材料與現(xiàn)代生活論文

1、林料與現(xiàn)代生活論文學(xué)院：機(jī)電學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：卄算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：2092:ft高分子林料與我們的生活林料是科學(xué)與工業(yè)技術(shù)發(fā)展的基硏。一種新林料的出現(xiàn)，能為社會(huì)文明帶來(lái)巨大的變化, 給新枝術(shù)的發(fā)展帶來(lái)劃時(shí)代的突破。林料已肖之無(wú)槐的成為當(dāng)代科學(xué)枝術(shù)的三大支tt2-o 高分子林料科學(xué)已經(jīng)和金屈林料、無(wú)機(jī)非金屈林料并駕齊馳，在國(guó)際上被列為一級(jí)學(xué)科從化學(xué)角度來(lái)定義，高分子是由分子量很大的長(zhǎng)銖分子所組成，而毎個(gè)分子旌都是由共 價(jià)建聯(lián)結(jié)的成百上干的一種或多種小分子購(gòu)造而成。高分子的分類(lèi)有多種，按來(lái)源可分為天 然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大類(lèi)；根據(jù)用邇則可分為結(jié)構(gòu)高分子和助能高 分子；另外根搖工業(yè)產(chǎn)

2、量和價(jià)格述可分為通用高分子、中同高分子、工程塑料以員特種高分 子等等。高分子林料的功能很多，而冃應(yīng)用十分廣泛。就結(jié)構(gòu)高分子而言，大家Slit最多的當(dāng)屬 塑料、標(biāo)阪和纖維。其中塑料產(chǎn)量最大，主要用于包裝林料、結(jié)構(gòu)林料、建筑林料以員交通 運(yùn)輸林料；橡膠的主要用邇?yōu)橹圃燧喬?；纖細(xì)的主要用邇?yōu)橐轮昧稀４送饨Y(jié)溝高分子還包 括工程塑料、附高溫高分子以及液晶高分子等。對(duì)于功能高分子，其最顯普的特點(diǎn)在于它貝 有特殊的光、電、繼、催化等性能。例如光致變色高分子、導(dǎo)電高分子、跌磁性高分子、催 化高分干以及生物功能高分子等，以下僅就生物功能高分子作一簡(jiǎn)要介紹。生物功能高分子色I(xiàn)S三個(gè)方面：一是醫(yī)用高分子，0tS：

3、 ®合成軟組織，例如人工IM器、 人造皮膚等，其特點(diǎn)是需要具有血液相容Ito 合成硬組級(jí)，例如骨骼、牙齒等，它們需要 貝有生物相容性，即不被人體細(xì)胞所排斥。二是藥用高分子，018：高分子藥物，即將藥 物的活性成分接在高分子覽上，進(jìn)人體內(nèi)后分解產(chǎn)生藥物的有效成分；需分子我藥體系， 將藥物的活性成分用高分子包裹或混合后帶人體內(nèi)，用以控制藥物釋放速度，從而這到藥物 使用的長(zhǎng)效II和高效性。三是醫(yī)療器械與診斷林料，例如臨床診Bfi與分橋化驗(yàn)用的高分子林 料，包祐細(xì)胞培養(yǎng)器和生物傳感器等。加工il程中高分子表現(xiàn)出形狀、結(jié)構(gòu)、和性質(zhì)等方面的變化。形狀轉(zhuǎn)變往往是為滿(mǎn)足使 用的最起碼要求而進(jìn)行的;林

4、料的結(jié)枸轉(zhuǎn)變色祐高分子的紐成、組成方式、林料宏觀(guān)與（9觀(guān) 結(jié)構(gòu)的變化等；高分子結(jié)晶和取向也引起林料聚集態(tài)變化,這種轉(zhuǎn)變主要是為了滿(mǎn)足對(duì)成品 內(nèi)在質(zhì)量的要求而進(jìn)行的，一股通過(guò)配方設(shè)廿、林料的視合、釆用不同加工方法和成型條件 來(lái)實(shí)現(xiàn)。加工過(guò)程中林料箱構(gòu)的轉(zhuǎn)變有些是林料本身固有的，亦或是有sail的；有些則是 不正常的in工方法或加工條件引起的。1. 高分子林料的加工UR：1）、高分子林料的m工性：高分子具有一些特有的ira工性質(zhì)，如良好的可塑性，可擠壓性，可紡性和可延性。正是 迪些jjmiiis為高分子林料提哄了適干多種名樣加工技術(shù)的可能性，也是高分子能得到廣泛 應(yīng)用的重要原因。高分子通?？梢苑譃?/p>

5、線(xiàn)塑高分子和依里高分子，但體塑高分子也是由線(xiàn)里高分子或某些 低分子物質(zhì)與分子量較低的高分子通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而得到的。線(xiàn)里高分子的分子貝有長(zhǎng)璉結(jié)構(gòu), 在其聚集休中它們總是彼此貫穿、重迭和綱結(jié)在一起。在高分子中，由干長(zhǎng)旌分子內(nèi)和分子 間強(qiáng)大吸引力的作用，使高分子表現(xiàn)出各種力學(xué)性質(zhì)。高分子在JlDlii程所表現(xiàn)的許多牲質(zhì) 和行為都與高分子的長(zhǎng)璉結(jié)構(gòu)和繼結(jié)以及聚集態(tài)師處的力學(xué)狀態(tài)有關(guān)。根折高分子所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)和分子熱運(yùn)動(dòng)特征，可將其劃分為玻朋態(tài)、高彈態(tài)和粘流 態(tài)，通常稱(chēng)這些狀態(tài)為聚集態(tài)。高分子的分子結(jié)構(gòu)、高分子體系的組成、所受應(yīng)力和壞境溫 度等是影響聚集態(tài)轉(zhuǎn)變的主要因素，在高分子及其組成一定時(shí)，聚集態(tài)的

6、轉(zhuǎn)變主要與溫度有 關(guān)。不同聚集態(tài)的高分子，由干主價(jià)健與次價(jià)健共同作用構(gòu)成的內(nèi)聚能不同而表現(xiàn)出一系列 如特的性質(zhì)，逆些11能在很大程度上決定了高分子林料對(duì)加工技術(shù)的適應(yīng)性，并使高分子在 加工過(guò)程表現(xiàn)出不同的行為。高分子的可模塑性是牯林料在溫度和圧力作用下形變和在模具中模制成里的能力。具有 可模塑性的林料可通過(guò)注射、模壓和擠出等成塑方法制成各種形狀的模塑制品。可模塑性主 要取決于林料的流變性，熱性質(zhì)和其力學(xué)性質(zhì)等，在熱固性高分子的悄況下還和高分 子的化學(xué)反應(yīng)性有關(guān)。過(guò)高的溫度，雖滋熔it的流動(dòng)性大，易于成塑，但會(huì)引起分解，制品 收縮率大；ioaiif熔體粘度大，流動(dòng)因難，成型性差；因強(qiáng)性發(fā)展，明顯

7、的使制晶形狀穩(wěn) 定性差。適當(dāng)增刑壓力，通常能改善高分子的流動(dòng)性，但過(guò)高的壓力將引起謚料和增大制晶 內(nèi)應(yīng)了；壓力過(guò)低時(shí)則港成缺料。模塑條件不僅影晌高分子的可模塑性，目對(duì)制晶的力學(xué)性 能、外現(xiàn)、收縮以及制品中的結(jié)晶和取向等都有廣泛影晌。熱性能期響高分子加工與冷卻的 過(guò)程，從而影晌熔體的渣動(dòng)性和硬化速度，因此也會(huì)影叫高分子翎品的性質(zhì)。模具的結(jié)枸尺 寸也影響聚合物的模塑性，不良的模具結(jié)構(gòu)甚至?xí)钩衫锸Ц??？杉徯允侵父叻肿恿至贤ㄟ^(guò)加工形成連續(xù)的固態(tài)纖絨的能力。它ii®決與林料的流變 性質(zhì)，熔體粘度、熔體強(qiáng)度以及熔體的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等。紡絲林料，首先要求熔體 從噴絲扳毛細(xì)孔流岀后能形戒穩(wěn)定

8、細(xì)流。細(xì)流的穩(wěn)定性通常與由熔體從噴絲機(jī)的流岀速度， 熔體的粘廈和表面張力組成的數(shù)辭有關(guān)。紡絲過(guò)程由于拉伸和的的作用都使紡絲熔lift® 增大，也有利于增夫紡絲細(xì)流的穩(wěn)定性。但師紡絲速18增夫，熔體細(xì)流受到的拉應(yīng)力増加， 拉伸變形増大，如果熔體的強(qiáng)出現(xiàn)細(xì)流Illi裂。於具有可紡性的高分子還必須具有較高 的熔體強(qiáng)度。不穩(wěn)定的拉伸速度容易造成紡絲細(xì)流Bi裂。當(dāng)林料的證聚能較小時(shí)也容易岀現(xiàn) 礙聚性斷裂。對(duì)一定高分子，熔體強(qiáng)度I®熔liWBi®夫而增加。作為紡絲林料還要在紡絲條 件下，高分子有良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，因?yàn)楦叻肿釉诟邷叵乱Ａ糨^長(zhǎng)的時(shí)間并要經(jīng)受在 設(shè)備和毛細(xì)孔中

9、流動(dòng)時(shí)的勇切作用?？裳有员硎緹o(wú)定形或半結(jié)晶固體高分子在一個(gè)方向或兩f方向上受到壓延或應(yīng)仲時(shí)變形 的能力。林料的這種性質(zhì)為生產(chǎn)長(zhǎng)徑比很大的產(chǎn)品提俠了可能，利用高分子的可延性，可通 過(guò)壓延或拉伸工藝生產(chǎn)薄除、片林和纖維。（S工業(yè)生產(chǎn)陽(yáng)以拉伸法用的最多。2）、m工過(guò)程中的粘彈行為:高分子在加工il程中通常是從同體變?yōu)橐篒t, 變成固體，所以加工過(guò)程中高分 子在不同條件下會(huì)分別表現(xiàn)出同體和液體的性質(zhì)，既表現(xiàn)出彈性和粘性。但由于大分子的長(zhǎng) 璉結(jié)構(gòu)和大分子運(yùn)動(dòng)的逐步性質(zhì)，高分子的形變和流動(dòng)不可能是純彈性的或純粘性，而是強(qiáng) 性和粘性的蹤合既粘彈性。當(dāng)高分子在外力作用下發(fā)生普彈形變時(shí)，外力使夫分子建長(zhǎng)和建角或

10、高分子晶休中處于 平炳狀態(tài)的粒子間發(fā)生形變和位楊。推遲高彈形變是外力較長(zhǎng)時(shí)間作用干高分子時(shí)，由處于 無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的大分子lil段形變和位楊所質(zhì)獻(xiàn)，形變值大，具有可逆性，它使高分子表現(xiàn)岀 特有的高彈性。粘性形變JS是高分子在外力作用下沿力作用方向發(fā)生的大分子疑之同的給S! 和相對(duì)滑楊，表現(xiàn)為宏觀(guān)渣動(dòng)，形變值大，具有不可逆性。在通常的加工條件下，高分子形 變主要由高彈形變和粘性形變組成。2、高分子的流變性質(zhì):1 ）、高分子熔體的流變行為:高分子在Mia程中的形變是由干外力作用的結(jié)果，林料受力后內(nèi)部產(chǎn)生與外力相平衡 的應(yīng)力。受到卿切力作用產(chǎn)生的流動(dòng)稱(chēng)為剪切流動(dòng)。受到拉應(yīng)力作用引起的流動(dòng)稱(chēng)為拉伸流 動(dòng)

11、。但是實(shí)際加工il程中林料的受力悄況非常復(fù)雜，住往是三種簡(jiǎn)單應(yīng)力的組合，因而林料 中的實(shí)麻應(yīng)變也往往是多種簡(jiǎn)單應(yīng)變的iSMo JD工中說(shuō)體的靜壓力對(duì)流體流動(dòng)性質(zhì)的影晌相 對(duì)不及前兩者顯普，但它對(duì)粘度有影響。高分子流體可以是處干粘流溫度Tf或熔點(diǎn)Tm以上 的熔融狀聚合物，亦可以是在不高溫度下的保持為流動(dòng)液體的高分子溶液或懸浮體。加工il 程中高分子的流變性質(zhì)主要表現(xiàn)為粘度的變化，根揚(yáng)流動(dòng)過(guò)程高分子粘度與應(yīng)力或應(yīng)變速率 的關(guān)系，將高分子的流動(dòng)行為分為兩大類(lèi):1.»合牛頓流動(dòng)定律的牛頓塑流體；2.非牛頓流休, 其流動(dòng)行為稱(chēng)為非牛顧里流動(dòng)。通常加工條件下,對(duì)熱塑性高分子m熱仍是一種物理作用,

12、其目的是使高分子達(dá)到粘流 態(tài)以便成型，林料在UDlil程所獲得的形狀必須通來(lái)定塑。雖然，由于名次加熱和受 舅加工設(shè)備的作用會(huì)引起林料內(nèi)在性質(zhì)的一定變化,但并未改變林料整休可塑性的基本特性, 特別是林料的粘度在加工條件下基本沒(méi)有發(fā)生不可逆的改變。但是熱同性高分子則不同，加 熱不僅可以使林料熔趙，能在壓力下產(chǎn)生流動(dòng)、變形和獲得所需形狀等物理作用；并冃還能 使具有活性基01的組分在足夠高的溫度下產(chǎn)生交朕反應(yīng)，并最終完成硬化等化學(xué)作用。一旦 熱闔性林料便化后，粘度變?yōu)闊o(wú)限大，并失去再次軟化、流動(dòng)和通11加熱而改變形狀的能力。 因此熱固性高分子加工過(guò)程中粘度的這種變化規(guī)律與熱塑性高分子有著本質(zhì)區(qū)別。2）

13、、娜響高分子流變行為的主要因素:高分子熔體在任何給定的剪切速率下的粘由兩個(gè)方面的因素來(lái)決定：高分子熔體 內(nèi)的自由體枳和夫分子長(zhǎng)之間的握結(jié)。自由體枳是高分子中未被高分子占領(lǐng)的空朋，它是 大分子sasaii擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所。凡會(huì)引起自由體枳增加的因素都能活趺大分子的運(yùn)動(dòng)，并 導(dǎo)致高分子熔sw®的降低。另一方面大分子之同的纏結(jié)使得分子銖的運(yùn)動(dòng)變得非常困難， 凡是減少這種繼結(jié)作用的因素，都能加速分子的運(yùn)動(dòng)并導(dǎo)致熔休粘度的降低。另外各種壞境 因素如溫度、應(yīng)力、應(yīng)變速率、低分子物質(zhì)等以及高分子自身的分子量，支璉結(jié)溝対粘度的 影響，大都能用awws素來(lái)解馨。對(duì)干處于粘流溫度以上的高分子，熱塑性高分子

14、熔體的 粘高而呈缶數(shù)函數(shù)的方式降低。高分子銖的柔性愈大，纏結(jié)自愈名，璉的解纏和 滑務(wù)愈困難，高分子流動(dòng)時(shí)非牛頼性愈強(qiáng)。高分子銖的支化程度愈大，粘度升高愈多，并導(dǎo) 致流動(dòng)H顯著降低。高分子的分子量增大，不同SKIS然位務(wù)相互抵消的Hl會(huì)増名，因而分 子璉重心務(wù)動(dòng)愈慢，要完戒流動(dòng)il程就需要更長(zhǎng)的時(shí)間和更名的能量，所以高分子的 分子量的増加而增大。3、加工過(guò)程中的物理和化學(xué)變化：1 k JDlii程中高分子的結(jié)晶:通常將高分子在等溫條件下的結(jié)晶稱(chēng)為靜態(tài)結(jié)晶過(guò)程。但實(shí)際上高分子iraiii程大多數(shù) 悄況下結(jié)晶都不是等溫的，而目熔休還要受到外力的作用，產(chǎn)生流動(dòng)和取向等。這些因素都 會(huì)影響結(jié)晶11程。爲(wèi)

15、度是高分子結(jié)晶過(guò)程中最敏感的因素，il冷度愈大，結(jié)晶時(shí)間愈姬，結(jié) 晶度降低，并使這到最大結(jié)晶度的溫度下降。熔化溫度與在該溫度的停冒時(shí)間會(huì)影響聚合物 中可能歿存的微小有序區(qū)域或晶核的數(shù)量。如果上次結(jié)晶溫贋高，則結(jié)晶度也高，晶赴較完 整，故重新鍍化需較高a®；加工溫度高，高分子中原有的結(jié)晶給構(gòu)破壞愈名，歿存的晶核 愈少。在熔Rtsitfif和熔融時(shí)間短，則體系中存在的晶核將引起異相成核作用，故結(jié)晶速度 快，結(jié)晶尺寸小而均勻，并有利干提高制品的力學(xué)噴度、附磨性和熱酹變溫度。高分子在紡 絲、illfi伸、注射、擠出、模壓和壓延等成塑Will程中受到高應(yīng)力作用時(shí),有加速結(jié)晶 作用的隕向。送是應(yīng)

16、力作用下高分子熔依取向產(chǎn)生了誘發(fā)成核作用所致，使晶核生成時(shí)同大 大縮短，晶核數(shù)量增加，以致結(jié)晶速度增加。應(yīng)力對(duì)晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)也有影響。在須訓(xùn)或拉 伸應(yīng)力作用下，熔體中往往生成一長(zhǎng)串的纖絨狀晶體，蹶應(yīng)力或應(yīng)變速率增大，晶體中伸直 錐含量増名，晶體熔點(diǎn)升高。壓力也能影響球晶的大小和形狀，低壓下能生成大而完整的球 晶，高壓下則生成小而形狀很規(guī)則的球晶。高分子分子的覽結(jié)構(gòu)與結(jié)晶11程有密切關(guān)系。分 子量愈高，大分子及銖段箱晶的重排運(yùn)動(dòng)愈困難，所以高分子的結(jié)晶能力一般I®分子量的增 大而降低。結(jié)晶過(guò)程分子的斂集作用使高分子體枳收縮、比容減小和密度增加，密度增夫 意味著分子讎之同引力增加，所以結(jié)

17、晶高分子的力學(xué)性能、熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性等相應(yīng)提高, 但耐應(yīng)力龜裂能力降低。2k Miii程中高分子的降解:高分子加工通常是在高溫和應(yīng)力作用下進(jìn)行的，高分子可能由于受到熱和應(yīng)力的作用或 由干高溫下高分子中徹量雜質(zhì)及空氣中氧的作用而導(dǎo)致分子量降低，大分子結(jié)溝改變等化學(xué) 變化。通常稱(chēng)分子量降低的作用為降解。除了少數(shù)有恿進(jìn)行的降辭以外，大名數(shù)是有害的。 因ttJDlil程大多數(shù)悄況下都應(yīng)設(shè)法盡量減少和避免高分子降解。必須嚴(yán)格腔制原林料技術(shù) 指標(biāo)，使用合怡林料；便用前對(duì)高分子進(jìn)行干煤；確定合理的Mil藝和加工條件；加工設(shè) 備和模具應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)；根據(jù)高分子的特性，特別是加iaa較高的悄況，在配方中考慮

18、使用抗氧劑、樽定劑等以msi高分子對(duì)降解的抵抗能力。3k n工過(guò)程中高分子的交聯(lián)：高分子JJDlil程，形成三絨啊絡(luò)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)稱(chēng)為交聊，通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)能制得體里高分子。 同線(xiàn)里高分子比較，體型的機(jī)離強(qiáng)Bs H熱性、訊溶劑性、化學(xué)穩(wěn)定性和制品的形狀穩(wěn)定性 等溝有所提高。加工過(guò)程大多數(shù)悄況下，高分子的交朕都是通il大分子上活性中心間的反應(yīng) 與交聯(lián)劑間的艮應(yīng)來(lái)進(jìn)行的?？梢苑譃橛坞x基交朕反應(yīng)和逐步交IK反應(yīng)。交朕反應(yīng)既可以在 大分子和低分子之間進(jìn)行，也可以在大分子之同進(jìn)行，通常至少有一種反應(yīng)物質(zhì)是線(xiàn)型高分 子。溫度、便化時(shí)間、反應(yīng)物的官能度和應(yīng)力都會(huì)影響交聯(lián)。生活中的高分子林料種類(lèi)繁多,主要有以下幾種:

19、1、聚乙烯乙烯（代號(hào)PE）是由乙烯聚合而成的高分子化合物，由于生產(chǎn)工藝中所用的壓力不同，可 分為高壓、中壓、低壓聚乙烯，它們的密度和分子量不同，性能和用途也有所不同。蹶著石 油工業(yè)的發(fā)展，乙烯來(lái)源越來(lái)越充沛，目前聚乙烯塑料已成為世界上產(chǎn)量最大的塑料品種。聚乙烯是一種無(wú)色、無(wú)味的熱塑性塑料，因?yàn)槠洳幌窬鄣蚁┧芰戏肿又泻新仍匾?及一般有毒性的添加劑，所以聚乙烯塑料是無(wú)毒性的。因此，日常生活中使用的塑料茶杯、 塑料硯、塑料水壺、食品內(nèi)裝袋等，都是用聚乙烯塑料制成。聚乙烯塑料的電絕緣性強(qiáng)而吸水率極低，所以可用來(lái)翎造各種高頤電纜、海底電纜的絕 練層和保護(hù)層。聚乙烯塑料具有W«s N水的性

20、能，聚乙烯薄般可用干溫室大棚；聚乙烯也 成絲可織漁網(wǎng)，既輕便牢固，艮不易腐左。聚乙烯塑料的化學(xué)穩(wěn)定性好，訥酸做、時(shí)腐僅， 因而在化工廠(chǎng)中，常用作原料貯存容器以及液體輸送管道。聚乙烯塑料的缺直是機(jī)械強(qiáng)度較 IK, «熱性差，一股只能在80Y以下使用。2、聚氯乙烯聚氯乙烯（代號(hào)PVC）是由氯乙烯單體聚合而成的合成高分子。聚氯乙烯是一種白色或談 黃色粉未狀柵脂,密度約14,含氯量在56% 58%左右。在聚氯乙烯M脂中加人不同的増 塑劑和榜定劑,可制得不同的硬兩聚氯乙烯和軟質(zhì)聚氯乙烯。聚氯乙烯本身是一種線(xiàn)里高分子，因?yàn)榉肿又g吸引力很大，彼此結(jié)合得緊密而目牢闔, 使得高分子鏈不能自由活動(dòng),因此質(zhì)地較硬。當(dāng)榊脂中不加或少加（10%以下）增塑劑，得到 的是便質(zhì)聚氯乙烯。硬質(zhì)聚氮乙烯密度高、具有附酸、H頤和耐腐獨(dú)的優(yōu)良性能，故常用作 化工設(shè)備的管林以及建筑用板林，如地極、天花極等。當(dāng)在柵脂中加入較多的增塑劑時(shí),便可制得軟質(zhì)聚氯乙烯，增塑劑加的越多,塑料極柔 軟。軟質(zhì)聚氯乙烯具有尊性,能耐折、U光、耐水、附氧化，故常用來(lái)制S1K電線(xiàn)色皮等。 日常生活中的聚氯乙烯制品大名是軟質(zhì)聚氯乙烯，如用pvc制作的人造革廣泛用于服裝、鞋 類(lèi)、皮箱、皮包等。如果