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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高分子材料现状及未来发展展望高分子材料发展前景及展望学生姓名：学号：老师：高分子材料发展前景及展望摘要高分子材料是一门内容广阔、与其他许多学科交叉渗透，相互关联的综合型学科。目前高分子材料的发展十分迅猛，例如高强度，高韧性、耐高温以及极端条件的高性能高分子材料发展很快，与电子、机械、航天航空联系紧密。高分子材料正在向功能化，智能化，精细化方向发展。高分子材料也由传统的
2、结构材料转向光、电、声、磁等功能化材料发展，导电材料、储能材料、智能材料、纳米材料、光导材料、生物活性材料、电子信息材料等方面的研究日趋活跃，成果颇丰。学科交叉以及先进表征加工技术给高分子材料一个崭新的发展机遇，高分子材料正在百花齐放的科学界蓬勃发展。关键词高分子材料 通用高分子材料 功能高分子材料 改性 一、高分子材料的发展史材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，它先于人类存在，人类社会一开始就与材料结下不解之缘，材料的进步和发展直接影响人来生活质量的改善和科学技术的进步。目前，材料已和能源，信息并列成为现代科学技术进步的三大支柱。其中材料是工业发展的基础，一个国家的
3、材料品种和总产量是直接衡量其科学技术、经济发展和人民生活水平的重要标志，也是一个时代的标志。高分子材料相对于传统材料如玻璃，陶瓷，水泥，金属而言是后起的材料，但其发展速度以及应用的广泛性却大大超过了传统材料，它已成为工业农业、国防和科技等领域的重要材料。高分子材料既可用于结构材料，又可用于功能材料。高分子材料已广泛渗透与人类生活的各个方面，早人们生活中起到了至关重要的作用，通俗的说就是衣食住行，锅碗瓢盆，现代生活中几乎所有事物都直接或间接与高分子材料联系起来。高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类。人类远古时期就开始使用皮毛、棉花、天然橡胶、纤维素、虫胶、蚕丝、甲壳苏、木料等一系
4、列天然高分子材料。随着社会的发展，也相应开发出了天然高分子材料的改性和加工工艺。例如19世纪中叶，德国人用硝酸溶解纤维素，然后纺成丝或制成膜，并利用其易燃的性能制成炸药。1823年，英国建造了世界上第一座橡胶工厂，生产防水胶布。但当时所用的工艺十分原始，采用溶解法，将橡胶溶于有机溶剂中然后涂抹到布上。当时的橡胶受热变软遇冷变硬，受温度影响很大。1839年，美国人发现了橡胶的硫化方法，通过硫化大大加强了橡胶的弹性和硬度，开辟了橡胶工业的广泛前景，橡胶工业开始蓬勃发展，形成了塑炼、混炼、压延、压出、这一完整的加工过程并快速发展，同时也极大地推动了相关产业的发展。合成高分子的诞生和发展开始于酚醛树脂
5、。20世纪初期，科学家发现苯酚与甲醛的反应，在酸和碱的条件下会得到线性和体型两种树脂。从此以后合成并工业生产的高分子材料种类迅速扩展。20世纪60年代后期高分子合成工业日新月异的发展，新的产物和产品层出不穷，合成了各种特性的塑料材料，如聚甲醛、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚等；合成了特种涂料、粘合剂、液体橡胶、热塑性弹性体以及耐高温特种有机纤维，使高分子合成的产品成为国民经济和日常生活不可或缺的材料。目前，高分子材料正向功能化、智能化、精细化方向发展，使其由结构材料向具有光、声、电、磁、生物医学、仿生、催化、物质分离以及能量转换等效应的功能材料方向扩展，分离材料、光导材料
6、、生物材料、储能材料、智能材料、纳米材料、电子信息材料等的发展表明了这种发展趋势。与此同时，在高分子材料的生产加工也引进了各种先进技术，如等离子体技术、激光技术、辐射技术等。而且结构与性能的关系的研究也由宏观转到微观，从定性进入定量，有静态进入动态，正逐步实现在分子设计水平上合成并制备所要求性能的新型材料。当今世界，材料科学和新型材料技术是优先发展的重要技术，高分子材料已成为现代工程材料的主要支柱，与信息技术、生物技术一起推动社会的进步。高分子材料的快速发展和广泛应用也对高分子本身提出了更高的要求。要求高分子材料在基本性能上和功能上进一步提高，在绿色合成化学、环境友好加工上作出更大的进步，以适
7、应和改善由于工业快速发展而带来的环境污染，能源紧缺及人类生存空间缩小等问题。二、现状1. 分类高分子材料按照来源，可分为天然高分子材料和合成高分子材料。如果按照高分子材料的物理形态和用途来分，可分为塑料、橡胶、纤维、黏合剂、涂料、聚合物复合材料、聚合物合金、功能高分子材料、生物高分子材料。（1） 塑料常用的塑料主要是以合成树脂为基础，再加入塑料辅助剂制得的，又分为热塑性和热固性两类，前者可以受热软化加工冷却硬化，后者受热不熔融，溶剂中不溶解。按照用途和适用范围又可分为通用塑料和工程塑料。前者价格低，性能一般，应用广泛，产量大；后者价格高具有较好的力学性能，用于结构材料。常见的有：ABS,EP,
8、HDPE,LDPE,MF,PA,PAM,PC,PE,PEG,PES,PET,PF,PMMA,PP,PS,PTFE,PU,PVA,PVC,UF,UP等。（2） 橡胶橡胶是一类线性柔性高分子聚合物，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大变形，除去外力后能迅速恢复原状。它的特点就是在很宽的温度范围内具有优异的弹性，所以又称弹性体。橡胶按照其来源也可分为天然和合成橡胶两大类。合成橡胶是各种单体经聚合反应合成的高分子材料，按性能和用途可分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。用以代替天然橡胶来制造轮胎以及其他常用橡胶制品的合成橡胶成为通用橡胶。常见的有顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶等；还有一类用
9、于各种耐寒，耐热，耐油等特种橡胶制品的橡胶，称为特种橡胶。（3） 纤维纤维是指长度比直径长很多倍并且有一定韧性的纤细物质。纤维是一类发展比较早的高分子化合物，如棉花，麻，蚕丝属于天然纤维，随着化学反应，合成技术和石油工业的不断进步，出现了人造纤维和合成纤维，并统称化学纤维。人造纤维是以天然聚合物为原料，经过化学处理和机械加工得到的；合成纤维是由合成的聚合物制的的，品种繁多，投入生产的已有40余种，其中最主要的是聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（聚酰胺）、聚丙烯晴纤维（腈纶）三大类。（4） 涂料涂料是指涂布在物体表面而形成的具有保护和装饰功能的膜层材料。涂料是多组分体系，主要有三种组分：成膜物、颜料
10、和溶剂（5） 黏合剂（胶黏剂）一般来说，相对分子量不大的高分子都可以作为黏合剂。比如热塑性树脂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚丙烯酸酯、聚酰胺类等；作为粘合剂的热固性树脂有环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯等；作为黏合剂的橡胶有氯丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、聚硫橡胶、热塑性弹性体等。（6） 聚合物基复合材料由两种或两种以上物理和化学性质不同的材料组成的，并且具有复合效应的多相固体。具有很高的比强度及比模量；具有较好的耐疲劳性能同时减震性能安全性好还具有较好的可设计性。目前，聚合物复合材料正向高性能复合材料方向发展。因为传统聚合物基复合材料中基体树脂耐热性较差，不能用于高温构件上。现在热门的是开发耐热性树
11、脂，同时也是未来的发展方向，目前开发出的耐热性树脂基体有聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚芳砜等。另外，由于复合材料中应用的最为广泛的增强材料为纤维，因此，现在对纤维材料的开发有了进一步发展，除了玻璃纤维之外，现在应用比较热门的是碳纤维、芳纶纤维。芳纶纤维和碳纤维都是高性能纤维，芳纶纤维特性不如碳纤维，但是成本较低，应用的较为广泛。现在，一种被称为晶须的单晶体短纤维也被人们应用于复合材料中。晶须本身的拉伸强度和弹性模量极大，但生产率低，价格高、成型困难，目前还不能成为工业原料，相信随着研究的不断深入，成产工艺会不断成熟。其他的增强纤维还有碳化硅纤维、氧化铝纤维、超高分子量聚乙烯纤维及金属纤维等会在复合材料
12、应用中有较好的应用前景。（7） 聚合物合金近30年来，为了获得理想性能的聚合物材料，人们把不同种类聚合物加以混合，成为聚合物共混物或聚合物合金；同时嵌段共聚物与接枝共聚物，在结构上有一定相似，人们把他们统称为聚合物合金。目前工业生产的聚合物有数十种，而人们普遍认识到共混是聚合物改性和制备性能的特的聚合物的重要途径之一。（8） 功能高分子材料功能高分子材料是高分子材料中发展最快、具有重要理论研究和实际应用的新领域。功能高分子材料除了具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能之外，还具有物质、能量和信息转换、传递和储存等特殊功能。目前，功能高分子材料以其特殊的电学、光学、医学、仿生等诸多物理学学性
13、质构成功能材料的主要组成部分，功能高分子材料的研究以及进展必回提供更多更好的具有高附加值的各种新型功能高分子材料。三、未来高分子合成材料发展至今，已构成了一个完整的工业体系，其品种繁多、技术成熟，生产效率高、成本低、用途广泛，是人类生产、生活必不可少的重要材料。随着现代科学技术的发展，对高分子提出更高更新的要求，一方面对通用高分子材料进行改性，提高综合性能，另一方面又要开发新品种、新材料，使高分子材料不断向着高技术、高性能、高效益的新型、特种、功能高分子领域发展。1. 通用高分子生产品种塑料中的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯，合成纤维中的聚酯、尼龙、聚丙烯腈、维尼纶，合成橡胶中的氯丁橡胶、
14、丁苯橡胶、丁腈橡胶、异戊橡胶等，一方面对单体的生产技术要进一步改进，降低成本；另一方面需要研究新型催化剂，特别是高效催化剂的使用，改进聚合方法和成产工艺，在提高产品综合性能和产率的同时，要减小消耗，减低成本。通用高分子的改性研究也是重要的领域，利用高分子设计原理，在大分子链上引入不同的官能团制成的新品种，改变了原有品种分子的结构和组成，从而改变高聚物的综合性能，得到改性的通用高分子。2. 工程塑料和特种橡胶随着国防工业的现代化，对材料性能的要求越来越高，原有品种已不适应要求，必须开发新品种。如原有工程塑料中的聚苯醚、聚砜、聚甲醛、聚酯、聚酰胺等高分子材料要进一步提高强度、耐磨性、耐高温、耐寒冷
15、、耐化学复制等特性。特种橡胶密封制品要求具有更高的耐高温、耐寒、耐油、耐紫外光、耐辐射等性能。同时，目前工程塑料和特种橡胶单体的生产成本较高，需要进一步改进生产工艺，以降低成本。3. 功能高分子材料的发展方向 今后，功能高分子材料的科研方向是进一步开发以下功能高分子：（1） 具有光学功能的光敏高分子，高分子磁性材料，高分子导电材料。（2） 研制具有化学功能的个各种高分子催化剂，如电解质高分子，氧化还原高分子，进行不对称合成的旋光高分子，金属聚合物高分子催化剂，以及高分子为载体的酶催化剂等。（3） 研制新型高分子离子交换树脂，高分子膜材料，高分子液晶，高分子吸附材料，高分子吸水材料等。如分离海水
16、的海水淡化膜，涂抹即可用的高分子液晶材料可应用于温度指示。（4） 应用于医学的生物高分子材料，如人工心脏，人工肺、人造皮肤、用于医疗的缓释剂，高分子生物酶等。在研究方向上，非PVC医疗用品因PVC与药物的作用将是未来的发展重点；硅橡胶具有疏水性，通过表面改性使之更亲水将提高其作为医疗用品的价值；体内埋植用品由于需要取出增加了患者的痛苦，单根型埋植剂、生物降解埋植剂是主要的研发方向；随着生物医学工程、组织工程的发展，对医用材料的技术和性能要求日益提高。就硅橡胶而言，如何使其充分应用于生物工程与组织工程是今后研究工作的主要方向；如：生物传感器是当今引人注目的一项生物技术。生物传感器的微型化，与生物
17、体的适应性等，将成为与人工脏器相关的重要课题。（5） 农业生产的各类功能高分子材料，如生长剂、除害剂，食品添加剂等。高分子材料将在解决高效率灌溉用具、种子处理、农产品长期保鲜、运输、绿色化肥等方面具有较为广阔的发展空间。4. 精细化工高分子材料用于船舶、汽车、火车、摩托、家电设备的各种高性能油漆涂料；建筑行业装修用的高分子材料；日化中的包装材料，服装、皮革、高档印刷纸的涂饰材料以及纺织工业用的特殊性能材料。要进一步开发绿色新品种，防止环境污染，提高应用质量并注意降低成本，扩大适用范围。随着国防、航空航天、电子电气工程、信息工程、生物工程、现代农业、医药、纺织、日用化工等对材料应用方面的更高要求，高分子合成材料的开发研制已成为人们关注的热点，它的发展将带动相关工业，如化工机械、有机化工、日用化工、电子电气工业、交通运输、化工建材等行业的发展。参考文献黄丽，吕非亚，田明，高分子材料，第二版程旭辉，杨欣，医用高分子材料的应用及发展前景，(北京军区总医院医学工程科，北京100700)徐僖，对开发用于西部地区农业现代化的高性能高分子材料的建议J.中国科学院院刊，2004，(6). 赵文元，王义军，功能高分子材料化学，第二版，北京化学工出版社，2003-