高分子材料【macromolecular material】简介

PTFE

高分子材料【macromolecular material】简介

高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有特殊用途与功能的为功能高分子。

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。

树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料是人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起。

从十九世纪开始，人类开始使用改造过的天然高分子材料。火化橡胶和硝化纤维塑料（赛璐珞）是两个典型的例子。



利用高分子材料制造的塑料制品

此外，高分子材料按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。

加工工艺 高分子材料的加工成型不是单纯的物理过程，而是决定高分子材料最终结构和性能的重要环节。除胶粘剂、涂料一般无需加工成形而可直接使用外、橡胶、纤维、塑料等通常须用相应的成形方法加工成制品。一般塑料制品常用的成形方法有挤出、注射、压延、吹塑、模压或传递模塑等。橡胶制品有塑炼、混炼、压延或挤出等成形工序。纤维有纺丝溶体制备、纤维成形和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等。

在成型过程中，聚合物有可能受温度、压强、应力及作用时间等变化的影响，导致高分子降解、交联以及其他化学反应，使聚合物的聚集态结构和化学结构发生变化。因此加工过程不仅决定高分子材料制品的外观形状和质量，而且对材料超分子结构和织态结构甚至链结构有重要影响。
　


高分子材料【macromolecular material】分类

按用途一般将通用高分子材料分为五类，即塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。通用高分子材料的力学性能参见高分子物理学。

塑料
塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料，主要的热塑性塑料有聚乙烯（PE[1]）、聚丙烯（PP [2]）、聚苯乙烯（PS [3]）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，俗称有机玻璃 [4]）、聚氯乙烯（PVC [5]）、尼龙（Nylon [6])、聚碳酸酯（PC [7]）、聚氨酯（PU [8] ）、聚四氟乙烯（特富龙, PTFE [9]）、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE [10] )、 加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料：常见的有环氧树脂[11], 酚醛塑料, 聚酰亚胺,三聚氰氨甲醛树脂等。

塑料的加工方法包括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。

橡胶
橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。橡胶又可以分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。

纤维
高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。合成纤维是高分子材料的另外一个重要应用。常见的合成纤维包括尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维，芳纶纤维等等。

涂料
涂料是涂附在工业或日用产品表面起美观或这保护作用的一层高分子材料。 高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。
常用的工业涂料有环氧树脂，聚氨酯等。

胶粘剂
高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成黏合剂。黏和剂是另外一类重要的高分子材料。人类在很久以前就开始使用淀粉，树胶等天然高分子材料做黏合剂。

现代黏合剂通过其使用方式可以分为聚合型，如环氧树脂；热融型，如尼龙，聚乙烯；加压型，如天然橡胶；水溶型，如淀粉。

高分子基复合材料
高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。


高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。首先是在1907年，Leo Bakeland发明了酚醛塑料。1920年Hermann Staudinger提出了高分子的概念并且创造了Makromolekule这个词。二十世纪二十年代末，聚氯乙烯开始大规模使用。二十世纪三十年代初，聚苯乙烯开始大规模生产。二十世纪三十年代末，尼龙开始生产。 现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。在经历了二十世纪的大发展之后高分子材料对整个世界的面貌产生了重要的影响。时代杂志认为塑料是二十世纪人类最重要的发明。高分子材料在文化领域和人类的生活方式方面也产生了重要的影响。

高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。



分布院校：

　　【北京市】清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学、北京化工大学、北京服装学院、北京石油化工学院、北京工商大学
　　【天津市】天津大学、天津科技大学
　　【河北省】河北工业大学、河北科技大学、河北大学、燕山大学
　　【山西省】太原理工大学、华北工学院
　　【辽宁省】大连轻工业学院、沈阳化工学院、大连理工大学、大连轻工业学院、沈阳工业大学、沈阳工业学院
　　【吉林省】吉林大学、长春工业大学、吉林建筑工程学院
　　【黑龙江省】哈尔滨工业大学、哈尔滨理工大学、齐齐哈尔大学、东北林业大学
　　【上海市】复旦大学、华东理工大学、东华大学、上海大学
　　【江苏省】江苏大学、南京理工大学、江南大学、扬州大学、南京工业大学、江苏工业学院、江苏大学、南京林业大学、华东船舶工业学院
　　【浙江省】浙江大学、浙江工业大学
　　【安徽省】中国科学技术大学、合肥工业大学、安徽大学、安徽建筑工业学院、安徽工业大学、安徽理工大学
　　【福建省】福建师范大学
　　【江西省】南昌大学、华东交通大学
　　【山东省】山东大学、青岛大学、青岛科技大学、济南大学、烟台大学
　　【河南省】郑州大学、河南科技大学、郑州轻工业学院
　　【湖北省】湖北大学、武汉理工大学、湖北工学院、武汉化工学院、武汉科技学院、湖北科技大学
　　【湖南省】中南林业科技大学 、南华大学、湖南工业大学
　　【广东省】华南理工大学、广东工业大学、茂名学院、中山大学
　　【广西壮族自治区】桂林工学院
　　【海南省】海南大学
　　【四川省】四川大学、西南石油学院
　　【陕西省】西北工业大学、西安工程科技学院、陕西理工学院、陕西科技大学
　　【甘肃省】兰州理工大学
　　【新疆维吾尔自治区】新疆大学

推荐报考院校：清华大学、哈尔滨工业大学、山东大学、西北工业大学、华南理工大学。

氟塑爱好者

高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用，其性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值，这种现象就是老化。老化是一种不可逆的变化，它是高分子材料的通病。担是人们可以通过对高分子老化过程的研究，采取适当的防老化措施，提高材料的耐老化的性能，延缓老化的速率，以达到延长使用寿命的目的。

（1）发和老化的原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的弱点，如具有不饱和双键、支链、羰基、末端上的羟基，等等。外界或环境因素主要是阳光、氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、电、工业气体、海水、盐雾、霉菌、细菌、昆虫，等等。

从结构上的原因来说，聚乙烯比聚四氟乙烯容易老化，因为C—F键的键能比C—H键的键能大，它起着保护碳链的作用。聚丙烯不如聚乙烯耐老化，这是因为聚丙烯的碳链上有甲基，甲基碳原子上的氢原子比较容易脱去。由于聚酰胺链上有羧基，聚酯纤维中的酯键容易水解，因此也容易老化。又如二烯烃聚合的橡胶中含C=C双键，容易发生热氧老化、光氧老化、臭氧老化。由于橡胶常在应力条件下使用，比较容易发生臭氧龟裂，因此臭氧老化是橡胶老化的主要原因。氯丁橡胶由于含有吸电子基的氯原子，因而较耐老化。

聚合物由于结构上的弱点而在一定外界条件下发生的各种老化现象如前所述。有的聚合物没有上述情况也会发生老化，如受到辐射特别是高能辐射时，化学键就会发生断裂，即使是近紫外光辐射也能足够打开一般的单键（C—H、O—H那样的强键除外）。

（2）防止老化的措施

从发生老化的原因来看，一个主要原因是在高分子结构本身。因此，改善高分子的结构以提高老化的能力是很重要的。例如，橡胶在硫化以后，依然存在着不饱和双键，而橡胶制品在使用时又难于避免日光、氧气、臭氧等的侵蚀，所以人们研究合成新的品种就应避免或大大减少橡胶的高分子链上的双键。当纳塔①等人用络合催化剂定向聚合了聚乙烯以后，他们就预测可以用乙烯和丙烯两种单体经共聚制成弹性体，后来，果然合成了二元乙两橡胶，乙丙橡胶区别于其他合成橡胶在结构上的一大特点就是主链中不含双键，完全饱和，使它成为最耐臭氧、耐化学品、耐高温的耐老化橡胶。但是，乙丙橡胶也带来聚二烯橡胶所没有的缺点，如硫化速率慢，不易跟金属粘合等。于是人们又研究在乙丙橡胶上接上易硫化的第三单体，以提高硫化速率。目前，乙丙橡胶已成为合成橡胶中有发展前途的一个品种。高分子科学和生产工艺的发展，将不断地改进高聚物的性能，使它们延缓老化并延长使用寿命。

其次是在合成材料加工过程中添加防老剂。如添加防止氧气或臭氧引起老化的抗氧剂，添加紫外光稳定剂、热稳定剂、防霉剂，等等。

再次，还可以用物理防护的方法，如涂漆、镀金属、浸涂防老剂溶液等。

总之，对聚合物的老化和防老化的研究是高分子科学和技术的一个重大问题。在选择单体、改进加工聚合方法、添加防老剂、保护制品表面等方面，虽已取得显著成果，但仍需进行深入的研究。

我们在使用高分子材料制品时，也要注意保护，以延缓其老化。例如，湿的聚酯纤维衣服不宜在日光下曝晒，塑料雨伞、雨衣在使用后要擦干以防止因霉菌侵蚀而发霉，等等。但是，有些制品是难于避免这些外界因素的，如塑料地膜、塑料大棚上的薄膜、汽车轮胎、室外电缆包皮等都不能避免日晒雨淋以及氧气等的侵蚀。这就要依靠从高分子结构、加工等方面来提高质量以加强聚合物内部防老化的能力。