高分子材料的應(yīng)用分析

姬笑天

摘 要：近年來，隨著高分子材料研究的不斷深入，以及高分子材料所表現(xiàn)出來的環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)，高分子材料已經(jīng)在社會(huì)各領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，如軌道交通、航空航天、紡織、通信等。本文以高分子材料的應(yīng)用為研究?jī)?nèi)容，結(jié)合高中階段所學(xué)相關(guān)知識(shí)，對(duì)幾種目前較為常見的高分子應(yīng)用進(jìn)行分析，以加深人們對(duì)高分子材料的認(rèn)識(shí)，并能夠?qū)Ω咧须A段化學(xué)相關(guān)知識(shí)體系進(jìn)行完善，促進(jìn)自身的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高分子材料 應(yīng)用 化學(xué)

中圖分類號(hào)：O657.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）07（c）-0091-02

在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展過程中，研究人員通過大量的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造出以高分子化合物為基團(tuán)的高分子材料，并逐漸實(shí)現(xiàn)了高分子材料的市場(chǎng)化應(yīng)用。根據(jù)高分子材料所表現(xiàn)出來的不同特性，其應(yīng)用環(huán)境也存在一定的差異，其中主要包括高分子材料在抗靜電領(lǐng)域的應(yīng)用、高分子材料在電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用，以及高分子材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用等。

1 高分子材料概述

所謂高分子材料，是指由分子質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的高分子化合物形成的材料。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們身邊的高分子材料種類眾多，如棉花、塑料、橡膠等，都屬于高分子材料的范疇。為更好地區(qū)分高分子的類型，可以根據(jù)其來源分為自然高分子材料與人造高分子材料，并且，對(duì)于某些存在多種高分子的材料，則被稱為復(fù)合高分子材料。

相比較來說，復(fù)合高分子材料集中了多種高分子材料的優(yōu)勢(shì)，在適用性方面比普通高分子材料高，因此，復(fù)合高分子材料將成為下一階段高分子材料研究的趨勢(shì)。

2 高分子材料在抗靜電方面的應(yīng)用

與傳統(tǒng)材料不同，高分子材料在導(dǎo)電方面具有高阻值特性，表面為絕緣體。關(guān)于高分子材料在抗靜電方面的應(yīng)用則主要集中在復(fù)合高分子材料中的成分調(diào)整，在應(yīng)用方面可通過抗靜電塑料加以分析。

2.1 高分子材料抗靜電效果的實(shí)現(xiàn)

為提升高分子材料的絕緣特性，其主要方式是通過添加抗靜電劑、與結(jié)構(gòu)性導(dǎo)電高分子共混的方式實(shí)現(xiàn)。

2.1.1 抗靜電劑的使用

為實(shí)現(xiàn)高分子材料表面導(dǎo)電性能的增強(qiáng)，使產(chǎn)生的靜電能夠以最快的速度進(jìn)行釋放，這就需要在其表面形成具有較高導(dǎo)電效率的導(dǎo)電層，其中最為有效的方法就是在高分子材料表面添加抗靜電劑。

抗靜電劑是一種具有水溶性的高分子材料，其表面分子活性較強(qiáng)，主要分為陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型三種抗靜電劑。相比較來說，陽(yáng)離子型的抗靜電效果最佳，卻由于耐高溫性較差，以至于無法單獨(dú)使用；由于在樹脂類高分子材料中的效果并不理想，從而限制了陰離子型高分子材料的使用。盡管，非離子型抗靜電劑能夠避免以上兩種情況的出現(xiàn)，但是，為實(shí)現(xiàn)抗靜電效果的可持續(xù)性，多選擇與以上兩種抗靜電劑混合使用的方法。

抗靜電劑的使用分為外涂、內(nèi)加兩種方式。外涂雖然能夠提高涂覆效率，但是，抗靜電層容易受到外界影響而降低其導(dǎo)電性。內(nèi)加抗靜電劑能夠使高分子材料表面形成均勻的抗靜電層，且壽命較長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性也較強(qiáng)。

2.1.2 高分子材料與結(jié)構(gòu)異形導(dǎo)電高分子共混

在高分子材料的制作過程中，為加強(qiáng)抗靜電效果，多采用結(jié)構(gòu)異形導(dǎo)電高分子材料與基體高分子混合的方式，形成較為穩(wěn)定的復(fù)合高分子材料，具體實(shí)現(xiàn)方法包括機(jī)械法與化學(xué)法兩種。

機(jī)械法是指利用傳統(tǒng)的材料混合方式，將結(jié)構(gòu)異型導(dǎo)電高分子材料與基體高分子材料進(jìn)行混合，其中，結(jié)構(gòu)異形高分子材料的質(zhì)量占比應(yīng)當(dāng)在之間，在此情況下形成的復(fù)合高分子材料則具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性能。

化學(xué)法在高分子材料與結(jié)構(gòu)異形導(dǎo)電高分子共混方面的應(yīng)用主要依靠氧化劑的作用完成，其中產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)為氧化聚合反應(yīng)，由此形成的復(fù)合高分子材料抗靜電能力較強(qiáng)，且具有較強(qiáng)的環(huán)境耐受性。

2.2 抗靜電高分子材料的應(yīng)用

在現(xiàn)實(shí)生活中，抗靜電高分子材料的應(yīng)用隨處可見，如抗靜電塑料，根據(jù)其抗靜電復(fù)合高分子的差異，抗靜電塑料可分為聚烯烴抗靜電塑料和聚氯乙烯抗靜電塑料等類型。

2.2.1 聚烯烴抗靜電塑料

對(duì)于聚烯烴抗靜電塑料來說，其主要是通過添加抗靜電劑的方法使其導(dǎo)電層具有較強(qiáng)的非極性特征，其電阻率明顯偏低，導(dǎo)電性能較高。在工業(yè)化生產(chǎn)中，多采用添加羥乙基脂肪胺類型的抗靜電劑，主要產(chǎn)品包括抗靜電薄膜、抗靜電塑料連接器等。

2.2.2 聚氯乙烯抗靜電塑料

相對(duì)于聚烯烴抗靜電塑料來說，聚氯乙烯抗靜電塑料的特點(diǎn)不僅僅在于其較強(qiáng)的抗靜電特征，由于添加聚氯乙烯作為抗靜電劑，導(dǎo)致復(fù)合高分子材料的硬度較高，因此，其適用范圍受到一定限制。目前，聚氯乙烯抗靜電塑料多作為建筑材料使用，如無塵車間內(nèi)壁防護(hù)、防塵頭盔等。

3 形狀記憶高分子材料的應(yīng)用

對(duì)于某些特殊材料來說，在第一定情況下，外部環(huán)境因素的變化將使某些具有記憶特性的材料發(fā)生形變，此類材料大多為高分子材料，如聚氨酯、交聯(lián)聚乙烯聚酯等。自上世紀(jì)中期以來，形狀記憶高分子材料就得到了較為廣泛的應(yīng)用，其記憶效應(yīng)、抗震性等特征在諸多領(lǐng)域得到了開發(fā)，這使得形狀記憶高分子材料的相關(guān)研究更加深入。

3.1 形狀記憶高分子的記憶機(jī)理探究

對(duì)于高分子的形狀記憶，其過程主要表現(xiàn)為高分子材料形狀（長(zhǎng)度的變化），具體過程如圖1所示。

其中：為樣品的原始長(zhǎng)度，為測(cè)試高分子材料的形變量，tg與tms分別為聚合物玻璃態(tài)溫度、聚合物軟鏈段融化的溫度。

形狀記憶高分子材料的形變與溫度之間存在一定的關(guān)系，根據(jù)不同情況下的形狀記憶高分子材料的變化情況，可以將其分為硬鏈端與軟鏈段。

當(dāng)外界溫度滿足軟鏈段的相關(guān)范圍之后，復(fù)合高分子材料的微觀布朗運(yùn)動(dòng)將呈現(xiàn)出明顯的加強(qiáng)，在此情況下，該高分子材料的將極易發(fā)生形變。但是，在軟鏈段的溫度范圍以外時(shí)，處于硬鏈段的復(fù)合高分子材料的分子結(jié)構(gòu)組成變?yōu)椴Ａ_(tái)或結(jié)晶態(tài)，分子間的作用力阻止了分子的移動(dòng)，進(jìn)而抵抗外力導(dǎo)致的復(fù)合高分子材料形變。

3.2 形狀記憶高分子材料在紡織行業(yè)的應(yīng)用

相比較形狀記憶合金來說，基于高分子材料技術(shù)的形狀記憶高分子材料具有成本低、可變范圍大、鏈段可調(diào)等一系列優(yōu)勢(shì)，因此，形狀記憶高分子材料在現(xiàn)實(shí)生活中得到了廣泛應(yīng)用，其中就包括在紡織行業(yè)的應(yīng)用。

3.2.1 聚氨酯的透氣作用

在紡織材料中加入聚氨酯，由于聚氨酯對(duì)溫度的耐受范圍較低，人體溫度的變化將導(dǎo)致其產(chǎn)生不同程度的形變，當(dāng)形變響應(yīng)溫度設(shè)置在室溫的情況下，涂覆了聚氨酯的紡織品將根據(jù)周圍環(huán)境的變化調(diào)整其透氣性。當(dāng)周圍溫度低于響應(yīng)溫度時(shí)，其透氣性偏低，從而減少了熱量的散失；當(dāng)周圍環(huán)境溫度高于響應(yīng)溫度時(shí)，形變的出現(xiàn)將增加紡織品的透氣性。因此，涂覆了聚氨酯的紡織品能夠適用的環(huán)境溫度范圍較寬，舒適度也有著明顯提高。

3.2.2 記憶高分子材料與紡織品抗皺效能

在紡織品的適用過程中，褶皺是比較難處理的問題，對(duì)于常規(guī)衣物采用熨燙的方式并不能夠完全消除褶皺。研究人員利用記憶高分子材料的記憶恢復(fù)功能，設(shè)計(jì)出具有抗皺功能的紡織品?？拱櫦徔椘肥抢糜洃浉叻肿硬牧显跓徨憻挼捻憫?yīng)，使紡織品能夠恢復(fù)到最初的樣子，進(jìn)而解決了長(zhǎng)期困擾人們的服裝褶皺問題。

然而，這里需要特別討論的是，對(duì)于記憶高分子材料在紡織品上的適用多為涂覆形式，經(jīng)過長(zhǎng)期的磨損、洗滌之后，其抗皺效果明顯下降，這也是當(dāng)前記憶高分子材料以涂覆方式使用時(shí)普遍存在的問題。

4 結(jié)語

高分子材料的出現(xiàn)為我們提供了更多以選擇的材料，其中以多種高分子基體組合而成的復(fù)合高分子材料實(shí)現(xiàn)了多種高分子材料優(yōu)勢(shì)的集中體現(xiàn)，從而擴(kuò)展了傳統(tǒng)高分子材料的適用范圍。通過了解高分子材料的應(yīng)用，能夠更加深刻地認(rèn)識(shí)到化學(xué)知識(shí)的重要性，在激發(fā)個(gè)人化學(xué)學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，也將促進(jìn)自身的全面發(fā)展。

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