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高分子材料科学发展概况及趋势材料加工工程****提纲高分子材料科学的学科背景高分子材料科学研究概况及新进展高分子材料科学发展展望高分子材料的发展历史•虽然“高分子材料科学”的概念形成较晚，但是“高分子材料”的出现、发展却几乎伴随了人类文明的全部历史。人类使用高分子材料可以归纳为以下三个阶段第一阶段：天然高分子利用第二阶段：天然高分子改性的早期成果第三阶段：合成高分子的诞生和发展一、高分子材料科学的学科背景高分子材料的发展历史•第一阶段：（7千年前至19世纪中叶）天然高分子的利用与加工。这一时期的高分子材料有，大漆及其制品、蚕丝及织物、麻、棉、羊皮、羊毛、纸、桐油等。•第二阶段：（19世纪中页到20世纪20年代）是对天然高分子材料进行化学改性，研制出合成高分子材料如硫化橡胶，赛璐珞（硝基纤维素脂）、人造丝、纤维素粘胶丝、酚醛树脂清漆和电木等。•第三阶段：（20世纪30年代至至今）是研制新合成高分子材料及对高分子材料大普及、大扩展阶段。在这一阶段早期，“高分子科学”概念形成，大批通用高分子材料诞生。一、高分子材料科学的学科背景高分子材料科学的发展•高分子材料科学是一门新兴的学科，经历了50年的争论才艰难地诞生。一、高分子材料科学的学科背景第一阶段：高分子科学的创立和奠基阶段。1920年，德国的科学家HermanStaudinger提出了分子链设想，发表了《论聚合反应》。第二阶段：高分子化学和其他学科相互渗透、发展为完整的高分子科学体系。第三阶段：高分子科学的各分科再次结合成为高分子材料科学。出现了功能高分子、高性能高分子、智能高分子等等。高分子发展大事记序号项目时间人物事件11839年goodyear发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能，变为富有弹性、可塑性的材料。21869年JohnWesleyHyatt制造出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”31887年CountHilairedeChardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝41909年LeoBaekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料--酚醛树酯51920年HermannStaudinger发表了“关于聚合反应”的论文，高分子或聚合物一词即源于此61926年斯维德贝格设计出一种超离心机，证明高分子的分子量的确是从几万到几百万。71926年WaldoSemon合成聚氯乙烯，并于1927年实现工业化生产81930年德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶91932年HermannStaudinger总结了自己的大分子理论，出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》高分子发展大事记序号项目时间人物事件101935年WallaceH.Carothers合成出聚酰胺66，即尼龙。尼龙在1938年实现工业化生产111940年T.R.Whinfield合成出聚酯纤维(PET)121948年PaulFlory建立了高分子长链结构的数学理论131950年KarlZiegler与GiulioNatta分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯141955年美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶151971年S.LWolek发明可耐300oC高温的Kevlar国内发展情况•我国的高分子科学研究开始于1952年，当时国内一批高分子研究的先驱者如唐敖庆、王葆仁、冯新德、何炳林、钱人元、钱保功、林尚安和徐僖等，分别在不同的领域开展了高分子方面的研究工作。对于我国高分子的形成和发展，做出了不可磨灭的贡献。一、高分子材料科学的学科背景高分子材料科学的学科前沿领域新的高分子化合物的分子设计及合成；新的聚合反应及聚合方法；新功能材料的分子设计及合成；纳米高聚物材料；有机－无机分子内掺杂材料；基于识别和着眼于各种新功能材料探索而出现的分子有序组装体系的设计及组装合成方法。二、高分子材料科学研究概况及新进展高分子化学高分子化学•茂金属催化剂：中国石化公司开发的茂金属加合物技术成果，实现了对现有的乙烯工艺的“drop-in”技术，并相继开发出茂金属加合物负载化，聚合过程中催化剂切换，mLLDPE牌号调控和薄膜加工应用技术。•聚合物纳米复合材料：我国学者采用插层复合法实现了高分子与层状硅酸盐片层在纳米尺度上的复合。•仿生合成：柔蚕将桑叶合成蚕丝，蜘蛛将体液合成蜘蛛网，可以得到别具特色的纤维材料。二、高分子材料科学研究概况及新进展高分子材料科学的学科前沿领域从聚合物凝聚态结构出发，定量描述聚合物复杂结构与性能的研究;在蛋白质构象和生命体系中高分子参与过程的计算模拟研究;多种高分子复合形成聚合物合金体系仍是目前进行高分子性能改性的重要途径;采用有限元分析方法进行的研究;对物质的玻璃态和玻璃化转变的研究;对聚合物结晶过程的研究。二、高分子材料科学研究概况及新进展高分子物理先进高分子材料•自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料的开发同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。当前新材料的开发，主要集中在新型功能材料方面，如：二、高分子材料科学研究概况及新进展环境友好材料医用高分子材料高性能纤维医用高分子材料高分子分离膜磁性塑料高分子液晶21世纪新型纤维形状记忆高分子材料环境友好材料•以生物材料为原料和模版，研究和生产环境友好的化工产品、提供绿色能源是人类实现可持续发展的必经之路,这方面的研究已成为世界科技领域的前沿。二、高分子材料科学研究概况及新进展在此领域，仿生材料、纤维素材料的再生与功能化研究、可生物降解高分子材料以及高分子的无卤阻燃技术是研究最多的几个方向。表1.常见环境友好材料[智能高分子材料•智能高分子材料是通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有生物所赋予的高级功能，如自修与自增值能力，认识与鉴别能力，刺激响应与环境应变能力等，是高分子的重要发展方向之一二、高分子材料科学研究概况及新进展“能随着外部条件的变化，而进行相应动作的高分子”。高性能纤维•随着科技的不断发展，尖端科技工业部门对纤维材料提出了更高的要求，高强度、高模量和耐高温的纤维已成为迫切需要发展的新材料。二、高分子材料科学研究概况及新进展高性能纤维二、高分子材料科学研究概况及新进展芳香族聚酰胺纤维具有良好的抗冲击、耐疲劳性，介电性、化学稳定性、耐屈折性和加工性能好，其产量名列高强纤维的榜首。批量连续处理和易于实现工业化特点的处理方法是其表面改性技术研究和发展的主要趋势。碳纤维具有十分优异的力学性能、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽性等制备碳纤维的新技术可归纳为三大方面：1、研究发展廉价原丝；2、研发新的预氧化技术；3、研发新的碳化和石墨化技术。高性能纤维•超高分子量聚乙烯纤维具有独特的综合性能，密度小，能浮于水。强度模量很高、断裂伸长率高、耐海水腐蚀、耐化学试剂、耐磨损、电绝缘性、耐光性、热性能等特性。二、高分子材料科学研究概况及新进展UHMWPE纤维的一个研究方向是针对其缺点进行改性研究。目前UHMWPE纤维的蠕变性能还未得到很好的解决，因此如何提高UHMWPE纤维的抗蠕变性能仍是今后研究的主要任务及方向之一。高性能纤维PBO纤维是20世纪70年代美国空军研究所与美国斯坦福大学的研究人员开发的一种高性能的芳杂环聚合物。其后由美国DOW化学公司通过液晶纺丝将其制备成纤维，为当今世界高性能纤维之冠。二、高分子材料科学研究概况及新进展具有出色的机械性能和耐高温性能M5纤维结构与PBO相似，但压缩性能超过了PBO纤维。而且还具有较高的强度、模量、耐热性能。这种聚合物的结构式为:目前M5纤维的研究比较活跃，其在制造经济、高效的结构材料方面有广阔的应用前景。医用高分子材料•医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料，是科学技术中的一个正在发展的新领域。二、高分子材料科学研究概况及新进展医用高分子材料与血液接触高分子材料组织工程用高分子材料药用高分子材料医药包装用高分子材料眼科高分子材料医用粘合剂和缝合线医疗器械用高分子材料最近几年，电纺丝技术的研究和发展，更加扩大了生物材料的研究和适用范围。高分子分离膜材料•高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚砜超滤膜、纳滤膜、聚乙烯醇膜、中空纤维富氧复合膜等。二、高分子材料科学研究概况及新进展目前纳米级超滤膜已能满足高温膜分离过程的要求，在21世纪中，将会取得工业化的进展。21世纪新型纤维•新纤维的开发随着人们对面料及服装多元化的需求而日渐丰富：多种原料纤维进行混纺、复合，使不同纤维取长补短，极大地改善和丰富了面料的服用性能，这类混纺、复合的纤维既有天然纤维棉、麻、毛二、高分子材料科学研究概况及新进展、丝的混纺，也有与涤纶、锦轮、氨纶、腈纶等的混纺，还有天丝和其他纤维的混纺，大豆纤维和其他纤维的混纺，这些纤维混纺交织后的产品普遍受到关注。21世纪新型纤维二、高分子材料科学研究概况及新进展磁性塑料二、高分子材料科学研究概况及新进展磁性塑料是七十年代发展起来的一种型高分子功能是现代科学技术领域的重要基础材料之一。磁性塑料的主要优点是：密度小、耐冲击强度大，易于加工成尺寸精度高、薄壁、复杂形状的制品，可成型带嵌件制品，对电磁设备实现小型化、轻量休、精密休和讥性能化的目标起着关键的作用。高分子液晶•高分子液晶是由较小相对分子质量液晶基元键合而成的，这些液晶基元可以是棒状的，也可以是盘状的；或者是更为复杂的二维乃至三维形状;甚至可以两者兼而有之。二、高分子材料科学研究概况及新进展近十几年来，高分子液晶材料的研究热点主要集中在高分子液晶的合成、表征及性能测试；嵌段液晶共聚物的研究；液晶高分子原位复合材料和分子复合材料；功能高分子液晶材料等。高分子液晶和液晶高弹体高分子液晶的向错结构发展展望通用高分子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向发展；功能高分子材料发展迅速，应用领域不断扩大；高分子材料科学与资源、环境的协调发展越来越受到重视；高分子材料科学与其他学科的交叉不断加强高分子材料加工领域的研究不断拓展并深化三、高分子材料科学发展展望结束语•新型材料是当代社会经济的主导，是现代工业和现代农业发展的基础，是国防现代化的保证。材料科学的发展不仅是科技进步、社会发展的基础，同时也改变着人类社会的思维方式和社会实践，推动社会进步。