高分子材料 聚合物材料
1. 简史与演变
自古以来,人类便巧妙地运用着高分子材料,以天然高分子作为生活和生产的得力助手,如蚕丝、毛、棉织物的编织,以及木材、棉纸的制作。
进入19世纪30年代末期,天然高分子的化学改性迈出了新步伐,天然橡胶的硫化、纤维素的硝化等工艺得以开展。
追溯历史,最早问世的合成高分子材料源于1907年,当时L且贝兰克发明了酚醛树脂,为现代高分子科学的蓬展奠定了基石。
德国的H.施陶丁格、W.H.卡罗瑟斯和H.F.马克等科研先驱不断地探索与进步,不仅为我们揭开了高分子合成与改性的神秘面纱,还深入研究了高分子结构与性能的关联、高分子成型加工技术,以及复合高分子材料的研究,使得高能新材料逐渐崭露头角,成为材料家族中不可或缺的一员。
2. 高分子结构的奥秘
高分子是由数以万计的小分子单体通过链式聚合或逐步聚合反应,以共价键紧密结合而成的化合物,其分子量巨大。
高分子的结构不仅包括链结构,还涉及到大分子间的堆砌与排列所形成的高层次态结构。链结构的形成取决于单体的选择与聚合过程,而态结构则与链结构及后加工过程息息相关。
3. 高分子材料的种类与应用
高分子材料因其独特的性能与广泛的应用领域而被分为橡胶、纤维、塑料、涂料、胶黏剂以及高分子复合材料。
① 橡胶
橡胶是具有高弹性的高分子材料,其分子链具有较高的柔性,可交联成弹性体。天然橡胶与合成橡胶共同构成了橡胶家族。
其中,丁苯橡胶与顺丁橡胶是合成橡胶中的主要品种。还有耐老化、耐油、耐燃以及气密性佳的多种橡胶品种。
② 纤维
纤维以其高强度、高模量、长径比大及高结晶度等特点而闻名,且能通过取向获得沿纤维轴方向的最佳性能。这使纤维分为天然与化学两大类。
蚕丝、麻、棉等属于天然纤维,而化学纤维则是通过纺丝与后处理以天然或合成高分子为原料制得。
如黏胶纤维、醋酸纤维等人造纤维,以及聚酯纤维、聚酰胺纤维等合成纤维。
③塑料
塑料是以合成树脂或经化学改性的天然高分子为主要成分,加入填充剂、增塑剂等助剂,在一定温度与压力下成型的高分子料。
热塑性塑料可反复成型,而热固性塑料则一旦成型便不可溶解与熔化。通用塑料与工程塑料是塑料的两大类别。
④涂料与胶黏剂
涂料与胶黏剂均是高分子材料的重要分支。涂料可形成坚韧连续膜层于底材表面,而胶黏剂则是用于使物体表面相互粘合的材料。
⑤高分子复合材料
高分子复合材料以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制成。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,使构成的复合材料具有最佳性能。
除上述提及的高分子材料外,功能型高分子材料也正在迅速发展,并广泛应用于物质、能量与信息转换、传递与储存等领域。期待未来将有更多新型的高分子材料问世。