探析高分子材料工程的应用与发展王磊

探析高分子材料工程的应用与发展王磊

王磊

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摘要：近年来，随着我国社会经济的进步和科学技术的不断发展，高分子材料被广泛应用。科技的快速进步催生了品种众多的高分子材料，其功能与性能的指标范围都非常宽泛。作为工程建筑领域使用的结构材料，它们的比强高、密度轻、具有较好的加工性、耐腐蚀、易于加工成形，能够制作成形状复杂的零部件、具有较高的摩擦性能，容易满足各种摩擦条件的需要；具有可染色性、减震性、密封性与绝缘性等多种特征。

关键词：高分子材料；工程应用；发展趋势

引言

长期以来，人们对高分子结构缺乏认识而不能合成制造。1831年人们对天然橡胶找到了硫化改性的方法，才能大量使用天然橡胶；1872年人们制出赛璐路（硝化纤维素），1884年人们用硝酸纤维素制造r人造丝（脱硝硝化纤维），都还停留在对天然高分子材料的改性上。1897年制出酚醛树脂，仍只是凭经验摸索造出的。直到1920年德国学者HernlonStaodi，，ger提出了高分子概念，并于193。年建立了粘度与分子员的关系式.1932年发表了高分子化合物的专题论著，高分子学说才得到了人们的确认。随后在30年代陆续地工业化生产聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酪、聚酞胺66等非夭然高分子材料.开辟了合成固体材料的新领域。这在人类使用材料的历史上具有里程碑的作用，在材料科学领域里具有创新改质的重要意义。

1概述

高分子材料品种众多，性能和功能的指标范围很宽，作为结构材料使役的共同特点是：密度轻、比强高；耐腐蚀；加工性好，易加工成形，可制成复杂形状的零部件；摩擦性能好，易满足不同摩擦条件要求；具有绝缘性、密封性、减震性及可染色性等特点。结构高分子材料，具有5一15性能的材料为功能高分子材料。另外还有智能高分子材料和生物高分子材料。在此值得指出的是，在作为结构材料使役的同时，往往还能满足一种或几种功能要求。日本学者三岛良绩、岩田修一于1985年发表了材料设计方面的第一部专著川，对材料开发的科学性和研制的针对性提供了设计思想。高分子材料具有很强的可设计性，它的可设计基础来源于材料组织中存在的长链大分子结构，变换和改变大分子结构及其组态，则可得到不同的性能和功能。高分子材料所具有的这种可设计性，为其广泛应用带来了便利。但须指出的是高分子材料结构性能设计是要受其客观规律制约的，同时，受到各自极限性能的限制。

2高分子材料在工程建筑中的运用状况

2.1直接节能型高分子材料

这种材料可以用作建筑外墙的结构保温涂料或者材料，具有较强的保温效果，而且还具备了良好的防火、防水性能，具有优良的化学稳定性，较低的膨胀率与较长的使用寿命等多种性能。经常被用作建筑外墙的若干保温高分子材料如下所示：酚醛树脂聚氨酯与高分子包覆的有关相变复合材料。它们既能够有效地满足建筑工程的安全性能与保温效果，又便于施工等。再者，硬质聚氨酯泡沫塑料的闭孔率超过了90%，孔洞中充满了一氟二氯乙烷与二氧化碳等，发泡剂，它们的导热率都比较低。在完成了现场喷涂聚氨酯后，通常情况下导热率维持在0．020W/（m•K），即便老化以后，它的导热率仍然比较稳定，大致处于0．023W/（m•K）的水平，它的保温效果在很大程度上超过了其他材料。聚氨酯材料的疏水性能非常出色，它具有较高的闭孔率，水分不容易进入到材料内部中，防水性能非常优异，能够预防材料遇水膨胀的问题，可以确保它拥有稳定的尺寸。这种材料的黏附性能十分优越，它和纤维板、胶合板、木板、混凝土、金属板等材料的黏附强度，在很大程度上超过了聚氨酯泡沫材料的实际撕裂强度。在在建筑工程的施工过程中，便于操作，不要求非常严格的施工环境。

2.2间接节能型高分子材料

此类材料能够减少高分子材料所需要的生产成本，切实增加材料本身的使用寿命等，以节约能源资源，提升以往的高分子材料的化学稳定性、耐水性、加工性、抗菌性、耐老化性等，以实现节能木板。以纳米氧化锌、纳米二氧化钛与纳米银复合而成的高分子杂化材料，和末端为吡啶盐烷烃长支链、季磷盐、季铵盐的高分子材料，具有较强的抗菌性能。此类材料会被用做外墙、管道、内墙所需要达到涂料，在湿度较大的条件下，能够显著地改进材料易于霉变的状况，切实增加它的使用寿命。压缩材料的实际成型时间，或削减材料成型所需要的条件，这些都输间接性地减少能耗的手段之一，紫外光固化的相关涂料具有较快的固化速度，而且具有优良的稳定性、光学、力学性能，因此这种高分子材料具有非常广泛的应用前景。

2.3功能性节能或储能高分子材料

此类高分子材料运用在建筑工程中，主要是热致变色型高分子材料与聚合物太阳能电池。前者对温度非常敏感，是非常具有代表性的功能性节能材料，重点用来制作建筑物的外墙与屋顶的涂料。后者是把光能转换为电能，而且将这些电脑储存起来，能够为室内提供充足的电力支持，能够用在玻璃、外墙、屋顶等多个领域。最近若干年来，聚合物太阳能电池持续地提升了光电的实际转换效率，澳大利亚的相关设计师与2014年设计出了绿叶型聚合物太阳能电池，它的光电转换效率业已超过了11．00%，而且便于人们使用此类太阳能电池，只要它被贴在房间的玻璃窗，就能够储存一定数量的电能，为室内用电提供支持，在很大程度上促进了这类电池运用在建筑工程方面的进展。作为热致变色高分子材料，聚N-异丙基丙烯酰胺的相转变温度大致达到了31．5℃。在低于相转变温度的情况下，其内部氢键的密度超过了范德华力的相关密度，聚合物呈现出黑色；在温度超过相转变温度后，其内部氢键循序渐进地变成了范德华力，其聚合物呈现为白色。把这种高分子材料用作外墙涂料或者屋顶材料时，冬天温度较低的情况下显示为黑色，有利于建筑物吸收更多的热量，发挥良好的保温作用。夏天温度较高时，显示为白色，有利于建筑物强化自身的表面热量反射，实现了降温的目的。和没有采用此类涂料的相关建筑物比较，冬天时此类节能型建筑的室内温度大致提高了2℃，夏天室内温度大致降低了1℃，在很大程度上削减了冬天室内供暖与夏天制冷需要的能量损耗。

3高分子材料在工程建筑中的发展趋势

人们对工作环境与居住环境提出了越来越高的要求，因此应该结合上述要求，持续地改进和研发高分子技术，制造出更高性能的高分子材料。要设计出有利于优化设计，提升建筑施工效果的高分子材料。持续地完善高分子材料的具体运用方法，打造产学研与建筑实务一体化的高分子材料运用研究体系。努力地培养高质量的高分子材料专业人才，设计出能够运用到建筑工程诸多领域的此类材料，而不能只局限于室内设计与粉刷涂漆方面。还要结合国内外建筑行业的最新发展趋势，有针对性地创新高分子材料，要结合建筑工程的具体情况，搭配个性化、针对性的高分子材料，充分地利用室内外空间。

结语

高分子材料的总体发展趋势是高性能化和多功能化，不断扩大应用领域；为适应工程要求，高分子结构材料向提高力学性能、提高长期使用温度、作主要承载件的方向发展；在研制高性能聚合物的同时，将更多采用多组份复合方法开发新材料。

参考文献：

［1］汪华莉．节能型高分子材料在建筑工程领域的应用［J］．合成树脂及塑料，2016，33（3）：89-92．

［2］曹亚，张熙，李惠林，等．高分子材料在采油工程中的应用与展望［J］．油田化学，2013，20（1）：94-97．