共混型高分子梯度材料的研究进展
陈艳军3,吕 鹏,张超灿
(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉 430070)
摘要:共混型高分子梯度材料具有综合性能好、制备更简便等优点,近年来备受研究者的关注。本文综述
了近十年来共混型高分子梯度材料的研究进展。介绍了在溶液体系、熔融体系、乳液体系中通过共混方法构筑
高分子梯度材料的制备方法,如溶解扩散法、电场诱导法、温度梯度法等。对在不同共混体系中预测聚合物组
分的分散相或组成形成梯度变化的相关理论进行了评述,分析了影响梯度相结构形成的各种因素,并进一步分
析了共混型高分子梯度材料的发展方向和研究重点。
关键词:共混型;梯度结构;溶液体系;熔融体系;乳液体系
梯度功能材料(Functionally graded materials,简写为FG M)的研究开发,最早始于1987年日本科学技术厅的一项“关于开发缓和热应力的梯度功能材料的基础技术研究”计划[1]。FG M的组分、微观结构等是不均匀的,组成和结构沿着一定方向是渐变的,也因此带来了力学性能以及热性能等方面材料性能的梯度变化。FG M的提出最初是为了解决航空航天领域里热防护材料的热应力问题,现在已经扩展到能源、电子、光学、生物医学等更多的领域[2]。作为材料学科的重要分支,高分子材料的应用已遍及各个领域,对它的梯度化研究是很有意义的[3,4]。本文对国内外关于共混型高分子梯度材料的制备方法、相关理论和影响因素的研究进行总结和介绍。
1 在溶液体系中制备共混型高分子梯度材料
111 制备方法
在溶液体系中将不同的聚合物共混制备梯度结构的方法主要有溶解扩散法、共溶剂共混法、电场诱导法、温度梯度场法等。
(1)溶解扩散法[5]是将聚合物A的溶液置于聚合物B膜的一侧,聚合物B溶解并扩散到聚合物A溶液中,随着溶液中溶剂的不断挥发,体系粘度迅速增加,聚合物B分子链链段被锁定。因此通过控制聚合物B的溶解速度、扩散速度以及溶剂的挥发速度就可以控制共混膜的相结构,从而制得梯度结构。Ikejima[5]通过溶解扩散法制备了从表及里梯度组成的可完全降解的生物高分子膜。日本的研究者利用此法制备了聚氯乙烯Π聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯Π聚碳酸酯等功能梯度材料[6]。
(2)共溶剂共混法是将两组分聚合物共溶于一种溶剂中,配成一定浓度的溶液,并在一定温度下挥发溶剂,随着溶剂的挥发两组分发生相分离,这是由于各组分在体系中的浓度差和表面张力差等作用导致的[7]。通过控制组分的相容性、溶剂的蒸发速率和高分子链的迁移速率就可以得到各种相形态结构,如均匀的相分离结构、梯度相分离结构以及分层结构(如图1)[8]。Akiyama等将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮共混溶液注入铸塑模进行干燥,通过控制溶剂的蒸发速度、表面张力差、聚合物与溶剂的相容性差、聚合物的密度差以及基板等因子可以制备出具有梯度结构的功能材料[9,10]。
(3)电场诱导法[11]是将两种聚合物按一定比例共溶于水中制成稀溶液,这两种聚合物电离出来的大分子离子所带的电荷相反,或者两种聚合物分别是电解质聚合物和非电解质聚合物。将该溶液置于可以提供恒定电压和温度的电解槽中,带电荷的大分子离子由一极向另一极迁移,同时由于蒸发和电解消耗
基金项目:国家自然科学基金(50803048);
作者简介:吕鹏(1985-),男,硕士研究生,主要从事梯度高分子材料方面的研究;
3通讯联系人,Email:yanjunchen@https://www.doczj.com/doc/ae8062669.html,.
图1 共混溶液溶剂挥发成膜得到不同相形态的模型图
(a)均匀的相分离结构;(b)梯度相分离结构;(c)分层结构[8]
Figure1 The schematic diagram of the different phase m orphologies of the lamella prepared
by evaporating the s olvent from polymer blend s olution
(a)H om ogenous domain structure;(b)G radient phase separation structure;(c)Layer structure[8]
水,使得溶液粘度逐渐增大,阻碍大分子的扩散,形成的梯度分布便被冻结。李治等[12]将电解质聚合物聚丙烯酸(PAA)和非电解质聚合物聚乙烯醇(PVA)在水溶液中共混,其中PAA在水中可电离成带有多个负电荷的多价负离子PAA n-和氢离子。结果显示PAA n-在电场作用下向正极迁移,形成PAA从正极到负极的梯度分布。
(4)温度梯度法[13]即在共混溶液体系干燥过程中控制体系两端的温度,在体系中形成温度梯度。在温度梯度场中索雷特效应提供了形成梯度结构的驱动力[14],制备过程中可以选择不同的温度梯度来控制其相形态以制备梯度结构。戴亚辉[15]利用温度梯度场对通用高分子聚苯乙烯(PS)和导电性高分子聚苯胺(PANI)共混溶液进行干燥。在索雷特效应的驱使下,PS和PANI分别向内部和基板偏析,形成了上下两表面分别具有高导电性和高绝缘性且其导电性和绝缘性都从表面向内部成梯度分布的高分子功能材料。
112 形成机理
11211 自分层机理 在溶液体系中聚合物共混制备梯度材料的过程中,随着溶剂的挥发,由于各组分性能不同,根据自分层机理自发地产生组分迁移。一般情况下自分层机理有以下几种[16]:(1)重力作用机理:由于两聚合物相的密度不同,使得重力沉降速率不同,导致分层;(2)选择性润湿机理:当两液体相中的一相对底材有选择性润湿时,会产生局部的分层;(3)不同渗透速率机理:由于两相对底材的化学沉积过程中的凝聚速率差异,及两相对多孔底材的渗透速率差异而引起的分相或分层;(4)界面张力梯度机理:在界面张力梯度的作用下,共混体系中一相对底材选择性润湿,使得两相流动,形成分层结构;(5)相收缩机理:当溶剂挥发时,两相的收缩速率不同,从而提供了相分离的推动力。对于不同的共混体系其自分层机理可能是以一种为主,也可能是几种机理共同作用。
11212 理论预测模型 目前预测共混聚合物梯度化的常用理论模型主要有:聚合物相容性理论、Hansen 溶解度理论、UNIFAC理论、表面能差理论等[17,18]。
聚合物相容性理论认为聚合物的不相容性是分层的必要条件,利用公式
β=(δ
1
-δ2)2(1)来估算两聚合物的相容性:式中δ为两种聚合物的溶度参数。当β大于0107JΠcm3时两聚合物不相容。此式只能作定性分析,也不适用于低分子量的齐聚物。
Hansen溶解度理论认为两聚合物间溶解球共同体积(C)越大则两者的相容性就越大。C可由下式计算:
C=πΠ3[P21(3R1-P1)+P22(3R2-P2)](2)
式中P
1、P2为重叠部分球的高度,R1、R2为溶解球的半径,R1是小球的半径。重叠体积占小球体积的百分数(V)可由下式
V=100cΠ4
3
πR3(3)
当V值小于55%的时候能出现良好的分层。
UNIFAC理论根据官能团的贡献,以从实验得到的官能团间相互作用的试验数据,计算组分的表面张力及溶剂的挥发速率。计算这些性质需要不同组分的活度系数,用UNIFAC基团加和法来计算活度系数,进而可以判断组分的自组装行为。UNIFAC理论只对分子量分布较窄、分子量相差较小的体系比较适用。
表面能差理论提出两聚合物共混时,在热力学上趋向于相分离以降低体系总的表面能,通过研究两组分的接触面就可以预测两相的迁移方向。表面能差理论中两相发生相分离的两个条件是:向底层迁移的组分能够自动的浸润基材;表面和各层间的界面张力的总和最小。
113 影响梯度相结构的因素
相容性是制备梯度结构重要的影响因素之一。在通过共混溶液的浇注制备梯度结构时,表面和内部的浓度差作用及各组分与溶剂不同的相容性引起了各组分的偏析,相容性差的成分偏析在高浓度域的表面,而相容性好的成分则偏析在低浓度域的下部[15]。
共混物溶液相结构的组织行为及最终得到的梯度相形态很大程度上取决于溶剂蒸发速率和各组分分相速度的相对大小。偏析高分子的移动受限于完全干燥的时限,干燥速度慢,其梯度结构可以更完善,但如果挥发速度过慢便容易偏析至阶跃结构;相反干燥速度过快时便难以形成梯度结构,如果溶剂在偏析还未发生前就蒸发完毕,会导致体系形成海2岛型均相结构[19]。孔祥明等[20]通过控制溶剂蒸发面积改变溶剂的蒸发速度,用显微反射红外光谱测定聚苯乙烯Π聚甲基丙烯酸甲酯在玻璃基上的成膜,结果表明调节溶剂的相对蒸发速度便可以控制共混物样品的相形态。
在使用溶解扩散法制备梯度结构时,组份B在组分A溶液中的溶解速度和扩散速度也是影响相分离的重要因素[2]:如果扩散速度大于溶解速度,则在组份A中的B组分分散过于均匀;如果溶解速度大于扩散速度,则不利于B组分在结构上保持渐变性;只有当组份B在组分A溶液中的溶解速度和扩散速度相等的时候才能形成理想的梯度结构。日本大阪市工业研究所用溶解扩散法得出了聚氯乙烯Π聚甲基丙烯酸甲酯的五种不同的相结构,并且通过控制溶解速度和扩散速度的相对大小很容易的制备出了聚氯乙烯Π聚甲基丙烯酸甲酯梯度功能材料[21]。
共混溶液中各组份对基板浸润性的差异是形成梯度结构所需的推动力之一,基板的诱导作用对梯度结构的制备有着重要的影响,组份对基板的润湿性的强弱可以决定组分在薄膜中成为分散相或连续相[22]。宗骐等[23]将聚苯乙烯(PS)Π聚甲基丙烯酸甲酯(PM MA)与聚苯乙烯(PS)Π聚ε22己内酯(PC L)共溶于四氢呋喃中并在玻璃基板上成膜,对玻璃基板浸润性较好的聚合物组分(PM MA和PC L)比浸润性较差的PS组分更容易润湿玻璃基板成为连续相。对于已确定了组分的共混体系,在制备梯度结构时基板的选择是有很大影响的。在利用扫描电镜研究基板对聚苯乙烯Π聚甲基丙烯酸甲酯共混物溶液成膜相结构的影响时发现,在玻璃基板上形成的薄膜明显地分成两层,相同条件下在聚丙烯基板上则可以形成典型的梯度分布结构[8]。
聚合物的分子量对制备共混物梯度结构的影响是通过分子量与聚合物粘度的关系实现的[24]。分子量小的聚合物其粘度也较小,分子链的运动和扩散相对于分子量高的聚合物要容易一些,更有利于组分的迁移,有利于梯度结构的形成。宗骐等[22]通过选用不同分子量的聚苯乙烯(PS)与聚ε22己内酯(PC L)共混,探讨了组分粘度对相形态发展的影响,结果发现PS组分的粘度越大,共混物薄膜相结构发展速度越慢。
此外,在可发生交联反应的共混物溶液体系中,随着交联反应的进行,组分间的相容性下降发生相分离;到了固化后期,交联网络形成,分子扩散运动受到限制相分离的发展被抑制。因此,通过控制固化反应速度和相分离速度的相对快慢便可达到调控相结构获得梯度结构的目的。孙佳宁等[25]在环氧树脂Π聚砜Π二氨基二苯基砜的共混物中,通过改变固化促进剂三氟化酮2乙基胺的用量和调节固化温度成功地调控了共混物的相结构。也可以在发生交联反应的共混物溶液体系中利用温度梯度场的作用制备梯度结构,Mutsuhisa等[26]将预聚体和固化剂混合均匀后倒入模具中,通过控制模具两端温度制得了具有梯度结构的聚氨酯,其相分离程度呈梯度变化,从高温区到低温区逐渐降低。
2 在熔融体系中制备共混型高分子梯度材料
211 制备方法
可以利用各种设备进行熔融体系中梯度结构的制备,如利用挤出机、注射机、模具、Brabender等设备。
(1)利用挤出机制备梯度材料 温变英[27]使用具有两套加料装置的微型双螺杆挤出机,先将主聚合物连续挤出,再将第二组分(加入量与加工时间呈一定函数关系)逐步加入,经过熔融共混后再由狭缝型机头挤出片状基材,在挤出成型中发生剪切诱导的迁移行为,将片状料条卷绕制得在径向方向上具有浓度梯度结构的圆柱状聚合物材料,其工艺流程如图2所示。戴亚辉[28]采用的是单螺杆挤出成型机,在将高密度聚乙烯(PE2H D)和聚氧乙烯(PE O)的共混物挤出成型后,通过赋予成型物一定的温度梯度,并迅速冷却固化定型,由于温度梯度引发的热扩散索雷特效应的驱动,共混体系形成了PE2H D在表层富集、PE O 在断面的中心附近富集的三明治式三层特殊梯度相分离结构。
图2 利用挤出机制备圆柱状梯度材料工艺示意图[27]
Figure2 Experimental setup of the extrusion process for preparing columnar PG M by extruder[27]
(2)利用注射机制备梯度材料 在注射成型的过程中,制品因经历流动与冷却历程的不同而形成不同的相形态结构。Ulcer[29]将聚苯乙烯与聚乙烯的共混物注射成型,由于两种聚合物熔融粘度的差异,使两者的流动和冷却情况不相同,在一定的配比和工艺条件下会发生相分离而形成梯度相结构。
(3)利用模具制备梯度材料 钱浩等[30]将聚乙烯和聚乙二醇的共混物投入流变仪的密炼室中混炼,取出后在室温中冷却,再放入膜具中高温加热,然后在平板硫化机上加压、冷却。由于模具(大部分为金属)的界面诱导的主要作用,组分对基板选择性迁移扩散导致了共混物薄膜表面层中形成浓度梯度结构。
(4)Brabender熔融法共混制备梯度材料 孔祥明等[31]在高温下将两组分以一定比例干混后于Brabender中熔融共混,至扭矩不再降低时出料。转子提供的剪切使各组分以粒子形态混合,界面张力驱动分散相粒子聚结长大及扩散,最终产生相分离。Brabender熔融法共混可以通过改变转子转速提供不同的剪切力,从而制得梯度结构。
212 微区聚结机理
多相高分子共混物熔体中微区的发展机理决定着体系的最终相结构。所以在研究共混物熔体体系中制备梯度结构时,微区聚结机理已越来越显得重要和必要[30]。
在熔融体系中采用接触2凝聚机理计算相形态的变化,这种机理主要考虑分散相粒子通过布朗运动或粒子长大而相互接触,进而两个粒子凝聚使分散相粒子变大。具有空间分布的分散相粒子在单位时间内,由于两相分子间相互作用、布朗运动、界面张力和粘性阻力等作用的存在,粒子间会发生凝聚而导致粒子数减少。单位体积中粒子数目的减少可表示为:
d NΠd t=-N2f p(4)
式中N是单位体积中的粒子数目,p是两个粒子相互接触的几率,f表示单位时间内的体积变化。计算分散相粒子尺寸的空间分布时,将空间离散为小的区间,在每个小区间中,假设温度是常数,两相的零剪切粘度和界面张力是恒定的,对每个小区间分别求其分散相粒子尺寸的变化,就可以得到分散相粒子尺寸的空间分布。对粒子的粗化计算可以更好的研究相分离和自分层现象[22]。
也可以用布朗运动碰撞机理和Ostwald熟化机理(即蒸发2凝聚机理)研究熔体中分散相粒子粗化过程。在相分离后期的粗化过程中,布朗运动机理和Ostwald熟化(ripening)机理的粗化速率均都遵守χ3～
K t.
χ3=χ3
+Kt(5)
χ
0是相分离达到平衡时的液滴尺寸。在布朗运动机理中粗化速率与温度、分散相体积分数以及基体相的熔体粘度等因素有关;在Ostwald熟化机理中粗化速率与两相间界面张力、分散相摩尔体积以及分散相在基体中的分子扩散系数和平衡常数等因素有关。
213 影响梯度相结构的因素
熔融体系中组份间的界面张力对制备梯度结构有很大影响。由于组分间的界面张力作用,一组分很难进入另一组分的相畴[32],通过选用不同的聚合物调节组分间的界面张力便可用来制备梯度结构。谢续明等[33]通过皂化反应制备了几种羟基含量不同的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(E VAC),E VAC因其中的羟基含量不同而极性不同,将混合后E VACΠPP样品倒入模具中退火一定时间,得到一系列界面张力不同的E VACΠPP共混体系,结果发现,PP和E VAC的界面张力相差越大共混物中形成梯度形态的趋势越大。
基板界面对聚合物组分的远程范德华作用会大大加速共混物体系中分散相的粗化凝聚过程,而且基板界面对优先润湿基板界面组分的远程范德华作用更强,使其在基板界面附近优先凝聚成较大的粒子并长大。王震等[34]研究发现,聚丙烯Π乙烯2乙酸乙烯酯(PPΠE VAc)共混物通过一定条件热处理后,由于基板界面与共混物体系间的相互诱导,界面富集分散相E VAC粒子粗化凝聚,形成E VAc粒径和含量从样品中心到表面逐渐增大的梯度分布。
组分的本体浓度对梯度结构也有影响,这种影响可以从分散相相畴的角度解释。在富集过程中各组分以相畴作为主要的运动单元,较小的相畴在迁移过程中的阻力较小,更容易受到界面诱导产生较高的表面选择性,而相畴的尺寸是随浓度的减小而减小的。但本体浓度也不能过小,如果浓度过小,组分相畴较小也会由于分散密度小而使表面富集程度不高。钱浩等[35]在研究PEGΠPE共混物薄膜时发现PEG组分本体浓度对膜表面浓度梯度结构产生较大影响,在2%左右出现了PEG组分表面富集的最佳值,过大或过小的浓度都会导致其表面富集程度下降。
剪切行为对制备梯度结构有非常重要的影响。在挤出过程中,由于挤出口模流场剪切速率分布不均匀,组分在挤出成型中发生迁移现象,在垂直于流动方向上共混物中高粘度组分向口模中心迁移,低粘度组分向表层迁移,在足够的剪切时间下粘度相差较大的共混体系会由于迁移行为形成梯度结构。魏艳丽等[36]在聚丙烯Π聚苯乙烯(PPΠPS)共混体系挤出成型的迁移行为研究中发现粘度不同的聚合物PP和PS 在扁平矩形口模挤出成型中产生剪切诱导的迁移行为,并用能量最小化理论解释这种梯度结构的产生。剪切力的大小对梯度化的速度也有影响,在采用Brabender熔融法共混时,随着转子转速的提高,共混体系所受剪切力增大,分散相粒子的平均粒径逐步减小,体系梯度化形成的速度随之越快[31]。
热处理会加快粒子的粗化速率,对通过熔融共混制备梯度相结构的形成也有影响。聚氧化乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的熔融共混物在退火过程中可形成梯度结构,并且随着退火时间的加长和温度的变高,形成梯度相形态的速度也越快[37]。Orihara等[38]利用温度梯度场制备聚环氧乙烷Π聚甲基丙烯酸甲酯共混梯度材料时对体系赋予不同时间长度的热处理,得到了从海2岛结构到梯度结构的各种相形态。
3 在乳液体系中制备共混型高分子梯度材料
311 制备方法
(1)机械共混法[39] 不同的乳液制成共混乳液后在基板上成膜,由于不同组分的极性不同,分子间
作用力不同,在水中的溶解度不同,是一个热力学上的不稳定体系。随着水的挥发,互不相容的组分在界面张力的作用下对底材选择性润湿和对气相界面的趋向差异使得两相相对流动,导致组分间的相分离,形成乳胶膜的梯度分层结构。Stefanie等[40]将无氟丙烯酸酯均聚物乳液和含氟丙烯酸酯均聚物乳液按一定比例共混并将乳液在室温下成膜,利用二次质子能谱对乳胶膜进行组分的深度分析,发现含氟组分在表层中呈梯度分布。
(2)化学共混法[41] 即在加有交联剂的共混乳液的成膜过程中,一方面各组分根据自分层机理发生迁移行为;另一方面随着进入固化期,由于发生交联反应,组分扩散速度也会随之快速下降,迁移受到抑制,最终形成互穿聚合物网络结构。通过调节交联反应速率和组分迁移速度的相对快慢便可以制备出乳胶膜的梯度结构。秦总根等[42]将一定比例的含氟乳液和环氧乳液以及环氧固化剂在搅拌机的搅拌条件下充分混合后在基板上成膜,ATR2FTIR图表明通过调节成膜温度控制氟碳基团向表面迁移的速度以及固化速率制备出了梯度乳胶膜。
312 影响梯度相结构的因素
共混乳液中的组分如果含极性基团较多,则将嗜极性基材;含非极性基团较多则嗜非极性基材,既在成膜时具有“同性相吸”的特点[43]。在研究含氟乳液和环氧乳液拼混时,将共混乳液分别在玻璃基板上和四氟乙烯板上成膜,从测定乳胶膜表面与底面的接触角(如表1所示)可以看出,极性较小的含氟组分在玻璃基板上成膜时迁移的程度更大[42]。因此在制备梯度材料时需要选择合适的基板。
表1 成膜基材对环氧乳液Π含氟乳液共混乳液乳胶膜接触角的影响[42]
T able1 The effect of contact angles of blended latex film of epoxy latexΠfluorinated latex with different film
form ation substrates[42]
基材玻璃板四氟乙烯板接触角(空气侧)Π度102102
接触角(基材侧)Π度7796
)影响着梯度结构的制备。在共混乳液成膜过程中,T g低的组共混乳液中各组分的玻璃化温度(T
g
分布朗运动相对较剧烈,扩散和迁移的趋向较大,T
g高的组分迁移趋向相对较小,因而各组分间的T g相
相差很大的差越大,迁移的趋向相差越大,越有利于梯度结构的制备。胡圆圆等[44]将表面能接近但T
g
两种含氟丙烯酸酯均聚物乳液与同一丙烯酸酯类共聚物乳液按相同比例共混,然后对乳胶膜的不同深度进行结构和成份分析,结果表明组分间T
相差较大共混体系中的含氟组分更容易迁移,并能自组织形成
g
梯度结构。
乳胶粒的粒径也是影响制备梯度乳胶膜的重要因素之一。随着乳胶粒粒径减小乳胶粒的变形力增大,组分的不相容性增加,有助于成膜过程的自分层[45]。Thomas等[46]将平均粒径为64nm的丙烯酸丁酯和含氟丙烯酸酯共聚物(P BA2FA)乳液与平均粒径为412nm的丙烯酸丁酯和苯乙烯的共聚物(P BA2St)乳液进行共混后成膜,研究发现粒径较小的P BA2FA能更快的在膜厚度方向形成梯度分布。另一方面,粒径减小也会使乳液的粘度随之增大,对组分的迁移起着阻碍作用,不利于成膜过程中的自分层行为。因此选择适当的粒径大小也是非常重要的。秦总根等[43]在研究含氟聚合物与环氧树脂乳液共混乳液成膜时发现,乳胶粒径在200nm左右是制备梯度乳胶膜的最佳粒径范围。
在使用化学共混法时体系中存在可交联官能团,成膜时组分的迁移和聚合物网状结构的形成存在竞争。涂伟萍等[47]将自交联含氟乳液与水性环氧树脂乳液共混,通过控制共混乳液间的表面张力差和共混工艺等因素调节组分的迁移速度和网状结构的形成速度,得到表面富集含氟组分,底层则以环氧树脂为主,中间依靠两种组分中的反应基团形成过渡层的梯度乳胶膜。
与其它体系不同,乳液体系中很多情况下会存在小分子乳化剂。由于存在乳化剂和水的作用,其成膜过程中的自组织行为也具有其特殊性和复杂性。Chevalier等[48]将含有乳化剂的乳胶粒看成由聚合物疏水核和亲水的乳化剂保护膜组成的,乳胶膜的最终结构很大程度是由亲水的乳化剂保护膜的性质决定
的。这些短链的小分子乳化剂在成膜过程中被排挤到膜的表面或者形成大的独立微区,使得原有的膜与空气接触面、膜与基材接触面部分或完全改变成膜与乳化剂的接触面,使得乳胶膜中组分迁移程度甚至方向都受到影响。
4 结语
共混型高分子梯度材料的制备主要是利用共混组分的物理性质的差异以及对共混体系进行后续工艺处理,制备过程大多属于物理过程,相对于化学过程而言更简便,工业实施性更强。相信随着对共混型梯度高分子更深入的研究,其应用领域将越来越广泛,在现代的科技发展中也将发挥越来越重要的作用。
参考文献:
[1] 李智慧,何小凤,李运刚.河北理工学院学报,2007,29(1):45～50.
[2] 张超灿,黄芳,韦丽莉,等.武汉理工大学学报,2002,24(10):13～16.
[3] 陈艳军,张超灿,胡圆圆.材料导报,2006,20(9):59～61.
[4] 孙文兵.材料导报,2006,7(20):95～98.
[5] Ikejima T,Inoue Y.M acrom ol Chem Phys,2000,201(14):1598～1604.
[6] 上利泰幸,选田雅之,上田明,等.高分子学会要旨集,1994,43(3):1210.
[7] Oikawa A,H os oya M,Orihara K.P olym Prepr(Am Chem S oc,Div P olym Chem),2002,51(11):2715～2716.
[8] 孔祥明,谢续明.高分子学报,2003,2(1):124～128.
[9] 戴亚辉.鲁东大学学报(自然科学版),2006,22(4):328～332.
[10] T akano S,Orihara K,Okam oto M,et al.K obunshi R onbunshu,2002,59(3):120～126.
[11] 孔祥明,李治,谢续明.中国专利:CN1339520A,2002203213.
[12] 李治,孔祥明,谢续明.高等学校化学学报,2001,10(22):1764～1766.
[13] Nambu T,Y amauchi Y,K ushiro T,et al.Faraday discussions Chem S oc,2005,128:285～298.
[14] Qui T,Jin O.P olym Eng Sci,1999,39(2):365～374.
[15] 戴亚辉,高桥裕辉,折原胜男.高分子学会予稿集,2001,50(10):2291～2292.
[16] 孙培勤,孙绍晖,刘大壮.涂料工业,2005,35(2):54～58.
[17] Vink P,Bots T L.Prog Org C oat,1996,28:173～181.
[18] Carr C,W allstom E.Prog Org C oat,1996,28(3):161～171.
[19] 方健,孔祥明,郭宝华,等.高等学校化学学报,2001,22(1):151～153.
[20] 孔祥明,谢续明,杨睿,等.光谱学与光谱分析,2000,10(5):623～625.
[21] Agari Y,Shimada M,Ueda A.M acrom ol Chem Phys,1996,197:2017～2033.
[22] Osugi N,D ong T,Hexing B,et al.J Appl P olym Sci,2007,104(5):2939～2946.
[23] 宗骐,李治,孔祥明,等.高分子学报,2003,4(2):186～191.
[24] 阳范文,罗亦萍.合成材料老化与应用,2001,3:12～14.
[25] 谢续明,孙佳宁.材料研究学报,1998,12(6):615～618.
[26] 俞炜,周持兴.高等学校化学学报,2001,22(2):321～324.
[27] W en B Y,Wu G,Y u J.P olym Int,2004,45(10):3359～3365.
[28] 戴亚辉,拆原胜男,仓本宪幸,等.中国塑料,2005,19(8):56～62.
[29] Ulcer Y,Cakmak M,M iao J,et al.J Appl P olym Sci,1996,60(5):669～691.
[30] 钱浩,林志勇.高分子材料科学与工程,2005,3(2):236～240.
[31] 孔祥明,谢续明,肖天晶,等.高分子学报,1998,12(6):686～691.
[32] Hexig B,Alata H,Asakawa N,et al.J P olym Sci Part B:P olym Phys,2005,43(4):368～377.
[33] X ie X M,X iao T J,Zhang Z M,et al.J C olloid Interface Sci,1998,206:189～194.
[34] 孔祥明,王震,谢续明.高等学校化学学报,2001,12(22):2104～2107.
[35] 钱浩,周艇,祝亚非,等.功能高分子学报,2003,16(2):184～190.
[36] 魏艳丽,周持兴.高分子材料科学与工程,2005,21(3):243～249.
[37] X ie X M,Chen Y,Zhang Z M.M acrom olecules,1999,32(13):4424～4429.
[38] Orihara K,T akano S,A oki K.K obunshi R onbunshu,2002,59(11):713～715.
[39] 张人韬.装饰装修材料,2002,6:19～22.
[40] S tefanie M W,Thomas E M,Ulrich M,et al.J P olym Sci Part B:P olym Phys,2003,41:360～367.
[41] 李国丽,王雪明,李爱菊,等.四川化工,2004,6(7):28～32.
[42] 秦总根,涂伟萍,夏正斌,等.现代化工,2004,24(5):34～37.
[43] 秦总根,涂伟萍,夏正斌,等.华南理工大学学报,2004,32(8):50～53.
[44] Zhang C C,Hu Y Y,Chen YJ.P olym Prepr(Am Chem S oc,Div P olym Chem),2007,48(1):482～483.
[45] 秦总根,涂伟萍.皮革化工,2006,23(2):8～11.
[46] Thomas R R,Lloyd K G,S tika K M,et al.M acrom olecules,2000,33:8828～8841.
[47] 秦总根,涂伟萍.精细化工,2006,23(5):487～501.
[48] Chevalier Y,Pichot C,G raillat C,et al.C olloid P olym Sci,1992,270:806～8211
R esearch Development of G radient Polymer B lend Materials
CHE N Y an2jun,LΒPeng,ZH ANG Chao2can
(Department o f Polymer Materials and Engineering,School o f Material Science and Engineering,Wuhan Univer sity o f Technology,
Wuhan430070,China)
Abstract:G radient polymer blend material recently received much concern,because of its advantages,such as g ood combination properties and sim ple preparation.The research progress of gradient polymer blend material in the past decade is summarized in this paper.Methods of preparing gradient polymer blend material respectively in s olution,melting and latex blend systems are introduced in detail,such as diss olution2diffusion method,electric induction method,tem perature gradient method.Related theories of predicting how the dispersed phase or polymer com positions form gradient m orphology in different blend systems are introduced,and the influencing factors of forming gradient structure are discussed.The development trend and main research topics of gradient polymer blend material in the future are als o suggested.
K ey w ords:G radient polymer blend materials;G radient structure;S olution blend system;Melting blend system;Latex blend system
上海大学2015～2016学年冬季学期研究生课程报告课程名称：功能高分子材料课程编号：11S009005 论文题目:TPU防水透湿薄膜的研究进展 研究生姓名: 汪胜学号: 15722180 论文评语: 成绩: 任课教师: 陈捷贾少晋 评阅日期:
TPU防水透湿薄膜的研究进展 汪胜 （上海大学环境与化学工程学院，上海200444） 摘要：热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种应用范围非常广的聚氨酯材料，兼具橡胶和塑料的特性，已经被广泛应用于汽车、鞋材、服饰、医疗、电线电缆、薄膜及薄板、胶黏剂等。其中，热塑性聚氨酯在服装行业中的应用是它可以制成薄膜贴附在织物上以提供给使用者更好的防护性、舒适感和美感。文在国内外文献的基础上，总结了近几年TPU防水透湿薄膜的制备与研究进展，以期为今后的TPU防水透湿薄膜的制备和应用发展提供参考。 关键词：热塑性聚氨酯弹性体；聚氨酯材料；TPU防水透湿薄膜；橡胶和塑料 The Research ProgressofTPU waterproof moisturepermeable membrane products Sheng Wang (School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China) Abstract: Thermoplasticpolyurethaneelastomer (TPU)whichischaracteristicofrubberandplastic's, cl othing, medical, wireare applied widely to the field of automotive, shoes, clothing, medical, wire and cable, thin film and sheet, adhesive composition ect. Among them,the application of thermoplastic polyurethane in the clothing industry is that it can be made into a film attached to the fabric in order to provide users with better protection, comfort and beauty.This paper, on the basis of the literature at home and abroad, summarizes preparation and research of TPU waterproof moisture permeable membrane, and also provides the reference the TPU waterproof moisture permeable membrane preparation and research in the future. Key word:thermoplasticpolyurethane elastomer; polyurethane materials; TPU waterproof moisture permeable membrane; rubber and plastic
导电高分子材料的应用、研究状况及发展趋势 熊伟 武汉纺织大学化工学院 摘要:与传统导电材料相比较 , 导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的结构、种类及导电机理、合成方法、导电高分子材料的应用、研究现状及发展趋势。 关键字:导电高分子分类制备现状 Abstract : Compared with conventional conductive materials, conductive polymer material has many unique properties. Conducting polymers can be us ed as radar absorbing materials, electromagnetic shielding materials, antistatic materials. Describes the structure of conductive polymer materials, types and conducting mechanism, synthesis methods, the application of conductive poly mer materials, research status and development trend. Keywords : conductive polymer categories preparation status 1 导电高分子的结构、种类 按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类 :一类是结构型 (或本征型导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料 [3]。 结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料。 根据加入基体聚合物中导电成分的不同 , 复合型导电高分子材料可分为两类 :填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料 [5]。
光敏高分子材料的研究进展 骆海强，重庆大学化学化工学院应用化学2班 摘要：由于当今材料科学技术的快速更迭，高分子材料逐渐成为材料科学领域中极具发展潜力的一类材料。在可利用能源不断缩减的今天，光敏高分子材料的研究力度大大提升，逐渐成为现代生活中不可或缺的部分。本文分别对光敏高分子材料的四大类——感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料本身的特性及应用进行了综述性概括，以便快捷了解光敏高分子材料的特点。 0前言 随着材料科学技术相关研究人员在该领域的不断探索，高分子材料无论是在科研领域还是社会生活中，都扮演着极为重要的角色。在光电材料研究风气盛行的当下，太阳能电池、太阳能汽车等光能利用、转化设备普及的大环境下，光敏高分子材料的研究力度渐渐增加，也得到了许多理想的科研成果， 1光敏高分子材料概述 在光照下能表现出特别性能的高分子聚合物即为光敏高分子材料，是材料科学里一类主要的功能高分子材料，所触及范畴也较为普遍，如光致抗蚀剂、光导电高分子、高分子光敏剂等功能材料。 光敏高分子材料根据其自身在光照条件下所产生的反应类型及其展现出的特征性能，可以分成如下四类：感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料。 现基于以上分类，对各种材料进行阐述。 2 感光性高分子材料 在光照下可以进行光化学反应的高分子材料常被称为感光性高分子材料。
根据其用途可分为光敏涂料和光刻胶。 2.1光敏涂料 2.1.1光敏涂料的作用机理 光敏涂料具有光敏固化功能，可以利用光交联反应或光聚合反应，使其中的低聚物聚合成膜或网状。经过恰当波长照射后，光敏涂料会快速固化，获得膜状物。因为固化过程较为稳定不易挥发溶剂，从而降低了排放，提高了材料利用，保障了安全性。而且由于是在覆盖之后才发生的交联，使图层交联度更好，机械强度也更稳固。 2.1.2光敏涂料的中常见低聚物的类型 以铁酸锌环氧酯错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。涂料为一类的环氧树脂型低聚物，在紫外光的处理下，给电冰箱表面上漆，能够是冰箱表面具有很好的柔顺性且不宜脱落。以含氟丙烯酸酯预聚物错误!未找到引用源。为一类的不饱和聚酯型低聚物，与光引发剂等结合后形成的混合型涂料，其硬度、耐挂擦力、附着力等性能大大提高。此外还有聚氨酯型低聚物错误!未找到引用源。及聚醚型低聚物。 2.2光刻胶（光致抗蚀剂） 2.2.1光刻胶的作用机理 生产集成电路的现有工艺中，通常会用这类感光性树脂覆盖在氧化层从而避免其被活性物质腐蚀。将设计好的图案曝光、显影，改变了其溶解性，其中树脂发生化学反应后去除了易溶解的物质，氧化层表面留下不溶部分，从而避免氧化层被活性物质腐蚀。 2.2.2光刻胶的分类 正性光刻胶和负性光刻胶错误!未找到引用源。是根据曝光前后涂膜的溶解性来分类的。其中正性光刻胶受光后会降解，被显影液所消融；而与之相反，在光照后，负性光刻胶获得的图形恰好与掩膜板图形互补，即曝光处会发生交链反应形成不溶物残余在表面形成图像，而非曝光处则如正性光刻胶同样被消融，。 根据光刻胶所吸收的光的紫外波长，还可将其分为深紫外(i-线，g-线)光刻胶，远紫外(193 nm)光刻胶和极紫外(13. 5nm)光刻胶错误!未找到引用源。。Lawrie等错误!未找到引用源。经过多次实践合成了一种感光灵敏度为4~6 mJ/cm2、分辨率为22.5 nm的
剪线钳力学分析 12级机械电子一班 叶兴状 3126113024 我做的研究课题是剪线钳使用及其断裂失效原因分析，由于时间紧、期末忙于复习考试难免会有错误，希望老师加以批评指正、不吝赐教。 我们家里都有用过剪线钳这一普通工具，剪线钳用于各种操作，通常用来剪尺寸正常的铜线、铁线等。下图是我找到的一把普通剪线钳，目视检查后，分三步进行分析 并预测其失效的原因。首先进行应 力计算，事先准备一根10TW(直径 0.259cm)的铜线，通过去图书馆查 阅资料知道剪断这种型号的铜线 需要D 的力为F=436N,而且我在 实验过程中发现剪线钳只发生弹 性弯曲,连续完成三个实验后，剪线 钳没有明显的损伤。剪线钳是由Q255钢制成的，施加在剪线钳上的最大外层应力可以用简支梁的计算公式计算: I M y =σ 简单粗略计算得：式中 M ——为力矩=6.4cm*438N y ——为0.34cm I ——为惯性矩=0.0112 cm 4 所以 =σ 8.4*104 Pa
查阅资料得：该型号剪线钳抗拉压强度[σ]=1.24*108Pa 将剪线钳的一边看成外伸梁，如图 d1=14cm d2=3cm F1=436N F2=-F1=-436N 直径d=1.2cm 查表知：E=45GPa 则M A =F1*d1+F2*d2=46.51N/m 抗弯截面系数W=d/2I 其中I=64 d *d *d *d π则W=32 d *d *d π=1.8*10-7cm 3 横截面积A=4d *d π=1.13*10-4 压应力=σA F 1=3.9*106Pa 由M MAX =Fd1 强度条件为 M MAX <=W[σ] 联立解得F<=1.6KN 所以根据上述计算可知，只要施加在剪线钳上的最大压紧力不超过 1.6KN ，该剪线钳就不会损坏，所以平时要注意，这样就可以保护好剪线钳。
第一章 1.高分子化合物（macromolecules)：以共价键连接若干个重复单元所形成的以长链结构为基础的大分子量化合物。P8 2.聚合度(degree of polymerization，DP):聚合物中所含各同系分子重复单元数的平均值。根据测定或计算方法的不同，得到的平均值的大小和含义有所不同。P9 3.交联(cross link):由线型或支化高分子转变成网状高分子的过程。 4.端基(terminal group):高分子链终端的化学基团，虽然端基在高分子链中所占的量很少，但是端基可以直接影响高分子链的性能，尤其是热稳定性。 5.柔性(flexibility)指由于内旋转而使高分子链表现不同程度卷曲的特性。 6.分子间作用力(intermolecular force)指非键合原子间、基团之间和分子之间的内聚力，包括范德华力与氢键。 7.内聚能(cohesive energy)将液态或固态中的分子转移到远离其邻近分子（气化或溶解）所需要的总能量。内聚能是分子与分子间的结合能。 8.内聚能密度(cohesive energy density, CED)：单位体积的内聚能。 第二章 1.链锁聚合（chain reaction polymerization）：整个聚合反应是由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。其特征是瞬间形成分子量很高的聚合物，分子量随反应时间变化不大，反应需要活性中心。P33 2.逐步聚合（step reaction polymerization）：反映大分子形成过程中的逐步性，反映初期单体很快消失，形成二聚体、三聚体等低聚物，随后这些低聚物间进行反应，分子量随反应时间逐步增加。P33 3.引发剂(initiator)是在一定条件下能打开碳–碳双键，使链引发、增长进行链锁聚合的化合物。 4.阻聚剂(Inhibitor):自由基与某些物质反应形成稳定的分子或稳定的自由基，使聚合速率下降为零的物质。 5.触变性(thixotropy)指物理凝胶受外力作用（如振摇、搅拌或其他机械力），网状结构被破坏而变成流体，外部作用停止后，又恢复成半固体凝胶结构，是一种凝胶与溶胶相互转化的过程。 6.生物降解(biodegradation)通常是指聚合物在生物环境中（水、酶和微生物等作用下）大分
功能高分子材料综述
功能高分子材料综述 【文摘】功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 【关键词】材料；高分子；高分子材料；功能材料； 功能高分子材料的定义为：与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能的聚合物大分子(主要指全人工和半人工合成的聚合物)都应归属于功能高分子材料范畴。而以这些材料为研究对象，研究它们的结构组成、构效关系、制备方法，以及开发应用的科学，应称为功能高分子材料科学。 功能高分子材料科学是研究功能高分子材料规律的科学，是高分子材料科学领域发展最为迅速，与其他科学领域交叉度最高的一个研究领域。它是建立在高分子化学、高分子物理等相关学科的基础之上，并与物理学、医学甚至生物学密切联系的一门学科。功能高分子材料是对物质、能量、信息具有传输、
转换或贮存作用的高分子及其复合材料的一类高分子材料，有时也被称为精细高分子或者特种高分子(包括高性能高分子) 。其于20 世纪60年代末迅速发展起来的新型高分子材料，内容丰富、品种繁多、发展迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料。 功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。例如吸水树脂，它是由水溶性高分子通过适度交联而制得，遇水时将水封闭在高分子的网络内，吸水后呈透明凝胶，因而产生吸水和保水的功能。 在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。 1 功能高分子材料研究 1.1 导电高分子材料 近几年来，导电性高分子的研究取得了长足的发展，形成了一个十分活跃的边缘学科领域，它对电子工业、信息工业及新技术的发展具有重大的意义。现有的研究成果表明，发展导电高分子不仅可以满足人们对导电材料的需要，而且由于它兼具有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能，具有重量
功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
第三章功能高分子材料 3．1 概述 功能高分子是高分子化学的一个重要领域，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。 3．1．1 功能高分子材料的概念和分类 高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料，结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度，可以代替金属作为结构材料，如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。 对功能高分子材料，目前尚未有明确的定义，一般认为是指
除了具有一定的力学功能之外还具有特定功能（如导电性、光敏性、化学性和生物活性等）的高分子材料，所谓材料的功能，从根本上说，是指向材料输入某种能量，经过材料的传输转换等过程，再向外界输出的一种作用。材料的这种作用与材料分子中具有的特殊功能的基团和分子结构分不开的。 请注意，不可将功能高分子和功能高分子材料混为一谈，这两者是有明显区别的。功能高分子材料从组成和结构上可以分为结构型和复合型两大类。结构型功能高分子材料是指在高分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由高分子本身的因素决定的。构成结构型功能高分子材料中的高分子叫功能高分子，而复合型功能高分子材料，是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、导磁）的其它材料进行复合而制得的功能高分子材料，这种材料的特殊功能不是由高分子本身提供的。 功能高分子材料涉及范围广、品种繁多，还未有统一的分类方法，一般按其使用功能来分类，大致可以分为以下几类：（1）化学功能高分子材料 主要包括离子交换树脂，高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂和高吸水性树脂等。
非均质材料力学研究进展: 热点、焦点和生长点 Advances in Heterogeneous Materials Mechanics: Cutting-edge and Growing Points Jinghong Fan1,2 Haibo Chen3 1 Kazuo Inamori School of Engineering, Alfred University, Alfred, New York, 14802, USA 2 Research Center of Materials Mechanics, ChongQing University, ChongQing, 400044, P. R. China 3 Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, CAS Key Laboratory of Mechanical behavior and Design of Materials, Hefei, Anhui, 230026, P. R, China Recently, heterogeneous materials mechanics (HMM) has attained increased momentum for its development. These advances are motivated by the needs of nanotechnology, biotechnology, materials sciences, renewable energy, aeronautical and aerospace engineering, etc. New phenomena, concepts, and methods, and fruitful research results appear in its different branches. This speeds the collaboration and combination between the HMM and other disciplines such as materials science, condensed physics, chemistry and engineering sciences. This trend is shown in the positive attitudes of the world's top scholars, who attended or will attend the series of International Conferences of Heterogeneous Materials Mechanics (ICHMM-2004, ICHMM-2008 and ICHMM-2011). This paper is a systematic review of the cutting-edge and growing points of the heterogeneous materials mechanics. It includes not only the contents of presentations and discussions of the six special workshops held in the ICHMM-2008, but also includes the recent, focused research topics and their new achievements. Specifically, this paper discusses the advances in the following aspects: Multiple physics and multiscale modeling, atomistic to continuum analyses of materials structure and behavior, stochastic microstructure evolution and degradation, modeling realistic microstructure, biological and nature-inspired materials design, in situ experiments and model validation, mechanics of functional gradient materials, and the development of micron-nano devices and systems. Taking the topic of multiple physics and multiscale modeling as an example, this paper introduces its background, objectives, needs, advantages and disadvantages of existing methods, obstacles for its development, applications , intrinsic connections with other
专题5.3 功能高分子材料 1．干洗衣服的干洗剂主要成分是四氯乙烯，家用不粘锅内侧涂覆物质的主要成分是聚四氟乙烯。下列关于 四氟乙烯和聚四氟乙烯的说法正确的是 A．它们都是纯净物 B．它们都能是酸性高锰酸钾溶液褪色 C．它们的分子中都不含氢原子 D．它们都可由乙烯只发生加成反应得到 【答案】C 考点：考查高聚物的结构特征和组成、碳碳双键的性质。 2．滑雪板和冲浪板经常用聚四氟乙烯做贴面，因为 A．聚四氟乙烯耐高温又耐低温 B．聚四氟乙烯绝缘性好 C．聚四氟乙烯能够耐酸碱腐蚀 D．聚四氟乙烯的摩擦系数很小，极其光滑 【答案】D 【解析】 试题分析：由于聚四氟乙烯的摩擦系数很小，极其光滑，所以常用作滑雪板和冲浪板，答案选D。 考点：考查聚四氟乙烯的性能和应用 2．宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10 kg重的舱内航天服，“神七”宇航员所穿舱内航 天服是由我国科学家近年来研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成，其主要成分是由碳
化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的，下列相关叙述错误的是 A．它耐高温、抗氧化 B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆 C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料 【答案】B 考点：考查有机高分子材料的性能的有关判断 4．下列关于新型有机高分子材料的说法，不．正确的是 A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强体 C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料 D．合成高分子材料制成的人工器官一般都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度 【答案】D 【解析】 试题分析：合成高分子材料一般具有优异的生物兼容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻 要求，因此答案选D。 考点：考查新型有机高分子材料的有关判断 5．下列材料中：①高分子膜；②生物高分子材料；③隐身材料；④液晶高分子材料；⑤光敏高分子材料； ⑥智能高分子材料．属于功能高分子材料的是 A．只有①②⑤ B．只有②④⑤⑥ C．只有③④⑤ D．①②③④⑤⑥ 【答案】D 【解析】
《高分子材料》试卷答案及评分标准 一、填空题（20分,每空1分）： 1、材料按所起作用分类,可分为功能材料和结构材料两种类型。 2、按照聚合物和单体元素组成和结构变化,可将聚合反应分成 加成聚合反应和缩合聚合反应两大类。 3、大分子链形态有伸直链、折叠链、螺旋链、无规线团四种基本类型。 4、合成胶粘剂按固化类型可分为化学反应型胶粘剂、热塑性树脂溶液胶粘剂、热熔胶粘剂 三种。 5、原子之间或分子之间的系结力称为结合键或价键。 6、高分子聚合物溶剂选择的原则有极性相近、溶解度参数相近、 溶剂化原则。 7、液晶高分子材料从应用的角度分为热致型和溶致型两种。 8、制备高聚物/粘土纳米复合材料方法有插层聚合和插层复合两种。 二、解释下列概念（20分,每小题4分）： 1、 材料化过程：由化学物质或原料转变成适于一定用场的材料,其转变 过程称为材料化过程或称为材料工艺过程。 2、 复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质,用适当的 工艺方法组合起来,而得到的具有复合效应的多相固体材料称之为复合材料。 3、 聚合物混合物界面：聚合物的共混物中存在三种区域结构：两种聚合物 各自独立的相和两相之间的界面层,界面层也称为过渡区,在此区域发生两相的粘合和两种 聚合物链段之间的相互扩散。 4、 共混法则：共混物的性能与构成共混物的组成均质材料的性能有关, 一般为其体积分数或摩尔分数与均质材料的性能乘积之和。或是倒数关系。 5、 纳米复合材料：是指复合材料结构中至少有一个相在一维方向上是纳米 尺寸。所谓纳米尺寸是指1nm~100nm的尺寸范围。纳米复合材料包括均质材料在加工过程中所析出纳米级尺寸增强相和基体相所构成的原位复合材料、纳米级尺寸增强剂的复合材料以及刚性分子增强的分子复合材料等。 三、比较下列各组聚合物的柔顺性大小,并说明理由（5分,每小题2.5分）： 1、 聚丙烯与聚苯烯 聚丙烯>聚苯烯,原因：随着长链上侧基体积的增大,限制了分子链的运动,分子的柔性降低。 2、 聚乙烯、氯化聚乙烯和聚氯乙烯 聚乙烯>氯化聚乙烯>聚氯乙烯,原因：随着长链上氯原子的增加,分子间作用力增强,分子的柔性降低。 四、比较下列各组聚合物的Tg大小,并说明理由（5分,每小题2.5分）： 1、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇和聚丙烯腈 聚丙烯<聚氯乙烯<聚乙烯醇<聚丙烯腈,原因：随着分子链上侧基的极性增强,分子链产生的内旋转受到限制越大,是其Tg增高。 2、 聚（ 3、3-二甲基—1-丁烯）、聚苯乙烯和聚乙烯基咔唑 聚（3、3-二甲基—1-丁烯）<聚苯乙烯<聚乙烯基咔唑,原因：随着分子链上侧基体积的增大,分子运动越困难,所以Tg增高。 五、按照给出条件鉴别高分子材料（6分,每小题3分）： 1、 序号 密度（g/cm3） 洛氏硬度 软化温度℃ 冲击强度J/m
生物功能材料的研究进展 随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 生物功能材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化”, “功能化”的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。 生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。 ﹙1﹚天然生物材料 天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。﹙2﹚合成生物材料 由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。 合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅
功能高分子膜材料 作者姓名:朱海 学号：1105200077 （广州大学化学化工学院，广东广州510006） 摘要：功能高分子材料是高分子材料领域中发展最快，最有重要理论研究和实际应用的新领域。 功能高分子材料医其特殊的电学、光学、医学、仿生学等诸多物理化学性质构成功能材料学科研的 主要组成部分[1]。高分功能膜材料是功能高分子材料的重要组成部分，其分离方法简便，快捷，节 约能源这一独特性质在气体分离，海水淡化，污水处理，食品保鲜，混合物分离等方面得到广泛的 应用，在医学和药学方面应用研究也取得了较大进展[2]。 关键字：概述；特点；分类；分类原理；制备；发展趋势 Functional polymer membrane materials （Fine Chemical Research Institute，Guangzhou University，Guangzhou 510006，Guangdong，China）Abstract: functional polymer materials is the fastest growing in the area of polymer materials, the most important new areas of theoretical research and practical application. D its special functional polymer materials of electrical, optical, medical, bionics, and many other physical and chemical properties constitute the main part of functional materials science research. High functional membrane materials is an important part of functional polymer materials, the separation method is simple, fast, save energy this unique properties in gas separation, water desalination, sewage treatment, food preservation, separation of the mixture, etc widely used, in the aspect of medical and pharmaceutical application research have also made great progress 正文: 1.概述 膜是一种二维材料，智能化的膜是最高标准水平。广泛存在自然界，起着分隔，分离和选择性透过等作用。高分子功能膜由于在不同条件下表现出的特殊性质，已经在许多领域获得应用，而且具有潜在的应用前景。比如在电场作用下的点透析装置，在压力作用下的超滤，微滤，反渗透装置。在浓度梯度下的渗透过滤装置，以及膜修饰电极，非线性光电材料，膜缓释装置等都是功能膜的主要应用领域。这些研究成果被广泛用于工业，农业，医药，环保等领域，对节约能源，提高效率，净化环境做出了重大贡献[3]。 2.膜分离的特点 相对于其他分离方法，膜分离技术有以下优点：除个别情况，如渗透蒸发装外，分离过程没有相变化，因此分离物质的损耗小，能耗小，是一种低能耗，低成本的分离技术。膜分离过程通常在温和的条件下进行，因而对需避免高温分级，浓缩与富集的物质，如果汁、药品、蛋白质具有明显的优点。膜分离装置简单，操作容易，制造方便，易于与其他分离技术结合，其分离技术应用广，对无机物，有机物及生物制品均可适用，并且不会二次污染。但是膜分离过程容易出
功能高分子材料 __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 1．了解功能高分子材料及其分类 2．了解复合材料及其应用； 3．了解高分子材料的发展趋势. 知识点一.功能高分子材料 1．功能高分子材料的涵义: 功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能,又有某些特殊功能的高分子材料. 2．几种功能高分子材料: （1）高吸水性材料——亲水性高聚物（分子链带有许多亲水原子团） （2）高分子分离膜: ①组成:高分子分离膜是用具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜. ②特点:能够让某些物质有选择地通过,而把另外一些物质分离掉. ③应用:物质分离 （3）医用高分子材料: ①性能:优异的生物相溶性；很高的机械性能. ②应用:制作人体的皮肤、骨骼、眼、喉、心、肺、肝、肾等各种人工器官. 知识点二.复合材料
1．复合材料的涵义: 复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料.其中一种材料作为基体,其他的材料作为增强剂.21世纪教育网 2．优异的性能强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀,在综合性能上超过了单一材料. 3．应用 宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面. 【过渡】通过以上所举的例子,我们认识到功能材料对我们日常生活和人类社会生产的重要性,那么,有机高分子材料的发展趋势是怎么样的呢? 知识点三.有机高分子材料的发展趋势 对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广,使它们的性能不断提高,应用范围不断扩大. 与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强,并且取得了一定的进展.【小结】1．功能高分子材料与复合材料的概念、性能及应用 2．膜分离的工业应用 3．医用高分子及用途
功能梯度材料分层法研究 摘要 功能梯度材料具有随空间位置呈梯度变化的材料属性，这一性能引起了材料科学家和工程师研究的兴趣。基于分层法，将功能梯度材料平面结构划分成若干层，每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数，然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分，建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。通过设计组分材料弹性模量的三种工况，讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响，有一定的误差。 于是引入线性分层法，该模型基于任意一条连续曲线可用一系列的分片连续直线段来逼近的事实，将梯度材料层分成若干子层，在各子层界面处材料参数连续并且等于实际值。将此模型应用于实际问题推导，我们发现与指数模型结果吻合的很好。 关键词：功能梯度材料；分层法；梯度系数；线性分层法 1 FGM研究背景 FGM概念是在1984年前后，由在日本仙台地区的二位材料科学家，日本航天技术研究所的新野正之博士、东北大学的平井敏雄教授和渡边龙三教授首先提出的。当初提出FGM概念的目的是为了解决在设计制造新一代航天飞机的热保护系统中出现的许多问题。据估计，航天飞机工作时，机体外部有些部位最高温度将达1800℃，因此对航天飞机表面的材料要求是要能耐高达1800℃的温度和1600℃的温度落差。已知的工业材料没有能忍受如此苛刻的热机负载的，能用于这种环境条件的材料必须具备以下三个特征:材料的高温表面层能耐热和抗氧化,低温侧具有力学韧性及整个材料中能有效地缓和热应力。面对这种材料要求,FGM这一新概念被提了出来。 这种新材料的高温侧是能耐热的陶瓷,低温侧是具有高热导率的韧性金属,并具有从陶瓷到金属的梯度成分变化。这种FGM的特征其热膨胀系数可以通过控制两个表面之间的成分、微结构、微孔的比率来加以调节。FGM概念一提出就受到日本和世界材料界的高度重视。日本科技厅授予此概念的发明者特别奖。FGM也被列入各种国际国内会议的报告范围。 1.1 FGM定义及原理