谈谈高分子材料在现代生活中的应用
谈谈高分子材料在现代生活中的应用
高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，由相对分子质量较高的化合物构成。高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。
一高分子材料在生活中的应用简介
高分子按来源分为天然、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，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。1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。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；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
一般将高分子材料按特性分为五类，即橡胶、纤维、塑料、胶粘剂、涂料。
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，有天然橡胶和合成橡胶两种。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。天然橡胶因其具有很强的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点，广泛地运用于工业、农业、国防、交通、运输、机械制造、医药卫生领域和日常生活等方面，如交通运输上用的各种轮胎；工业上用的运输带、传动带、各种密封圈；医用的手套、输血管；日常生活中所用的胶鞋、雨衣、
暖水袋等都是以橡胶为主要原料制造的，国防上使用的飞机、大炮、坦克，甚至尖端科技领域里的火箭、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等都需要大量的橡胶零部件，目前，世界上部分或完全用天然橡胶制成的物品已达7万种以上，其中轮胎的用量要占天然橡胶使用量的一半以上。相比于天然橡胶，合成橡胶中有少数品种的性能与其相似，大多数与天然橡胶不同，但两者都是高弹性的高分子材料，一般均需经过硫化和加工之后，才具有实用性和使用价值。合成橡胶在20世纪初开始生产，从40年代起得到了迅速的发展。合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面，但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。拿丁基橡胶来说，其用于制作各种轮胎的内胎、无内胎轮胎的气密层、各种密封垫圈，在化学工业中作盛放腐蚀性液体容器的衬里、管道和输送带，农业上用作防水材料。再如合成橡胶中的佼佼者--硅橡胶，它具有良好的电绝缘性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化学稳定性，且无味无毒，不怕高温、严寒，因此在现代医学中广泛发挥了重要作用，如制造的硅橡胶防噪音耳塞、硅橡胶胎头器吸引器、硅橡胶人造血管、硅橡胶鼓膜修补片，此外还有硅橡胶人造气管、人造肺、人造骨、硅橡胶十二指肠管等，功效都十分理想。
另一种广泛应用的高分子材料便是纤维。纤维分为天然纤纤维和化学纤维。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。纤维在各行各业中可算得上是“热门人物”，其最早用于纺织业中，日常生活中的衣物用品大多采用纤维做材料不仅穿得舒服, 且御寒防晒。而如今纤维更大的作用早已不仅停留在日常穿着，它在军事、医用、环保等领域也已有举足轻重的作用。如碳纳米管可用作电磁波吸收材料，用于制作隐形材料、电磁屏蔽材料、电磁波辐射污染防护材料和吸波材料，由于其物质的可降解性，在医用上，聚乳酸或者脱乙酰甲壳素纤维制成的外科缝合线，在伤口愈合后自动降解并吸收，直接避免手术后的拆线；在环保上，聚乳酸作为可完全生物降解性塑料，越来越受到人们重视。在建筑领域上，防渗防裂纤维可以增强混凝土的强度和防渗性能，纤维技术与混凝土技术相结合，可研制出能改善混凝土性能，提高土建工程质量的钢纤维以及合成纤维，前者对于大坝、机场、高速公路等工程可起到防裂、抗渗、抗冲击和抗折性能，后者可以起到预防混凝土早期开裂，在混凝土材料制造初期起到表面保护。另外，随着生物科技的发展，一些纤维的特性可以派上用场，如类似肌肉的纤维可制成“人工肌肉”、“人体器官”等，是人体组织良好的替代材料。
当代生活中，有一种高分子材料更是占据了材料的半壁江山，那就是塑料。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。塑料的应用在生活中随处可见，小到塑料袋、各种机械器具，大到工程、航空，毫不夸张的说，塑料已经成为世界的一部分。抛开其他用途，这里对其最新的应用做以介绍：透明塑料制成整体薄板车顶。薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料，可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板，也可作为可折叠铰链和封条。拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件，形成了四扇“顶窗”，每扇窗都可单独打开和关闭。导轨用于连接薄板部件，形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置，在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。这样可以形成三维立体结构，组件比平坦的薄板更加牢固。同时也大大降低了单个组件的数量。用塑料制造车顶为设计者提供了更大的设计空间。他们可以创造三维几何形状，将玻璃液化合物推至最高限值。
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。应用较多的是合成胶粘剂。胶粘剂的产生很好的解决了聚合物与非金属或金属之间，金属与金属和金属与非金属之间的胶接，尤其对现在工业、工程做出了巨大的贡献。小到家用三秒胶、波纹板、纸袋、标签、胶带、邮票，大到建筑用胶，工业用胶，甚至在飞机机翼或尾翼和机身的粘接中也不乏胶粘剂的身影。与传统的编织织布法、金属的焊接法以及
铆接、螺栓或钉接等机械联结法相比，胶粘剂粘接法更快、更经济，并能将不同材料结合在一起，而且当粘接两种金属时，胶粘剂能隔开它们以防腐蚀，同时又可降低装配体的疲劳破坏，并比机械联结更轻更强，因此胶粘剂在生活中的应用也有了渐渐取代传统联接法德趋势。
自从有了文明，便有了装饰，而装饰则必然离不开涂料了。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。习惯上我们也称这几种涂料为油漆，其是装修中的一道必需的菜式。不管是高级装修，或者普通装修，都会和油漆多多少少扯上关系，因此和我们的生活也息息相关。涂料对于被施用的对象来说，它的第一个用途是保护表面，第二个用途是修饰作用。就以木制品来说，由于木制品表面属多孔结构，不耐脏污。同时木制品的表面多节眼，不够美观，而涂料就能同时解决这方面的问题。如今涂料的应用也早已突破传统，延伸到航空航天，军事等更宽的领域，如军事设备所用涂料在保护或掩护被施用者上有着重要作用
2 高分子材料各领域的应用
（1）高分子材料在机械工业中的应用
高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛, “以塑代钢”、“塑代铁”成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围,使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、
耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出, 在某些有机溶剂如煤油、砂浆混合液中, 其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板, 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 对金属的同比磨耗量比尼龙小, 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学润滑等改性, 其摩擦系数和磨耗量更小, 由于其良好的机械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属, 还能取代铸铁和钢冲压件。
2 高分子材料在燃料电池中的应用
高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响, 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻, 获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换
膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是电池运转时保水率降低, 又要影响电解质膜的导电性, 所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术, 保证了膜的优良导电性, 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。PEFC的发展离不开新材料的发现及其在燃料电池中的应用, 今后随着高性能、低成木的高分子材料开发研究, 有希望促进实现商业应用, 成为新的产业增长点。现在一批新的高分子材料如增强型全氟磺酸型高分子质子交换膜耐高温芳杂环磺酸基高分子电解质膜纳米级碳纤维材料新的