1.3　高聚物材料配方设计的基本原则

高聚物材料配方设计绝不是各种聚合物和助剂之间简单地、经验性地组合，而是在对聚合物材料结构与性能关系充分研究基础上综合的结果。一个好的高聚物材料配方设计绝不仅仅局限于配方组合，它还涉及成型加工工艺设计及成型设备的选型，制品的外观设计及结构设计、模具设计等。而配方设计是其核心部分，只有好的配方设计，再加上其他要素的配合，才能获得好的产品。

高聚物产品设计是在对产品形状、结构和使用性能进行科学预测和判定的前提下，通过充分把握并正确选用聚合物材料，确定出一套完整制品制造过程的实施方案和程序。

产品设计必须贯彻“实用、高效、经济”的原则，即产品的实用性要强、成型加工工艺性要好、生产效率要高、成本要低，可满足持续发展的要求。然而，由于可选择的高聚物品种、牌号的多样性，可采用的成型加工工艺和成型设备的可变性以及制品应用领域的特殊性，尤其是高聚物材料具有金属材料、无机非金属材料所没有的独特性能，如黏弹性、受使用条件和环境影响的因素以及静态力学性能与动态力学性能较大的差异性等。产品设计者只有透过现象并抓住本质，深刻认识产品设计与高聚物的性能、成型加工工艺的密切相关性，利用成型加工技术对材料结构与性能进行调节，才能充分发挥材料的功能，以较小的材料和能源消耗，获得优异的产品。高聚物配方设计需遵循以下基本原则：

（1）用途　根据用途确定制品应具备的性能特点、载荷条件、使用环境、成本限制、适用标准等，这是至关重要的一环。结构影响功能，这在高聚物产品中也得到充分的体现，不同的使用场合要求产品具有对应的结构特点，进而也会影响产品的总体成本，包括原料选择、加工方法和助剂的选择等。比如，需要制备航空航天用高聚物复合材料时，需选择高性能树脂和高性能增强纤维，如碳纤维等；而制备日常用高聚物复合材料时，只需选择普通聚合物树脂和常规增强纤维，如玻璃纤维等。

（2）各组分间的相容性　在选择高聚物和助剂时需充分考虑各组分之间的相容性，只有具有良好的相容性，所制备的产品才具有较好的稳定性。如果所选材料为非选不可而其相容性又不是很好时，必须通过增容的方法来提高各组分间的相容性。这就好比用水泥来提高石头和沙子之间的相容性一样，增容剂能为高聚物与高聚物之间或高聚物与助剂之间提供良好的相容性。

（3）成型加工性能　不同的高聚物具有千差万别的性能，配方设计时也需考虑不同聚合物的加工性能。结晶型高聚物可优先选择熔融加工方法，而一些非晶高聚物或没有固定熔融温度的高聚物可能就不得不选择溶液加工方法。还有一些高性能高聚物，其熔融温度非常高而且适合的溶剂也很少，这将对加工过程造成很大的限制，选择这类高聚物时也需特别注意，因为加工过程的复杂性会带来额外的成本。加工性能的另外一个影响因素是助剂的稳定性，所选助剂必须在加工条件下有足够的稳定性，如熔融加工时，助剂在高聚物熔融温度下能够稳定存在才能在最终的产品中稳定存在。而在采用溶液加工方法时，需考虑助剂在所选的溶剂中是否有足够的溶解性，能否均匀稳定地分散在高聚物的溶液体系中。

（4）来源与成本　选用的原材料来源容易，产地较近，质量稳定可靠，价格合理。此外，还需要根据产品的透明性要求、毒害性要求等全面考虑。比如有的产品需要较高的透明性，则选择的高聚物需具有较好的光线透过率，同时助剂的添加不能过多地影响产品的透明性；而对于医疗和生物产品，还需要特别考虑高聚物和助剂的毒害性，如制备婴儿接触类产品时不能选用含双酚A类物质的高聚物。