高分子材料:macromolecular material,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,通常分子量大於10000,包括橡膠、塑料、纖維、塗料、膠粘劑和高分子基複合材料,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體。
來源
高分子材料按來源分為天然、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進化的基礎。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產資料,並掌握了其加工技術。如利用蠶絲、棉、毛織成織物,用木材、棉、麻造紙等。19世紀30年代末期,進入天然高分子化學改性階段,出現半合成高分子材料。1907年出現合成高分子酚醛樹脂,標誌著人類應用合成高分子材料的開始。現代,高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同,成為科學技術、經濟建設中的重要材料。
分類
高分子材料按來源分類
高分子材料按來源分為天然、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進化的基礎。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產資料,並掌握了其加工技術。如利用蠶絲、棉、毛織成織物,用木材、棉、麻造紙等。19世紀30年代末期,進入天然高分子化學改性階段,出現半合成高分子材料。1870年,美國人Hyatt用硝化纖維素和樟腦制得的賽璐珞塑料,是有劃時代意義的一種人造高分子材料。1907年出現合成高分子酚醛樹脂,真正標誌著人類應用化學合成方法有目的的合成高分子材料的開始。 1953年,德國科學家Zieglar和意大利科學家Natta,發明了配位聚合催化劑,大幅度地擴大了合成高分子材料的原料來源,得到了一大批新的合成高分子材料,使聚乙烯和聚丙烯這類通用合成高分子材料走人了千家萬戶,確立了合成高分子材料作為當代人類社會文明發展階段的標誌。
現代,高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同,成為科學技術、經濟建設中的重要材料。
高分子材料按應用分類
高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子塗料和高分子基複合材料等。
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,除去外力後能迅速恢復原狀。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。後者是以天然高分子或合成高分子為原料,經過紡絲和後處理制得。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、模量和形變量等介於橡膠和纖維之間。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製成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應用較多的是合成膠粘劑。
5高分子塗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,分為油脂塗料、天然樹脂塗料和合成樹脂塗料。
6高分子基複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複合材料。它綜合了原有材料的性能特點,並可根據需要進行材料設計。高分子符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性能、絕緣性能和熱性能外,還具有物質、能量和信息的轉換、磁性、傳遞和儲存等特殊功能。已實用的有高分子信息轉換材料、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用、藥用高分子材料等。
高聚物根據其機械性能和使用狀態可分為上述幾類。但是各類高聚物之間並無嚴格的界限,同一高聚物,採用不同的合成方法和成型工藝,可以製成塑料,也可製成纖維,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性質,又有很好的彈性,所以很難說它是橡膠還是塑料。
按高分子主鏈結構分類
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等原子構成。如:聚酰胺、聚酯、硅油
3元素有機高聚物: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
其它分類
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:結晶高聚物,半晶高聚物,非晶高聚物。
性能介紹
高分子材料的結構決定其性能,對結構的控制和改性,可獲得不同特性的高分子材料。高分子材料獨特的結構和易改性、易加工特點,使其具有其他材料不可比擬、不可取代的優異性能,從而廣泛用於科學技術、國防建設和國民經濟各個領域,並已成為現代社會生活中衣食住行用各個方面不可缺少的材料。 很多天然材料通常是高分子材料組成的,如天然橡膠、棉花、人體器官等。人工合成的化學纖維、塑料和橡膠等也是如此。一般稱在生活中大量採用的,已經形成工業化生產規模的高分子為通用高分子材料,稱具有特殊用途與功能的為功能高分子。
相關介紹
新型高分子材料
高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和塗料等。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。儘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,但目前已大規模生產的還是只能在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。
高分子分離膜
高分子分離膜是用高分子材料製成的具有選擇性透過功能的半透性薄膜。採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、高效和潔淨等特點,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。
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(合成樹脂、橡膠)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。早期磁性材料源於天然磁石,以後才利用磁鐵礦(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,將磁粉混煉於塑料或橡膠中製成的高分子磁性材料便應運而生了。這樣製成的複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複雜形狀的製品,還能與其它元件一體成型等特點,而越來越受到人們的關注。高分子磁性材料主要可分為兩大類,即結構型和複合型。所謂結構型是指並不添加無機類磁粉而高分子中製成的磁性體。目前具有實用價值的主要是複合型。
光功能高分子材料
所謂光功能高分子材料,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(如塑料透鏡、接觸眼鏡等)、光轉換系統材料、光顯示用材料、光導電用材料、光合作用材料等。光功能高分子材料在整個社會材料對光的透射,可以製成品種繁多的線性光學材料,像普通的安全玻璃、各種透鏡、稜鏡等;利用高分子材料曲線傳播特性,又可以開發出非線性光學元件,如塑料光導纖維、塑料石英復合光導纖維等;而先進的信息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、光固化塗料及粘合劑;利用高分子材料的能量轉換特性,可製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,用於研究力結構材料內部的應力分佈等。
高分子複合材料
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。高分子複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,製成滿足需要的複合材料。高分子複合材料分為兩大類:高分子結構複合材料和高分子功能複合材料。以前者為主。高分子結構複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,這種複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。