功能高分子材料在工業(yè)領域中的應用及展望

郝麗娜， 張文廣， 李瑩瑩

（1. 齊齊哈爾工程學院, 黑龍江161000; 2. 齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江161000）

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，而材料的發(fā)展是國家綜合實力的體現(xiàn)和標志，也關系到國家安全、社會進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展。近年來，高分子材料在研發(fā)活動和產(chǎn)業(yè)化方面表現(xiàn)活躍，進展迅速，具有廣闊的應用前景。工業(yè)領域的發(fā)展也與高分子材料密切相關。

高分子材料的發(fā)展與進步，推動了包括制造業(yè)、過程設備、設施農(nóng)業(yè)、汽車制造業(yè)和3D 打印等行業(yè)的進步。工業(yè)領域里很多工藝過程的實現(xiàn)都和新結構材料的開發(fā)密切相關，并依賴于材料技術的進步。尤其是功能高分子材料，由于其所具備的特殊功能性，有著廣泛的應用價值及發(fā)展空間。本文就高分子材料在工業(yè)領域中的應用及前景做一簡單介紹。

1 功能高分子材料概述

近年來，高分子材料發(fā)展迅速，在各個工業(yè)領域中也發(fā)揮著越來越重要的作用。高分子材料為工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人類生活提供許多實用寬廣、日新月異的新材料和新產(chǎn)品，同時也為發(fā)展更高的技術提供更多更為有效的功能性材料和高性能結構材料。

功能高分子材料，簡稱功能高分子，是指那些可用于工業(yè)和技術中的具有物理和化學功能如光、電、磁、聲、熱等特性的高分子材料。一方面，功能高分子材料能體現(xiàn)出傳統(tǒng)高分子材料所具備的性能；另一方面，功能高分子材料也能體現(xiàn)出一些具有特殊功能的基團的性能。所以，功能高分子材料既具有高分子材料的優(yōu)異性能，也具有信息存儲、傳遞、較強的力學性能。因此，功能高分子材料在工業(yè)領域具有較高應用價值及發(fā)展前景[1]。

2 在工業(yè)領域中的應用

2.1 在機械工業(yè)中的應用

高分子材料在機械工業(yè)中的廣泛應用拓寬了材料選用范圍，使機械產(chǎn)品從傳統(tǒng)的安全笨重、高消耗向安全輕便、耐用和經(jīng)濟方向轉(zhuǎn)變。如聚氨酯彈性體，聚氨醋彈性體的耐磨性尤為突出，在某些有機溶劑如煤油、砂漿混合液中，其磨耗低于其它材料。聚氨醋彈性體可制成浮選機葉輪、蓋板，廣泛使用在工況條件為磨粒磨損的浮選機械上。

目前，高分子材料在過程設備中，應用得較為廣泛的是PTFE （聚四氟乙烯）。美國Plunkett 于1938年發(fā)現(xiàn)了聚四氟乙烯（PTFE），1950年PTFE由美國杜邦公司進行生產(chǎn)并逐漸投放市場[2]，開啟了世界各國對有機氟聚合物(氟塑料或氟樹脂)的研究，并逐漸進入應用開發(fā)及快速發(fā)展的階段。PTFE 由于突出的防腐性能最好，具有最為廣泛的應用范圍，其產(chǎn)量在所有有機氟聚合物中最高，被稱為“塑料王”。PTFE 是乙烯分子中的氫原子被氟原子取代后生成的聚合物。在PTFE 分子中，碳氟鍵的存在導致大量的高鍵能(477kJ/mol)，而碳鏈外的氟原子存在屏蔽效應，因而使得有機氟聚合物表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能，如低摩擦性能、自潤滑性能、憎油憎水性能、不粘性能、耐熱性能、耐化學品性能、高介電性能和耐候性能等。同時PTFE 具有寬廣的溫度適用范圍。目前，世界各國對氟聚合物的需求量仍以較高的速度逐年遞增。美國、日本和歐洲在消費量方面分列前三，中國消費量約占世界的4%。

2.2 在汽車上的應用

高分子材料的自修復功能在汽車車身材料和自修復玻璃上也有著廣闊的應用前景。一些功能高分子材料具有較高的自修復效率和較強的自愈合能力[3]。自清潔材料具有廣闊的應用前景，將其應用于汽車自清潔上，既能保持汽車的表面清潔，減少傳統(tǒng)洗車方式的高成本、浪費水資源、繁瑣的程序以及對汽車的損傷。

經(jīng)過研究獲得性能良好的自清潔材料，水狀和油狀液體均可在其表面滑落5000 次以上，該結構組合仍能夠完好存在，并保持自清潔功能。國外研究團隊制備了微米級四腳狀聚(二甲基硅氧烷)和氧化鋅(ZnO)的復合材料。該復合材料也具有穩(wěn)定的疏水性能[4]。

2.3 在3D 打印上的應用

高分子材料在3D 打印上也有廣泛的應用。3D 打印高分子材料的研究與傳統(tǒng)聚合物基納米復合材料的研究不同，存在一些新的特征。需要注意的是，我們需要著重考慮3D 打印成型技術對高分子材料屬性的特殊要求，如外形尺寸、流變性質(zhì)、固化觸發(fā)條件等，在滿足這些特殊要求的基礎上再考慮性能提升與優(yōu)化。

2.4 在設施農(nóng)業(yè)上的應用

高分子材料在設施農(nóng)業(yè)上也具有廣闊的應用前景。高分子材料應用帶來的設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，同時也要關注高分子材料的可降解性。在農(nóng)用光致變色薄膜的材料為聚乙烯、聚氯乙烯等，高分子材料應用于農(nóng)業(yè)設施還具有保溫防寒、避風擋雨作用等。高分子材料應用最關鍵的問題是其降解性能?？山到飧叻肿硬牧蠎糜谵r(nóng)業(yè)設備，即利用了高分子材料優(yōu)異的性能，又解決了高分子可降解性的問題，在農(nóng)業(yè)設備上應用前景廣泛。

3 應用前景及存在問題

本文介紹了高分子材料在機械工業(yè)、汽車業(yè)、3D 打印和設施農(nóng)業(yè)上的應用。高分子材料性能的不斷研究及可降解性能的研發(fā)，使得高分子材料具有非常廣闊的應用前景。高分子材料在不斷向高功能化和高性能化方面轉(zhuǎn)變，并取得了重大突破。高分子材料的高性能及快速發(fā)展推動了工業(yè)領域的進步。近年來，對高分子材料的研究和對高分子材料的加工工藝研究也受到了廣泛的重視。材料的不斷發(fā)展，加工制造工藝不斷進步均會推動高分子材料應用于工業(yè)領域，通過對高分子材料基礎研究的產(chǎn)業(yè)化，對提高高分子材料的應用與工業(yè)領域具有十分重要的意義。