探析高分子材料工程的應用與發展

徐建瑞

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范圍都非常寬泛。作為工程建筑領域使用的結構材料，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。

關鍵詞：高分子材料;工程應用;發展趨勢

中圖分類號：TQ316;文獻標識碼：A

引言

材料科學是由固體物理學、晶體學、金屬學、陶瓷學、高分子科學、電子材料學、建筑材料學等分散學科的相關內容交叉滲透而形成的統一體系。隨著現代儀器的發展，微觀測試手段的進步，對物質微觀結構的深人認識，促使了材料科學的發展和形成。材料科學的進展源于高新技術對高性能材料的需求;反之，某種高性能新材料的開發，又推動相關科技領域的進一步發展。

1高分子材料工程的應用

1.1直接節能型高分子材料

這種材料可以用作建筑外墻的結構保溫涂料或者材料，具有較強的保溫效果，而且還具備了良好的防火、防水性能，具有優良的化學穩定性，較低的膨脹率與較長的使用壽命等多種性能。經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相變復合材料。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，發泡劑，它們的導熱率都比較低。在完成了現場噴涂聚氨酯后，通常情況下導熱率維持在0.020W/（m·K），即便老化以后，它的導熱率仍然比較穩定，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部中，防水性能非常優異，能夠預防材料遇水膨脹的問題，可以確保它擁有穩定的尺寸。這種材料的黏附性能十分優越，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，不要求非常嚴格的施工環境。

1.2間接節能型高分子材料

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

以納米氧化鋅、納米二氧化鈦與納米銀復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，紫外光固化的相關涂料具有較快的固化速度，而且具有優良的穩定性、光學、力學性能，因此這種高分子材料具有非常廣泛的應用前景。

1.3功能性節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能材料，重點用來制作建筑物的外墻與屋頂的涂料。后者是把光能轉換為電能，而且將這些電腦儲存起來，能夠為室內提供充足的電力支持，能夠用在玻璃、外墻、屋頂等多個領域。

最近若干年來，聚合物太陽能電池持續地提升了光電的實際轉換效率，澳大利亞的相關設計師與2014年設計出了綠葉型聚合物太陽能電池，它的光電轉換效率業已超過了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，就能夠儲存一定數量的電能，為室內用電提供支持，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變溫度大致達到了31.5℃。在低于相轉變溫度的情況下，其內部氫鍵的密度超過了范德華力的相關密度，聚合物呈現出黑色;在溫度超過相轉變溫度后，其內部氫鍵循序漸進地變成了范德華力，其聚合物呈現為白色。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，實現了降溫的目的。和沒有采用此類涂料的相關建筑物比較，冬天時此類節能型建筑的室內溫度大致提高了2℃，夏天室內溫度大致降低了1℃，在很大程度上削減了冬天室內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的具體分析

（1）形態控制技術

高分子材料的化學結構、分子結構和凝聚態的形態結構都影響著產品的熱性能、力學性能和加工性能。在高分子材料成型加工過程中加強形態的控制，避免不良的反應現象影響高分子材料成型的效果，是控制技術中尤其重要的部分。高分子材料的形態結構與加工工藝存在著必然的聯系，因為大多數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，對產品的穩定性和形態控制技術要求非常高，為提高聚合物體系的相容性增強其穩定性，采用加入第三組分的方式改善相容性。

（2）溫度控制技術

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律不容易進行掌握和控制，嚴重影響產品的性能以及使用效果。由于微纖能夠對基體聚合物的結構和結晶形態產生影響，因此在高分子材料聚合物的反應過程中將導電離子組裝到微纖中，形成導電三維網絡結構，可以實現在微纖體系中有效地控制高分子材料產品的溫度。

（3）高分子成型與控制技術的發展

高分子材料成型與控制技術不斷提高，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構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主要的研究和發展方向。

2高分子材料在工程建筑中的發展趨勢

人們對工作環境與居住環境提出了越來越高的要求，因此應該結合上述要求，持續地改進和研發高分子技術，制造出更高性能的高分子材料。要設計出有利于優化設計，提升建筑施工效果的高分子材料。持續地完善高分子材料的具體運用方法，打造產學研與建筑實務一體化的高分子材料運用研究體系。努力地培養高質量的高分子材料專業人才，設計出能夠運用到建筑工程諸多領域的此類材料，而不能只局限于室內設計與粉刷涂漆方面。還要結合國內外建筑行業的最新發展趨勢，有針對性地創新高分子材料，要結合建筑工程的具體情況，搭配個性化、針對性的高分子材料，充分地利用室內外空間。

結束語

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穩定性、易加工、質量輕，而且還具備了環境敏感、光電轉化、隔熱保溫等多種功能，在建筑工程領域中的應用前景必將越來越廣泛。

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（作者身份證號碼：131126198410042453）