第1章 高聚物配方设计原理与应用概述
1.1 高聚物材料配方设计的意义
到目前为止，已投入工业化生产的高聚物不下几百种，而且每年都有新的高聚物品种不断出现。但是，在设计具体的高聚物材料制品时，很少有一种高聚物能完全满足制品的性能要求。因此，对高聚物进行改性是十分必要的，这样可使高聚物获得原来不具有的性能。
高分子科学家通过配方设计开发出各种高聚物制品，极大地丰富了高聚物在各个领域的应用，包括纤维、塑料、橡胶、涂料、胶黏剂、聚合物基复合材料等。
高聚物配方是指为达到某种目的，在高聚物中混入其他物质而形成的复合体系。高聚物配方设计是指选择在高聚物中加入何种添加剂，并确定其加入量大小的过程。高聚物配方设计是选择合理配方的必要手段。更深一层意义上的高聚物配方设计还包括温度、压力、外力、结晶、反应等的条件控制，以便最终高聚物材料产品具有特殊的结构和性能。例如，类似的结晶聚合物配方，当采取不同的退火/淬火条件时，得到的高聚物结晶产物在结晶度、晶型和晶粒大小等方面具有完全不同的结构和性能。因此，聚合物配方设计不能离开加工条件单纯讲配方。在讨论聚合物配方设计时，有必要重申以下因素对材料性能的影响：
①制样条件（如成型方法、成型条件、试样形状等） 例如，当采用注射成型、挤出成型和模压成型制作试样时，成型压力依次递减，试样的分子取向程度也依次递减，结果性能也不同。又如，注射成型时，料筒和模具的温度越高，试样分子取向的程度越低。而对于薄的试样，由于表面层所占的比例较大，其对拉伸强度等的影响比厚试样的大。结晶型高分子成型条件不仅影响分子取向，而且也影响结晶性，所以对性能的影响较显著。
②性能的测试条件（如升温速度、作用力的形式及速度等） 通过改变升温速度和作用力形式及速度，在没有发生相态变化的情况下，可以改变聚合物分子运动的方式，聚合物的物理性能会发生很大变化。一般来说，升温速度越快，玻璃化温度（玻璃化温度为玻璃化转变温度的简称，以下全书同）Tg越高，促进链段的运动；升温速度越慢，玻璃化温度Tg越低，阻碍链段运动。当作用力的形式为张应力时，促使链段发生运动，从而使Tg降低，张应力越大，Tg降低越多；当作用力的形式为围压力时，压力的增大使自由体积减小，所以随着压力增大，聚合物Tg提高。作用力速度较快意味着作用力作用时间短，因此只有当链段松弛时间较短时才会发生玻璃化转变，所以只有在较高温度下才能发生玻璃化转变。作用力速度较慢时，在较低温度下即可发生玻璃化转变。因此，性能测试条件如作用力形式、作用力速度、升温速度等也是值得注意的影响因素。
③外界因素（如温度、湿度、使用环境及光的波长等） 如耐热性受氧的影响大；耐候性受光，尤其是紫外线的影响显著。因此，一方面，聚合物制品对性能的要求是多方面的，也是千差万别的；另一方面，测定性能是受制样条件、测试条件及外界因素等影响的。
作为从事聚合物材料成型加工的技术人员必须了解上述影响因素，并在聚合物制品和聚合物配方设计时充分考虑这些影响。