高分子材料的应用现状及发展趋势

高分子材料的应用现状及发展趋势

邱大贵

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摘要：近年来，我国社会快速发展，应用材料种类越来越丰富。高分子材料是一类以高分子聚合物为基础的材料，具有重要的应用价值。随着科技的发展和人们对材料性能要求的提高，高分子材料的应用范围也在不断扩大。高分子材料对于人类以及社会具有重要的价值意义，不仅仅为各个行业的发展提供了良好的机会，还可作为一种新型材料被广泛应用。因此，探寻高分子材料的应用现状以及发展趋势十分重要。

关键词：高分子材料；应用现状；发展趋势

引言

在经济社会发展的进程中，我国十分重视高分子材料产业的发展。经过半个多世纪的持续努力，我国已成为世界高分子材料生产与消费第一大国。但是我国高分子材料产业大而不强，生产使用的技术除小部分可以依靠国内，大部分还在引进，高分子材料中的高端产品也有较高比例依靠引进。针对我国高分子材料高端化存在的问题和经济社会发展、能源低碳化转型、建设国防强国等对高分子材料的需求，围绕产业链建立创新链，加强产学研用联合，发挥各方技术及人才优势，加大科技投入，进行合作攻关，从消化吸收再创新、模仿创新、跟踪创新到实现原始创新，突破技术制约，尤其突破高端高分子材料生产技术瓶颈，是将我国建设成高分子材料强国的必由之路。

1高分子材料应用现状

1.1军事领域

高分子材料因其耐高温、耐腐蚀性等特性，可应用于军事领域。首先，高分子材料的高强度和耐冲击性能可以有效减少弹道威胁对人员的伤害，其分子结构中的键能够承受较大的拉力，使材料能够承受高速子弹的冲击力，吸收和分散冲击力，从而减少对人员的伤害，可用于制造防弹衣、防弹头盔等防护装备;其次，高分子材料的轻量化、高强度和耐高温性能可以提高飞行器的性能和可靠性，可用于制造航空航天器的飞机机身、导弹外壳等结构部件;其三，高分子材料是能源电池的有效制造材料之一，可用于制造高性能电池、超级电容器等能源存储设备，用于军事装备的电源供应和能量储备。此外，高分子材料的耐候性和防护性能还可用于制造气象观测设备和防护装备，提供战场环境监测和人员防护。

1.2民用领域

高分子材料在社会中发挥着重要作用，除了军事和建筑领域，在民用领域中也得到广泛应用，与居民的生活息息相关。例如，常使用的塑料袋和塑料绳即为典型的高分子材料，塑料袋方便居民携带物品，塑料绳能够解决捆扎问题，还广泛用于制造塑料瓶、容器和包装材料，具有轻便、耐冲击和耐腐蚀的特点，能够满足包装需求并保护产品;高分子材料具有耐磨、耐洗、柔软、易干等特性，广泛应用于服装、家纺、工业纺织等领域，如毛巾、浴巾以及尼龙纤维、聚酯纤维等防治用品均采用了高分子材料;高分子材料具有良好生物相容性，符合与人体组织接触时不会引起明显毒性或过敏反应的要求，常被用于医用塑料管和导管的制作等，通过与人体组织相容，减少对机体的刺激和损伤。

2可降解高分子材料的应用

2.1体育器械

对一些高分子材料进行改性，可以使材料具有优异的性能，它们被广泛用于体育专业服装、防护用品和运动器材。由高性能高分子材料制成的体育器材具有质量较轻、加工成型优异、强度高、韧性好的特点，提高了运动员和健身爱好者使用体育器材的安全性和运动员的竞技水平。因此，体育行业中各类体育器械、防滑用具和设备均需要具有良好的弹性和减震效果，可以大大减少比赛过程中因碰撞事件对自身和体育器械造成的损伤，从而提高运动员的竞技成绩。例如，国内外科学家利用碳纤维材料自身优异的热学性能和摩擦性能，制成适合竞技专业体育器材，提高运动员的竞技能力和生理安全性。

2.2医疗器械与耗材

生物功能聚合物在合成组织、医药物质、生物制药、医疗器械等领域应用广泛。使用生物降解高分子材料包裹药物载体，当药物运输至体内某特定部位时，可降解聚合物被体内蛋白酶降解，药物被缓慢释放，能够有效控制释放药物，最后降解的小分子也能通过自身代谢出去。现已被应用于靶向剂药物中，以提高对定向变异细胞的消杀，降低药物对健康细胞的毒性。此外，利用可降解聚合物的生物相容性特点，可制成人工器官、骨骼、牙齿等，不被人体细胞排斥。

2.33D打印材料

3D打印用聚合物材料主要包括光敏树脂、热塑性树脂等，具有损耗低、高效化的特点。其光敏树脂的聚合过程有自由基聚合和阳离子聚合两个方面。自由基聚合仰赖于光敏树脂中的不饱和双键，其固化周期短、原料价格低廉；而阳离子聚合依靠光敏树脂中的环氧基团进行反应，易受水质干扰、原料生产成本较高，目前以自由基聚合体系的光敏树脂作为3D打印的首选材料。热塑性树脂是一种具有良好弹性的热塑性聚合物，具有优异的力学性能，通过3D打印技术可制造出复杂的多孔结构零件。目前，可降解3D打印材料为组合物，3D打印材料的主要部分为生物可降解聚酯，可添加其他填充物料进行改性，以发挥改善其力学性能及可降解性能，在制造定制、复杂性产品具有显著的优势。

3高分子材料高端化的研发思路

3.1既要重视三类特种材料开发，也必须加强高端通用材料的开发

近几年来，高端高分子材料供给不足的问题受到各方高度关注。电子信息、航空航天等涉及国家安全的高技术产业急需的“卡脖子”材料，基本都是三大类特种高分子材料，国家有关部门采取设立专项的方式，加大投入、组织相关单位联合攻关，参加开发的单位和人员也高度重视，已经或正在不断取得突破。但是面向未来，国家需要的高端高分子材料还包括高端通用材料。从数量上看，高端通用材料的需求量明显大于特种材料，“卡脖子”的特种高分子材料开发受到了高度重视，但是高端通用高分子材料开发重视不够、投入不足。主要原因是针对此类材料的研究难出显示度高的科技成果，社会氛围导向和驱动机制让高校、科研单位和研究人员都缺少积极性。要明确“基础＋高端”的方向，完善研发平台，组织研发团队，建立必需的激励机制，切实加强高端通用材料的开发。

3.2优化高分子材料高端化的技术路径选择

在科研开发中，往往可以通过不同的技术路径实现高分子材料的功能化和高端化，满足不同用途的要求。一是通过新单体的应用，使均聚物变成有不同序列结构的共聚物、非极性聚合物变成极性聚合物、刚性链聚合物变成刚柔可调的聚合物等，实现材料的功能化和高端化。二是通过新催化剂和配套的聚合新工艺的研究开发，使得可以在比较缓和的反应条件下生产出功能与性能和市场已有的产品基本相同的材料，而已有的产品是在苛刻的聚合工艺条件下生产。三是通过新催化剂或助剂的应用，使线性聚合物变成不同形态的支链聚合物，提高催化剂活性，减少催化剂及小分子易析出物在聚合物中的残留，调控分子链中链节构型和不同链节构型在不同大小分子中的比例，调控链端或链中官能化程度等，实现高分子材料高端化。四是通过深入分析各类聚合反应器，如气相流化床、卧式气相流化床、液相搅拌釜、液相环管反应器、管式反应器、双螺杆反应器等的优势、特点与不足，从材料性能与功能的要求出发，研究开发新的反应工程技术，结合催化剂与助剂配制方法、注入位点的优化，实现共聚物序列结构、支化度及支链长度、相对分子质量分布的优化调控，实现材料高端化。

结语

高分子材料在我国的应用范围较广，并且其在各个领域中已经作出了突出贡献，但高分子材料在社会中的应用并没有停止，其还有着广阔的发展空间。因此，相关人员应当加大对高分子材料的利用，更好地满足人们的需求，同时促进高分子材料在社会中的发展。

参考文献

［1］于云飞，陈晓耀．城市景观用高分子材料的制备与性能研究［J］．太原学院学报:自然科学版，2023，41(3):70-75．

［2］陈双，吴甲民，史玉升.3D打印材料及其应用概述[J].物理，2018，47（11）：715-724.