高分子生物医用材料

高分子生物医用材料（精选8篇）

1.高分子生物医用材料 篇一

2012生物医用高分子材料课程

课堂报告题目

1.生物玻璃研究进展 2.生物陶瓷研究进展

3.碳素材料在生物材料领域的研究进展 4.金属材料在生物医用材料中的应用研究进展

5.形状记忆合金的种类、特性以及在生物材料领域的用途 6.膨体聚四氟乙烯在生物医用材料上的应用研究进展 7.硅胶在生物医用材料上的应用研究进展 8.聚氨酯在生物医用材料上的应用研究进展

9.胶原和明胶的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况 10.透明质酸的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况 11.壳聚糖、甲壳素的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况

12.海藻酸钠的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况 13.聚乳酸可生物降解材料研究进展 14.聚碳酸酯可生物降解材料研究进展 15.美容整形材料的种类及应用研究进展 16.牙科粘结材料的种类及应用研究进展 17.医用敷料应用研究进展 18.医用手术缝线应用研究进展 19.人工角膜研究进展或角膜接触镜研究进展 20.骨科材料应用研究进展 21.人工血管应用研究进展

22.先天性心脏病治疗用封堵器的研究应用进展 23.组织工程材料研究进展 24.药物控制释放材料研究进展

25.智能材料在生物医学上的应用（比如环境敏感水凝胶等）26.靶向高分子材料在生物医学领域的研究应用进展 27.超支化聚合物在生物医学领域的研究应用进展 28.树形高分子在生物医学领域的研究应用进展

注意事项：

 文件命名方式为：姓名+班级（09材化1或09材化2）+题目，一定不要提交新建文件或者演示文稿这样的名字啊，不然我要一个个改文件名，太焦躁了。

 2人同一个题目，从1班到2班按照学号顺序选题，也可选这28题以外与生物材料相关的内容题目。要求文件长度为20页以上。不要直接将网上下载的PPT文档原封不动交上来！直接拷贝粘贴PDF文档也会存在很多错误，请修改。最好选用网上一个比较好的专业模版，这样会让你的报告文件提升一个档次，大家各显神通吧，期待你们精彩的作业。

 第7周周五之前上传到班级群共享，第九周至第十周开始报告。报告人从完成质量良好的的作业中选出。

 这个算作平时成绩，占平时成绩的50%，谢谢大家认真完成。

2.高分子生物医用材料 篇二

生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分,它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多,主要包括:塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展,这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等,都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用,因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical high polymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来,用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科。它涉及到化学、物理学、生物化学、高分子化学与工艺学、生物物理学、药物学、制剂学、解剖学、病理学、基础医学与临床医学等很多学科。因此,医用高分子又是一门交叉学科。

据1996年12月美国健康工业制造者协会的资料表明,1995年世界医疗器械市场己达1200亿美元,美国达510亿美元,相当于美国半导体工业的产值,而医疗器械市场份额的60%以上来源于生物医学材料和医用植入体。随着人口的老龄化,现代工业、交通和体育事业的发展,人们对于生物医学高分子材料及其制品的需求量日益增大。预计21世纪初生物医学高分子材料及其制品的发展将成为国民经济的支柱产

2 生物医用高分子材料的基本要求

医用高分子材料,是指在医学上使用的高分子材料。其对于挽救生命、救治伤残、提高人类生活质量等方面具有重要意义。能被应用到医疗器械领域的高分子材料对其性能要求十分苛刻,主要要求为:(1)生物相容性。生物相容性是描述生物医用材料与生物体相互作用情况的。是作为医用材料必不可少的条件,包括血液相容性,组织相容性,生物降解吸收性。(2)生物功能性。生物功能性是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化学性质,具体有:可检查、诊断疾病;可辅助治疗疾病;可满足脏器对维持或延长生命功能的性能要求;可改变药物吸收途径;控制药物释放速度、部位、满足疾病治疗要求的功能等。(3)无毒性。无毒性即化学惰性。此外,还应具备耐生物化,物理和力学稳定性,易加工成型,材料易得、价格适当,便于消毒灭菌;以及还要防止在医用高分子材料生产、加工过程中引入对人体有害的物质。

对于不同用途的医用高分子材料,往往又有一些具体要求。在医用高分子材料进入临床应用之前,都必须对材料本身的物理性能、机械性能以及材料与生物体或人体的相互适应性进行全而评价。通过评价之后经国家管理部门批准才能临床使用。

3 硅橡胶在医疗上的应用

橡胶表现出疏水性、耐氧化以及抗老化性。此外,在正常使用温度(250度以下)不发生裂解、氧化等反应,故又具有优异的耐热性,可用作医疗器械、人造脏器和药物缓释体系。对人体有良好的生物相容性。正因为硅橡胶具有以上的特点,从而成为典型的医用高分子材料并获得广泛的应用。

硅橡胶模拟制品可长期埋置于人体内作为人体内某个部位不可缺少的元件。包括脑积水引流装置、人工肺、视网膜植入物、人工脑膜、喉头、人工手指、手掌关节、人造鼓膜、牙齿印膜及托牙组织面软衬垫、人工心脏瓣膜附件、人工肌腱以及用于消化系统和妇外科制品的各种导管等。脑积水引流装置是最旱的硅橡胶植入物,上世纪50年代开始被成功地应用于医疗方面,至今为止,硅橡胶仍是这一装置的惟一材料。人造鼓膜的研究,最早开始于1960年,是将结构类似于人体鼓膜的硅橡胶薄膜贴补在穿孔的鼓膜上。复合人工脑膜用于修补外伤性硬脑膜缺损及因切除肿瘤在硬脑膜的基蒂或浸润区所造成的硬脑膜和硬脊膜缺损。1963年,硅橡胶人工指关节推向市场。1964年,开发出人工心脏瓣膜产品。但由于硅橡胶的异物效应仍不能全部消除,容易引发癌症,因此有逐渐被代用的趋向。

硅橡胶在整容和修复方面也有很广地应用。如:人工颅骨的修复,在用尼龙、聚醋纤维等增强后作人造皮肤,提高视力的隐性眼镜,修补面容的缺陷,修补前额、鼻、下颌、颈部,治疗外耳的缺损,以及争议较大的人工乳房等。

在医疗器械方面,硅橡胶可作为导管短期置入人体的某个部位,作为抢救和治疗各种病例的重要辅助材料和手段。如:为肝功能不全、肠瘘、烧伤等病人进行补液用的静插管,为急慢性功能衰竭病人解除药物中毒的动静外瘘管和腹膜透吸管,以及导尿管、输液管、泄压管、胸腔引流管、中耳炎通气管、洗胃管、灌肠器等一次医疗用品。此外,硅胶材料还可用于人工心肺机、膜式人工肺、胎儿吸引器吸头、医用电极板基质及生物传感器包装材料等。

硅橡胶还可作为消泡剂治疗某些疾病。如:用于抢救急性肺水肿,可迅速疏通呼吸道,改善缺氧状况,减少或避免因泡沫阻塞气流通过而导致的窒息死亡;感冒咳嗽患者服用含硅油的糖浆可有效减少支气管分泌液起泡,使咳嗽大为减弱等。

4 聚氯乙烯(PVC)在医疗中的作用

PVC是常用医用高分子材料之一,可以制成贮血袋、输液(血)器具、导液管、呼吸面具、肠道和肠道外营养管、腹膜透析袋、体外循环管路、膜式氧合器和血液透析管路、各种医用导管等一次性医疗用品。其给治疗护理带来诸多方便,并能防止交叉感染,在临床上广泛使用,但它存在着一些不可忽视的弊端。如药物吸附、增塑剂毒性等。此外,由PVC塑料制成的输液管、包装袋、血袋、呼吸面具、食品袋等产品对人类发育和繁殖有害。

鉴于上述原因,目前各国都在从事PVC改性、替代材料的研究开发。最近一些发达国家研究开发了几种热塑性弹性体,用于医用制品的原材料,效果令人满意。例如:美国壳牌公司研制的SEBS热性弹性体;美国啕氏化学公司于1944年采用茂金属催化技术合成的乙烯一辛烯共聚物,称之为聚烯烃弹性体。此外,超低密度聚乙烯(VLDPE)在医疗器械方面作为聚氯乙烯的替代品之一也用于输液器具的生产。近年来,由美国Unichem公司生产的一种邵尔A型硬度为35-65度的医用高弹性聚氯乙烯混料,也较广泛地应用于医疗领域。该混料与通常的聚氯乙烯不同之处在于其具有内在的高弹性和优异的形状记忆能力,即当外界压力除去之后能快速地回复到原来的形状。是用于制造需反复夹紧和松开的医疗器械配套软管,理想且廉价的选用材料,如可用于制作医用蠕动泵软管。该混料为白色或半透明状,且易于着色,可经受杀菌处理,适用于制作美国药典中的第6大类医疗用品。

目前,上海氯碱化工股份有限公司已成功研制出了医用级聚氯乙烯树脂,并通过国家级鉴定。该种树脂的成功开发,标志着主要用于制造输血器材的聚氯乙烯树脂有了可靠的国产替代品,拓宽了聚氯乙烯树脂的应用领域,满足了国内医用塑料制品行业的市场需求,为“绿色PVC制品”提供了可靠的原料。这对规范医用聚氯乙烯制品市场,推进行业技术进步,保障人民身体健康都具有重要的意义。

5 聚氨酯弹性体在医疗中的作用

从上世纪50年代聚氨酯首次应用于生物医学起,四十多年来,聚氨酯弹性体在医学上的用途日益广泛。1958年聚氨酯首次用于骨折修复材料,而后又成功地应用于血管外科手术缝合用补充涂层。70年代开始,聚氨酯作为一种医用材料己倍受重视。到了80年代,用聚氨酯弹性体制造人工心脏移植手术获得成功,使聚氨酯材料在生物医学上的应用得到进一步的发展。

具有记忆功能的聚氨酯称为室温形状记忆性聚氨酯,工作原理是利用其硬段和软段二相间的玻璃化温度的差别来实现形状记忆过程。它可用于制作各种矫形、保形用品。如:牙科矫形器、肾科矫形器、绷带、乳罩、腹带等。其可以先做成所希望的形状,在使用时再加热使其恢复原有形状,从而达到预期的效果。

形状记忆聚氨酯的应用前景非常广阔,但其成本相对高,加工性差,实现通用化的难度依然很大。从其发展而言,改善其恢复性形状温度的精确性,应为研究的重点。只有准确地恢复温度,形状记忆制品才有使用性。

目前,热塑性聚氨酯弹性体(TPU)在医疗卫生领域的开发,正向生物工程、细胞工程、免疫工程等方而迅速发展。从长远看,组织工程是生物医学工程领域一个快速发展的新方向.这门交叉科学的核心是应用生物学和工程学的原理和方法来发展具有生物活性的人工替代品用以维持、恢复或提高人体组织功能。因此,为了获得更长远的发展,必须对聚氨酯这种生物材料进行改性,才能适应组织工程的发展。

由于价格的原因,在医用合成材料中,聚氨酯只占小部分份额。美国等国家的应用聚氨酯材料早己商业化。新材料、新用途仍在开发中。国内也有不少从事过或正在从事医用聚氨酯的应用,如:中山大学、上海橡胶制品研究所、江苏省化工研究所等。但推广应用不够、影响不大,与发达国家相比差距很大。因此,国内应该加强该方而的研究和推广应用,使医用聚氨酯的应用前景更加广阔。

聚氨酯弹性体能广泛应用于生物医学,与它所具有的优异性能是分不开的。其主要性能为:(1)具有优良的抗凝血性能;(2)毒性试验符合医用要求;(3)临床应用中生物相容性好,无致畸变作用,无过敏反应,可解决天然胶乳医用制品存在的“蛋白质过敏”和“致癌物亚硝胺析出”两个问题,从而成为许多天然胶乳医用制品的更新换代产品;(4)具有优良的韧性和弹性,加工性能好,加工方式多样,是制作各类医用弹性体制品的首选材料;(5)具有优异的耐磨性能、软触感、耐湿气性、耐多种化学品性能;(6)能采用通常的方法灭菌,暴露在r射线下而性能不变,可适合于所需的医疗环境。由于其突出的物理机械性能、良好的生物相容性和血液相容性以及方便的加工工艺,在医学上有着广泛的应用,尤其近30年来开发出的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)更是受到普遍的关注,其应用范围不断扩大,得到医学界的肯定。

目前,全世界每年有1.6万吨的TPU用于制作医疗器具。TPU医用制品种类繁多,涉及临床各科室,主要应用领域包括:(1)植入制品。主要有人工心脏、人工心脏瓣膜、人造血管、血管修补片、主动脉内反博气囊、输血泵、人工硬脑膜、人造颅骨、骨粘合剂、计划生育输精管栓塞、介入栓塞材料等。(2)导管类制品。如J型导管(猪尾巴管)、血液透析插管(分短期、长期两种)、中心静脉留置导管、肝胆引流导管、胃镜软管、肠造痰管、胃肠营养管、膀胱测压管、化疗泵管、介入造影导管、微导管、热稀释气囊漂浮导管、导管鞘等。(3)膜类制品。医用手术膜、透明敷料膜、人造皮肤、医用防护服、避孕套、医用手套、冷敷冰袋、血浆袋、血栓捉捕器等。此外,聚氨酯还可用于导丝表面涂层、医用绷带、假肢材料、组织工程材料、药物缓释材料、隐形眼睛材料等。

6 展望

生物技术将是21世纪最有前途的技术,医用高分子材料将在其中起到重要的作用,其性能将不断提高,应用领域也将进一步拓宽,尤其在医疗卫生领域。其未来发展可概括为四个方面:一是,生物可降解高分子材料的应用前景更加广阔。其中医用可生物降解高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到广泛的重视,它在缓释药物、促进组织生长的骨架材料方面具有极大的发展潜力。尤其是可对生物降解型聚合物进行物理和化学修饰,研发出适合于不同药物的聚合物基材料,使之达到理想的控制释放效果;二是,复制具有人体各部天然组织的物理力学性质和生物学性质的生物医用材料,达到高分子的生物功能化和生物智能化,是医用高分子材料发展的重要方向;三是,人工代用器官在材料本体及表面结构的有序化、复合化方面将取得长足进步,以达到与生物体相似的结构和功能,其生物相容性也将明显提高;四是,药用高分子和医药包装用高分子材料的应用将会继续扩大。

3.全局把关,智取生物高分 篇三

笔者根据自己多年的任教经验，对如何做好2012年高考生物复习特提出如下建议。

一、从2011年四川省高考生物试题的特点分析说起

试题命制立足于教材，考查考生综合运用高中教材中生物学科的专业名词、专有术语、解决问题的能力。总体上更注重对生物学科基础知识、实验能力、逻辑推理能力的考查，没有出现难、深、偏、怪的现象。应该说考生入手容易，但想要获得高分则有一定的难度。

(一)紧扣人教版高中生物教材，突出核心知识

试题重点考查了新陈代谢、遗传变异、生物与环境等学科主干知识，在命题素材的取舍上，有意识选取了近几年四川卷涉及较少的内容，如神经传导和传递机制、染色体结构变异等，通过这种方式扩大知识覆盖面，实现主干知识的全面覆盖。

(二)重视能力——实验能力考查，拓展命题类型

选择题部分难度梯度非常明显，前3题注重对知识记忆的考查，4、5两个试题则要求学生在知识记忆的基础上进行一定的分析，才能得出正确答案。较好的体现了选拔功能。

非选择题均采取了分步设问、分层递进，分步给分的设计，有效降低试题的难度，提高了区分度。实验题的考查与实际生活贴近，同时又很好地和高中生物知识结合起来，要求学生具备良好的生物科学素养和严谨的实验思维。有关动物生理(30题II)、遗传试题(31题II)往往是考生较为“恐惧”的，但考生只要冷静思考，还是能取得较为理想的分数。此类题具有很强的选拔性。

二、高2011级理科考生应考薄弱环节探究

[广大考生常见的失分情况]

审题不清，信息获取能力欠缺

混淆概念，二次整合能力欠缺

规范意识差，书写随意

思维定势，应变能力或创新思维欠缺

[阅卷场上什么样的答卷容易得高分]

简明扼要，紧扣要点，是多得分的关键

答出技巧，让人满意，是多得分的有效途径

重在理解，勇于作答，是多得分的可靠保证

答题条理化、尊重考卷、用词规范、解答清晰

同学们对生物学科学习的态度、总体成绩参差不齐，差异很大；课后的复习消化不及时，时间分配利用不尽合理。考试时挑题(挑物理)、选题做(选物理)，因做题速度和效率方面的不理想，对做生物部分的试题仍有一定的影响。具体表现在：

(一)生物学基础知识不牢固，知识网络不完整

基本概念、基本知识的掌握不到位，以致常见的生物学专有名词写错。

(二)能力缺陷

1.理解能力不强。有些考生不能把握所学知识的要点和知识之间的内在联系，对生物学概念的内涵理解有偏差。

2.获取信息的能力有待提高。

3.理论联系实际，综合运用所学知识解决自然界和社会生活中的有关生物学问题的能力较差。理解与综合运用能力是科学素养最根本的核心要素，是生物科高考大纲里的最高能力要求。

4.书面表达能力低下，思维的严谨度不强，不能准确表达意思。

5.实验与探究能力较薄弱。

(三)应试能力不高

考试心理对考生的临场表现具有潜在的影响。考生常见的应试问题有：

1.书写潦草，错别字多，经常无谓失分。

2.审题不细，大意失分。审题时把关健词遗漏掉，或者是看不清题干的主要目的。

三、2012年高考生物复习建议

(一)依据教材，学习考纲，指导复习

广大教师和同学要根据2012年教育部制订的《考试大纲》以及教育部颁布的《普通高等学校招生统一考试说明》明确和确定考试复习范围。

高度重视教材，把握知识的发生、发展过程。教材是考纲的具体体现，是高考命题的题目来源。生物学知识大多是通过实验归纳总结出来的，应注重知识的发生、发展过程，将知识的发生、形成、探索过程搞清楚，理清知识的来龙去脉，挖掘基本知识的内涵，做到举一反三、触类旁通，真正达到“源于教材，高于教材”。

(二)科学规划，调整复习进程

[复习进度]

1.一轮复习2月底结束(按照教学计划在市调研测试前后完成第一轮基础知识的复习)。

2.二轮复习4月底结束(按计划在二模前完成第二轮专题复习和专项训练)。

3.三轮复习即综合模拟训练5月底结束。

一轮复习做到“全面、系统、扎实、灵活”，抓纲扣本，节节过关；二轮复习查漏补缺，系统提升；三轮复习强化综合，在回归基础和教材的同时，注意以典型试题为引导，强化学科思维训练，再变式训练提高学生理解知识、综合归纳知识和灵活运用知识的能力。

[复习重点]

1.强化全面复习，不放过任何知识点，但也要注意主干知识点

第一层面：新陈代谢、遗传(含减数分裂)变异与进化、基因工程、生命活动的调节(重中之重、比例很大、难度体现)

第二层面：免疫(含稳态)、生物与环境、细胞(每年必考、比例居中、难度不大)

2.注意信息不同呈现形式之间转换能力的培养

重视坐标曲线和图形、表格的分析处理，尤其重视培养学生从图表中筛选信息的能力，培养学生图-文、图-数、数-图、数-文间转换的能力，培养学生的语言表达能力。

3.明确遗传学考查特点，加强对遗传学的针对性复习与训练

载体：大多数是遗传育种

知识：主要是基因自由组合规律与变异(包括基因突变、染色体数目变异)的结合。概率计算仍然不复杂，出现机率较大。

能力：理解能力、筛选信息的能力(审题能力)、逻辑推理能力、语言表达能力、综合运用能力等。

启示：题型训练要全面，方法要讲透。

[复习讲评]

要注重三个字：揭(示)、拔(高)、变(化)。

总之，二轮、三轮复习抓“巩固、完善、综合、提高”。

[复习方法]

在复习过程中要注意掌握必要的且行之有效的复习方法，如①概念图的构建和运用；②知识网络的构建和运用；③进行图文(或文图)转换，加强理解；④加强知识归类和规律的总结。

[复习效率]

1.课堂效率的提高

认真听讲无疑是提高课堂效率的关键。认真听讲应做到：养成课前预习的良好习惯，带着问题有针对性地听讲；养成做笔记的良好习惯，记下课堂上的重点、难点和疑点；努力追求课堂上的更高层次：听懂-记住-理解-反思-运用。

2.课后效率的提高

课后效率的提高应做到：解决课堂上记录下来的重点、难点和疑点；回归教材；有针对性地限时完成练习；必要时问老师或同学。

学生学习基础比较薄弱的学校应该花大力气重点解决基础问题，然后再适当提高。学生学习基础较好的学校，可以较早进入综合提高的复习阶段。(见图一)

(三)细化考点，构建知识网络

4.高分子材料合成 篇四

第7章 合成高分子材料

学习目标与要求

1. 了解合成高分子聚合物的基本组成结构特点和分类。

2. 了解聚合物的分子结构与其性能之间的关系。

3. 熟悉聚合物的基本性能特点和常用聚合物的品种。

4. 熟悉土木工程中常用的建筑塑料、建筑涂料和胶粘剂等产品的基本组成、性能及应用。

学习重点

1.聚合物的基本组成结构特点和分类。

2.聚合物的分子结构与其性能之间的关系。

3.土木工程中常用的合成高分子材料制品的性能和应用。

学习难点

1.如何理解合成高分子材料的结构与性能的关系。这里既有聚合物的分子结构与其性能之间的关系，还有具体产品(塑料、涂料、胶粘剂等)的组成与性能的关系。

2.土木工程中如何正确选择使用合成高分子材料制品。

合成高分子材料是指其基本组成物质为人工合成高分子化合物的各种材料。合成高分子材料主要包括合成树脂、合成橡胶和合成纤维三大类。在土木工程中，合成树脂主要用于制备建筑塑料、建筑涂料和胶粘剂等，是用量最大的合成高分子材料。合成橡胶主要用于防水密封材料、桥梁支座和沥青改性材料等，用量仅次于合成树脂。合成纤维主要用于土工织物、纤维增强水泥、纤维增强塑料和膜结构用膜材料等，用量也在不断增加。

7.1高分子化合物概述

7.1.1基本知识

1. 基本概念

高分子化合物又称高聚物或聚合物，其分子量很大，一般为104 ~ 106。其分子往往由许多相同的、简单的结构单元，通过共价键重复连接而成。例如，聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯结构单元重复连接而成：

简写为：

式中：

是重复结构单元，称为“链节”。结构单元的重复数目n称为“聚合度”。聚合度可由几百至几千，聚合物的分子量为重复结构单元的分子量与聚合度的乘积。

2. 聚合物的分类

聚合物的分类方法很多，按聚合物的来源，分为天然聚合物和合成聚合物;按分子结构，分为线型聚合物和体型聚合物;按聚合物受热的行为，分为热塑性聚合物和热固性聚合物等。

热塑性聚合物具有受热时软化、遇冷时凝固且无明显化学变化的性质。通常热塑性聚合物可反复进行加热软化、熔融和冷却硬化。所以热塑性聚合物具有可再生重复使用的特性。

热固性聚合物仅在第一次加热(或加入固化剂前)时能发生软比、熔融，并在此条件下产生化学交联而固化，以后再加热时再不会软化或熔融，也不会被溶解，若温度过高则会导致分子结构破坏。目前尚不能以通常的方式对热固性聚合物再生利用。

聚合物还常按用途分为塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等几大类。这种分类方法最为常用，但不很严格。事实上，同一种聚合物可以有多种用途。例如.聚氨酯可制成具有橡胶的性能，也可发泡制成硬度不同的泡沫塑料，还可拉丝制成高强度高弹性的纤维、制作涂料和胶粘剂。这种能够适应多用途需要的特点，是高分子材料得以广泛应用的重要原因。

3. 聚合物的命名

聚合物的命名有系统命名法和习惯命名法。系统命名法命名比较复杂，实际很少使用。 在习惯命名法中，天然聚合物用专有名称，加纤维素、淀粉、蛋白质等;合成聚合物，则在单体名称前加上“聚”字，例如聚氯乙烯、聚苯乙烯等;也可在原料名称后加“树脂”、“橡胶”、“纤维”等来命名，这种命名能反映聚合物的结构和用途，是常用的命名法。

4. 聚合反应

由低分子单体合成聚合物的反应叫做聚合反应。聚合反应按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化，分为加聚反应和缩聚反应两大类。

以单体通过加成的方式，聚合形成聚合物的反应称为加聚反应。加聚反应是链式反应。其特点是单体分子具有能够聚合的双键、三键、环状结构等;其中，含双健结构的单体最为广泛，如乙烯、氯乙烯、苯乙烯、丁二烯等。加聚反应是按参加反应的单体种类数目，可分为均聚反应和共聚反应。均聚反应是只有一种单体进行的聚合反应，其产物称为均聚物，如聚乙烯、聚氯乙烯等。共聚反应是由两种或两种以上的单体进行的聚合反应，其产物称为共聚物。

缩聚反应是含有两个以上官能团的单体，通过官能团间的反应生成聚合物的反应。缩聚反应与加聚反应不同，其聚合物分子链增长过程是逐步反应，同时伴有低分子副产物如水、氨、甲醇等的生成。缩聚反应按照生成产物的结构可分为线型缩聚反应与体型缩聚反应两类。当缩聚反应只在一种单体间进行时，称为均缩聚反应。如果缩聚反应在两种单体之间进行，则称作混缩聚反应。如果在均缩聚反应中加入第二单体或在混缩聚反应中加入第三单体，则称为共缩聚反应。

加聚反应生成的共聚物和缩聚反应生成的共缩聚物统称为共聚物。共聚物的性能与不同种类单体的相对数量和排列方式有密切关系。共聚物根据链节排列方式的不同可分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物四种。

7.1.2聚合物的结构与性质

1. 聚合物的分子结构

聚合物按其分子结构可分为线型聚合物和体型聚合物。

(1)线型聚合物

线型聚合物的大分子链排列成线状主链(如图7―1a)。有时带有支链(如图7―1b)，且线状大分子间以分子间力结合在一起。具有线型结构的聚合物包括全部加聚树脂和部分缩聚树脂，一般来说，具有线型结构的树脂，强度较低，弹性模量较小，变形较大，耐热、耐腐蚀性较差，且可溶可熔。支链型聚合物因分子排列较松，分子间作用力较弱，因而密度、熔点及强度等低于线型聚合物。线形聚合物树脂均为热塑性树脂。

(2)体型聚合物

线型大分子间通过化学键交联作用而形成的三维网状结构，又称网状或体型结构(如图7―1c)。部分缩合树脂具有体型结构(交联或固化前也为线型或支链型分子)。由于化学键的结合力强，且交联形成一个“巨大分子”，因此，―般来说缩合树脂的强度高，弹性模量较大，变形较小，较硬脆，且塑性小，耐热性、耐腐蚀性较好，不溶不熔。体型聚合物树脂均为热固性树脂。

图7―1 聚合物大分子链的结构示意图

(a)线型;(b)支链型;(c)体型

2. 聚合物的聚集态结构

固态聚合物是由大分子链以分子间作用力聚集在一起的。聚集态结构就是指分子链间的排列、堆砌方式和规律。可分为晶态结构、非晶态结构、取向态结构和织态结构等聚集状态。 晶态结构的聚合物与低分子量晶体有很大的不同。由于线型高分子难免有弯曲，故聚合物的结晶为部分结晶，即在结晶聚合物中存在“晶区”和“非晶区”。且大分子链可以同时跨越几个晶区和非晶区。晶区所占的百分比称为结晶度。一般来说，结晶度越高，则聚合物的密度、弹性模量、强度、耐热性、折光系数等越高，而冲击韧性、粘附力、断裂伸长率、溶解度等越低。晶态聚合物一般为不透明或半透明状，非晶态聚合物则一般为透明状。体型聚合物只有非晶态结构。

取向态结构是指聚合物在一维或二维方向的有序排列结构。事实上.线型高分子链充分伸展时，其长度为其宽度的几百、几千其至几万倍;在―定条件下，使线型聚合物的分子链沿着特定方向排列称为取向。取向在工业生产中得到了广泛应用。例如，在合成纤维生产中.采用热牵引工艺，使分子链取向，可提高纤维的强度和弹性模量。聚乙烯纤维未取向时的抗拉强度约为60 ~ 80 MPa，而取向后的强度可达800 MPa。

织态结构是指将两种或两种以上的聚合物或不同分子量的同种聚合物混合而得到的材料结构，属非均相体系结构。其中，由一个分散相和一个连续相组成的两相共混物应用最多。例如，分散相软、连续相硬的橡胶增韧塑料和分散相硬、连续相软的热塑性弹性体等。

3. 聚合物的物理状态和特点

聚合物的物理状态可根据温度―变形曲线划分，线型非晶态聚合物分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态(如图7―2)。

图7―2 线型非晶态聚合物的变形与温度的关系

线型非晶态聚合物在低于某一温度时，分子动能很低，大分子链的运动和分子链段的旋转都被冻结，聚合物在外力作用下，产生的变形较小，弹性模量较大。此时，聚合物所处的状态称为玻璃态。聚合物保持玻璃态的温度上限称为玻璃化转变温度(Tg)。当温度升高到Tg上以后，分子动能增加，分子链段能运动，但大分子链的运动仍被冻结，聚合物弹性模量较小，在外力作用下，产生较大的变形。且变形是可恢复的，这种状态称为高弹态。聚合物保持高弹态的上限温度，称为粘流温度(Tf)。当温度升高到Tf上以后，分子动能增加到链段和整个大分子链都可以运动，聚合物成为可以流动的粘稠液体，此时，聚合物在外力作用下，分子间相互滑动，产生粘性流动，外力除去后保持变形，即变形不可逆。玻璃化转变温度和粘流温度是高分子材料的重要性质指标。可以确定高分子材料的使用温度范围、材料的加工温度范围等。

玻璃化转变温度低于室温的称为橡胶，高于室温的称为塑料。玻璃化转变温度是塑料的最高使用温度，但却是橡胶的最低使用温度。粘流温度在室温以下的高聚物可作胶粘剂或涂料使用。

4.聚合物的主要性质

(1)密度：聚合物的密度较小，一般在0.9 ~ 2.2g/cm3之间，平均约为铝的1/2，钢的1/5，混凝土的1/3。

(2)比强度：聚合物有较高的强度，密度小，所以比强度远远超过传统的建筑材料，是极好的轻质高强材料。但聚合物的刚度比较差，容易变形。

(3)导热性：聚合物的导热性较小，约为金属的1/500 ~ 1/600。其泡沫塑料的导热性接近空气，是一种良好的轻质保温隔热材料。

(4)化学稳定性：一般聚合物对侵蚀性化学物质(酸、碱、盐溶液)及蒸汽的作用具有较高的稳定性。但有些聚合物在有机溶剂中会溶解或溶胀，使用时应予以注意。

(5)防水密封性：大多数聚合物具有很强的憎水性，防水、防潮及密封性能突出。

(6)电绝缘性：聚合物通常都具有极高的`电绝缘性和击穿电压，是非常好的电绝缘材料。

(7)减震、消音性：聚合物具有突出的粘弹性，在受外力冲击时，其大分子的粘滞性能吸收大量的振动波和声波，具有良好的减震消声作用。

(8)与其他材料的复合型：聚合物对其他类型的材料通常都具有很强的润湿及粘附性，因

而可制成性能优良的复合材料。

(9)耐热性：作为有机化合物的聚合物，热稳定性能较差。热塑性聚合物的耐热温度一般为50 ~90℃;热固性聚合物的耐热温度一般在100 ~ 200℃。高温下易燃烧和分解，并释放出有害气体。

5. 聚合物的老化

在使用过程中，聚合物会由于光、热、空气(氧和臭氧)等的作用而发生结构或组成的变化，从而出现各种性能劣化现象。如出现变色、变硬、龟裂、发粘、发软、变形、斑点、机械强度降低，称为聚合物的老化。

聚合物的老化是一个复杂的过程，一般可将其分为聚合物分子的交联与降解两种。交联是指聚合物的分子从线型结构变为体型结构的过程。当发生这种老化作用时，表现为聚合物失去弹性、变硬、变脆，并出现龟裂现象。降解是指聚合物的分子链发生断裂，其分子量降低，但其化学组成并不发生变化。当老化过程以降解为主时，聚合物会出现失去刚性、变软、发粘、出现蠕变等现象。

根据老化原因的不同聚合物的老化分为热老化和光老化两类。光老化是指聚合物在阳光(特别是紫外线)的照射下部分分子(或原子)被激活而处于高能的不稳定状态，并与其他分子发生光敏氧化作用，致使聚合物的结构和组成发生变化，性能逐渐恶化的现象。热老化是指聚合物在热的作用下，尤其是在较高温度下暴露于空气中时，聚合物的分子链由于氧化、热分解等作用而发生断裂、交联，其化学组成与分子结构发生变化，从而使其各项性能发生劣变的现象。因此，大多数聚合物材料的耐高温性和大气稳定性都较差。

7.1.3常用的聚合物

1. 合成树脂

合成树脂的种类很多，而且随着有机合成工业的发展和新聚合方法的不断出现，合成树脂的品种还在继续增加。但是，真正获得广泛应用的合成树脂，不过20种左右。在此，仅介绍一些在土木工程材料中经常使用的合成树脂。

(1)热塑性树脂

①聚乙烯(PE)

聚乙烯(PE)是树脂中分子结构最简单的一种，它是由乙烯单体聚合而成。聚乙烯按合成时的压力分为高压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯的密度较小，故称为低密度聚乙烯(LDPE)。低压聚乙烯聚合条件比较温和，制得的产品结晶度高、密度大，故称高密度聚乙烯(HDPE)。聚乙烯塑料无臭、无毒，原料来源丰富，价格较低，且具有优异的耐低温性(最低使用温度可达 -70 ～ -100℃)、化学稳定性、电绝缘性和加工性能。在建筑中，聚乙烯主要用于生产防水材料(薄膜、卷材等)、给排水管材(冷水)、电绝缘材料、水箱和卫生洁具等。

②聚氯乙烯(PVC)

聚氯乙烯树脂(PVC)是氯乙烯通过自由基聚合制成白色粉末或糊状的树脂。由于PVC树脂链上带有负电性很强的氯原子，使分子链之间产生很大的引力，阻碍了分子链之间的相对滑动。因此，PVC树脂具有良好的耐化学腐蚀性和阻燃性，但材质脆而硬，较少弹性。通过添加增塑剂可以改善PVC的柔韧性。

在建筑中，硬质聚氯乙烯主要用作天沟、落水管、外墙覆面板、天窗及给排水管。软质聚氯乙烯常加工为片材、板材、型材等。如卷材地板、块状地板、壁纸、防水卷材和止水带等。在PVC中混入大量的碳酸钙制成钙塑料可以提高塑料的硬度、降低成本，用于代替钢

材和木材制作塑料门窗、楼梯扶手、地板、天花板和电线套管等。将PVC轻度发泡可以制成塑料地毯和塑料壁纸等。

③聚苯乙烯(PS)

聚苯乙烯(PS)的均聚物是由苯乙烯单体聚合而得，质地坚硬，化学性能和电绝缘性能优良，易于成型出各类色彩鲜艳、表面光洁的制品，应用广泛。但聚苯乙烯耐热性差、质脆，这在一定程度上限制了它的应用，因此，应对其改性。目前大量生产的苯乙烯类聚合物主要有：通用型聚苯乙烯GPPS，高抗冲型聚苯乙烯HIPS，发泡型聚苯乙烯EPS以及苯乙烯的共聚物如ABS塑料(俗称工程塑料)等。

建筑中聚苯乙烯主要用于制作泡沫塑料，有挤塑发泡板和发泡颗粒产品。其隔热保温性能优异。此外，聚苯乙烯也常用于涂料和防水薄膜的生产。ABS树脂主要用于生产塑料装饰板和管材等。

④聚丙烯(PP)

聚丙烯(PP)可分为均聚PP和共聚PP两大类，共聚PP是在聚合过程中加入大约2%～5%的乙烯而制得的。聚丙烯的主要特点是密度低(0.89～0.92 g/cm3)，耐化学药品性、耐腐蚀性、耐热性优良且价格低廉。

在建筑中，聚丙烯常用于制作管材、装饰板材、卫生洁具及各种建筑小五金件。 ⑤聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是透明、无毒无味的无定形热塑性树脂，俗称有机玻璃。其最大优点是具有优异的光学性能，对可见光的透过率可达92%，对紫外线的透过率达73.5%，均优于普通无机硅酸盐玻璃，并具有较好的耐气候老化性，质轻(约为无机玻璃的1/2)，抗冲击强度较高。

在建筑中，聚甲基丙烯酸甲酯主要用作采光天窗、防震玻璃、室内装饰等，以适当方式对其增强后，也可用于制作透明管材及其他建筑制品。

(2)热固性树脂

①酚醛树脂(PF)

酚醛树脂是酚类和醛类化合物经缩聚反应而得的树脂的统称，其中应用较多的是苯酚―甲醛缩聚物(PF)。酚醛树脂的主要特点是有较好的电绝缘性能，密度低，强度较高。具有很高的热强度等，但质脆，抗冲击性能差。

在土木工程中。酚醛树脂主要用于制造各种层压板和玻璃纤维增强塑料，以及防水涂料、木结构用胶等。

②脲醛树脂(UF)

脲醛树脂是由甲醛和尿素缩聚而成的聚合物。它具有耐燃、耐电弧、易着色、表向硬度高、耐溶剂、本身呈透明状等特点。因此，可制成表面光洁、色彩鲜明的玉状制品(俗称“电玉”)。但耐湿性差，受潮气和水的作用易发生变形或开裂，而且耐热性较差。

在土木工程中，脲醛树脂主要用于生产木丝板、胶合板、层压板等。经发泡处理后，可制得一种硬质泡沫塑料，用作填充性绝缘材料。经过改性处理的脲醛树脂还可用于制造涂料、胶粘剂等。

③不饱和聚酯树脂(UP)

不饱和聚酯树脂是指分子链主链上含有不饱和键的聚酯。不饱和聚酯在性能上具有 多变性，由于组成的变化，UP可以是硬质的、有弹性的、柔软的、耐腐蚀的、耐气候老化的或耐燃的，这些性能上的变化形成了UP在应用上的多样化。在土木工程中，广泛地用于制造涂料、玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)和作为聚合物混凝土中的胶结料。可用于墙面、地面装饰，制作人造大理石、人造玛瑙，具有装饰性好、耐磨等特点。

④环氧树脂(EP)

环氧树脂是分子结构中含有环氧基的聚合物，种类很多。其中用途最广的是环氧氯丙烷与双酚A缩聚得到的双酚A型环氧树脂。这种环氧树脂是线型结构，具有热塑性。应用时必须加入固化剂，使环氧树脂固化。固化剂品种很多，常用的有胺类、酸酐类、高分子预聚体和咪唑等。固化后的环氧树脂具有强度高、粘结力强、收缩率小、耐水、耐化学腐蚀性和电绝缘性好等特点。

在土木工程中，环氧树脂主要用于结构胶粘剂、玻璃纤维增强塑料、聚合物混凝土以及防腐涂料和耐磨地坪材料等。

⑤有机硅树脂(SI)

有机硅是一大类主链含硅的高分子化合物，属于元素有机高分子;主要有聚有机硅氧烷

(SI)，它的主链由硅氧键构成，侧基为有机基团。这种结构使硅化合物具有良好的化学稳定性，耐氧化、臭氧和紫外线照射，使用温度范围宽(-50～+200℃)，憎水性高等一系列的独特性能。

在土木工程中，有机硅树脂主要用于层压塑料和防水材料。在各种有机硅树脂中，硅酮的应用较多，广泛地应用于涂料、胶粘剂和嵌缝材料中。

2. 合成橡胶

橡胶是玻璃化转变温度Tg较低，在室温下具有高弹性的聚合物。橡胶的主要持点是在-50～+150℃范围内，具有极为优异的弹性，在外力作用下，变形量可以达到百分之几百，并且在外力取消后，变形可完全恢复。此外，橡胶还具有良好的抗拉强度、耐疲劳强度，良好的不透水性、不透气性、耐酸碱腐蚀性和电绝缘性等。由于橡胶良好的综合性能，在土木工程中，广泛用作防水材料和密封材料等。

橡胶按来源分为天然橡胶和合成橡胶。在土木工程中，主要应用的是合成橡胶。合成橡胶是各种单体经聚合反应人工合成的橡胶，是具有橡胶特性的一类聚合物，常用的合成橡胶有丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶和丁苯橡胶等。

(1)丁基橡胶(HR)

丁基橡胶是通过异丁烯与异戊二烯聚合制备的结晶性非极性橡胶。丁基橡胶最独特的性能是气密性非常好，水渗透率极低、其耐热性、耐气候老化性能、耐臭氧老化性能也很好，但弹性较低、工艺性能较差、硫化速度慢、粘着性和耐油性等也较差。

丁基橡胶主要用作防水卷材和防水密封材料。

(2)氯丁橡胶(CR)

氯丁橡胶是通过氯丁二烯聚合制备的结晶性橡胶。氯丁橡胶是所有合成橡胶中密度最大的，其相对密度约为1.23～1.25，呈浅黄色或棕褐色。这种橡胶的原料来源广泛，其抗拉强度较高，透气性、耐磨性较好，不易老化，耐油、耐热、难燃、耐臭氧、耐酸碱腐蚀性好，粘结力较强。其缺点是对浓硫酸和浓硝酸的抵抗力较差，电绝缘性也较差。

在建筑上氯丁橡胶被广泛地用于胶粘剂、门窗密封条、胶带等。

(3)乙丙橡胶(EPM)

乙丙橡胶是以乙烯、丙烯为主要单体原料共聚的无定形橡胶。根据是否加入第三单体可分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶两大类。三元乙丙橡胶生产和使用较多。乙丙橡胶具有优异的耐老化性能，是现有通用橡胶中耐老化性能最好的，能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用;耐热性能好，可在120℃的环境中长期使用，最高使用温度达150℃;具有较

好的低温性能，最低极限使用温度可达-50℃或更低;具有较好的耐化学腐蚀、耐热水和水蒸气性能，密度是所有橡胶中最低的。其缺点是硫化速度慢。自粘性与互粘性较差，耐燃性、耐油性和气密性差。主要用于生产防水卷材。

(4)丁苯橡胶(SBR)

丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯的共聚物，通过调节苯乙烯的含量可以得到不同性能的丁苯橡胶。丁苯橡胶(SBR)是产量和消耗量最大的合成橡胶。纯丁苯橡胶的强度低，须增强后才具有实际使用价值;其弹性、耐寒性较差，耐撕裂性和粘着性能均较天然橡胶差。但耐热性、耐老化性、耐磨性均优于天然橡胶。它主要用于铺地材料和沥青改性等。

(5)硅橡胶(SR)

硅橡胶的分子主链是由硅原子和氧原子交替组成(―Si―O―Si―)，其键能比碳一碳键能(C―C)要大得多，柔顺性也很好，因而具有优异的耐高、低温性能，在所有的橡胶中工作温度范围最宽(-100～+350℃)。硅橡胶还具有优异的耐老化、电绝缘、耐电晕、耐电弧性能，但力学性能较差。硅橡胶广泛用于建筑密封胶、防潮密封材料。

(6)热塑性弹性体

热塑性弹性体是一类具有类似橡胶力学性能及使用性能、又能按热塑性塑料进行加工和回收的聚合物。它既具有热塑性，便于加工和再生利用;又有很好的弹性，便于使用。因此，称为热塑性弹性体。常用的有苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体等。

SBS(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物)为线型分子，是具有高弹性、高抗拉强度、高伸长率和高耐磨性的透明体，属于热塑性弹性体。在SBS中，苯乙烯单体是以一定的长度连接在丁二烯分子的两端，在室温时，弹性体的链段聚集、缠结在一起形成物理交联。在高温时，这些交联点解离，使弹性体具有热塑性。因此，SBS可以像热塑性塑料一样的加工。通过调节丁二烯(软段)和苯乙烯(硬段)的长度和比例，可以改变热塑性弹性体的性能。一般来说，热塑性弹性体的强度和耐磨性都优于通用橡胶，只是耐温性较差。SBS在建筑上主要用于沥青的改性。

3. 合成纤维

纤维可分为天然纤维(如羊毛、蚕丝、棉花、麻等)和化学纤维两大类，化学纤维按其聚合物来源又可分为人造纤维和合成纤维两类。人造纤维是以天然聚合物为原料经过化学处理后再加工制成的，如粘胶纤维、醋酸纤维、硝酸纤维等;合成纤维是由合成的聚合物制得的，有聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维等品种。

(1)聚酯纤维

聚酯纤维是大分子链中的各链节与酯基相连的聚合物纺制而成的合成纤维。其品种很多、目前主要是对苯二甲酸乙二酯纤维(PET)，我国―般称为涤纶或的确良。聚酯纤维弹性好、强度大、模量高、吸湿性低、耐热性、耐磨性、耐光老化性能好。主要用于土工织物。

(2)聚酰胺纤维

聚酰胺纤维是分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维，我国称为锦纶。聚酰胺有许多品种，应用最广泛的是聚酰胺6和聚酰胺66。聚酰胺的耐磨性非常好、强度、耐冲击性、弹性、耐疲劳性也很好，而且密度小;但是，聚酰胺纤维的模量低、耐光性、耐热性、抗静电性、染色性、吸湿性较差。主要用于绳索、化纤地毯等。

(3)聚丙烯腈纤维

聚丙烯腈纤维是采用丙烯腈三元单体共聚物纺成的纤维，又称腈纶。聚丙烯腈纤维的弹性模量高、耐光性、耐辐射性。化学稳定性、耐热性好，但强度较低、耐磨性、抗疲劳性较差。腈纶广泛用于污水处理和碳纤维生产。

(4)聚丙烯纤维

聚丙烯纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维，又称为丙纶。它是所有化学纤维中密度最小的，其强度高、回弹性、耐磨性、抗微生物、耐化学腐蚀性好。其缺点是吸湿性、染色性、耐光性、耐热性差。它可用于制作地毯、装饰织物、人造草坪和土工布等。

(5)聚乙烯醇纤维

聚乙烯醇纤维的常规产品是聚乙烯醇缩甲醛纤维，又称为维纶。维纶的短纤维外观接近棉，有“合成棉花”之称，但其强度和耐磨性都优于棉，保暖性、耐腐蚀性、耐日光性好。维纶的缺点是染色性、耐水性、弹性较差。聚乙烯醇纤维主要作为塑料、水泥、陶瓷等的增强材料，作为石棉的代用品用于纤维增强水泥;制作维纶帆布、非织造布滤材以及土工布等。

7.2土木工程常用的合成高分子材料

7.2.1建筑塑料

塑料是以合成树脂为主要成分，在一定条件(温度、压力等)下，可塑成一定形状并在常温下保持其形状的高分子材料。与传统的建筑材料相比，塑料具有质轻、比强度高、化学稳定性好、导热系数小、装饰性和加工性能好及耗能较低的持点;但塑料还有刚度小、易老化、易燃、耐热性差的缺点。此外，塑料中残留的单体和加入的增塑剂、固化剂等低分子物质都对人体健康不利。因此，采用塑料制作与饮食有关的设备时，要认真进行安全卫生检验。在土木工程中，塑料可作为结构材料和功能材料。作为结构材料应用的主要是纤维增强塑料。作为功能材料可用于隔热保温材料、装饰装修材料等。

塑料按组成成分分为单―组分塑料和多组分塑料。单一组分塑料基本上为合成树脂，只含少量助剂(如染料、润滑剂等)，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯塑料等。多组分塑料除含有合成树脂外，还含有较多的助剂(如填料、增塑剂、稳定剂等)，如聚氯乙烯、酚醛塑料等。根据用途，塑料可分为通用塑料和工程塑料。根据其受热后性能的不同，塑料还可分为热固性塑料和热塑性塑料。

1. 塑料的基本组成

塑料是由合成树脂和各种添加剂所组成。合成树脂是塑料的主要成分，其质量占塑料的 40%以上。塑料的性质主要取决于所采用的合成树脂的种类、性质和数量。因此，塑料常以所用合成树脂命名，如聚乙烯(PE)塑科，聚氯乙烯(PVC)塑料。合成树脂的性质已在上一节介绍，在此主要介绍常用的添加剂。

(1)填料

填料又称为填充料、填充剂或体质颜料，其种类很多。按外观形态可分为粉状、纤维状和片状三类。一般来说，粉状填料有助于提高塑料的热稳定性，降低可燃性，而片状和纤维状填料可明显提高塑料的抗拉强度、抗磨强度和大气稳定性等。

填料通常都比合成树脂便宜，它不仅能提高塑料的强度、硬度和耐热性，还能减少收缩变形和降低成本。常用的填料主要有木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、铝粉、炭黑及玻璃纤维等。

(2)增塑剂

增塑剂是能使聚合物塑性增加的物质。它可降低树脂的粘流温度(Tf)，使树脂具有较大的可塑性，以利于塑料制品的加工。少量的增塑剂还可降低塑料的硬度和脆性，使塑料具有较好的柔韧性。增塑剂主要为酯类及酮类。

(3)稳定剂

稳定剂是指抑制或减缓老化破坏作用的物质。塑料在加工和使用过程中，由于受热、光、氧的作用，可能发生降解、氧化断链及交联等，使塑料老化。为了提高塑料的耐老化性能，延长使用寿命，通常要加入各种稳定剂，如抗氧剂、光屏蔽剂、紫外光吸收剂及热稳定剂等。

(4)固化剂

固化剂又称为硬化剂，主要作用是使某些合成树脂的线型结构交联成体型结构，从而使树脂具有热固性。不同品种的树脂应采用不同品种的固化剂。

(5)着色剂

着色剂是使塑料制品具有特定的色彩和光泽的物质，常用的着色剂是一些有机和无机颜料。颜料不仅对塑料具有着色性，同时也兼有填料和稳定剂的作用。

此外，根据建筑塑料使用及成型加工的需要，有时还加入润滑剂、抗静电剂、发泡剂、阻燃剂及防霉剂等。

2. 土木工程常用的塑料制品

(1)装饰装修制品

塑料的装饰性和可加工性能好，常用来生产装饰装修材料。

①塑料面砖

塑料面砖以PS，PVC，PP等为原料制造，模仿传统陶瓷面砖，厚度小、重量轻，具有美观适用、施工方便的特点，是一种较为理想的超薄型墙面装饰材料。可用于室内墙面、柱面装饰。

②塑料壁纸

塑料壁纸是用纸或玻璃纤维布做基材，以聚氯乙烯为主要成分，加入添加剂和颜料等，经涂塑、压花或印花、发泡等工艺制成的塑料卷材。塑料壁纸的花色品种多，可制成仿丝绸、仿织锦缎、仿木纹等花纹图案。塑料壁纸具有美观、耐用、易清洗、施工方便的待点。发泡塑料壁纸还具有较好的吸声性能，因而广泛地应用于室内墙面、顶棚等的装饰。塑料壁纸的缺点是透气性较差。

③塑料地面卷材

塑料地面卷材是经混炼、热压或压延等工艺制成的卷材。主要为聚氯乙烯(PVC)塑料地面卷材，分为无基层卷材和有基层卷材两种。

无基层卷材质地柔软，有―定弹性，适合于家庭地面装饰。有基层卷材一般由两层或多层复合而成，常见的是三层结构。基层为无纺布、玻璃纤维布，中层为印花的不透明聚氯乙烯塑料，面层为透明的聚氯乙烯塑料。若中层为聚氯乙烯泡沫塑料，则称为发泡塑料地面卷材。塑料地面卷材具有脚感舒适、耐磨、附腐蚀、隔声和保温等特点。

④塑料地板

塑料地板采用聚氯乙烯、重质碳酸钙和添加剂为原料，经混炼、热压或压延等工艺制成。有硬质、半硬质和软质三种;塑料地板制作的图案丰富，颜色多样，并具有耐磨、耐燃、尺寸稳定、价格低等优点，适合于人流不大的办公室、家庭等的地面装饰。

(2)隔热保温材料

①泡沫塑料

泡沫塑料是在聚合物中加入发泡剂，经发泡、固化或冷却等工序而制成的多孔塑料制品。泡沫塑料的孔隙率可高达95%―98%，且孔隙尺寸小，因而具有优良的隔热保温性能。常用的有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料等。

聚苯乙烯泡沫塑料是应用最广的泡沫塑料，其体积密度为10～20 kg/m3,导热系数为0.031～0.045 W/(m・K)，使用温度范围为-100～+70℃。主要用作墙体和屋面、地面、楼板等的隔热保温，也可与纤维增强水泥、纤维增强塑料或铝合金板等制成复合墙板。

建筑上使用的聚氯乙烯泡沫塑料体积密度为60～200 kg/cm3，导热系数为0.035～0.052 W/(m・K)，使用温度范围为-60～+60℃。聚氯乙烯泡沫塑料主要用作吸声材料、装饰构件，也可作墙体、屋面等的保温材料，也可作为夹层板的芯材。

聚氨酯泡沫塑料，以硬质型应用较多。其体积密度为20～200 kg/cm3，使用温度范围为-160～+150℃。与其他泡沫塑料相比，其耐热性好，强度较高。此外，这种泡沫塑料还可采用现场发泡的方法形成整体的泡沫绝热层，绝热效果好。

脲醛塑料是最轻的泡沫塑料之一，建筑中应用的脲醛泡沫塑料的体积密度为10～20 kg/m3，导热系数为0.030～0.035 W/(m・K)，使用温度范围为 -200～+100℃，但强度低，吸湿性大。应用时需注意防潮。脲醛塑料价格低廉，主要用作空心墙和夹层墙板的芯材，也可在现场发泡成为整体泡沫塑料。

②蜂窝塑料板

蜂窝塑料板是在蜂窝状的芯材上粘合面板的多孔板材，其孔隙较大(5～20 mm)，孔隙率很高。蜂窝状的芯材是由浸渍聚合物(酚醛树脂等)的片状材料(牛皮纸、玻璃布、木纤维板)经加工粘合成的形状似蜂窝的六角形空心板材。蜂窝塑料板的抗压强度和抗折强度高，导热系数低，一般为0.046～0.056 W/(m・K)。主要用作隔热保温和隔声材料。

③塑料门窗

塑料门窗是改性后的硬质聚氯乙烯(PVC)，加入适量的添加剂，经混炼、挤出等工艺制成的异形截面材加工而成。改性后的硬质聚氯乙烯具有较好的可加工性、稳定性、耐热性和抗冲击性。制成的塑料门窗外观平整美观，色泽鲜艳，经久不褪，装饰性好。并具有良好的耐水性、耐腐蚀性、隔热保温性、隔声和气密性，使用寿命可达30年以上。

④纤维增强塑料

纤维增强塑料是一种树脂基复合材料，添加纤维的目的是为了提高塑料的弹性模量和强度。常用纤维材料除玻璃纤维、碳纤维外，还有石棉纤维、天然植物纤维、合成纤维和钢纤维等，目前用得最多的是玻璃纤维和碳纤维。常用的合成树脂有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等，用量最大的为不饱和聚酯树脂。

纤维增强塑料的性能主要取决于合成树脂和纤维的性能、相对含量以及它们之间的粘结情况。合成树脂及纤维的强度越高，特别是纤维的强度越高，则纤维增强塑料的强度越高。

玻璃纤维增强塑料(GRP)，俗称玻璃钢，是由合成树脂胶结玻璃纤维或玻璃纤维布(带、束等)而成的。玻璃纤维增强塑料在性能上的主要优点是轻质高强、耐腐蚀，主要缺点是弹性模量小，变形较大。在土木工程中主要用于结构加固、防腐和管道等。

碳纤维增强塑料是由合成树脂胶结碳纤维而成，具有强度和弹性模量高，耐疲劳性能好，耐腐蚀性好的特点。在土木工程中，碳纤维增强塑料主要用于结构加固，制作碳纤维筋或索，用于有腐蚀的结构。

7.2.2建筑涂料

涂料是涂布在物体表面能形成具有保护和装饰作用的膜层材料。涂料除了具有保护和装饰功能外，还能具有一些特殊作用，如用作色彩标志、润滑、防滑、绝缘、导电、隔热、防潮等。建筑涂料则是指涂于建筑物表面能对建筑物起到保护、装饰作用，或者能改善建筑物使用功能的涂料。

1. 涂料的基本组成

涂料的基本组成包括：成膜物质、颜料、溶剂(分散介质)以及辅料(助剂)。

(1)成膜物质

成膜物质也称基料，是涂料最主要的成分，其性质对涂料的性能起主要作用。成膜物质分为两大类，一类是转化型(或反应型)成膜物质，另一类是非转化型(或挥发型)成膜物质。前者在成膜过程中伴有化学反应，形成网状交联结构。因此，此类成膜物质相当于热固性聚合物，如环氧树脂、醇酸树脂等;后者在成膜过程未发生任何化学反应，仅靠溶剂挥发成膜，成膜物质为热塑性聚合物，如纤维素衍生物、氯丁橡胶、热塑性丙烯酸树脂等。 建筑涂料常用树脂有聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、丙烯酸树脂、环氧树脂、醋酸乙烯一丙烯酸酯共聚物(乙一丙乳液)、聚苯乙烯一丙烯酸酯共聚物(苯一丙乳液)、聚氨酯树脂等。

(2)颜料

颜料主要起遮盖和着色作用，有的颜料还有增强、改善流变性能、降低成本的作用。按所起作用不同，颜料又分为着色颜料和体质颜料(又称填料)两类。

建筑涂料中使用的着色颜料一般为无机矿物颜料。常用的有氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿、氧化铁棕、氧化铬绿、钛白、锌钡白、群青蓝等。

体质颜料，即填料。主要起到改善涂膜的机械性能。增加涂膜的厚度和遮盖力，降低涂料的成本等作用。常用的填料有重晶石粉、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、高岭土及各种彩色小砂粒等。

(3)溶剂

溶剂通常是用以溶解、稀释成膜物质的易挥发性有机液体。涂料涂敷于物体表面后，溶剂基本上应挥发尽，不是一种永久性的组分，但溶剂对成膜物质的溶解力决定了所形成的树脂溶液的均匀性、粘度和贮存稳定性。溶剂的挥发性影响涂膜的干燥速度、涂膜结构和涂膜外观。常用的溶剂有：甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮、醋酸乙酯等。溶剂的挥发会对环境造成污染，选择溶剂时，还应考虑溶剂的安全性和对人体的毒性。

涂料按溶剂及其对成膜物质作用的不同分为溶剂型涂料、水溶性涂料和水乳型涂料。其中，水溶性涂料和水乳型涂料称为水性涂料。

(4)辅料

辅料(又称助剂或添加剂)是为了进一少改善或增加涂料的某些性能而加入的少量物质。通常使用的有增白剂、防污剂、分散剂、乳化剂、稳定剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、固化剂、催干剂等。

2. 常用建筑涂料

建筑涂料的品种繁多，性能各异，按用途有外墙涂料、内墙涂料及地面涂料。

(1)外墙涂料

①苯乙烯一丙烯酸酯乳液涂料

苯乙烯―丙烯酸酯乳液涂料是以苯―丙乳液为基料的水乳型涂料，简称苯一丙乳液涂料。苯―丙乳液涂料具有优良的耐水性、耐碱性、耐湿擦洗性，外观细腻、色彩艳丽、质感好，与水泥混凝土等大多数建筑材料的粘附力强，并具有高耐光性和耐候性。

②丙烯酸酯涂料

丙烯酸酯涂料是以热塑性丙烯酸酯树脂为基料的外墙涂料。分为溶剂型和水乳型。丙烯酸酯涂料的耐水性、耐高低温性和耐候性良好，不易变色、粉化或脱落，有多种颜色。可以刷涂、喷涂或滚涂。丙烯酸酯涂料的装饰性好，寿命可达以上，是目前国内外应用最多的外墙涂料。丙烯酸酯涂料主要用于外墙复合涂层的罩面涂料。溶剂型涂料在施工中需注意防火、防爆。

③聚氨酯涂料

聚氨酯涂料是以聚氨酯树脂或聚氨酯与其他树脂复合物为主要成膜物质，加入填料、助剂组成的优质溶剂涂料。该涂料的弹性和抗疲劳性好，并具有极好的耐水、耐碱、耐酸性能。

其涂层表面光洁度高，呈陶瓷质感，耐候性、耐玷污性能好，使用寿命可达以上。聚氨酯涂料价格较贵，主要用于办公楼、商店等公用建筑。

④砂壁状涂料

砂壁状涂料是以合成树脂乳液为成膜物质，加入彩色骨料以及其他助剂配制而成的粗面厚质涂料，又称彩砂涂料。彩色骨料可用粒径小于2mm的高温烧结彩色砂粒、彩色陶粒或天然彩色石屑。彩砂涂料采用喷涂法施工，涂层具有丰富的色彩和良好石材质感，保色性、耐热性、耐水性及耐化学腐蚀性能良好，使用寿命可达10年以上。砂壁状涂料主要用于办公楼、商店等公用建筑的外墙立面。

(2)内墙涂料

①聚醋酸乙烯涂料

聚醋酸乙烯涂料是以聚醋酸乙烯乳液为基料的乳液型内墙涂料。该涂料无毒、不燃、涂膜细腻、平滑、色彩鲜艳、装饰效果良好、价格适中、施工方便。但是，耐水性及耐候性较差。

②醋酸乙烯一丙烯酸酯涂料

醋酸乙烯一丙烯酸酯涂树是以乙一丙共聚乳液为基料的水乳型内墙涂料。该涂料的耐水性、耐候性和耐碱性优于聚醋酸乙烯乳液涂料，并且有光泽，是一种中高档的内墙装饰涂料。

③多彩涂料

多彩涂料是以合成树脂及颜料等为分散相，以含有乳化剂和稳定剂的水为分散介质的水乳型涂料，按其介质特性分为水中油型和油中水型。以水中油型的贮存稳定性最好。通常所用的多彩涂料均为水中油型。

多彩涂料具有良好的耐水性、耐油性、耐化学药品性、耐刷洗性，并具有较好的透气性。多彩涂料对基层的适应性强、可在各种建筑材料上涂刷使用。

(3)地面涂料

①聚氨酯地面涂料

聚氨酯地面涂料是以聚氨酯为基料的双组分常温固化型橡胶类涂料。其整体性好，色彩多样，装饰性好，并具有良好的耐油性、耐水性、耐酸碱性和耐磨性，有一定的弹性，脚感舒适。该涂料主要适用于水泥砂浆或水泥混凝土地面。

②环氧树脂厚质地面涂科

环氧树脂厚质地面涂料是以环氧树脂为基料的双组分常温固化涂料。环氧树脂厚质地面涂料与水泥混凝土等基层材料的粘结性能优良，涂膜坚韧、耐磨，具有良好的耐化学腐蚀、耐油、耐水等性能，以及优良的耐老化、耐候性和装饰性。

7.2.3胶粘剂

1. 胶粘剂的基本概念

胶粘剂又称粘合剂，是通过粘附作用使被粘物结合在一起的材料。

胶粘剂一般由基料和多种辅助成分组成。基料是胶粘剂的主要成分，起粘接作用，要求有良好的粘附性和润湿性。合成树脂、合成橡胶、天然高分子以及无机化合物等都可做基料。辅助成分主要包括固化剂、溶剂、增塑剂、填料、偶联剂、引发剂、促进剂、防老化剂、稳定剂等。

固化剂用以使粘合剂交联固化，提高粘合剂的粘合强度、化学稳定性、耐热性等，是以热固性树脂为主要成分的粘合剂所必不可少的成分;溶剂溶解、稀释主料以调节粘度便于施工;填料具有降低固化时的收缩率、提高尺寸稳定性、耐热性和力学强度、降低成本等作用;

增塑剂用于提高韧性。

按受力情况胶粘剂分为结构胶粘剂和非结构胶粘剂。结构胶粘剂用于能承受荷载或受力结构件的粘结。非结构胶粘剂用于不受力或受力不大的各种场合。

胶粘剂能够将被粘结材料牢固地粘结在一起，是因为胶粘剂与材料间存在有粘附力以及胶粘剂本身具有内聚力。粘附力和内聚力的大小，直接影响胶粘剂的粘结强度。当粘附力大于内聚力时，粘结强度主要取决于内聚力;当内聚力高于粘附力时，粘结强度主要取决于粘附力。一般认为粘附力主要来源于以下几个方面：

(1)机械粘结力 胶粘剂渗入材料表面的凹陷处和孔隙内，在固化后如同镶嵌在材料内部，靠机械锚固力将材料粘结在一起。对非极性多孔材料，机械粘结力常起主要作用。

(2)物理吸附力 胶粘剂和被粘材料靠分子间的物理吸附力产生粘结。

(3)化学键力 胶粘剂与材料间能发生化学反应，靠化学键力将材料粘结为一个整体。 不同的胶粘剂和被粘材料，粘附力的主要来源不同，当机械粘附力、物理吸附力和化学键力共同作用时，可获得很高的粘结强度。

就实际应用而言，一般认为影响粘结强度的因素主要有：胶粘剂性质，被粘材料的性质，被粘材料的表面粗糙度，被粘材料的表面处理方法。胶粘剂对被粘材料表面的浸润程度，被粘材料的表面含水状况，粘结层厚度，粘结工艺等。

2.土木工程常用的胶粘剂

(1)结构胶粘剂

①环氧树脂胶粘剂

环氧树脂胶粘剂是当前应用最广泛的胶粘剂，因环氧树脂胶粘剂中含有环氧基、羟基、氨基和其他极性基团，对大部分材料有良好的粘结能力，有万能胶之称。其抗拉强度和抗剪切强度高，固化收缩率小，耐油和耐多种溶剂，耐潮湿.抗蠕变性好，是较好的结构胶粘剂。环氧树脂胶粘剂根据固化剂类型的不同可室温固化或高温固化，固化时间有明显的温度依赖性。环氧树脂胶粘剂在土木工程中的应用很多，主要用于裂缝修补、结构加固和表面防护等。

②不饱和聚酯树脂胶粘剂

不饱和聚酯树脂胶粘剂的特点是粘结强度高，抗老化性及耐热性较好。可在室温和常压下固化，固化速度快，但固化时的收缩大，耐碱性较差，适于粘结陶瓷、玻璃、木材、混凝土和金属结构构件。

(2)非结构胶粘剂

①聚醋酸乙烯胶粘剂

聚醋酸乙烯胶粘别是由醋酸乙烯单体聚合而成，俗称白乳胶。其特性是使用方便、价格便宜、润湿能力强，有较好的粘附力，适用于多种粘结工艺。但其耐热性、对溶剂作用的稳定性及耐水性较差，只能作为室温下使用的非结构胶。

②聚氨酯胶粘剂

聚氨酯胶粘剂是分子链中含有异氰酸酯基(―NCO)及氨基甲酸酯基(―NH―COO―)，具有很强的极性和活泼性的一类粘合剂。其品种很多，有单组分和双组分两类。聚氨酯胶粘剂有良好的粘结强度，可用于金属、玻璃、陶瓷、橡胶、塑料、织物、木材、纸张等各种材料的粘合;有良好的耐超低温性能，而且粘结强度随着温度的降低而提高，是超低温环境下理想的粘结材料和密封材料;具有良好的耐磨、耐油、耐溶剂、耐老化等性能;可通过调节分子链中软段和硬段比例结构，制成满足各种行业、各种性能要求的高性能粘合剂。但是，在高温和高湿条件下，易水解，会降低粘结强度。

③氯丁橡胶胶粘剂

氯丁橡胶胶粘剂是以氯丁橡胶为主要组成。加入氧化锌、氧化镁、填料、抗老化剂和

抗氧化剂等制成，是目前应用最广的一种橡胶型胶粘剂。氯丁橡胶胶粘剂对水、油、弱酸、弱碱、醇和脂肪烃有良好的抵抗力，可在-50～+80℃的温度下工作，但是，徐变较大，且容易老化。

7.2.4土工合成材料

土工合成材料是以聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料制成的用于岩土工程的聚合物材料。按照需要，土工合成材料可置于土体内部、表层或各层土体之间，起加强或保护土体的作用。土工合成材料主要有土工织物类材料和超轻型填土材料。土工织物类合成材料的用途见表7―1。

土工纤维、土工布、化纤滤网、塑料网(格栅)、塑料膜等聚合物材料制成的布状或网状物，统称为土工布或土工织物。其中，网格较大者，用硬纤维片或条编制而成，称为土工垫或土工网;而网格更大者，通过塑料挤出成型的各种规格的格栅或用塑料板(带)焊接成的各种格室，称为土工格栅。在格室内充填砂、石或其他材料，用于沙漠、泥泞沼泽地区筑路、护坡等工程。

土工织物是一种多功能材料，主要功能有滤层作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、防渗与防潮作用等。 表7―1 土工织物合成材料的用途

分 类

土工织物 用 途 排水、反滤、护坡等

加固垫层、坡、防护植草、排水通

道、滤层等

防冲刷、防流失、用于沙漠和沼泽

地筑路、护坡

防冲刷、防流失、用于沙漠和沼泽

地筑路、护坡

灌入混凝土或砂浆，用于护坡、地

基处理

装入大块石，用于截流、筑堤、防

流失

用于地下建筑的防水，堤围的加筋

材料

用于堤坝、水库、地下建筑游泳池

等的防渗漏

用作排水通道

用于软基处理和排水加固

用于防止管涌、加筋、排水、增强

与土面间的摩擦力

用于路基、隧道、堤坝、结构的墙

后排水等

用于铁路、公路、等的软路基的填

土材料 材料类型 用合成纤维(如锦纶、腈纶等)制成 用塑料条、带编织或压制而成的网状物 用塑料挤压而成，呈网状、蜂窝状结构 用塑料板焊接而成 土工网 透水性的土工材料 土工格栅 土工格室 土工模袋 用合成纤维制成 土工袋 用合成纤维制成绳网、绳带等 不透水性的土工材料 塑料膜 聚氯乙烯、聚丙烯等制成的膜 用纺织布或无纺布防水处理后制成 用聚氨酯制作的开孔型泡沫塑料 透水性土工织物与聚丙烯等塑料挤压而成 透水的土工织物与聚丙烯等塑料挤压而成 以无纺土工织物作芯材制成的塑料排水管 聚苯乙烯泡沫塑料 土工膜 多孔泡沫塑料板 塑料排水管 复合材料 复合土工膜 复合排水材料 EPS填土材料

本章小结

1. 聚合物是由千万个原子彼此以共价键结合的大分子化合物，有加聚物和缩聚物两大类。一般加聚物为线型高分子，均为热塑性聚合物;而缩聚物部分是线型高分子，是热塑性聚合物，而大部分为体型(网状)高分子，属热固性聚合物。

2. 热塑性聚合物具有受热时软化、遇冷时凝固的性质。通常可反复进行加热软化、熔融和冷却硬化，具有可再生重复使用的特性。而热固性聚合物仅在第一次加热(或加入固化剂前)时能发生软比、熔融，并在此条件下产生化学交联而固化，以后再加热时再不会软化或熔融，也不会被溶解。前者相对更加柔韧而后者更加硬脆。在强度、变形、耐热、耐腐蚀、抗变形等方面，后者要优于前者。但前者可以方便地进行热塑性加工，通常价格低廉。

3. 合成高分子材料具有较小的密度、更高的比强度、更好的隔热保温性和耐腐蚀性，同时还具有良好的防水密封性、电绝缘性和减震消音性，与其他材料的复合性能也十分突出。但耐热性能较差，防火、耐老化是这类材料在使用过程中应该重点考虑的问题。

4. 一般可将聚合物的老化分为聚合物分子的交联与降解两种。交联是指聚合物的分子从线型结构变为体型结构的过程;降解是指聚合物的分子链发生断裂，其分子量降低的过程。老化原因主要是热老化和光老化。

5. 建筑塑料的基本组成为合成树脂、填充料、增塑剂、固化剂、稳定剂和其他添加剂。其中合成树脂是决定塑料类型、性能和用途的根本因素。其他填充料及外加剂是为了改善塑料性能而加入的。

6. 常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、ABS塑料和有机玻璃等;常用的热固性塑料有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯、环氧树脂和有机硅树脂等。

7. 涂料的基本组成包括：成膜物质、颜料、溶剂(分散介质)以及辅料(助剂)。成膜物质是涂料的关键成分。成膜物质分为两大类，一类是转化型(或反应型)成膜物质，另一类是非转化型(或挥发型)成膜物质。建筑涂料常用树脂有聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、丙烯酸树脂、环氧树脂、醋酸乙烯一丙烯酸酯共聚物(乙一丙乳液)、聚苯乙烯一丙烯酸酯共聚物(苯一丙乳液)、聚氨酯树脂等。

8. 胶粘剂一般由基料和多种辅助成分组成。基料是胶粘剂的主要成分，起粘接作用，要求有良好的粘附性和润湿性。合成树脂、合成橡胶、天然高分子以及无机化合物等都可做基料。辅助成分主要包括固化剂、溶剂、增塑剂、填料、偶联剂及其他外加剂。粘附机理主要是机械粘结力、物理吸附力和化学键力。

本章练习

1.聚合物有哪些特征，这些特征与聚合物的性质有何联系?

2. 热塑性树脂与热固性树脂的主要不同点有哪些?

3 线型聚合物有哪几种物理状态?试述聚合物在不同物理状态下的特点。

4.试述聚合物的老化原因和防止措施?

5.建筑塑料的基本组成有哪些?它们各起何作用?

6.胶粘剂的粘结力来源有哪些?建筑上常用的胶粘剂有那些?

7.建筑涂料的组成有哪些?它们各起何作用?建筑涂料有哪些种类?

5.高分子材料成型加工 篇五

1.高分子材料的定义

以高分子材料为主要组分的材料

2.高分子材料成型加工的定义

高分子材料是通过成型加工工艺得到具有实用性的材料或制品过程的工程技术

3.高分子材料工程特征的含义

高分子材料制品的性能既与材料本身的性质有关，有很大程度上受成型加工过程所产生的附加性质的影响

第三章

2.热稳定剂是一类能够防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂

分类： 铅盐类稳定剂，有机锡类稳定剂，有机锑类稳定剂，有机辅助稳定剂，复合稳定剂，稀土类稳定剂

用于食品： 有机锡类稳定剂，复合稳定剂，稀土类稳定剂

3.Pvc塑料

因为PVC是一种极现在高温下的加工成型。

？？/、？性高分子，分子间的作用力很强，导致加工温度超过其分解温度，只有加入热稳定剂才能实

4.抗氧剂是指可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命的物质。

抗臭氧剂是指可以阻止或延缓高分子材料发生臭氧破坏的化学物质。

不同：抗氧剂是抑制扩散到制品内部的氧，而抗臭氧只是在制品表面上发挥作用。

5.光稳定剂是可有效地抑制光致降解物理和化学过程的一类添加剂。

？/、？/ 8.润滑剂是降低熔体与加工机械或成型模具之间以及熔体内部相互直接按的摩擦和黏附，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量的一类添加剂。

因为其可以调节PVC树脂熔化速率和降低熔体黏度 9.？？？

10.硫化促进剂：提高硫化速度，缩短硫化时间，降低硫化温度，减少了硫化剂用量，提高或改善硫化胶物理机械性能

硫化活性剂：提高胶料中硫化促进剂的活性，减少硫化促进剂的用量，缩短硫化时间 防焦剂：少量加入即可防止或延迟胶料在加工和贮存时产生焦烧 12.着色剂，发泡剂，阻燃剂，抗静电剂，偶联剂，防霉剂

第四章

1.高分子材料制品设计中，成型加工方法选择的依据是什么？

制品形状，产品尺寸，材料特征，公差精度，加工成本

2.？？ 3.？？ 4.高分子材料进行配方设计的一般原则和依据各是什么？

制品的性能要求：抓住主要矛盾，用其所长，避其所短，必要时可共混或复合改性

成型加工性能的要求：各种成型加工方法的工艺和设备各有其特点，对材料的要求也不同，故需充分考虑。

原材料的要求：材料的主体成分-高分子化合物决定了材料的基本性能，添加剂对材料及其制品的性能有很大的影响

产品的经济成本要求：在满足使用性能的前提下，选用质量稳定可靠，价格低的原材料，调节配方，尽可能的减少成本

5.配方有哪几种表示方法？各有何作用？相互关系是什么？

以质量份数表示的配方：以高分子化合物为100份，计量容易，应用广泛，适于工业生产

以质量百分数表示的配方：以混合料为100份，计算原材料消耗，定额指标等方便，便于财务的成本核算及定价

以体积百分数表示的配方：以混合体积为100份，便于计算体积成本及原材料仓储体积

生产配方：生产中实际使用的配方表示形式，便于直接计算，符合生产实际

相互关系：？/?、??？

第六章

1．物料的混合有哪三种基本运动形式？聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主？为什么？

答：混合涉及到三种扩散的基本运动形式，即分子扩散、涡流扩散和体积扩散。

体积扩散，即对流混合。是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位臵向另一空间位臵的运动，两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动，以期达到各组分的均匀分布。在聚合物加工中，这种混合占支配地位。

2．什么是“非分散混合”，什么是“分散混合”，两者各主要通过何种物料运动和混合操作来实现？ 答：非分散混合。在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程称为非分散混合或简单混合。

这种混合的运动基本形式是通过对流来实现的，可通过包括塞形流动和不需要物料连续变形的简单体积排列和臵换来达到。

分散混合。是指在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。分散混合的目的是把少数组分的固体颗粒和液满分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或液滴，并均匀地分布到多组分中，这就涉及少组分在变形粘性流体中的破裂问题，这是靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的。

3.为什么在评定固体物料的混合状态时不仅要比较取样中各组分的比率与总体比率的差异大小，而且还要考察混合料的分散程度？ 答：衡量混合效果需从物料的均匀程度和组分的分散程度两方面来考虑。均匀程度指混入物所占物料的比率与理论或总体比率的差异。但就是相同比率的混合情况也是十分复杂的。在取样分析组成时，若一次抽取的试样的量足够多，或者，一次取样量虽不多，但取样的次数足够多，虽然每次抽取的试样分析结果有所出入，但（取多个试样分析结果的平均值时，）仍可得出混合情况相同的结论。然而从混合料中各组分的分散程度来看，则可能相差甚远。因此，在判定物料的混合状态时，还必须考虑各组分的分散程度。

4.温度对生胶塑炼有何影响？为什么天然橡胶在110℃时塑炼效果最差？ 答：低温下，氧和橡胶大分子的直接引发氧化作用很小，但是低温橡胶的粘度很高，机械剪切作用力大大提高，橡胶大分子链在机械力作用下的断裂破坏是主要的，其断裂生成的大分子游离基立即与周围的空气中的氧相结合，生成分子量较小的稳定大分子，自由基活性得到终止。高温时，氧和橡胶大分子的化学活泼性大大提高，氧可以直接引发大分子发生氧化裂解反应，随着温度的升高反应速度急剧加大，所以机械塑炼效果也随之加大。当天然橡胶在110摄氏度的时候，它的机械力作用是最小的时候，氧化裂解的作用也是最小的时候。5．天然橡胶的低温机械塑炼的目的及其原理与聚氯乙烯塑料中添加邻苯二甲酸二丁酯的目的及其原理有何异同？

答：天然橡胶的低温机械塑炼的目的是提高天然橡胶的可塑性，便于配合剂在基体中的均匀分布，也有利于后续的成型加工；原理是在主要在机械力的作用下，使大分子链发生断链。

聚氯乙烯塑料中添加邻苯二甲酸二丁酯的目的是为了降低大分子链之间的作用下，提高链段的运动能力，使得玻璃化温度降低，最终制品的韧性增强，柔性增大。

6．何谓橡胶的混炼？用开炼机混炼时三阶段及配合剂的加入次序？ 答：混炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。开炼机混炼经历包辊、吃粉、翻捣三个阶段。

配合剂加入顺序是混炼主要的工艺条件，为了能在较短的混炼时间里得到质量良好的混炼胶，应根据配合剂的作用、用量及其混炼特性来合理安排加入顺序。一般原则是；难分散的、量少的先加；易分散的、量多的后加；硫化剂和促进剂分开加，以免混在一起加入时因局部温度过高而使胶料焦烧；硫黄最后加。所以通常配合剂加入顺序为： 生胶一固体软化剂—促进剂、活性剂、防老剂一补强剂、填充剂一液体软化剂—硫黄及超促进剂。

7．何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶？

答：生胶在塑炼时橡胶大分子断链生成自由基，这种情况在混炼时同样会发生。在混炼过程中，橡胶分子断链生成大分子自由基可以与炭黑粒子表面的活性部位结合，也可以与发黑聚集体在混炼时被搓开所产生的具有较高活性的新生面结合，或者已与炭黑结合的橡胶又通过缠结或交联结合更多的橡胶，形成一种不溶于橡胶溶剂的产物--结合橡胶。

8.区分“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，并请各举2-3例

答：简单组分高分子材料：主要由高聚物组成(含量很高，可达95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧剂、润滑剂、着色剂等添加剂。如： PE、PP、PTFE。

复杂组分高分子材料：复杂组分塑料则是由合成树脂与多种起不同作用的配合剂组成，如填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。如：PF、SPVC 9.成型用的塑料形态有哪几种？各种形态的塑料有什么不同的特点？它们的应用情况如何？

答：热塑性塑料：热塑性塑料分子结构都是线型结构，在受热时发生软化或熔化，可塑制成一定的形状，冷却后又变硬。在受热到一定程度又重新软化，冷却后又变硬，这种过程能够反复进行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。塑性塑料成型过程简单，能够连续化生产，并且具有相当高的机械强度，因此发展很快。

热固性塑料：热固性塑料的分子结构是体型结构，在受热时也发生软化，可以塑制成一定的形态，但是受热到一定程度或加入少量固化剂后，就硬化定型，再加热也不会变软和改变形态了。热固性塑料加工成型后，受热不再软化，因此不能回收再用，如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等都是属于此类塑料。热固性塑料成型工艺过程比较复杂，所以连续生产有一定的困难，但其耐热性好、不容易变形，而且价格比较低廉。

工程塑料：工程塑料是可作为工程结构材料和代替金属制造机器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜聚酰亚胺等。工程塑料具有密度小、化学稳定性高、机械性能良好、电绝缘性优越、加工成型容易等特点，广泛应用于汽车、电器、化工、机械、仪器、仪表等工业，也应用于宇宙航行、火箭、导弹等方面。

通用塑料：是指产量大、价格低、应用范围广的塑料，主要包括聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品种。人们日常生活中使用的许多制品都是由这些通用塑料制成。10．什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里？

答：这是物料的初混合，是一种简单混合，是在树脂的流动温度以下和较低剪切作用下进行的，在这一混合过程中，只是增加各组分微粒空间的无规则排列程度，而不减小粒子的尺寸。一般是一个间歇操作过程。

塑化物料在初混合基础上的再混合过程，是在高于树脂流动温度和较强剪切作用下进行的。塑化的目的是使物料在温度和剪切力的作用下熔融，获得剪切混合的作用，驱出其中的水分和挥发物，使各组分的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。11．哪些机械通常用于塑料的初混合？哪些机械用于塑炼？ 答：初混合：在大批量生产时，较多使用高速混合机，其适用于固态混合和固液混合。S型和Z型捏合机主要适用于固态和液态混合，对物料有较强的撕捏作用，另外还有转鼓式混合机和螺带式混合机。塑化常用的设备主要是开放式塑炼机、密炼机和挤出机。12.塑料的塑化与橡胶的塑炼二者的目的和原理有何异同？

答：：塑化：再混合，是高一级的混合。在高于流动温度（Tf或Tm）和较强烈的剪切速率下进行。混合后，塑料各组份的物理和化学性质有所变化。其目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融，驱出其中的水份和挥发物。使各组份的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。

塑炼：使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程。目的是使生胶获得一定的可塑性，使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化，以便得到质量均匀的胶料。（目的是降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。）

13.什么是“生胶的塑炼”，什么是“塑料的塑炼”，为什么要分别对生胶和塑料进行塑炼？两者分别可采取哪些措施，提高塑炼效果？ 答：生胶的塑炼：使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程。目的是使生胶获得一定的可塑性，使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化，以便得到质量均匀的胶料。（目的是降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。）

塑料的塑炼：再混合，是高一级的混合。在高于流动温度（Tf或Tm）和较强烈的剪切速率下进行。混合后塑料各组份的物理和化学性质有所变化。其目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融，驱出其中的水份和挥发物。使各组份的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。

14.聚氯乙烯粒状塑料与酚醛压塑粉在配臵过程中的塑化工序、目的、作用原理有何不同？

答：聚氯乙烯粒状塑料：通过双键聚合而成，经过筛选、配料、混合、塑化成粒状。

酚醛压塑粉：过滤、配料、混合、塑化的粉状塑料。目的：都是为了得到制品成型前的物料。

原理：使用的机械不同，他们的自身的物理化学性质不同，致使他们得到的物料不同。

15、何谓塑料溶液和溶胶塑料？

答：塑料溶液的主要组成是作为溶质的合成树脂及各种配合剂和作为溶剂的有机溶剂。溶剂的作用是为了分散溶解树脂，使得到的塑料溶液获得流动性。溶剂对制品是没有作用的，只是为了加工而加入的一种助剂，在成型过程中必须予以排出。

溶胶塑料又称糊塑料，是固体树脂稳定地悬浮在非水液体介质中形成的分散体(悬浮体)。在溶胶塑料中氯乙烯聚合物或共聚物应用最广，通常称聚氯乙烯糊。

溶胶塑料中的非水液体主要是在室温下对树脂溶剂化作用很小而在高温下又很易增塑树脂的增塑剂或溶剂，是分散剂。有时还可加入非溶剂性的稀释剂，甚至有些加入热因性树脂或其单体。除此之外，溶胶塑料还因不同的要求加入胶凝剂、填充剂、表面活性剂、稳定剂、着色剂等各种配合剂，因此，溶液塑料的组成是比较复杂的，其在室温下是非牛顿液体，具有一定流动性。16.简述聚合物共混的目的及原则

答：1.利用各聚合物组分的性能，取长补短，消除各单一聚合物组分性能的缺点，保持各自的优点，得到综合性能优异的聚合物材料。2.少量的某一聚合物作为另一个聚合物的改性剂，获得显著的改性效果。

3.通过共混改善聚合物的加工性能。

第七章

1．何谓热固性塑料的固化速度？固化速率太慢或太快对制品有何影响？

答：这是热固性塑料成型时特有的也是最重要的工艺性能，它是衡量热固性塑料成型时化学反应的速度。它是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标难试样时，使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与试件的厚度的比值(s/mm厚度)来表示，此值愈小，固化速率愈大。

固化速率应当适中，过小则生产周期长，生产效率低，但过大则流动性下降，会发止塑料尚未充满模具型腔就已固化的现象，就不能适于成型薄壁和形状复杂的制品。

2．简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。

答：热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的准备、成型和制品后处理三个阶段组成。

1、计量；

2、预压；

3、预热；

4、嵌件安放；

5、加料；

6、闭模；

7、排气；8．保压固化；

9、脱模冷却；

10、制品后处理；

3．试分析模压温度的高低对模压成型工艺的影响。

答：模压温度是指成型时所规定的模具温度，对塑料的熔触、流动和树脂的交联反应速度有决定性的影响。

在一定的温度范围内，模温升高、物料流动性提高，充模顺利，交联固化速度增加，模压周期缩短，生产效率高。但过高的模压温度会使塑料的交联反应过早开始和固化速度太快而使塑料的熔融粘度增加，流动性下降，造成充模不全。另外一方面，由于塑料是热的不良导体，模温高，固化速度快，会造成模腔内物料内外层固化不一，表层先行硬化，内层固化时交联反应产生的低分子物难以向外挥发，会使制品发生肿胀、开裂和翘曲变形，而且内层固化完成时，制品表面可能已过热，引起树脂和有机填料等分解，会降低制品的机械性能。因此模压形状复杂、壁薄、深度大的制品，不宜选用高模温，但经过预热的塑料进行模压时，由于内外层温度较均匀，流动性好，可选用较高模温。

模压温度过低时，不仅物料流动性差，而且固化速度慢，交联反应难以充分进行，会造成制品强度低，无光泽，甚至制品表面出现肿胀，这是由于低温下固化不完全的表层承受不住内部低分子物挥发而产生的压力的缘故。

4.在热固性塑料模压成型中，提高模温应相应地降低还是升高模压压力才对模压成型工艺有利？为什么？

答：在热固性塑料模压成型中，提高模温一般应相应地升高模压压力才对模压成型工艺有利。在一定范围内模温提高能增加塑料的流动性，模压压力可降低；但模温提高也会使塑料的交联反应速度加速，从而导致熔融物料的粘度迅速增高，因而需更高的模压压力。综合以 上因素，提高模温一般应相应地提高模压压力。

5.热固性塑料模压成型中物料的预热温度对模压压力有何影响？为什么？

答：进行预热可以使物料熔化速度加快，黏度下降，流动性提高，模压压力降低；但如果预热温度过高会使塑料在预热过程中有部分固化，会抵消预热增大流动性效果，模压时需更高的压力来保证物料充满型腔。在预热时软化倾向>交联倾向，一般经过预热的物料可使用较低的模压压力。

6．在高分子材料成型加工中，哪些地方要求交联？交联能赋予高聚物制品哪些性能？

答：未硫化的橡胶Tg 在室温以下，常温下发黏，强度很低，基本无使用价值。通过硫化(交联)，才能使用。酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯等是具有活性官能团的低分子量的齐聚物，也只有通过交联，才能充分发挥它们的特性。在聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料生产中，交联也是极为重要的工艺技术，交联有助于提高泡孔壁的强度。交联后的性能取决于交联密度。交联密度高，相邻交联点之间相对分子质量小，链段活动性受到限制，Tg 随之增高。交联改善了高分子材料的力学性能、耐热性能、化学稳定性能和使用性能。

7．试述天然橡胶以硫磺硫化后的制品大分子结构特征。

答：硫化后，橡胶大分子结构中各部位已程度不同地形成了网状结构，大分子链之间有主价键力的作用，使大分子链的相对运动受到一定的限制，在外力作用下，不易发生较大的位移，变形减小，强度增大，失去可溶性，只能有限溶胀。

8．试述橡胶硫化后的物理性能的变化，并解释之。

答：天然橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加，而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小，但若继续硫化，则出现拉伸强度、弹性逐渐下降，伸长率、永久变形反而会上升的现象。这些现象都是线形大分子转变为网状结构的特征。

9．生胶和硫化胶在分子结构及性能上有何不同？

答：硫化前：结构：线性大分子，分子与分子之间无价键力；

性能：可塑性大，伸长率高，具可溶性。

硫化后：结构：1）化学键；2）交联键的位臵；3）交联程度；

4）交联

性能：1）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度、伸

长率、弹性）；2）物理性能；3）化学稳定性 10.橡胶的硫化历程分为几个阶段？各阶段的实质和意义是什么？ 答：橡胶在硫化过程中，其各种性能随硫化时间增加而变化。将与橡胶交联程度成正比的某一些性能(如定伸强度)的变化与对应的硫化时间作曲线图，可得到硫化历程图。橡胶的硫化历程可分为四个阶段：焦烧阶段、预硫阶段、正硫化阶段和过硫阶段。

焦烧阶段。又称硫化诱导期，是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。对于模型硫化制品，胶料的流动、充模必须在此阶段完成，否则就发生焦烧，出现制品花纹不清，缺胶等缺陷。

预硫阶段。焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。在此阶段，随着交联反应的进行，橡胶的交联程度逐渐增加，并形成网状结构，橡胶的物理机械性能逐渐上升，但尚未达到预期的水平，但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等却优于正硫化阶段时的胶料。预硫阶段的长短反映了橡胶硫化反应速度的快慢，主要取决于胶料的配方。

正硫化阶段。橡胶的交联反应达到一定的程度，此时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。此时交联键发生重排、裂解等反应，胶料的物理机械性能在这个阶段基本上保持恒定或变化很少．所以该阶段也称为平坦硫化阶段。

过硫阶段。正硫化以后继续硫化便进入过硫阶段。交联反应和氧化及热断链反应贯穿于橡胶硫化过程的始终，只是在不同的阶段，这两种反应所占的地位不同，在过硫阶段中往往氧化及热断链反应占主导地位，因此胶料出现物理机械性能下降的现象。

11．橡胶制品生产过程中，剩余焦烧时间的长短与橡胶制品的类型有什么关系？

答：不同的硫化方法和制品，对焦烧时间的长短亦有不同要求。在硫化模压制品时，总是希望有较长的焦烧期，使胶料有充分时间在模型内进行流动，而不致使制品出现花纹不清晰或缺胶等缺陷。在非模型硫化中，则应要求硫化起步应尽可能早一些，因为胶料起步快而迅速变硬，有利于防止制品因受热变软而发生变形。不过在大多数情况下，仍希望有较长的焦烧时间以保证操作的安全性。12.何谓返原性胶料和非返原性胶料？

答：在过硫阶段中不同的橡胶出现的情况是不同的。天然橡胶、丁苯橡胶等主链为线型大分子结构，在过硫阶段断链多于交联而出现硫化返原现象；而对于大部分合成橡胶，如丁苯、丁腈橡胶，在过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构，胶料的物理机械性能变化很小，甚至保持恒定，这种胶料称硫化非返原性胶料。

13.何谓硫化三要素？对硫化三要素控制不当会造成什么后果？ 答：硫化温度、硫化压力和硫化时间。

硫化温度是促进硫化反应的主要因素，提高硫化温度可以加快硫化速度，缩短硫化时间，提高生产效率。

硫化压力的选取主要根据胶料的性质、产品结构和其他工艺条件等决定的。对流动性较差的，产品形状结构复杂的，或者产品较厚、层数多的宜选用较大的硫化压力。硫化温度提高，硫化压力也应高一些。但过高压力对橡胶的性能也不利，高压会对橡胶分子链的热降解有加速作用；对于含纤维织物的胶料，高压会使织物材料的结构被破坏，导致耐屈挠性能下降。

橡胶在硫化过程中，性能在不断变化，所以选取恰当的硫化时间对保证制品质量十分重要。在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最宜的硫化时间，时间太长则过硫，时间太短则欠硫，对产品性能都不利。14.何谓正硫化和正硫化时间？正硫化时间的测定方法有哪几种？各有何特点？

答：正硫化是一个阶段，在正硫化阶段中，胶料的各项物理机械性能保持最高值，但橡胶的各项性能指标往往不会在同一时间达到最佳值。

橡胶处在正硫化时，其物理机械性能或综合性能达到最佳值，预硫或过硫阶段胶料性能均不好。达到正硫化所需的时间为正硫化时间。测定正硫化点的方法很多，主要有物理机械性能法、化学法和专用仪器法。

(1)物理机械性能法。此法的缺点是麻烦，不经济。

(2)化学法。测定橡胶在硫化过程中游离硫的含量，以及用溶胀法测定硫化胶的网状结构的变化来确定正硫化点。此法误差较大，适应性不广，有一定限制。

(3)专用仪器法。这是用专门的测试仪器来测定橡胶硫化特性并确定正硫化点的方法。目前主要有门尼粘度计和各类硫化仪，其中转子旋转振荡式硫化仪用得最为广泛。

15．某一胶料的硫化温度系数为2，当硫化温度为137℃时，测出其硫化时间为80min，若将硫化温度提高到143℃，求该胶料达正硫化所需要的时间？上述胶料的硫化温度时间缩短到60min时，求所选取的硫化温度是多少？

t答：1Kt2802t214313710T2T110

t2=52min 80260T213710

1.249=0.3010(T2-137)

T2=141.2℃

16.某胶料的硫化温度系数为2，在实验室中用试片测定，当硫化温度为143℃时，硫化平坦时间为20---80min，该胶料在140℃下于模型中硫化了70min,问是否达到正硫化？

解：由范特霍夫方程得 t1/t2=KT2-T1/10 得

t1/70=2140-143/10 解得 t1=56.9min ∵t1=56.9min在硫化平坦时间20---80min范围内

∴该胶料已达到正硫化

17．绘出增强热固性塑料层压板成型时热压过程五个时期的温度和压力与时间的关系曲线，并说明各时期的温度和压力在成型中的作用。答：压制的温度控制一般分为五个阶段

预热阶段：板坯的温度由室温升至树脂开始交联反应的温度，使树脂开始熔化，并进一步渗入增强材料中，同时排出部分挥发物。此时的压力＝最高压力的1/3～1/2。

中间保温阶段：树脂在较低的反应速度下进行交联固化反应，直至溢料不能拉成丝，然后开始升温升压。

升温阶段：将温度和压力升至最高，加快交联反应。（此时树脂的流动性已下降，高温高压不会造成胶料流失）

热压保温阶段：在规定的温度和压力下，保持一定时间，使树脂充分交联固化。

冷却阶段：树脂在充分交联后，使温度逐渐降低，进行降温冷却。

第八章

1．挤出机螺杆在结构上为何分段？分段的根据是什么？

答：根据物料在螺杆中的温度、压力、黏度等的变化特征，可将螺杆分为加料段、压缩段、均化段三段。

2．挤出螺杆一般分为哪几段？每段各有什么作用？对于晶态塑料的挤出成型，应选择何种螺杆？其L2 的长度有何特征，为什么？ 答：根据物料在螺杆中的温度、压力、粘度等的变化特征，可将螺杆分为加料段、压缩段和均化段三段。

加料段：加料段的作用是对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段。塑料在该段螺槽始终保持固体状态。压缩段：又叫相迁移段，其作用是对加料段送来的料起挤压和剪切作用，同时使物料继续受热，由固体逐渐转变为熔融体，赶走塑料中的空气及其他挥发成分，增大塑料的密度，塑料通过压缩段后，应该成为完全塑化的粘流状态。

均化段：又叫计量段，其作用是将塑化均匀的物料在均化段螺槽和机头回压作用下进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。

对于晶态塑料的挤出成型：挤出结晶型热塑性塑料的加料段要求较长，使塑料有足够的停留时间，慢慢软化，该段约占螺杆全长的60% 65%；结晶型塑料，熔融温度范围较窄，压缩段较短，为3 5Ds；为了稳定料流，均化段应有足够的长度，通常是螺杆全长的20% 25%。

其L2 的长度较短，因为其熔融温度范围较窄。

3．什么叫压缩比？挤出机螺杆设计中的压缩比根据什么来确定？ 答：螺杆的压缩比A：指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。A愈大，塑料受到挤压的作用也就愈大，排除物料中所含空气的能力就大。但A太大，螺杆本身的机械强度下降。压缩比一般在2 5之间。

压缩比的大小取决于挤出塑料的种类和形态，粉状塑料的相对密度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁状制品时，压缩比应比挤出厚壁制品大。压缩比的获得主要采用等距变深螺槽、等深度变距螺槽和变深变距螺槽等方法，其中等距变深螺槽是最常用的方法。

4．什么是挤出机螺杆的长径比？长径比的大小对塑料挤出成型有什么影响？长径比太大又会造成什么后果？

答：螺杆的长径比L/Ds：指螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比，此值通常为15 25，但近年来发展的挤出机有达40的，甚至更大。

L/Ds大，能改善塑料的温度分布，混合更均匀，并可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤出机的生产能力。L/Ds过小，对塑料的混合和塑化都不利。因此，对于硬塑料、粉状塑料或结晶型塑料要求塑化时间长，应选较大的L/Ds。L/Ds大的螺杆适应性强，可用于多种塑料的挤出。

但L/Ds大大，对热敏性塑料会因受热时间大长而易分解，同时螺杆的自重增加，制造和安装都困难，也增大了挤出机的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。

5．渐变型和突变型螺杆有何区别？它们各适合哪类塑料的挤出？为什么？

答：等距变深螺杆按其螺槽深度变化的快慢(即压缩段的长短)又可分为等距渐变形螺杆和等距突变形螺杆。非晶型塑料宜选用渐变形螺杆，结晶型塑料宜选用突变形螺杆。

6．如欲提高挤出机加料段固体输送能力，应对设备采取什么措施？指出其理论依据。答：固体塞的移动情况是旋转运动还是轴向运动占优势，主要决定于螺杆表面和料筒表面与物料之间的摩擦力的大小。只有物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料筒之间的摩擦力时，物料才沿轴向前进；否则物料将与螺杆一起转动，因此只要能正确控制物料与螺杆及物料与料筒之间的静摩擦因数，即可提高固体输送能力。

为了提高固体输送速率，应降低物料与螺杆的静摩擦因数，提高物料与料筒的径向静摩擦因数。要求螺杆表面有很高的光洁度，在螺杆中心通入冷却水，适当降低螺杆的表面温度，因为固体物料对金属的静摩擦因数是随温度的降低而减小的。

7．塑料在挤出机中的熔化长度的意义是什么？

答：挤出过程中，在加料段内是充满未熔融的固体粒子，在均化段内则充满着已熔化的物料，而在螺杆中间的压缩段内固体粒子与熔融物共存，物料的熔化过程就是在此区段内进行的，故压缩段又称为熔化区。在熔化区，物料的熔融过程是逐渐进行的，自熔化区始点A开始，固体床的宽度将逐渐减小，熔池的宽度逐渐增加，直到熔化区终点B，固体床的宽度下降到零，进入均化段，固体床消失，螺槽全部充满熔体。从熔化开始到固体床的宽度降到零为止的总长度，称为熔化长度。

8．塑料熔体在挤出机螺槽内有几种流动形式？造成这几种流动的主要原因是什么？

答：从压缩段送入均化段的物料是具有恒定密度的粘流态物料，在该段物料的流动已成为粘性流体的流动，物料不仅受到旋转螺杆的挤压作用，同时受到由于机头口模的阻力所造成的反压作用，物料的流动情况很复杂。

通常把物料在螺槽中的流动看成由下面四种类型的流动所组成：(1)正流：是物料沿螺槽方向向机头的流动，这是均化段熔体的主流，是由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用所引起的，从理论分析上来说，这种流动是由物料在深槽中受机筒摩擦拖曳作用而产生的，故也称为拖曳流动，它起挤出物料的作用。

(2)逆流：沿螺槽与正流方向相反的流动，它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动，故又称压力流动，它将引起挤出生产能力的损失。

(3)横流：物料沿x轴和y轴两方向在螺槽内往复流动，也是螺杆旋转时螺棱的推挤作用和阻挡作用所造成的，仅限于在每个螺槽内的环流，对总的挤出生产率影响不大，但对于物料的热交换、混合和进一步的均匀塑化影响很大。

(4)漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动，它也是由于机头和口模等对物料的阻力所产生的反压流功。9.分析挤出成型时，螺杆均化段末端黏流态物料的压力与哪些因素有关？

10.各种挤出成型制品的生产线由各自的主、辅机组成，请归纳它们的工艺过程，用框图表示

11.塑料薄膜挤出生产工艺方法有哪几种？简要分析各种方法的工艺特点。不同成型方法所得的塑料薄膜性能有何不同的特点及应用情况如何？

12．管材挤出的工艺过程是什么？挤出管材如何定径？

答：管材挤出的基本工艺是：由挤出机均化段出来的塑化均匀的塑料，经过过滤网、粗滤器而达分流器，并为分流器文架分为若干支流，离开分流器文架后再重新汇合起来，进入管芯口模间的环形通道，最后通过口模到挤出机外而成管子，接着经过定径套定径和初步冷却，再进入冷却水槽或具有喷淋装臵的冷却水箱，进一步冷却成为具有一定口径的管材，最后经由牵引装臵引出并根据规定的长度要求而切割得到所需的制品。

管材挤出装臵由挤出机、机头口模、定型装臵、冷却水槽、牵引及切割装臵等组成，其中挤出机的机头口模和定型装臵是管材挤出的关键部件。

管材挤出后，温度仍然很高，为了得到准确的尺寸和几何形状以及表面光洁的管子，应立即进行定径和冷却，以使其定型。

外径定型是使挤出的管子的外壁与定径套的内壁相接触而起定型作用的，为此，可用向管内通入压缩空气的内压法或在管子外壁抽真空法来实现外径定型。

内压法进行外径定型的定径套如图所示。定型时，可通过分料筋的孔道通入一定压力的压缩空气(一般为0.05--0.3MPa表压)。并在挤出的管端或管内封塞。定径套的外壁为夹套，内通冷却水以冷却管子，经定径后的管子离开定径套时不再变形。

第九章

1.何谓注射成型，它有何特点？请用框图表示一个完整的注射成型工艺过程。

答：塑料的注射成型又称注射模塑，或简称注塑，是塑料制品成型的重要方法。目前注射制品约占塑料制品总量的30%。在工程塑料中有80%是采用注射成型。

注射成型是间歇生产过程，除了很大的管、棒、板等型材不能用此法生产外，其他各种形状、尺寸的塑料制品都可以用这种方法生产。它不但常用于树脂的直接注射，也可用于复合材料、增强塑料及泡沫塑料的成型，也可同其他工艺结合起来，如与吹胀相互配合而组成注射—吹塑成型。

塑料的注射成型是将粒状成粉状塑料加入到注射机的料筒，经加热熔化呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下，从料简前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热(热固性塑料)固化后，开模得到与摸具型腔相应的制品。

2.塑料挤出机的螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同？

答：注射螺杆与挤出螺杆在结构上有如下区别： 1)注射螺杆的长径比较小，在10 15之间。2)注射螺杆压缩比较小，在2 2.5之间。

3)注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。为了提高塑化量，加料段较长，约为螺杆长度的一半。4)注射螺杆的头部呈尖头型，与喷嘴能很好的吻合。

注射螺杆起预塑化和注射作用，是间歇操作过程，它对物料的塑化能力、稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆那么严格。

注射机的螺杆功能为加料、输送、塑化和注射；而挤出机的螺杆功能则是加料、输送、塑化和挤出。

注射机螺杆的运动方式为：旋转、轴向运动；而挤出机的螺杆运动方式为旋转。

注射机的螺杆头部为尖头；而挤出机的螺杆头部为圆头、平头。3.请从加热效率出发，分析柱塞式注射机上必须使用分流梭的原因。

答：分流梭装在料筒前的中心部分，是两端锥形的金属圆锥体，形如鱼雷，因此也叫鱼雷头。分流梭的作用是将料筒内流经该处的料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程。既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。同时，塑料熔体分流后，在分流梭与料简间隙中流速增加，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，粘度下降，使塑料得到进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产率及制品质量。

柱塞式注射机必须采用分流梭，移动螺杆式注射机的塑化效果好，不采用分流梭。

4.注射机的喷嘴有哪几种类型？各适合何种聚合物材料的注射成型？

答：在料筒的前部，是连接料筒和塑模的通道，其作用是引导塑化料从料筒进入棋具，并使有一定的射程。喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛，以便与模具紧密接触，由于喷嘴的内径不大，当塑料通过时，流速增大，剪切速度增加，能使塑料进一步塑化。热塑性塑料的注射喷嘴类型很多，结构各异，使用最普遍的有如下三种形式：

1)通用式喷嘴：是最普遍的形式，制造方便，无加热装臵，注射压力损失小，常用于聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及纤维素等的注射成型。2)延伸式喷嘴：是通用式喷嘴的改进型，制造方便，有加热装臵，注射压力降较小，适用于有机玻璃、聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯等高粘度树脂。

3)弹簧针阀式喷嘴：是一种自锁式喷嘴，结构较复杂，制造困难，流程较短，注射压力降较大，较适用于尼龙、涤纶等熔体粘度较低的塑料注射。

5.以柱塞式注射机成型聚丙烯制品时，注射机料筒的加热效率为0.8，如果聚丙烯预热温度50℃，注射料温230℃，注射机的料筒最高温度应控制几度？ 答：

TTOE,TO50℃,T230,E0.8,代入得TW275℃TwTO

6.试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系，并绘制成型区域示意图。

答：在同一塑料的摩擦因数和熔融黏度是随料筒温度和模具温度而变动的，故注射压力与料温是相互制约的，料温高时，注射压力减小；反之，所需注射压力加大。

7.保压在热塑性塑料注射成型过程中的作用是什么？保压应有多少时间？何谓凝封？

答：保压阶段。是熔体充满模腔时起至柱塞或螺杆撤回时为止的一段时间。在这段时间内，塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，柱塞或螺杆需保持对塑料的压力，使模腔中的塑料进一步得到压实，同时料筒内的熔体会向模腔中继续流入以补足因塑料冷却收缩而留出的空隙。随模腔内料温下降，模内压力也因塑料冷却收缩而开始下降。保压时间一般约20-100s，大型和厚制品可达2-5min。塑料注射充模保压时，浇注系统的熔体先行冷却硬化的现象叫“凝封”，凝封可防止模腔内尚未冷却的熔体向喷嘴方向倒流。8.试述晶态聚合物注射成型时温度（包括料温和模温）对其结晶性能和力学性能的影响。

答：料筒的温度的高低主要决定与塑料的性质，必须把塑料加热到黏流温度（Tf）或熔点以上，但必须低于其分解温度。？？？？？不会 模具温度不但影响塑料充模时的流动行为，而且影响制品的物理机械性能和表观质量。实际上冷却速度的大小取决于塑料熔体温度(Tm)与冷却介质温度(Tc)的温差；当Tc＜Tg为骤冷，Tc≈Tg为中速冷，Tc＞Tg为缓冷。结晶型塑料注射入模具后，将发生相转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结品度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和冲击强度下降；反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但骤冷不利于大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和取向较适中，是用得最多的条件。实际生产中用何种冷却速度，还应按具体的塑料性质利制品的使用性能要求来决定。、9．聚丙烯和聚苯乙烯注射成型时，考虑到产品的性能和生产效率，它们的模具温度应分别控制在哪个温度范围最适宜？为什么？（PP：Tg＝－10℃左右，PS：Tg＝80℃左右）

答：聚丙烯的结晶能力较强，提高模具温度有助于改善熔体在模内的流动性，减小内应力和分子的定向作用，增强制件的密度和结晶度甚至能够提前脱模；但制件的冷却时间、收缩率和脱模后的翘曲变形将增大。制品结晶度的增加，制件的表面粗糙度值也会随之减小。综合考虑PP 模具温度Tc>Tg，生产上常用温度为40-90℃

无定形塑料注射充模后无相转变，故模温高低主要影响充模时间长短，较低的模温，冷却快，生产效率提高。PS 熔融黏度较低，采用偏低的模温Tc

11．试分析注射成型过程中快速充模和慢速充模各有什么利弊。

答：充模速度↑，物料受剪切↑，生热↑，T ↑，黏度下降，充模压力↑，充模顺利，能提高制品的熔接缝强度，生产周期缩短；但速度↑↑，料流为湍流，严重时引起喷射用，卷入空气，可引起塑料局部烧伤及分解，使制品不均匀，内应力较大表面常有裂纹。慢速充模时，熔体以层流状态流动，顺利将模腔内的空气排出，制品质量较均匀；但充模过慢，会使熔体在流道中冷却降温，引起黏度提高，流动性下降，引起充模不全，并出现分层和结合不好的熔接痕，影响制品强度和表面质量。

12.简述热固性塑料和橡胶的注射成型原理。答：热固性塑料注射成型原理：其主要组分是线型或带有支链的低分子量聚合物，而且聚合物分子链上存在可反应的活性基团，因此，热固性塑料受热成型过程中不仅发生物理状态的变化，而且还发生不可逆的化学变化。加进料筒内的热固性塑料受热转变为黏流态，而成为具有一定流动性的熔体，但有可能因发生化学反应而使黏度升高，甚至交联硬化为固体。所以为了便于注射成型能顺利进行，要求成型物料首先在温度相对较低的料筒内预塑化到半熔融状态，注入高温模腔后继续加热，物料就通过自身反应基团或反应活性点与加入的固化剂作用，经一定时间的交联固化反应，使线性树脂逐渐变成体型结构。

6.功能高分子材料概论论文 篇六

(理工类)

课程名称:____ 功能高分子材料概论_ ___ 论文题目:__ 生物医用高分子材料的现状、研究进展 学 院: 先进材料与能源中心 ______ 学生姓名:_ 陈____俊 _______ 学

号: 2120*** ______ 完成时间: 2013 年 12月15日___ ________

摘要：了解生物医用功能高分子材料近年来的现状、发展方向及应用研究，综述国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望对未来的生物医用高分子材料的发展趋势，通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。

关键词：功能高分子材料；生物医用高分子材料 生物医用高分子材料的现状

生物医用高分子材料(Poly-meric biomaterials)是指在生理环境中使用的高分子材料[1],它们中有的可以全部植入体内,有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外, 或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触, 有的甚至要求永久性植入体内[2]。因此,这类材料必须具有优良的生物体替代性(力学性能、功能性)和生物相容性[3]。生物医用高分子材料需要满足的基本条件:在化学上是不活泼的,不会因与体液或血液接触而发生变化;对周围组织不会引起炎症反应;不会产生遗传毒性和致癌;不会产生免疫毒性;长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能;具有良好的血液相容性;能经受必要的灭菌过程而不变形;易于加工成所需要的、复杂的形态[4]。医用高分子材料的特殊要求

医用高分子材料是要用在人身上的, 必须对人体组织无害, 所以对其要求十分严格, 总体上可以概括为以下四个方面: 1)生物功能性: 因各种生物材料的用途而异,如: 作为缓释药物时, 药物的缓释性能就是其生物功能性。

2)生物相容性: 可概括为材料和活体之间的相互关系, 主要包括血液相容性和组织相容性。组织相容性主要指无毒性, 无致癌性, 无热原反应, 无免疫排斥反应, 不破坏邻近组织等。血液相容性一般指不引起凝血, 不破坏红细胞, 不破坏血小板, 不改变血中蛋白, 不扰乱电解质平衡。

3)化学稳定性: 耐生物老化性或可生物降解性。对于长期植入的医用高分子材

料, 生物稳定性要好;对于暂时植入的医用高分子材料, 则要求在确定时间内降解为无毒的单体或片段.通过吸收、代谢过程排出体外。

4)生产加工性：首先, 严格控制用于合成医用高分子材料的原料纯度, 不能带入有害物质, 重金属含量不能超标；其次, 材料加工助剂必须符合医用标准；第三, 对于体内应用的高分子材料, 生产环境应当具有符合标准的洁净级别；第四, 便于消毒灭菌(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒和酒精消毒等)。正因为对于医用高分子材料的要求严格, 相关的研发周期一般较长, 需要经过体外实验、动物实验、临床实验等不同阶段的试验, 材料市场化需要经国家药品和医疗器械检验部门的批准, 且报批程序复杂, 费用高。这也是生物材料的市场价格居高不下的一个重要原因。生物医用高分子材料的种类

生物医用高分子材料按性质可分为非降解和可生物降解两大类。非生物降解的生物医用高分子包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等，其在生理环境中能长期保持稳定，不发生降解、交联或物理磨损等，并具有良好的力学性能。可生物降解的生物医用高分子材料则包括胶原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己内酯等，这些材料能在生理环境中发生结构性破坏，且降解产物能通过正常的新陈代谢被基体吸收或排出体外。非降解和可生物降解生物医用高分子材料在生物医学领域各具有自己独特的发展地位，然而，随着生物医学和材料科学的发展，人们对生物医用高分子材料提出了更高的要求，可生物降解生物医用高分子材料越来越得到人们的亲睐。因此，在这里主要讨论可生物降解医用高分子材料的种类。

根据来源来划分，可生物降解医用高分子材料可分为天然可生物降解和合成可生物降解两大类。生物医用高分子材料的应用

根据不同的角度、目的甚至习惯，医用高分子材料应用有不同的分类方法，尚无统一标准。主要在人造器官、人造组织、以及其它的一些高分子药剂等。4.1人造器官

（1）人工肾：四十年前荷兰医生用赛璐洛玻璃纸作为透析膜, 成功地滤除了患者血液中的毒素。目前人工肾以中空丝型最为先进, 其材质有醋酸纤维, 赛

璐洛和聚乙烯醇。其中以赛璐路居多, 占98%, 它是一种亲水性的、气体和水都能通过的材料, 同时要求有很好的选择过滤性, 病人的血液从人工肾里流过由它们所构成的中空丝膜, 就可将尿素、尿酸,Ca2+等物质通过, 并留在人工肾里继而排出, 而人体所需的营养、蛋白质却被挡住,留在血液里返回人体, 从而对血液起到过滤作用, 目前中空纤维膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功, 并用于工业化生产。（2）人工肺：人工肺并不是对于人体肺的完全替代，而是体外执行血液氧交换功能的一种装置，目前以膜式人工肺最为适合生理要求,它是以疏水性硅橡胶, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。(3)人工心脏：1982年美国犹他大学医疗中心, 成功地为61岁的牙科医生克拉克换上了Jarvak一7型人工心脏, 打破了人造心脏持久的世界纪录, 美国人工心脏专家考尔夫博士指出闭,人工心脏研制成功与否取决于找到合适的弹性体, 作为人工心脏主体心泵的高分子材料,现在所用的材料主要为硅橡胶。（4）其它，如人工心脏瓣膜、心脏起搏器电极的高分子包覆层、人工血管、人工喉、人工气管、人工食管、人工膀胱等。4.2人造组织

指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整型外科等的材料，包括：(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡胶等，如蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等；(2)眼科材料：这类材料特别要求具有优良的光学性质、良好的润湿性和透氧性、生物惰性和一定的力学性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶状体(硅油、透明质酸水溶液)、人工玻璃体、人工眼球、人工视网膜、人工泪道、隐型眼镜(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工关节、人工骨、接骨材料(如骨钉)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纤维及其复合材料；(4)肌肉与韧带材料：人工肌肉、人工韧带等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纤维等；(5)皮肤科材料：人工皮肤，含层压型人工皮肤、甲壳素人工皮肤、胶原质人工皮肤、组织膨胀器。4.3药用高分子

(1)高分子缓释药物载体：药物的缓释是近年来人们研究的热点。目前的部分药物尤其是抗癌药物和抗心血管病类药物(如强心苷)具有极高的生物毒性而

较少有生物选择性，通常利用生物吸收性材料作为药物载体，将药物活性分子投施到人体内以扩散、渗透等方式实现缓慢释放。通过对药物医疗剂量的有效控制，能够降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高药物的靶向输送，减少给药次数，减轻患者的痛苦，并且节省财力、人力、物力。目前存在时间控制缓释体系(如“新康泰克”等，理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系(脉冲释放方式)。近年来研究较多的是利用聚合物的相变温度依赖性(如智能型凝胶)，在病人发烧时按需释放药物，还有利用敏感性化学物质引致聚合物相变或构象改变来释放药物的物质响应型释放体系。(2)高分子药物(带有高分子链的药物和具有药理活性的高分子)：如抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物(抗菌、抗病毒、抗支原体感染)、抗辐射高分子药物、高分子止血剂等。将低分子药物与高分子链结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一个实现高分子化的药物是青霉素(1 962年)，所用载体为聚乙烯胺，以后又有许多的抗生素、心血管药和酶抑制剂等实现了高分子化。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。生物医用高分子材料的发展方向

（1）可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料, 都将得到巨大的发展。

（2）1906 年En rililich 首次提出药物选择性地分布于病变部位以降低其对正常组织的毒副作用, 使病变组织的药物浓度增大, 从而提高药物利用率这一靶向给药的概念。此后一个世纪以来, 靶向药物的载体材料一直吸引了医药工作者的兴趣。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。

（3）任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的, 因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱, 但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等)的改变在极短时间内发生相应的变化, 从而造成表面性质的改变, 此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。

（4）随着科学的发展,由高分子材料制成的人工脏器正在从体外使用型向内

植型发展,为满足医用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物细胞固定在合成高分子材料上,从而制成各种脏器，将使生物医用高分子材料发展前景越来越广阔。

（5）通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难, 因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的, 同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的, 必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。

6.生物医用高分子材料的研究进展

近年来, 美国、欧洲和日本对生物医用高分子材料的研究与开发突飞猛进, 从人工器官到高效缓释高分子药物都取得了很多成果和巨大效益。据美国健康工业制造者协会资料报告, 1995 年世界市场达1 200 亿美元, 美国为510 亿美元, 预计在21 世纪将成为国民经济的支柱产业。

目前, 除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作, 有保健作用的功能高分子也在开发之中。目前植入的人工器官市场已达30 亿美元/ a,人工心脏导管市场的年增长率为10 %, 1999 年达到6 亿美元。预计药物释放系统的营业额将1993 年的50 亿美元增长到2000 年的70 亿美元。目前, 生物材料制品的总产值已达40 亿美元, 其中生物高分子及制品的产值为25 亿美元。据统计: 截至1990 年, 美国、日本和西欧等国发表的有关医用高分子的学术论文和专利已超过3 万篇。

我国生物医学高分子研究起步较晚。自20 世纪70 年代末起, 北京大学和南开大学从事这一领域的研究。“九五”期间由何炳林与卓仁禧主持的国家自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究, 在此领域取得了显著成绩。1998 年“生物医学高分子”项目获教育部科技进步一等奖。例如, 冯新德等设计合成的链段化聚醚氨酯以及由铈离子引发的接枝聚合物, 具有良好的抗凝血性能；通过丙交酯与己内酯的开环共聚合反应制备了恒速降解的生物降解高分子, 可用作药物缓释材料。何炳林等根据分子识别原理设计合成的血液净化材料不仅可通

过血液灌流清除肝衰竭[5]、肾衰竭、自免疫疾病患者体内积蓄的内源性物质[6] , 而且还可以救治安眠药等药物中毒患者, 已在临床试用千余例;在医用固定化酶和高分子修饰酶研究中, 发展了若干有效的反应方法, 使生物高分子保持高活性的前提下达到较高的固载量[7]。卓仁禧等不仅设计合成了大量的始于药物控释的生物降解聚磷酸酯, 而且发展了以4-二甲氨基吡啶催化磷酸酯的缩聚反应制备高分量聚磷酸酯[8] 和用脂肪酶催化含磷杂环化合物的开环聚合方法[9] , 并研究发现聚磷酸酯的免疫活性[10]。林思聪等提出设计抗凝血材料的表面结构的“维持正常构象”假说, 并发展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯烃的表面接枝反应, 合成了多种表面抗凝血性能良好的新材料[11]。这些研究成果不仅在国际上产生了重要影响, 而且对于我国生物医用高分子领域的发展奠定了基础。如1988 年在昆明召开了国际高分子生物材料讨论会, 它是继在日本召开的Biomaterial Congress的Post-symposium。此外, 在天津、桂林、武汉、昆明也召开过多次国际生物医学高分子讨论会。目前, 国内主要有十几个高校和研究机构从事生物医用高分子研究, 研究队伍不断扩大, 研究方向几乎包括生物医用高分子的各个方面。

参考文献

7.高分子生物医用材料 篇七

在各种可生物降解材料中, 聚乳酸由于无毒、无刺激性、生物相容性好, 降解产物可参与人体的新陈代谢等优点, 成为国内外可生物降解高分子材料研究的热点。但通常聚乳酸是以玉米淀粉等为原料, 以微生物发酸产物乳酸为单体化学合成的, 目前仅限于用做生物医学材料, 不能作为大品种通用塑料广泛应用。

目前, 餐厨垃圾处理主要技术有:堆肥处理技术、沼气化处理技术、热解技术及生产生物可降解塑料的新技术等。研究表明, 可通过发酵含丰富碳水化合物的有机废弃物生产乳酸, 进而合成聚乳酸这种可生物降解高分子材料, 发酵残渣可作为饲料或肥料, 这为餐厨垃圾的资源化和降低乳酸生产成本, 实现餐厨垃圾“零排放”开辟了一条新路。

城市生活垃圾中有两类垃圾的排放量最大且难以处理和回收。一类是城市家庭、餐饮业等大量排出的餐厨垃圾, 其水分含量80%, 容易发酵、变质, 产生毒素和恶臭气体, 污染大气和水体;另一类是质量小、体积大的塑料制品, 它们被填埋后不易腐烂, 含氯塑料焚烧时会产生较高的热量, 还会产生有害气体, 因而产生了“白色污染”。同时, 以石油为原料的合成高分子材料使用后难以回收, 导致了环境污染, 并且有限的石油资源被大量消耗, 带来了严重的资源短缺问题。

环保污水处理设备

“低碳双模生物净水装备”为一种集农村饮水安全处理企业生产、污水达标排放、中水达标回用的一种兼容性、适用面广的水处理设备。其特征: (1) 单罐体双腔双模式; (2) 对污水中存在的悬浮物等有害物质, 通过膜技术隔离, 物理吸附进行无害处理; (3) 通过布水腔, 自上向下动态给水, 扰动冲洗膜面污物, 防止污物附着赌赛膜孔; (4) 深化前消毒, 对消毒过程中生成的副产毒物, 通过物理吸附进行彻底去除: (5) 自动化反洗; (6) 罐体顶部设双装维口等。

中国为世界缺水、水污染大国之一, 2010年缺水量达500亿t, 污水排放总量1 050亿m3, 目前, 有关专家研发了一种全新的, 与传统工艺完全不同的, 符合当前低碳循环经济发展的“低碳双模生物净水装备”, 这是一种能够满足方式转变的独特装备。

8.高分子生物医用材料 篇八

【关键词】废旧；高分子材料；建筑材料；回收利用

前言

废旧高分子材料在我们的生活中十分的广泛，各种塑料制品、橡胶制品以及纤维制品等均是通过高分子材料加工制作而成的。在社会技术的发展过程中，将先进的科学技术应用在高分子材料的应用中已经成为了一种发展趋势。面对废旧高分子材料的出现，将其引用于建筑材料的应用中，将具有一定的发展价值。

一、发展概述

70年代初，美国就开始研究塑料对环境的污染问题，制止乱丢废弃物，积极处置废弃物。他们采取的措施主要是减少来源、回收利用、焚烧作为能源利用、填埋等。西欧国家对固体废弃物的管理采取一致行动，目标一体化，但也考虑各自的地理环境、人口、工业生产能力、国民的生活习惯等因素。德国焚烧技术较为完善；英国仍以填埋为主，约占其城市固体废弃物的8%。但是，现在欧洲最重要的发展趋势是塑料原料的回收和再利用。意大利塑料废弃物的回收利用工作十分活跃，除了回收利用本国的废弃聚乙烯制品外，还从其他国家如德国、法国进口大量的塑料废弃物进行回收。日本是亚洲塑料废弃物回收利用工作做得较好的国家之一，日本塑料废弃物的收集、分类、处理、利用都已系列化、工业化。

二、废旧高分子材料在建筑材料中的回收应用

2.1废旧高分子材料制作墙体材料

2.1.1玻璃与塑料复合而成的样品砖

建筑工程中已经开始广泛的使用由塑料以及玻璃复合而成的样品砖。在塑料的是分类方面主要分为烯烃类以及烯烃与苯的化合物结合类。在粒子形态不发生变化，较窄的尺寸范围和尺寸分布近似尺寸的一种复合玻璃材料，在进行材料的加工过程中，一般选用玻璃百分比同比性要求占在15%、30%、45%。通过在235℃的高压下进行粘土砖的制造。在温度发生变化时，一般将其控制在20-50℃，然后进行抗压试验便可以清晰的发现，这种砖的抗断裂能力是普通粘土砖的两倍。在制备的过程中，不需要对使用的塑料进行热塑性以及热固性的分析，所以该材料的原料十分广泛。

2.1.2金属橡胶混凝土

金属橡胶混凝土是通过在制造的过程中添加0%-90%的金属材料、橡胶废料、塑料以及建筑用料、外加剂等相关材料组成。通过这种组合方式将使该组合材料具备良好的建筑使用性能，这种混凝土在当今的建筑过程中被广泛的应用在墙体的砌块工程出现的各种墙体开裂、裂缝明显、隔音效果差、抗冲击能力弱等问题，这种金属橡胶混凝土能够被广泛的应用于桥梁、道路的施工建设。

2.1.3用聚苯乙烯泡沫塑料生产混凝土保温砌块

聚苯乙烯泡沫塑料在往往被使用之后会被大量的遗弃，将其应用在混凝土保温砌块的加工过程中将有效的提升混凝土保温砌块的保温、隔声、抗压的效能，是一种新型的建筑墙体材料。通过在砌块的加工过程中添加聚苯乙烯薄膜塑料能够提高墙体材料的表观密度、增强器抗压的强度以及保温的性能。在实际的工程建设中，这种砌块的聚苯乙烯泡沫塑料的添加基本上在砖体中不会承受压力，所以在保温砖中添加聚苯乙烯泡沫塑料将提高砌块的利用价值。

2.2废旧高分子材料制作建筑装饰材料

2.2.1利用废旧塑料生产的建筑用装饰板材

废旧材料在进行建筑工程的装饰板材的加工研制中也同样得到了很大的使用以及发展空间，这是一种复合时代建设发展的应用材料。通过对废旧塑料、色素添加剂、增强剂等相关原材料的利用，在选择合理的配比标准之后，需要将废旧塑料进行洗净、晒干，然后融化，之后在将融化为块状的废旧塑料进行粉碎，将其打磨成0.5cm作用的小颗粒，之后在一次的进行色素等添加剂的添加，将其进行搅拌，在搅拌均匀时倒入模具成型。

2.2.2利用废旧塑料生产阻燃建筑装饰材料

在废旧材料的加工制造过程中，将废旧热塑性塑料以及锯木粉通过合理的添加剂进行融合，应用与防火阻燃的门窗以及建筑材料中。这种生产加工的工艺方法要根据国家制定的标准进行试验材料的测定。并严格按照国标的建筑材料标准进行不燃性的测定，在进行建筑材料的测定过程中，可以发现，这种添加废旧塑料的不然材料将具有较高的阻燃性能以及防火能力，在建筑工程的应用中完全可以胜任建筑材料的使用要求。

2.3废旧高分子材料制作其他建筑材料

2.3.1粉煤灰、废旧聚苯乙烯泡沫塑料颗粒生产防水材料

在生产防水材料的过程中可以通过将主要材料用粉煤灰、废旧聚苯乙烯泡沫进行代替，然后在配置过程中可以添加一些硅酸水泥、生石灰凝胶材料等进行屋面防水材料的制造。这种材料具有保温隔热、防水的特点，其导热系数较低，抗压能力较强，在0.2MPa的水压下依旧可以保持半小时内不漏水。

添加了粉煤灰、废旧聚苯乙烯泡沫塑料的防水材料在使用的过程中是一种低密度、高强度、保温隔热性能优良的建筑材料，是符合当代防水标准的合格防水产品。

2.3.2利用废聚烃类树脂生产塑料地板

废聚烃类树脂中废聚乙烯生产的塑料地板已经成功的研制了出来，在进行市场的销售过程中，凭借其出色的性能已经在当今塑料地板的制造中占据了半壁江山。大量管材、蔬菜大棚膜以及建筑材料等均利用了该种材料进行生产。由于该种材质的塑料内部含有一种卤化物，所以在回收之后其实际的利用价值得到了抑制。但是这项技术的研制成功，标志着在回收PVC的之后，可以运用该技术进行多种产品的生产，提高其实际的利用经济价值。

2.3.3利用回收农膜与木屑复合制成塑质木材

在农业经济的发展过程中回收农膜与一些木屑将其加工中一种混合材质的塑质木材，将能够有效的提升该产品的使用强度，在实际的使用过程中其具有与天然木材一样的物理性质。并且对于潮湿的环境其具有更好的适应能力，并且就蛀虫的防蛀也优于普通的木材，是一种一次性加工成膜的产品。

结语

高分子材料在社会的利用过程中，为人们的生活带来了巨大的便利。将废旧高分子材料应用于建筑材料的加工制造过程中去，将有助于提升废旧高分子材料的利用价值，并促进建筑材料的加工来源的扩大，为经济效益与环境效益的统一打下了基础。

参考文献