探析高分子材料工程的應(yīng)用與發(fā)展

張利建

摘要：科技的快速進步催生了品種眾多的高分子材料，其功能與性能的指標(biāo)范圍都非常寬泛。作為工程建筑領(lǐng)域使用的結(jié)構(gòu)材料，它們的比強高、密度輕、具有較好的加工性、耐腐蝕、易于加工成形，能夠制作成形狀復(fù)雜的零部件、具有較高的摩擦性能，容易滿足各種摩擦條件的需要;具有可染色性、減震性、密封性與絕緣性等多種特征。

關(guān)鍵詞：高分子材料;工程應(yīng)用;發(fā)展趨勢

引言

材料科學(xué)是由固體物理學(xué)、晶體學(xué)、金屬學(xué)、陶瓷學(xué)、高分子科學(xué)、電子材料學(xué)、建筑材料學(xué)等分散學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容交叉滲透而形成的統(tǒng)一體系。隨著現(xiàn)代儀器的發(fā)展，微觀測試手段的進步，對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的深人認(rèn)識，促使了材料科學(xué)的發(fā)展和形成。材料科學(xué)的進展源于高新技術(shù)對高性能材料的需求;反之，某種高性能新材料的開發(fā)，又推動相關(guān)科技領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

1高分子材料工程的應(yīng)用

1.1直接節(jié)能型高分子材料

這種材料可以用作建筑外墻的結(jié)構(gòu)保溫涂料或者材料，具有較強的保溫效果，而且還具備了良好的防火、防水性能，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，較低的膨脹率與較長的使用壽命等多種性能。經(jīng)常被用作建筑外墻的若干保溫高分子材料如下所示：酚醛樹脂聚氨酯與高分子包覆的有關(guān)相變復(fù)合材料。它們既能夠有效地滿足建筑工程的安全性能與保溫效果，又便于施工等。

再者，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的閉孔率超過了90%，孔洞中充滿了一氟二氯乙烷與二氧化碳等，發(fā)泡劑，它們的導(dǎo)熱率都比較低。在完成了現(xiàn)場噴涂聚氨酯后，通常情況下導(dǎo)熱率維持在0.020W/（m·K），即便老化以后，它的導(dǎo)熱率仍然比較穩(wěn)定，大致處于0.023W/（m·K）的水平，它的保溫效果在很大程度上超過了其他材料。聚氨酯材料的疏水性能非常出色，它具有較高的閉孔率，水分不容易進入到材料內(nèi)部中，防水性能非常優(yōu)異，能夠預(yù)防材料遇水膨脹的問題，可以確保它擁有穩(wěn)定的尺寸。這種材料的黏附性能十分優(yōu)越，它和纖維板、膠合板、木板、混凝土、金屬板等材料的黏附強度，在很大程度上超過了聚氨酯泡沫材料的實際撕裂強度。在在建筑工程的施工過程中，便于操作，不要求非常嚴(yán)格的施工環(huán)境。

1.2間接節(jié)能型高分子材料

此類材料能夠減少高分子材料所需要的生產(chǎn)成本，切實增加材料本身的使用壽命等，以節(jié)約能源資源，提升以往的高分子材料的化學(xué)穩(wěn)定性、耐水性、加工性、抗菌性、耐老化性等，以實現(xiàn)節(jié)能木板。

以納米氧化鋅、納米二氧化鈦與納米銀復(fù)合而成的高分子雜化材料，和末端為吡啶鹽烷烴長支鏈、季磷鹽、季銨鹽的高分子材料，具有較強的抗菌性能。此類材料會被用做外墻、管道、內(nèi)墻所需要達到涂料，在濕度較大的條件下，能夠顯著地改進材料易于霉變的狀況，切實增加它的使用壽命。壓縮材料的實際成型時間，或削減材料成型所需要的條件，這些都輸間接性地減少能耗的手段之一，紫外光固化的相關(guān)涂料具有較快的固化速度，而且具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、光學(xué)、力學(xué)性能，因此這種高分子材料具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

1.3功能性節(jié)能或儲能高分子材料

此類高分子材料運用在建筑工程中，主要是熱致變色型高分子材料與聚合物太陽能電池。前者對溫度非常敏感，是非常具有代表性的功能性節(jié)能材料，重點用來制作建筑物的外墻與屋頂?shù)耐苛?。后者是把光能轉(zhuǎn)換為電能，而且將這些電腦儲存起來，能夠為室內(nèi)提供充足的電力支持，能夠用在玻璃、外墻、屋頂?shù)榷鄠€領(lǐng)域。

最近若干年來，聚合物太陽能電池持續(xù)地提升了光電的實際轉(zhuǎn)換效率，澳大利亞的相關(guān)設(shè)計師與2014年設(shè)計出了綠葉型聚合物太陽能電池，它的光電轉(zhuǎn)換效率業(yè)已超過了11.00%，而且便于人們使用此類太陽能電池，只要它被貼在房間的玻璃窗，就能夠儲存一定數(shù)量的電能，為室內(nèi)用電提供支持，在很大程度上促進了這類電池運用在建筑工程方面的進展。

作為熱致變色高分子材料，聚N-異丙基丙烯酰胺的相轉(zhuǎn)變溫度大致達到了31.5℃。在低于相轉(zhuǎn)變溫度的情況下，其內(nèi)部氫鍵的密度超過了范德華力的相關(guān)密度，聚合物呈現(xiàn)出黑色;在溫度超過相轉(zhuǎn)變溫度后，其內(nèi)部氫鍵循序漸進地變成了范德華力，其聚合物呈現(xiàn)為白色。把這種高分子材料用作外墻涂料或者屋頂材料時，冬天溫度較低的情況下顯示為黑色，有利于建筑物吸收更多的熱量，發(fā)揮良好的保溫作用。夏天溫度較高時，顯示為白色，有利于建筑物強化自身的表面熱量反射，實現(xiàn)了降溫的目的。和沒有采用此類涂料的相關(guān)建筑物比較，冬天時此類節(jié)能型建筑的室內(nèi)溫度大致提高了2℃，夏天室內(nèi)溫度大致降低了1℃，在很大程度上削減了冬天室內(nèi)供暖與夏天制冷需要的能量損耗。

1.4高分子材料成型技術(shù)的具體分析

（1）形態(tài)控制技術(shù)

高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)的形態(tài)結(jié)構(gòu)都影響著產(chǎn)品的熱性能、力學(xué)性能和加工性能。在高分子材料成型加工過程中加強形態(tài)的控制，避免不良的反應(yīng)現(xiàn)象影響高分子材料成型的效果，是控制技術(shù)中尤其重要的部分。高分子材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)與加工工藝存在著必然的聯(lián)系，因為大多數(shù)的高分子聚合物外相體系是不相容的，在眾多的高分子聚合物混合加工的過程中，對產(chǎn)品的穩(wěn)定性和形態(tài)控制技術(shù)要求非常高，為提高聚合物體系的相容性增強其穩(wěn)定性，采用加入第三組分的方式改善相容性。

（2）溫度控制技術(shù)

在高分子材料聚合物加工過程中，溫度是重要的影響因素。在聚合物反應(yīng)的過程中不同的位置和時間，對溫度都有不同的要求，隨著時間和位置的變化溫度的變化規(guī)律不容易進行掌握和控制，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能以及使用效果。由于微纖能夠?qū)w聚合物的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶形態(tài)產(chǎn)生影響，因此在高分子材料聚合物的反應(yīng)過程中將導(dǎo)電離子組裝到微纖中，形成導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)在微纖體系中有效地控制高分子材料產(chǎn)品的溫度。

（3）高分子成型與控制技術(shù)的發(fā)展

高分子材料成型與控制技術(shù)不斷提高，加工工藝不斷得到改善，進一步提高了高分子材料的耐高溫、耐老化、耐腐蝕性等高性能。由于高分子在基團和分子結(jié)構(gòu)的作用下更加具有吸水、抗蝕等特定的功能。高分子材料的高性能、特定性能和生物性能，成為未來高分子成型與控制技術(shù)主要的研究和發(fā)展方向。

2高分子材料在工程建筑中的發(fā)展趨勢

人們對工作環(huán)境與居住環(huán)境提出了越來越高的要求，因此應(yīng)該結(jié)合上述要求，持續(xù)地改進和研發(fā)高分子技術(shù)，制造出更高性能的高分子材料。要設(shè)計出有利于優(yōu)化設(shè)計，提升建筑施工效果的高分子材料。持續(xù)地完善高分子材料的具體運用方法，打造產(chǎn)學(xué)研與建筑實務(wù)一體化的高分子材料運用研究體系。努力地培養(yǎng)高質(zhì)量的高分子材料專業(yè)人才，設(shè)計出能夠運用到建筑工程諸多領(lǐng)域的此類材料，而不能只局限于室內(nèi)設(shè)計與粉刷涂漆方面。還要結(jié)合國內(nèi)外建筑行業(yè)的最新發(fā)展趨勢，有針對性地創(chuàng)新高分子材料，要結(jié)合建筑工程的具體情況，搭配個性化、針對性的高分子材料，充分地利用室內(nèi)外空間。

結(jié)束語

從上文分析可以看出，各種類型的高分子材料性能和功能日益增強，它們具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、易加工、質(zhì)量輕，而且還具備了環(huán)境敏感、光電轉(zhuǎn)化、隔熱保溫等多種功能，在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用前景必將越來越廣泛。

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（作者身份證號碼：130524198302010532）