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材料与现代生活论文

《材料与古代生活》之杨若古兰创作

论文

学院：

机电学院

专业：

计算机科学与技术

班级：

2092

姓名：

张伟

高分子材料与我们的生活

材料是科学与工业技术发展的基础.一种新材料的出现，能为社会文明带来巨大的变更，给新技术的发展带来划时代的突破.材料已当之无愧的成为当代科学技术的三大支柱之一.高分子材料科学曾经和金属材料、无机非金属材料八两半斤，在国际上被列为一级学科

从化学角度来定义，高分子是由分子量很大的长链分子所构成，而每个分子链都是由共价键联结的成百上千的一种或多种小分子构造而成.高分子的分类有多种，按来源可分为天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大类；根据用处则可分为结构高分子和功能高分子；另外根据工业产量和价格还可分为通用高分子、两头高分子、工程塑料和特种高分子等等.

高分子材料的功能很多，而且利用十分广泛.就结构高分子而言，大家晓得最多的当属塑料、橡胶和纤维.其中塑料产量最大，次要用于包装材料、结构材料、建筑材料和交通运输材料；橡胶的次要用处为建造轮胎；纤维的次要用处为穿着用料.此外结构高分子还包含工程塑料、耐高温高分子和液晶高分子等.对于功能高分子，其最明显的特点在于它具有特殊的光、电、磁、催化等功能.例如光致变色高分子、导电高分子、铁磁性高分子、催化高分于和生物功能高分子等，以下仅就生物功能高分子作一简要介绍.

生物功能高分子包含三个方面：

一是医用高分子，包含：

①合成软组织，例如人工脏器、人造皮肤等，其特点是须要具有血液相容性.②合成硬组织，例如骨骼、牙齿等，它们须要具有生物相容性，即不被人体细胞所排斥.二是药用高分子，包含：

①高分子药物，即将药物的活性成分接在高分子链上，进人体内后分解发生药物的无效成分；②高分子载药体系，将药物的活性成分用高分子包裹或混合后带人体内，用以控制药物释放速度，从而达到药物使用的长效性和高效性.三是医疗器械与诊断材料，例如临床诊断与分析化验用的高分子材料，包含细胞培养器和生物传感器等.

加工过程中高分子表示出外形、结构、和性质等方面的变更.外形改变常常是为满足使用的最起码请求而进行的；材料的结构改变包含高分子的构成、构成方式、材料宏观与微观结构的变更等；高分子结晶和取向也惹起材料聚集态变更，这类改变主如果为了满足对成品内在质量的请求而进行的，普通通过配方设计、材料的混合、采取分歧加工方法和成型条件来实现.加工过程中材料结构的改变有些是材料本人固有的，亦或是成心进行的；有些则是不正常的加工方法或加工条件惹起的.

1．高分子材料的加工性质：

1）、高分子材料的加工性：

高分子具有一些特有的加工性质，如良好的可塑性，可挤压性，可纺性和可延性.恰是这些加工性质为高分子材料提供了适于多种多样加工技术的可能性，也是高分子能得到广泛利用的次要缘由.

高分子通常可以分为线型高分子和体型高分子，但体型高分子也是由线型高分子或某些低分子物资与分子量较低的高分子通过化学反应而得到的.线型高分子的分子具有长链结构，在其聚集体中它们老是彼此贯穿、重迭和缠结在一路.在高分子中，因为长链分子内和分子间强大吸引力的感化，使高分子表示出各种力学性质.高分子在加工过程所表示的很多性质和行为都与高分子的长链结构和缠结和聚集态所处的力学形态有关.

根据高分子所表示的力学性质和分子热活动特征，可将其划分为玻璃态、高弹态和粘流态，通常称这些形态为聚集态.高分子的分子结构、高分子体系的构成、所受应力和环境温度等是影响聚集态改变的次要身分，在高分子及其构成必定时，聚集态的改变次要与温度有关.分歧聚集态的高分子，因为主价健与次价健共同感化构成的内聚能分歧而表示出一系列独特的性质，这些功能在很大程度上决定了高分子材料对加工技术的适应性，并使高分子在加工过程表示出分歧的行为.

高分子的可模塑性是指材料在温度和压力感化下形变和在模具中模制成型的能力.具有可模塑性的材料可通过打针、模压和挤出等成型方法制成各种外形的模塑成品.可模塑性次要取决于材料的流变性，热性质和其他物理力学性质等，在热固性高分子的情况下还和高分子的化学反应性有关.过高的温度，虽然熔体的流动性大，易于成型，但会惹起分解，成品收缩率大；温度过低熔体粘度大，流动困难，成型性差；因弹性发展，明显的使成品外形波动性差.适当添加压力，通常能改善高分子的流动性，但过高的压力将惹起溢料和增大成品内应了；压力过低时则形成缺料.模塑条件不但影响高分子的可模塑性，且对成品的力学功能、外观、收缩和成品中的结晶和取向等都有广泛影响.热功能影响高分子加工与冷却的过程，从而影响熔体的流动性和硬化速度，是以也会影响高分子成品的性质.模具的结构尺寸也影响聚合物的模塑性，不良的模具结构甚至会使成型失败.

可纺性是指高分子材料通过加工构成连续的固态纤维的能力.它次要取决与材料的流变性质，熔体粘度、熔体强度和熔体的热波动性和化学波动性等.纺丝材料，首先请求熔体从喷丝板毛细孔流出后能构成波动细流.细流的波动性通常与由熔体从喷丝板的流出速度，熔体的粘度和概况张力构成的数群有关.纺丝过程因为拉伸和冷却的感化都使纺丝熔体粘度增大，也有益于增大纺丝细流的波动性.但随纺丝速度增大，熔体细流受到的拉应力添加，拉伸变形增大，如果熔体的强度低将出现细流断裂.故具有可纺性的高分子还必须具有较高的熔体强度.不波动的拉伸速度容易形成纺丝细流断裂.当材料的凝聚能较小时也容易出现凝聚性断裂.对必定高分子，熔体强度随熔体粘度增大而添加.作为纺丝材料还要在纺丝条件下，高分子有良好的热和化学波动性，因为高分子在高温下要停留较长的时间并要经受在设备和毛细孔中流动时的剪切感化.

可延性暗示无定形或半结晶固体高分子在一个方向或两个方向上受到压延或拉伸时变形的能力.材料的这类性质为生产长径比很大的产品提供了可能，利用高分子的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维.但工业生产仍以拉伸法用的最多.

2）、加工过程中的粘弹行为：

高分子在加工过程中通常是从固体变成液体，再从液体酿成固体，所以加工过程中高分子在分歧条件下会分别表示出固体和液体的性质，既表示出弹性和粘性.但因为大分子的长链结构和大分子活动的慢慢性质，高分子的形变和流动不成能是纯弹性的或纯粘性，而是弹性和粘性的综合既粘弹性.

当高分子在外力感化下发生普弹形变时，外力使大分子键长和键角或高分子晶体中处于平衡形态的粒子间发生形变和位移.推迟高弹形变是外力较长时间感化于高分子时，由处于无规则热活动的大分子链段形变和位移所贡献，形变值大，具有可逆性，它使高分子表示出特有的高弹性.粘性形变则是高分子在外力感化下沿力感化方向发生的大分子链之间的结缠和绝对滑移，表示为宏观流动，形变值大，具有不成逆性.在通常的加工条件下，高分子形变次要由高弹形变和粘性形变构成.

2、高分子的流变性质：

1）、高分子熔体的流变行为：

高分子在加工过程中的形变是因为外力感化的结果，材料受力后内部发生与外力相平衡的应力.受到剪切力感化发生的流动称为剪切流动.受到拉应力感化惹起的流动称为拉伸流动.但是实际加工过程中材料的受力情况非常复杂，常常是三种简单应力的组合，因此材料中的实际应变也常常是多种简单应变的迭加.加工中流体的静压力对流体流动性质的影响绝对不及前两者明显，但它对粘度有影响.高分子流体可所以处于粘流温度Tf或熔点Tm以上的熔融状聚合物，亦可所以在不高温度下仍坚持为流动液体的高分子溶液或悬浮体.加工过程中高分子的流变性质次要表示为粘度的变更，根据流动过程高分子粘度与应力或应变速率的关系，将高分子的流动行为分为两大类：

1.符合牛顿流动定律的牛顿型流体；2.非牛顿流体，其流动行为称为非牛顿型流动.

通常加工条件下，对热塑性高分子加热仍是一种物理感化，其目的是使高分子达到粘流态以便成型，材料在加工过程所获得的外形必须通过冷却来定型.虽然，因为多次加热和受到加工设备的感化会惹起材料内在性质的必定变更，但并未改变材料全体可塑性的基本特性，特别是材料的粘度在加工条件下基本没有发生不成逆的改变.但是热固性高分子则分歧，加热不但可以使材料熔融，能在压力下发生流动、变形和获得所需外形等物理感化；而且还能使具有活性基团的组分在足够高的温度下发生交联反应，并终极完成硬化等化学感化.一旦热固性材料硬化后，粘度变成无穷大，并失去再次软化、流动和通过加热而改变外形的能力.是以热固性高分子加工过程中粘度的这类变更规律与热塑性高分子有实在质区别..

2）、影响高分子流变行为的次要身分：

高分子熔体在任何给定的剪切速率下的粘度次要由两个方面的身分来决定：

高分子熔体内的自在体积和大分子长链之间的缠结.自在体积是高分子中未被高分子占据的空隙，它是大分子链段进行扩散活动的场合.凡会惹起自在体积添加的身分都能活跃大分子的活动，并导致高分子熔体粘度的降低.另一方面大分子之间的缠结使得分子链的活动变得非常困难，凡是减少这类缠结感化的身分，都能加速分子的活动并导致熔体粘度的降低.另外各种环境身分如温度、应力、应变速率、低分子物资等和高分子本身的分子量，支链结构对粘度的影响，大都能用这两种身分来解释.对于处于粘流温度以上的高分子，热塑性高分子熔体的粘度随温度升高而呈指数函数的方式降低.高分子链的柔性愈大，缠结点愈多，链的解缠和滑移愈困难，高分子流动时非牛顿性愈强.高分子链的支化程度愈大，粘度升高愈多，并导致流动性明显降低.高分子的分子量增大，分歧链段偶然位移彼此抵消的机会增多，因此分子链重心挪动愈慢，要完成流动过程就须要更长的时间和更多的能量，所以高分子的粘度随分子量的添加而增大.

3、加工过程中的物理和化学变更：

1）、加工过程中高分子的结晶：

通常将高分子在等温条件下的结晶称为静态结晶过程.但实际上高分子加工过程大多数情况下结晶都不是等温的，而且熔体还要受到外力的感化，发生流动和取向等.这些身分都会影响结晶过程.温度是高分子结晶过程中最敏感的身分，过冷度愈大，结晶时间愈短，结晶度降低，并使达到最大结晶度的温度降低.熔化温度与在该温度的停留时间会影响聚合物中可能残存的巨大有序区域或晶核的数量.如果上次结晶温度高，则结晶度也高，晶粒较完好，故从头融化需较高温度；加工温度高，高分子华夏本的结晶结构破坏愈多，残存的晶核愈少.在熔融温度低和熔融时间短，则体系中存在的晶核将惹起异相成核感化，故结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，并有益于提高成品的力学强度、耐磨性和热畸变温度.高分子在纺丝、薄膜拉伸、打针、挤出、模压和压延等成型加工过程中受到高应力感化时，有加速结晶感化的倾向.这是应力感化下高分子熔体取向发生了引发成核感化所致，使晶核生成时间大大缩短，晶核数量添加，乃至结晶速度添加.应力对晶体结构和外形也有影响.在剪切或拉伸应力感化下，熔体中常常生成一长串的纤维状晶体，随应力或应变速率增大，晶体中伸直链含量增多，晶体熔点升高.压力也能影响球晶的大小和外形，低压下能生成大而完好的球晶，高压下则生成小而外形很规则的球晶.高分子分子的链结构与结晶过程有密切关系.分子量愈高，大分子及链段结晶的重排活动愈困难，所以高分子的结晶能力普通随分子量的增大而降低.结晶过程分子链的敛集感化使高分子体积收缩、比容减小和密度添加，密度增大意味着分子链之间引力添加，所以结晶高分子的力学功能、热功能和化学波动性等响应提高，但耐应力龟裂能力降低.

2）、加工过程中高分子的降解：

高分子加工通常是在高暖和应力感化下进行的，高分子可能因为受到热和应力的感化或因为高温下高分子中微量杂质及空气中氧的感化而导致分子量降低，大分子结构改变等化学变更.通常称分子量降低的感化为降解.除了少数成心进行的降解之外，大多数是无害的.是以加工过程大多数情况下都应设法尽量减少和防止高分子降解.必须严酷控制原材料技术目标，使用合格材料；使用前对高分子进行干燥；确定合理的加工工艺和加工条件；加工设备和模具应有良好的结构；根据高分子的特性，特别是加工温度较高的情况，在配方中考虑使用抗氧剂、波动剂等以加强高分子对降解的抵抗能力.

3）、加工过程中高分子的交联：

高分子加工过程，构成三维收集结构的反应称为交联，通过交联反应能制得体型高分子.同线型高分子比较，体型的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学波动性和成品的外形波动性等均有所提高.加工过程大多数情况下，高分子的交联都是通过大分子上活性中间间的反应与交联剂间的反应来进行的.可以分为游离基交联反应和慢慢交联反应.交联反应既可以在大分子和低分子之间进行，也能够在大分子之间进行，通常至多有一种反应物资是线型高分子.温度、硬化时间、反应物的官能度和应力都会影响交联.

生活中的高分子材料品种繁多，次要有以下几种：

1、聚乙烯

  乙烯（代号PE）是由乙烯聚合而成的高分子化合物，因为生产工艺中所用的压力分歧，可分为高压、中压、低压聚乙烯，它们的密度和分子量分歧，功能和用处也有所分歧.随着石油工业的发展，乙烯来源愈来愈充沛，目前聚乙烯塑料已成为世界上产量最大的塑料品种.

聚乙烯是一种无色、无味的热塑性塑料，因为其不像聚氯乙烯塑料分子中含有氯元素和普通有毒性的添加剂，所以聚乙烯塑料是无毒性的.是以，日常生活中使用的塑料茶杯、塑料碗、塑料水壶、食品包装袋等，都是用聚乙烯塑料制成.

聚乙烯塑料的电绝缘性强而吸水率极低，所以可用来建造各种高频电缆、海底电缆的绝缘层和呵护层.聚乙烯塑料具有耐晒、耐水的功能，聚乙烯薄膜可用于温室大棚；聚乙烯拉成丝可织鱼网，既轻便牢固，又不容易腐烂.聚乙烯塑料的化学波动性好，耐酸碱、耐腐蚀，因此在化工厂中，经常使用作原料储存容器和液体输送管道.聚乙烯塑料的缺点是机械强度较低，耐热性差，普通只能在80℃以下使用.

2、聚氯乙烯

  聚氯乙烯（代号PVC）是由氯乙烯单体聚合而成的合成高分子.聚氯乙烯是一种白色或淡黄色粉末状树脂，密度约1．4，含氯量在56％～58％摆布.在聚氯乙烯树脂中加入分歧的增塑剂和波动剂，可制得分歧的硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯.

聚氯乙烯本人是一种线型高分子，因为分子之间吸引力很大，彼此结合得紧密而且牢固，使得高分子链不克不及自在活动，是以质地较硬.当树脂中不加或少加（10％以下）增塑剂，得到的是硬质聚氯乙烯.硬质聚氯乙烯密度高、具有耐酸、耐碱和耐腐蚀的良好功能，故经常使用作化工设备的管材和建筑用板材，如地板、天花板等.

当在树脂中加入较多的增塑剂时，即可制得软质聚氯乙烯，增塑剂加的越多，塑料越柔软.软质聚氯乙烯具有弹性，能耐折、耐光、耐水、耐氧化，故经常使用来制薄膜及电线包皮等.日常生活中的聚氯乙烯成品大多是软质聚氯乙烯，如用PVC建造的人造革广泛用于服装、鞋类、皮箱、皮包等.如果在聚氯乙烯塑料中加入发泡剂，就能制得泡沫塑料.它具有质轻、绝热保温、隔音等良好功能，广泛用于制鞋、建材、船舶和飞机建造等行业.聚氯乙烯的缺点是软化点低，加热超出140℃时，会分解放出氯化氢.同时，聚氯乙烯塑料中加入的波动剂和增塑剂也有毒性，所以不克不及用聚氯乙烯做的塑料袋装食品，以避免中毒.

3、无机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）

  无机玻璃的化学名称是聚甲基丙烯酸甲酯，它是以甲基丙烯酸甲酯为单体，经加聚反应合成的线型高分子化合物.

   机玻璃最突出的功能是透光性非常好（透光率达92％），仅次于普通玻璃（透光率95％）.与普通玻璃比拟，它透过紫外线的能力更强，普通玻璃只能透过百分之几的紫外线，而无机玻璃却能透过百分之七十的紫外线.故经常使用来做光学工业透镜、医用导光管、隐形眼镜等.

无机玻璃质轻、耐冲击力强、不容易碎裂，而且易于着色和加工成型，是以被大量用于建造飞机驾驶舱的玻璃罩，轮船和飞机驾驶室的挡风玻璃等.在生产无机玻璃时加入各种颜料、荧光粉（如硫化锌）、珍珠粉（如碱式碳酸铅），即可得到黑色、乳白、荧光或珠光等无机玻璃板材，在日常生活顶用作照明灯具、广告招牌，防护罩及各种装潢品.

  无机玻璃的缺点是耐热性差，易溶于丙酮、氯仿等无机溶剂，使用时要留意防火，不克不及与无机溶剂接触.概况硬度低，易起毛，生产成本较高.高分子材料对我们将来的影响是不成猜测的.随着科学的发展，高分子材料也能够具有其他材料的特性，成为最全面的材料.我们须要什么样的材料为我们服务，高分子材料都可以满足！

没有做不到的，只要想不到的！

这是高分子材料将来的口号！

不是夸张，是一种期待.