高分子材料

高分子材料按來源分為天然高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子是存在於動物、植物及生物體內的高分子物質，可分為天然纖維、天然樹脂、天然橡膠、動物膠等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大合成材料，此外還包括膠黏劑、塗料以及各種功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所沒有的或較為優越的性能——較小的密度、較高的力學、耐磨性、耐腐蝕性、電絕緣性等。 ^[2] 

高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子塗料和高分子基複合材料等。

①橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產生較大形變，除去外力後能迅速恢復原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。

②纖維分為天然纖維和化學纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。後者是以天然高分子或合成高分子為原料，經過紡絲和後處理製得。纖維的次價力大、形變能力小、模量高，一般為結晶聚合物。

③塑料是以合成樹脂或化學改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑製得。其分子間次價力、模量和形變量等介於橡膠和纖維之間。通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料；按用途又分為通用塑料和工程塑料。

④高分子膠粘劑是以合成天然高分子化合物為主體制成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應用較多的是合成膠粘劑。

⑤高分子塗料是以聚合物為主要成膜物質，添加溶劑和各種添加劑製得。根據成膜物質不同，分為油脂塗料、天然樹脂塗料和合成樹脂塗料。

⑥高分子基複合材料是以高分子化合物為基體，添加各種增強材料製得的一種複合材料。它綜合了原有材料的性能特點，並可根據需要進行材料設計。高分子複合材料也稱為高分子改性，改性分為分子改性和共混改性。

⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力學性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質、能量和信息的轉換、磁性、傳遞和儲存等特殊功能。已實用的有高分子信息轉換材料、高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料、高分子形狀記憶材料和醫用、藥用高分子材料等。

高聚物根據其機械性能和使用狀態可分為上述幾類。但是各類高聚物之間並無嚴格的界限，同一高聚物，採用不同的合成方法和成型工藝，可以製成塑料，也可製成纖維，比如尼龍就是如此。而聚氨酯一類的高聚物，在室温下既有玻璃態性質，又有很好的彈性，所以很難説它是橡膠還是塑料。 ^[1] 

按照材料應用功能分類，高分子材料分為通用高分子材料、特種高分子材料和功能高分子材料三大類。通用高分子材料指能夠大規模工業化生產，已普遍應用於建築、交通運輸、農業、電氣電子工業等國民經濟主要領域和人們日常生活的高分子材料。這其中又分為塑料、橡膠、纖維、粘合劑、塗料等不同類型。特種高分子材料主要是一類具有優良機械強度和耐熱性能的高分子材料，如聚碳酸酯、聚酰亞胺等材料，已廣泛應用於工程材料上。功能高分子材料是指具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物，包括功能性分離膜、導電材料、醫用高分子材料、液晶高分子材料等。 ^{[2]  [3]} 

①碳鏈高分子：分子主鏈由C原子組成，如：PP、PE、PVC

②雜鏈高聚物：分子主鏈由C、O、N、P等原子構成。如：聚酰胺、聚酯、硅油

③元素有機高聚物：分子主鏈不含C原子，僅由一些雜原子組成的高分子。如：硅橡膠 ^[4] 

按高分子主鏈幾何形狀分類：線型高聚物，支鏈型高聚物，體型高聚物。

按高分子微觀排列情況分類：結晶高聚物，半晶高聚物，非晶高聚物。

一是分子量大（一般在10000以上），二是分子量分佈具有多分散性。即高分子化合物與小分子不同，它在聚合過程後變成了不同分子量大小的許多高聚物的混合物。我們所説的某一高分子的分子量其實都是它的一種平均的分子量，當然計算平均分子量也以不同的權重方式分為了數均分子量、粘均分子量、重均分子量等。而小分子的分子量固定，都由確定分子量大小的分子組成。這是高聚物與小分子一個特徵區別。

塑料是指以聚合物為主要成分，在一定條件（温度、壓力等）下可塑成一定形狀並且在常温下保持其形狀不變的材料。

塑料根據加熱後的情況又可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

加熱後軟化，形成高分子熔體的塑料成為熱塑性塑料。主要的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。加熱後固化，形成交聯的不熔結構的塑料稱為熱固性塑料。常見的有環氧樹脂，酚醛塑料，聚酰亞胺，三聚氰氨甲醛樹脂等。塑料的加工方法包括注射，擠出，膜壓，熱壓，吹塑等等。

橡膠又可以分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯。合成橡膠的主要品種有丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠等等。

纖維是高分子材料的另外一個重要應用。常見的合成纖維包括尼龍、滌綸、腈綸聚酯纖維、芳綸、丙綸纖維等。

塗料是塗附在工業或日用產品表面起美觀或這保護作用的一層高分子材料、常用的工業塗料有環氧樹脂，聚氨酯等。

黏和劑是另外一類重要的高分子材料。人類在很久以前就開始使用澱粉，樹膠等天然高分子材料做黏合劑。現代黏合劑通過其使用方式可以分為聚合型，如環氧樹脂；熱融型，如尼龍，聚乙烯；加壓型，如天然橡膠；水溶型，如澱粉。 ^[1] 

高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和塗料等。其中，被稱為現代高分子三大合成材料的塑料、合成纖維和合成橡膠已經成為國民經濟建設與人民日常生活所必不可少的重要材料。儘管高分子材料因普遍具有許多金屬和無機材料所無法取代的優點而獲得迅速的發展，但目前已大規模生產的還是隻能在尋常條件下使用的高分子物質，即所謂的通用高分子，它們存在着機械強度和剛性差、耐熱性低等缺點。而現代工程技術的發展，則向高分子材料提出了更高的要求，因而推動了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發展，這樣就出現了許多產量低、價格高、性能優異的新型高分子材料。

高分子分離膜是用高分子材料製成的具有選擇性透過功能的半透性薄膜。採用這樣的半透性薄膜，以壓力差、温度梯度、濃度梯度或電位差為動力，使氣體混合物、液體混合物或有機物、無機物的溶液等分離技術相比，具有省能、高效和潔淨等特點，因而被認為是支撐新技術革命的重大技術。膜分離過程主要有反滲透、超濾、微濾、電滲析、壓滲析、氣體分離、滲透汽化和液膜分離等。用來製備分離、滲透汽化和液膜分離等。用來製備分離膜的高分子材料有許多種類。現在用的較多的是聚楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機硅等。膜的形式也有多種，一般用的是平膜和空中纖維。推廣應用高分子分離膜能獲得巨大的經濟效益和社會效益。例如，利用離子交換膜電解食鹽可減少污染、節約能源：利用反滲透進行海水淡化和脱鹽、要比其它方法消耗的能量都小；利用氣體分離膜從空氣中富集氧可大大提高氧氣回收率等。 ^[1] 

高分子磁性材料，是人類在不斷開拓磁與高分子聚合物（合成樹脂、橡膠）的新應用領域的同時，而賦予磁與高分子的傳統應用以新的涵義和內容的材料之一。早期磁性材料源於天然磁石，以後才利用磁鐵礦（鐵氧體）燒結或鑄造成磁性體，現在工業常用的磁性材料有三種，即鐵氧體磁鐵、稀土類磁鐵和鋁鎳鈷合金磁鐵等。它們的缺點是既硬且脆，加工性差。為了克服這些缺陷，將磁粉混煉於塑料或橡膠中製成的高分子磁性材料便應運而生了。這樣製成的複合型高分子磁性材料，因具有比重輕、容易加工成尺寸精度高和複雜形狀的製品，還能與其它元件一體成型等特點，而越來越受到人們的關注。

高分子磁性材料主要可分為兩大類，即結構型和複合型。所謂結構型是指並不添加無機類磁粉而高分子中製成的磁性體。目前具有實用價值的主要是複合型。 ^[5] 

所謂光功能高分子材料，是指能夠對光進行透射、吸收、儲存、轉換的一類高分子材料。目前，這一類材料已有很多，主要包括光導材料、光記錄材料、光加工材料、光學用塑料（如塑料透鏡、接觸眼鏡等）、光轉換系統材料、光顯示用材料、光導電用材料、光合作用材料等。光功能高分子材料在整個社會材料對光的透射，可以製成品種繁多的線性光學材料，像普通的安全玻璃、各種透鏡、稜鏡等；利用高分子材料曲線傳播特性，又可以開發出非線性光學元件，如塑料光導纖維、塑料石英複合光導纖維等；而先進的信息儲存元件興盤的基本材料就是高性能的有機玻璃和聚碳酸脂。此外，利用高分子材料的光化學反應，可以開發出在電子工業和印刷工業上得到廣泛使用的感光樹脂、光固化塗料及粘合劑；利用高分子材料的能量轉換特性，可製成光導電材料和光致變色材料；利用某些高分子材料的折光率隨機械應力而變化的特性，可開發出光彈材料，用於研究力結構材料內部的應力分佈等。

高分子材料和另外不同組成、不同形狀、不同性質的物質複合粘結而成的多相材料。高分子複合材料最大優點是博各種材料之長，如高強度、質輕、耐温、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質，根據應用目的，選取高分子材料和其他具有特殊性質的材料，製成滿足需要的複合材料。高分子複合材料分為兩大類：高分子結構複合材料和高分子功能複合材料。以前者為主。高分子結構複合材料包括兩個組分：①增強劑。為具有高強度、高模量、耐温的纖維及織物，如玻璃纖維、氮化硅晶須、硼纖維及以上纖維的織物。②基體材料。主要是起粘合作用的膠粘劑，如不飽合聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂，這種複合材料的比強度和比模量比金屬還高，是國防、尖端技術方面不可缺少的材料。 ^[4] 

高分子材料在加工之前，要先進行合成，把單體合成為聚合物進行造粒，然後才進行熔融加工。高分子材料的合成方法有本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合、溶液聚合和氣相聚合等。這其中引發劑起了很重要的作用，偶氮引發劑和過氧類引發劑都是常用的引發劑，高分子材料助劑往往對高分子材料性能的改進和成本的降低也有很明顯的作用。

加工工藝高分子材料的加工成型不是單純的物理過程，而是決定高分子材料最終結構和性能的重要環節。除膠粘劑、塗料一般無需加工成形而可直接使用外、橡膠、纖維、塑料等通常須用相應的成形方法加工成製品。一般塑料製品常用的成形方法有擠出、注射、壓延、吹塑、模壓或傳遞模塑等。橡膠製品有塑煉、混煉、壓延或擠出等成形工序。纖維有紡絲溶體制備、纖維成形和卷繞、後處理、初生纖維的拉伸和熱定型等。

在成型過程中，聚合物有可能受温度、壓強、應力及作用時間等變化的影響，導致高分子降解、交聯以及其他化學反應，使聚合物的聚集態結構和化學結構發生變化。因此加工過程不僅決定高分子材料製品的外觀形狀和質量，而且對材料超分子結構和織態結構甚至鏈結構有重要影響。 ^[1]