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高分子材料相關研究

作者:admin 更新時間:2019年03月21日 16:34:32

  摘要:包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等。其中,被稱為現代高分子三大合成材料的塑料、合成纖維和合成橡膠已經成為國民經濟建設與人民日常生活所必不可少的重要材料。


  關鍵詞:高分子材料化學分子


  中圖分類號:U465.4文獻標識碼:A


  高分子材料:macromolecularmaterial,以高分子化合物為基礎的材料。高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料,包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。


  一、按特性分析高分子材料


  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。其分子鏈間次價力小,分子鏈柔性好,在外力作用下可產生較大形變,除去外力后能迅速恢復原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。


  ②高分子纖維分為天然纖維和化學纖維。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,經過紡絲和后處理制得。纖維的次價力大、形變能力小、模量高,一般為結晶聚合物。


  ③塑料是以合成樹脂或化學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。其分子間次價力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹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,添加溶劑和各種添加劑制得。根據成膜物質不同,分為油脂涂料、天然樹脂涂料和合成樹脂涂料。⑥高分子基復合材料是以高分子化合物為基體,添加各種增強材料制得的一種復合材料。它綜合了原有材料的性能特點,并可根據需要進行材料設計。


  二、現代新型高分子材料


  高分子材料包括塑料,盡管高分子材料因普遍具有許多金屬和無機材料所無法取代的優點而獲得迅速的發展,但目前業已大規模生產的還是只能尋常條件下使用的高分子物質,即所謂的通用高分子,它們存在著機械強度和剛性差、耐熱性低等缺點。而現代工程技術的發展,則向高分子材料提出了更高的要求,因而推動了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發展,這樣就出現了許多產量低、價格高、性能優異的新型高分子材料。


  1.高分子分離膜


  高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇性透過功能的半透性薄膜。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力,使氣體混合物、液體混合物或有機物、無機物的溶液等分離技術相比,具有省能、高效和潔凈等特點,因而被認為是支撐新技術革命的重大技術。膜分離過程主要有反滲透、超濾、微濾、電滲析、壓滲析、氣體分離、滲透汽化和液膜分離等。用來制備分離、滲透汽化和液膜分離等。用來制備分離膜的高分子材料有許多種類。現在用的較多的是聚楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機硅等。膜的形式也有多種,一般用的是平膜和空中纖維。推廣應用高分子分離膜能獲得巨大的經濟效益和社會效益。例如,利用離子交換膜電解食鹽可減少污染、節約能源:利用反滲透進行海水淡化和脫鹽、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。


  2.高分子磁性材料


  高分子磁性材料,是人類在不斷開拓磁與高分子聚合物的新應用領域的同時,而賦予磁與高分子的傳統應用以新的涵義和內容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁鐵礦(鐵氧體)燒結或鑄造成磁性體,現在工業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運而生了。這樣制成的復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雜形狀的制品,還能與其它元件一體成型等特點。


  3.光功能高分子材料


  光功能高分子材料,是指能夠對光進行透射、吸收、儲存、轉換的一類高分子材料。目前,這一類材料已有很多,主要包括光導材料、光記錄材料、光加工材料、光學用塑料、光轉換系統材料等。光功能高分子材料在整個社會材料對光的透射,可以制成品種繁多的線性光學材料,又可以開發出非線性光學元件,如儲存元件興盤的基本材料就是高性能的有機玻璃和聚碳酸脂。此外,利用高分子材料的光化學反應,可以開發出在電子工業和印刷工業上得到廣泛使用的感光樹脂、光固化涂料及粘合劑;利用高分子材料的能量轉換特性,可制成光導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械應力而變化的特性,可開發出光彈材料,用于研究力結構材料內部的應力分布等。


  4.高分子復合材料


  高分子材料和另外不同組成、不同形狀、不同性質的物質復合粘結而成的多相材料。高分子復合材料最大優點是博各種材料之長,如高強度、質輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質,根據應用目的,選取高分子材料和其他具有特殊性質的材料,制成滿足需要的復合材料。高分子復合材料分為兩大類:高分子結構復合材料和高分子功能復合材料。以前者為主。高分子結構復合材料包括兩個組分:①增強劑。為具有高強度、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,如不飽合聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂,這種復合材料的比強度和比模量比金屬還高,是國防、尖端技術方面不可缺少的材料。


  三、高分子材料的合成與加工


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


  成型過程中,聚合物有可能受溫度、壓強、應力及作用時間等變化的影響,導致高分子降解、交聯以及其他化學反應,使聚合物的聚集態結構和化學結構發生變化。因此加工過程不僅決定高分子材料制品的外觀形狀和質量,而且對材料超分子結構和織態結構甚至鏈結構有重要影響。


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