、环形激光束的内径为47mm时,激光输出功率和照射时间对焊接质量影响的横断面金相照片如图7所示。由图7可知,当热输入量过低(激光输出功率400W及激光照射时间0.4s)时,由于热输入量不足,使得PP-聚丙烯没有充分熔化,热量不能充分传递给TPV-弹性体,两种材料只是通过范德华分子间力结合在一起,所以环形焊缝高分子材料搭接接头结合面积小并且结合不良,如图7(a)所示;当热输入量过高(激光输出功率1200W及激光照射时间0.4s)时,在照片中可以看到黑色孔洞,这是由于热输入量过高,导致环形焊缝搭接接头的高分子材料发生裂解,产生气体造成的,如图7(c)所示;当热输入量适当(激光输出功率800W及激光照射时间0.4s)时,环形焊缝高分子材料搭接接头结合良好,没有焊接缺陷存在,如图7(b)所示。

当焊接压力为100N;激光输出功率为400~1400W,激光照射时间为0.08~0.6s;准直镜焦距为60mm、环形激光束的外径为54mm、内径为47mm时,对TPV-弹性体和PP-聚丙烯进行多组激光焊接试验,并将不同焊接工艺下的试验样件沿垂直于环形焊缝方向切割成10mm×30mm小块,进行拉伸剪切试验。激光

输出功率和照射时间对环形焊缝高分子材料搭接接头的拉伸剪切强度如图8所示。由图可知,当激光输出功率为800W,激光照射时间为0.6s时,其拉伸剪切强度达到最大值(断裂位置位于TPV-弹性体的母材上,2.4MPa);当激光输出功率为1000W,激光照射时间为0.08s时,其拉伸剪切强度较小(1.0MPa),断裂位置位于搭接接头的结合面上。

在最大拉伸剪切强度时环形焊缝高分子材料搭接接头的横断面如图9所示。由图可知,两种高分子材料很好地熔合在一起,熔合线处产生了高低不平的现象。这也是由于两种高分子材料在适合温度下被激励,在焊接压力的作用下,导致两种高分子材料分子发生相互扩散,形成了化学键,紧密接合在一起。

4、结论

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关键词：计算机；科学技术；材料；高分子；制备

中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

从概念上来看，计算机高分子复合材料则是属于将高聚物以及相应增强材料或者是填充材料有机组成的多相复合体，这种材料的基体是有机聚合物，在此基础上连续纤维是增强材料组成。高分子复合材料之所以可以属于理想载体，这主要是其所拥有的高模量特性与高强度纤维。拥有特别好粘结性能的基体材料可以牢固粘合纤维，还可以让纤维对剪切载荷与压缩承受。具备特别优良的复合在基体与纤维两者从而能够将这两者的优点充分显示，还让结构设计可以做到最佳状态实现。针对这样的情况，高分子复合材料是属于一类最广泛应用与最迅速发展的复合材料。

一、计算机高分子复合材料特性与结构

（一）特性。一是用于良好的耐疲劳性能。相对来说计算机高分子复合材料包含着基体与纤维界面可以对扩散裂纹进行有效的阻止，相当一部分金属材料疲劳强度极限是这种金属材料拉伸极限的三成至五成，那么聚酯复合材料或者是碳纤维相对来说则是这种材料拉伸极限的七成至八成范围之内；二是比模量与比强度都大。在计算机高分子复合材料当中，在玻璃纤维复合材料中往往不管是比模量还是比强度都会比较高，比强度聚合物材料当中的增强有机纤维、硼纤维、碳纤维是三倍至五倍的钛合金强度，而在进行比模量则是四倍以上的金属所具备的模量，那么所具备的性能在某一特定范围内在不同纤维排列进行变动；三是良好减震性。不仅计算机结构形状影响受力结构自震频率，自震频率和结构材料比模量平方根呈现正比例关系，这也就是指复合材料具备比较高的比模量，那么相应也会存在着比较高的自震频率。而且在这一过程当中，复合材料存在吸振能力在界面上，这样就可以对阻尼振动在所使用材料。从相关试验结果显示，停止振动轻合金梁必须九秒，同样大小的振动停止在碳纤维复合材料梁仅仅是2.5秒；四是可设计性的各向异性与性能。各向异性这是高分子复合材料的一个突出特点，那么性能可设计性预期存在相关性。按照不同工程结构使用条件与载荷分布，那么在对铺层设计与相应材料选取以便来对既定要求满足；五是统一性的结构和材料。在对高分子复合材料进行制造的过程当中，还应该做到对相应制件获取，也就是所谓的一次成型，一次成型同样可以使用在复杂形状结构的大型制件当中，往往从一般的工程塑料实现却比较困难；六是过载时拥有良好的安全性。往往存在着足够的增强纤维在符合材料当中，如果过载材料摈弃少量的纤维断裂的时候，那么则会将相应的载荷在尚未破坏的纤维当中实施迅速的重新分配，那么可以在短时间内整个构建并不会对相应承载能力失去。

（二）结构。往往聚合物这是计算机高分子复合材料的基体，那么精彩使用的则有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、各种热塑性聚合物、环氧树脂。往往基体从一边意义上比较是属于单一性质的聚合物，那么其中聚合物是其中的主要成分，还应该将其他的辅助材料包含其中。在这些基体材料当中，相应的其他组成成分还有稀释剂、固化剂、催化剂、增韧剂等，这些辅助材料同样是属于高分子复合材料基体当中必不可少的组成成分。正是在高分子复合材料当中加入这些辅助材料，这样就可以将形式多样的使用性能提供给复合材料，将成本有效降低，将应用范围扩大，将工艺性进行改进。

对聚合物性质与结构的关系进行了解则是对聚合物结构实施研究的根本目的，这样就可以对聚合物材料能够正确的使用与选择，从而可以对聚合物极其复合材料的成型加工工艺条件更好掌握。将其性能进行有效改变，达到具备指定性能的聚合物合成与设计的目的。

那么在高分子复合材料当中，相应的结构性能主要包含着：将外界环境状态进行隔绝以便做到对内部物体实施相应的保护；对装置各个仪器、配件等这些附件的空间进行提供；结构当中可能承受的各种载荷，以便做到对使用寿命内的安全做到确保。

二、计算机高分子复合材料制备

从本质上来看，制备计算机高分子复合材料其主要就是设计配方。配方的设计绝对不属于经验性与简单组合各种原料，这是属于充分研究计算机高分子材料性能和结构关系背景下实施综合所获得的结果。如果相应的制品具备良好的效果，并不应该将其停留在设计配方的层面，还包含着成型设备选型与设计成型加工工艺，设计模具、设计制品外观、设计结构等。有鉴于此，那么对其进行更为严格的规定，这也就是指设计制品。相应的部分就是设计配方，要想获得比较好的制品，除开相应的配方设计比较好，还应该依赖于其他要素对其进行配合。

而针对制品所做的设计则是立足于科学判断与预测制品的使用性能、结构、形状等因素，从而对计算机高分子材料实施正确选用与充分把握。在设计制品的过程当中所把握的原则为经济、高效、实用，按照这样的思路，这也就是指计算机制品生产效率要高、实用性要强、成本要低、成型加工工艺要好，以便做到对人们需求的满足。而且在这一过程当中，还应该对能够进行选择的计算机高分子化合物多样性的品种、计算机制品应用领域特殊性等这些因素进行考虑。

根据相关文献资料显示，当前往往具备两种设备配方的方法：一是多因素的变量配方设计方法，从这种方法的适用范围来看，往往是只能一个因素影响材料制品性能的佩服。通常具体来看主要有斐波那契搜集法、平分法、逐步提高法、抛物线法、黄金分割法、分批实验法等；另外一个则是指多因素变量配方设计方法，这种方法则是指制品的性能受到两个或者是两个以上因素影响的佩服。具体来看，主要有回归分析法、正交设计法。

三、结束语

总而言之，在计算机高分子复合材料拥有各种各样的制备方法，如果选取的材料不同，那么相应的加工方法也并不相同，甚至在同一种材料当中也可以具备好几种方法，这样就必须按照实际情况来实施相应的选择与斟酌，在对生产成本降低的过程中，还应该做到对优质产品获得，这样就能够得到最佳的性价比。可是在研究过程还看到虽然高分子复合材料拥有比较好性能，更广应用范围，可是依然存在着部分缺点，这就应该在今后对其实施进一步改善研究。

参考文献：

[1]李侃社，王琪.导热高分子材料研究进展[J].功能材料，2002（02）.