高分子材料

塑料是指以聚合物為主要成分，在一定條件(溫度、壓力等)下可塑成一定形狀并且在常溫下保持其形狀不變的材料。

塑料根據(jù)加熱后的情況又可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

加熱后軟化，形成高分子熔體的塑料成為熱塑性塑料。主要的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等。加熱后固化，形成交聯(lián)的不熔結(jié)構(gòu)的塑料稱為熱固性塑料。常見(jiàn)的有環(huán)氧樹(shù)脂, 酚醛塑料， 聚酰亞胺，三聚氰氨甲醛樹(shù)脂等。塑料的加工方法包括注射，擠出，膜壓，熱壓，吹塑等等。

橡膠又可以分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯。合成橡膠的主要品種有丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠等等。

纖維是高分子材料的另外一個(gè)重要應(yīng)用。常見(jiàn)的合成纖維包括尼龍、滌綸、腈綸聚酯纖維、芳綸、丙綸纖維等。

涂料是涂附在工業(yè)或日用產(chǎn)品表面起美觀或這保護(hù)作用的一層高分子材料、 常用的工業(yè)涂料有環(huán)氧樹(shù)脂，聚氨酯等。

黏和劑是另外一類重要的高分子材料。人類在很久以前就開(kāi)始使用淀粉，樹(shù)膠等天然高分子材料做黏合劑?，F(xiàn)代黏合劑通過(guò)其使用方式可以分為聚合型，如環(huán)氧樹(shù)脂;熱融型，如尼龍，聚乙烯;加壓型，如天然橡膠;水溶型，如淀粉。

高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等。其中，被稱為現(xiàn)代高分子三大合成材料的塑料、合成纖維和合成橡膠已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與人民日常生活所必不可少的重要材料。盡管高分子材料因普遍具有許多金屬和無(wú)機(jī)材料所無(wú)法取代的優(yōu)點(diǎn)而獲得迅速的發(fā)展，但目前已大規(guī)模生產(chǎn)的還是只能在尋常條件下使用的高分子物質(zhì)，即所謂的通用高分子，它們存在著機(jī)械強(qiáng)度和剛性差、耐熱性低等缺點(diǎn)。而現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，則向高分子材料提出了更高的要求，因而推動(dòng)了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發(fā)展，這樣就出現(xiàn)了許多產(chǎn)量低、價(jià)格高、性能優(yōu)異的新型高分子材料。

高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇性透過(guò)功能的半透性薄膜。采用這樣的半透性薄膜，以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動(dòng)力，使氣體混合物、液體混合物或有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的溶液等分離技術(shù)相比，具有省能、高效和潔凈等特點(diǎn)，因而被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。膜分離過(guò)程主要有反滲透、超濾、微濾、電滲析、壓滲析、氣體分離、滲透汽化和液膜分離等。用來(lái)制備分離、滲透汽化和液膜分離等。用來(lái)制備分離膜的高分子材料有許多種類?，F(xiàn)在用的較多的是聚楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機(jī)硅等。膜的形式也有多種，一般用的是平膜和空中纖維。推廣應(yīng)用高分子分離膜能獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如，利用離子交換膜電解食鹽可減少污染、節(jié)約能源:利用反滲透進(jìn)行海水淡化和脫鹽、要比其它方法消耗的能量都小;利用氣體分離膜從空氣中富集氧可大大提高氧氣回收率等。

高分子磁性材料，是人類在不斷開(kāi)拓磁與高分子聚合物(合成樹(shù)脂、橡膠)的新應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，而賦予磁與高分子的傳統(tǒng)應(yīng)用以新的涵義和內(nèi)容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石，以后才利用磁鐵礦(鐵氧體)燒結(jié)或鑄造成磁性體，現(xiàn)在工業(yè)常用的磁性材料有三種，即鐵氧體磁鐵、稀土類磁鐵和鋁鎳鈷合金磁鐵等。它們的缺點(diǎn)是既硬且脆，加工性差。為了克服這些缺陷，將磁粉混煉于塑料或橡膠中制成的高分子磁性材料便應(yīng)運(yùn)而生了。這樣制成的復(fù)合型高分子磁性材料，因具有比重輕、容易加工成尺寸精度高和復(fù)雜形狀的制品，還能與其它元件一體成型等特點(diǎn)，而越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

高分子磁性材料主要可分為兩大類，即結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型。所謂結(jié)構(gòu)型是指并不添加無(wú)機(jī)類磁粉而高分子中制成的磁性體。目前具有實(shí)用價(jià)值的主要是復(fù)合型。

所謂光功能高分子材料，是指能夠?qū)膺M(jìn)行透射、吸收、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換的一類高分子材料。目前，這一類材料已有很多，主要包括光導(dǎo)材料、光記錄材料、光加工材料、光學(xué)用塑料(如塑料透鏡、接觸眼鏡等)、光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)材料、光顯示用材料、光導(dǎo)電用材料、光合作用材料等。光功能高分子材料在整個(gè)社會(huì)材料對(duì)光的透射，可以制成品種繁多的線性光學(xué)材料，像普通的安全玻璃、各種透鏡、棱鏡等;利用高分子材料曲線傳播特性，又可以開(kāi)發(fā)出非線性光學(xué)元件，如塑料光導(dǎo)纖維、塑料石英復(fù)合光導(dǎo)纖維等;而先進(jìn)的信息儲(chǔ)存元件興盤(pán)的基本材料就是高性能的有機(jī)玻璃和聚碳酸脂。此外，利用高分子材料的光化學(xué)反應(yīng)，可以開(kāi)發(fā)出在電子工業(yè)和印刷工業(yè)上得到廣泛使用的感光樹(shù)脂、光固化涂料及粘合劑;利用高分子材料的能量轉(zhuǎn)換特性，可制成光導(dǎo)電材料和光致變色材料;利用某些高分子材料的折光率隨機(jī)械應(yīng)力而變化的特性，可開(kāi)發(fā)出光彈材料，用于研究力結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部的應(yīng)力分布等。

高分子材料和另外不同組成、不同形狀、不同性質(zhì)的物質(zhì)復(fù)合粘結(jié)而成的多相材料。高分子復(fù)合材料最大優(yōu)點(diǎn)是博各種材料之長(zhǎng)，如高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質(zhì)，根據(jù)應(yīng)用目的，選取高分子材料和其他具有特殊性質(zhì)的材料，制成滿足需要的復(fù)合材料。高分子復(fù)合材料分為兩大類:高分子結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和高分子功能復(fù)合材料。以前者為主。高分子結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包括兩個(gè)組分:①增強(qiáng)劑。為具有高強(qiáng)度、高模量、耐溫的纖維及織物，如玻璃纖維、氮化硅晶須、硼纖維及以上纖維的織物。②基體材料。主要是起粘合作用的膠粘劑，如不飽合聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酰亞胺等熱固性樹(shù)脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹(shù)脂，這種復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量比金屬還高，是國(guó)防、尖端技術(shù)方面不可缺少的材料。

高分子材料按來(lái)源分為天然高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子是存在于動(dòng)物、植物及生物體內(nèi)的高分子物質(zhì)，可分為天然纖維、天然樹(shù)脂、天然橡膠、動(dòng)物膠等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大合成材料，此外還包括膠黏劑、涂料以及各種功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所沒(méi)有的或較為優(yōu)越的性能--較小的密度、較高的力學(xué)、耐磨性、耐腐蝕性、電絕緣性等。

高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。

①橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價(jià)力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大形變，除去外力后能迅速恢復(fù)原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。

②纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經(jīng)過(guò)紡絲和后處理制得。纖維的次價(jià)力大、形變能力小、模量高，一般為結(jié)晶聚合物。

③塑料是以合成樹(shù)脂或化學(xué)改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價(jià)力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹(shù)脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料;按用途又分為通用塑料和工程塑料。

④高分子膠粘劑是以合成天然高分子化合物為主體制成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應(yīng)用較多的是合成膠粘劑。

⑤高分子涂料是以聚合物為主要成膜物質(zhì)，添加溶劑和各種添加劑制得。根據(jù)成膜物質(zhì)不同，分為油脂涂料、天然樹(shù)脂涂料和合成樹(shù)脂涂料。

⑥高分子基復(fù)合材料是以高分子化合物為基體，添加各種增強(qiáng)材料制得的一種復(fù)合材料。它綜合了原有材料的性能特點(diǎn)，并可根據(jù)需要進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。高分子復(fù)合材料也稱為高分子改性，改性分為分子改性和共混改性。

⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力學(xué)性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換、磁性、傳遞和儲(chǔ)存等特殊功能。已實(shí)用的有高分子信息轉(zhuǎn)換材料、高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料、高分子形狀記憶材料和醫(yī)用、藥用高分子材料等。

高聚物根據(jù)其機(jī)械性能和使用狀態(tài)可分為上述幾類。但是各類高聚物之間并無(wú)嚴(yán)格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工藝，可以制成塑料，也可制成纖維，比如尼龍就是如此。而聚氨酯一類的高聚物，在室溫下既有玻璃態(tài)性質(zhì)，又有很好的彈性，所以很難說(shuō)它是橡膠還是塑料。

按照材料應(yīng)用功能分類，高分子材料分為通用高分子材料、特種高分子材料和功能高分子材料三大類。通用高分子材料指能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，已普遍應(yīng)用于建筑、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、電氣電子工業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要領(lǐng)域和人們?nèi)粘Ｉ畹母叻肿硬牧?。這其中又分為塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等不同類型。特種高分子材料主要是一類具有優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能的高分子材料，如聚碳酸酯、聚酰亞胺等材料，已廣泛應(yīng)用于工程材料上。功能高分子材料是指具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物，包括功能性分離膜、導(dǎo)電材料、醫(yī)用高分子材料、液晶高分子材料等。

①碳鏈高分子:分子主鏈由C原子組成，如: PP、PE、PVC

②雜鏈高聚物:分子主鏈由C、O、N、P等原子構(gòu)成。如:聚酰胺、聚酯、硅油

③元素有機(jī)高聚物:分子主鏈不含C原子，僅由一些雜原子組成的高分子。如:硅橡膠

按高分子主鏈幾何形狀分類:線型高聚物，支鏈型高聚物，體型高聚物。

按高分子微觀排列情況分類:結(jié)晶高聚物，半晶高聚物，非晶高聚物。

一是分子量大(一般在10000以上)，二是分子量分布具有多分散性。即高分子化合物與小分子不同，它在聚合過(guò)程后變成了不同分子量大小的許多高聚物的混合物。我們所說(shuō)的某一高分子的分子量其實(shí)都是它的一種平均的分子量，當(dāng)然計(jì)算平均分子量也以不同的權(quán)重方式分為了數(shù)均分子量、粘均分子量、重均分子量等。而小分子的分子量固定，都由確定分子量大小的分子組成。這是高聚物與小分子一個(gè)特征區(qū)別。

高分子材料在加工之前，要先進(jìn)行合成，把單體合成為聚合物進(jìn)行造粒，然后才進(jìn)行熔融加工。高分子材料的合成方法有本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合、溶液聚合和氣相聚合等。這其中引發(fā)劑起了很重要的作用，偶氮引發(fā)劑和過(guò)氧類引發(fā)劑都是常用的引發(fā)劑，高分子材料助劑往往對(duì)高分子材料性能的改進(jìn)和成本的降低也有很明顯的作用。

加工工藝高分子材料的加工成型不是單純的物理過(guò)程，而是決定高分子材料最終結(jié)構(gòu)和性能的重要環(huán)節(jié)。除膠粘劑、涂料一般無(wú)需加工成形而可直接使用外、橡膠、纖維、塑料等通常須用相應(yīng)的成形方法加工成制品。一般塑料制品常用的成形方法有擠出、注射、壓延、吹塑、模壓或傳遞模塑等。橡膠制品有塑煉、混煉、壓延或擠出等成形工序。纖維有紡絲溶體制備、纖維成形和卷繞、后處理、初生纖維的拉伸和熱定型等。

在成型過(guò)程中，聚合物有可能受溫度、壓強(qiáng)、應(yīng)力及作用時(shí)間等變化的影響，導(dǎo)致高分子降解、交聯(lián)以及其他化學(xué)反應(yīng)，使聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因此加工過(guò)程不僅決定高分子材料制品的外觀形狀和質(zhì)量，而且對(duì)材料超分子結(jié)構(gòu)和織態(tài)結(jié)構(gòu)甚至鏈結(jié)構(gòu)有重要影響。