一、认识高分子材料

随着生产和科学技术的发展，人们不断对材料提出各种各样的新要求。高分子材料的出现逐渐满足了人们的需要，并对人类的生产生活产生了巨大的影响。高分子材料是以高分子化合物为基础的一大类材料。高分子材料一般由几千、几万甚至几十万的原子构成，其分子量以几万、几十万甚至几亿来计算。天然高分子材料分布在生活的各个角落，如我们平时接触到的蚕丝、木材等都属于高分子材料。

根据来源不同，高分子材料分成天然高分子材料、合成高分子材料、改性高分子材料。天然高分子材料指的是自然界中本身存在的高分子化合物。如我们平时衣食住行中的棉花、蚕丝、淀粉、天然橡胶等多属于天然高分子材料。合成高分子材料是指通过化学方法将小分子化合物聚合而成的化合物。如我们生活中的合成橡胶、塑料、纤维、黏合剂等都属于合成高分子材料。1870年，美国人Hyatt用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料，是有划时代意义的一种人造高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，真正标志着人类应用合成方法有目的的合成高分子材料的开始。1953年，德国科学家Ziegler和意大利科学家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。现代，合成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。改性高分子材料指的是由于高分子应用领域的不断扩展，通过交联、填充、共混等改性方法对常规高分子材料进行改性而成的材料。如硝化纤维素、橡塑共混材料等。

按照高分子材料的物理形态和用途来分，可分为塑料、纤维、黏合剂、涂料、聚合物基复合材料、聚合物合金、功能高分子材料、生物高分子材料等。

塑料是以高分子量合成树脂为主要成分，在一定条件下（如温度、压力等）可塑制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。塑料都以合成树脂为基本原料，并加入填料、增塑剂、染料、稳定剂等各种辅助料而组成。按照受热时的行为，塑料分为热塑性塑料（加热时变软以至流动，冷却变硬，这个过程可以反复进行）和热固性塑料（第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应——交联固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了）；按树脂合成时的反应类型，塑料分为聚合型塑料（单体的双键在合成时打开生成新的键，反应过程中无低分子产物释出）和缩聚型塑料［树脂是由缩聚反应制得，这种树脂一般是由含有某种官能团（一般最少含有两个官能团）的单体，借官能团之间的反应使单体连接起来而形成的］；按性能和应用范围，塑料分为通用塑料（生产量大、货源广、价格低，适于大量应用的塑料）、工程塑料（性能突出，生产量小，价格较昂贵的塑料）和特种功能塑料（具有某种特殊功能，适于某种特殊用途的塑料，例如用于导电、压电、热电、导磁、感光、防辐射、光导纤维、液晶、高分子分离膜、耐摩擦磨损用途等塑料）；按照分子链的形态，塑料分成无定形塑料（分子链不会产生有序的整齐堆砌形成结晶结构，而呈现无规则的随机排列，在纯树脂状态，这种塑料是透明的）和结晶性塑料（一般所谓的结晶性塑料，实际上都是半结晶的，树脂大分子链排列呈现出无定形相与结晶相共存的状态。成型条件对结晶度和晶态结构有明显影响，从而对制品性能有明显影响）。

橡胶是一类线型柔性高分子材料，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大变形，除去外力后能够迅速恢复原状。它的特点是在很宽的温度范围内具有优异的弹性，所以又称弹性体。橡胶按照来源可以分成天然橡胶（它采集橡胶树或者橡胶草等含胶植物中的胶汁，经过去杂质、凝聚、液压、干燥等加工步骤而制成的，其主要成分是异戊二烯）和合成橡胶（各种单体经聚合反应合成的高分子材料）两大类，其中天然橡胶占1/3，合成橡胶占2/3；按照性能和用途，橡胶可以分为通用合成橡胶（产量大、应用广、在使用上一般无特殊性能要求的橡胶）和特种合成橡胶（具有特殊性能和特殊用途，能适应苛刻条件下的合成橡胶）；根据橡胶的物理形态，橡胶分成生胶（天然采集、提炼或者人工合成，未加配合剂而制成的原始胶料）、软橡胶（在生胶中加入各种配合剂，经过塑炼、混炼、硫化等加工过程而制成为具有高弹性、高强度和其他实用性能的橡胶产品）、硬橡胶（与软橡胶相比，其生胶中含有大量硫黄，经硫化而制成的硬质制品）、混炼胶（在生胶中加入各种配合剂，经过炼胶机的混合作用后，使其具有所需要的物理机械性能的半成品）、再生胶（以废旧轮胎和其他废旧橡胶制品为原料，经过一定的加工过程而制成的具有一定塑性的循环可利用橡胶）。

纤维是指能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或者丝状的高分子化合物。纤维是一类发展比较早的高分子材料，如棉花、蚕丝、麻等属于天然纤维。随着化学反应、合成技术和石油化工工业的不断发展，出现了人造纤维和合成纤维。人造纤维是以天然高分子化合物为原料，经过化学处理和机械加工制成的纤维，常见的人造纤维有黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维、蛋白质纤维。合成纤维是用低分子化合物为原料，通过化学合成和机械加工而制得的均匀线条或丝状高聚物，常见的合成纤维有涤纶、锦纶、腈纶、氨纶和丙纶。

涂料是指用特定的施工方法涂覆到物体表面后，经过固化使物体表面形成美观而具有一定强度的连续性的保护膜，或者形成具有某种特殊功能涂膜的一种化工产品。涂料是多组分系，主要有三种组分：成膜物、颜料和溶剂，其中成膜物是关键。目前涂料的主要成膜物分为有机成膜物质和无机成膜物质，而有机成膜物又以树脂为主，如虫胶、松香、硝化棉、酚醛树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯等。

黏合剂是一种混合料，由基料、固化剂、填料、增韧剂、稀释剂及其他辅料配合而成。其中基料是黏合剂的核心。常用的基料有天然聚合物、合成聚合物和无机化合物三大类。一般来说，分子量不大的高分子都可以作为黏合剂。比如说热塑性树脂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚丙烯酸酯、聚酰胺等；作为黏合剂的热固性树脂有环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯等；作为黏合剂的橡胶有氯丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、聚硫橡胶等。

聚合物基复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的材料组成，并且具有复合效应的多相固体。以聚合物纤维基复合材料为例，具有比较高的比强度和比模量，可以和常用的金属材料进行比较，力学性能相当出色。其抗疲劳强度好，纤维与基体的界面能够阻止裂纹的扩展，在破坏前有明显的征兆。减震性能好，其振动阻尼很高。耐高温，适宜做烧蚀材料。安全性好，纤维数量大，材料超载时载荷可以重新分配到其他纤维上。成型工艺简单，可设计性强。

聚合物合金指的是把两种或两种以上聚合物按一定的方式组合起来形成的不同于原组分聚集态结构与性能的新材料。聚合物合金有很多种类型，但一般指塑料与塑料共混以及在塑料中掺混橡胶的共混物，可称为塑料合金。塑料合金由于冲击强度大幅度提高，也可以称为橡胶增韧塑料。按照聚合合金制备过程中是否发生化学反应分成物理共混及化学共混。