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高分子材料向高性能功能化发展

点击次数:1391    发布日期:2013-07-08   本文链接:http://www.pibomo.com/news/80.html

在刚刚过去的20世纪里,以塑料、橡胶和 纤维为代表的合成高分子材料走进了千家万 户。目前,这三大合成高分子材料的世界产量已 高达1.8亿吨。研究开发高性能和具有特殊功 能的高分子材料是当前高分子材料科学的主要 发展方向。顺应这种发展潮流,我国在这方面也 确定了研究重点:阻燃高分子材料、液晶高分子 材料、先进光电信息材料、导电高分子材料、磁 性高分子材料和非线性光学高分子材料等。$E 材料是现代科学技术和社会 发展的支柱,高分子材料具有许多 其它材料不可比拟的突出性能,在 尖端技术、国防建设、国民经济各 个领域已成为不可缺少的材料,并 与人们的衣、食、住、行息息相关。 高分子材料科学是一门学科交叉、 科学与工程紧密结合的学科,涉及 化学、物理、生物、医学、电子、机 械、化工、数理逻辑、计算机等多种 学科,研究范围十分广阔。 高性能功能化是方向 世界各国高分子新材料、新 技术、新原理的研究竞争激烈, 产品性能不断提高,新品种层出 不穷。如占合成树脂和塑料世界 年产量35%以上的聚烯烃,继 Ziegler-Natta催化剂和高效负载 型催化剂之后的茂金属催化剂 已逐步取代传统催化剂,具有特 殊优势性能的茂金属线型低密 度聚乙烯(LLDPE)和聚烯烃塑 性体(POP)、茂金属等规聚丙烯 (IPP)和环烯烃共聚物(COC)、茂 金属间规聚丙烯(SPP)等已进入 市场,有关茂金属聚合物的专利 已达数百项,其重要性在国际上 得到普遍共识,对合成树脂工业 将产生巨大影响。被称为“21世 纪*有前途的材料”的纳米材料 也是材料学科与工程界的研发 热点。金属、无机非金属和聚合 物的纳米微粒、纳米丝、纳米薄 膜、纳米块体以及由不同组元构 成的纳米复合材料,可以实现组 元材料的优势互补或加强,能制 得许多具有应用前景的高性能、 多功能、低成本的纳米材料,形 势喜人。 新材料是高新技术发展的 先导和基础,而新技术又为新材 料的研制提供了新的手段。研究 开发高性能和具有特殊功能的 高分子材料是当前高分子材料 科学的主要发展方向。在高分子 材料的发展过程中,先后出现的 具有重要价值的高分子功能材 料有:导电高分子材料、有机高 分子磁性材料、介电高分子材 料、高分子光导材料、高分子太 阳能转换材料、高分子驻极体、 高分子压电材料、高分子透明材 料、高分子非线性光学材料、高 分子光导纤维、高分子固体电解 质、高分子烧蚀材料、高分子液晶 材料、缓释高分子材料、高分子减 阻剂、生物降解高分子材料、生物 医学高分子材料、离子交换树脂、 高分子阻尼材料、高分子摩擦材 料、高分子形状记忆材料、高分子 隐身材料、高分子催化剂、高分子 封装材料等。 高分子材料制品的质量取 决于材料的选择和成型加工条 件。高分子材料成型加工是一门 学科交叉、科学与工程紧密结合 的学科。其主要任务是:了解材 料的特性,确定*适宜加工条 件,制取**性能产品;为合成 具有预期性能的聚合物和助剂 提供理论依据;提高制品性能, 为高新技术的突破提供关键材 料。 目前,成型加工这一学科前 沿研究方向是:研究在加工工程 中材料结构的演变,通过反应性 加工实现预期的材料结构;与辐 照、力化学、电磁振荡等物理技 术结合,建立高效、清洁的聚合 物加工新方法;聚合物纳米材料 的制备和加工新技术;加工过程 中定量化,计算机模拟、工程优 化、结构预测的研究;加工过程 和材料结构变化的在线检测,可 视化研究;废弃高分子材料的回 收利用。 高分子材料等待创新 我国高分子材料工业从上世 纪70年代末开始得到很大发展, 但与国外高分子材料的生产与应 用相比,我国在高分子材料的改 性和新型特种材料的研制、成型 加工技术以及设备、设计及制品 开发等方面有明显差距。例如产 品品种单一,专用料少;生产成本 高,加工应用研究力量薄弱;合成 技术进步慢,产品缺乏国际竞争 力。我国是人口大国,对三大合成 材料需求量大,自给率低,不能满 足市场需要,大部分**产品依 赖进口。因此,我国亟须用新技 术、新原理拓宽高分子材料的新 领域。 通用高分子材料新技术、新 原理的研究:高分子材料品种成 千上万,并不断涌现新品种。但 绝大多数高分子材料是由为数 不多的几种常规单体制得,如 占高分子材料总量30%的聚烯 烃即是由乙烯或烷基取代乙烯 聚合而成。研究采用先进技术 实现通用高分子材料的高性能 化、多功能化是一个重要手段。 如研究外场与高分子材料的相 互作用,采用先进、高效、无污 染的物理技术实现高分子材料 高性能化、多功能化;研究温度 场作用下,高分子材料结构性 能的变化,研究与力场、电磁场 相关的温度场的特点,建立具 有瞬时性、均匀性、三维性、选 择性温度场特性的物理改性方 法等。 高性能和功能高分子材料 的研究:研究重点主要在阻燃 高分子材料、液晶高分子材料、 先进光电信息材料、导电高分子 材料、磁性高分子材料和非线性 光学高分子材料等。 发展纳米复合新技术:聚合 物与无机粒子复合可以实现材 料的优势互补,制备高新技术迫 切需要的声、光、电、磁、力学和 热功能材料,是材料科学工作者 追求的目标。其难点是解决如何 有效控制不同性质纳米粒子在 其基体中的分散和定位问题,需 要发展超声辐照、微波辐照、微 乳液聚合和分子自组装等纳米 复合新技术。 油田开发用高分子材料: 采用超声波、微波辐照、高分子 复合等新方法制备多元结构与 超分子结构的聚合物,为油田开 发提供新材料、新技术。研究油 田开发用高分子材料组成、结 构、形态与其性能的关系,在地 层条件下的变化,为新材料的分 子设计与制备提供依据;探讨油 田高分子材料在稀溶液中的大 分子形态与超分子结构的聚集 态、流变行为,在多孔介质中,高 温、高盐、高压及剪切作用下的 变化规律,为油田开发应用提供 参考。 聚合物成型理论和技术: 大多数聚合物需要经过加工才 能形成制品,对材料的研制和改 性而言,加工和聚合具有同等的 重要性,研究水平的高低直接影 响高分子材料工业的发展。如研 究高分子材料结构不均匀性对 加工流变性的影响;研究高分子 流体的应力松弛特征和不稳定 流动;研究多组分多相高分子复 杂流体的非平衡态和凝聚行为; 研究高分子流体在流动过程中 结构的形成、变化和发展;研究 高分子流体在力场作用及非常 规外场作用下的结构变化、化学 流变行为及力学反应自增强机 理,建立基于高分子力化学和化 学流变学的新型加工技术,研制 新型加工设备;研究复杂形态设 备中高分子流体的复杂流动,建 立和发展对非等温、非稳态、可 压缩高分子流体的在线检测和 计算机模拟技术。 $T徐僖:中国科学院院士,长期从事高分子材料领域的科研和教 学工作,是我国在该学科领域的开拓者和奠基人之一,现任四川大 学高分子材料研究所所长。1953年创建了我国**个塑料专业; 1964年创建了我国高校**个高分子研究所;1981年被评为我国 首批博士生导师;20世纪90年代初在四川大学建成我国高分子材 料学科**个拥有博士点、重点学科、国家重点实验室和博士后流 动站四位一体的科研和高层次人才培养基地。$E $F背景$E $T合成高分子材料的发展历史 1909年,美国Baekeland发 明的酚醛树脂是用化学合成的 方法得到并被实际应用的** 个合成高分子材料。 1920年,德国科学家Staudinger 提出高分子的长链分子概念后,开 始了用化学合成的方法大规模制 备合成高分子材料的时代。 1935年,英国帝国化学公司 (ICI)开发出高压聚乙烯,因其极低 的介电常数而在第二次世界大战 期间用作雷达电缆和潜水艇电缆 的绝缘材料,此后得到广泛应用。 1940年,美国杜邦公司推 出尼龙纺织品(如尼龙丝袜),因 其经久耐用而在当时的美国和 欧洲风靡一时,而尼龙66纤维 制造的降落伞,更是大大提高了 美国军队在第二次世界大战中 的作战能力。 20世纪中叶,石油化工的发 展虽然得到了许多可供合成高分 子材料工业使用的原料,但其中 的许多原料却不能被当时已有的 高分子合成反应和技术所接受。 1953年,德国科学家 Ziegler和后来的意大利科学家 Natta,发明了配位聚合催化剂, 大幅度地扩大了合成高分子材 料的原料来源,得到了一大批新 的合成高分子材料,使聚乙烯和 聚丙烯这类通用合成高分子材 料走入了千家万户,确立了合成 高分子材料作为当代人类社会 文明发展阶段的标志。 20世纪70年代中期,美国 科学家Heeger、MacDiarmid和日 本科学家白川英树的一项发现, 改变了高分子只能是绝缘体的 观念。他们在塑料导电研究领域 取得突破性的发现,具有光、电、 磁活性的导电聚合物成为对物 理学家和化学家都具有重要意 义的研究领域。

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