探析高分子材料工程的应用与发展

张利建

摘要：科技的快速进步催生了品种众多的高分子材料，其功能与性能的指标范围都非常宽泛。作为工程建筑领域使用的结构材料，它们的比强高、密度轻、具有较好的加工性、耐腐蚀、易于加工成形，能够制作成形状复杂的零部件、具有较高的摩擦性能，容易满足各种摩擦条件的需要;具有可染色性、减震性、密封性与绝缘性等多种特征。

关键词：高分子材料;工程应用;发展趋势

引言

材料科学是由固体物理学、晶体学、金属学、陶瓷学、高分子科学、电子材料学、建筑材料学等分散学科的相关内容交叉渗透而形成的统一体系。随着现代仪器的发展，微观测试手段的进步，对物质微观结构的深人认识，促使了材料科学的发展和形成。材料科学的进展源于高新技术对高性能材料的需求;反之，某种高性能新材料的开发，又推动相关科技领域的进一步发展。

1高分子材料工程的应用

1.1直接节能型高分子材料

这种材料可以用作建筑外墙的结构保温涂料或者材料，具有较强的保温效果，而且还具备了良好的防火、防水性能，具有优良的化学稳定性，较低的膨胀率与较长的使用寿命等多种性能。经常被用作建筑外墙的若干保温高分子材料如下所示：酚醛树脂聚氨酯与高分子包覆的有关相变复合材料。它们既能够有效地满足建筑工程的安全性能与保温效果，又便于施工等。

再者，硬质聚氨酯泡沫塑料的闭孔率超过了90%，孔洞中充满了一氟二氯乙烷与二氧化碳等，发泡剂，它们的导热率都比较低。在完成了现场喷涂聚氨酯后，通常情况下导热率维持在0.020W/（m·K），即便老化以后，它的导热率仍然比较稳定，大致处于0.023W/（m·K）的水平，它的保温效果在很大程度上超过了其他材料。聚氨酯材料的疏水性能非常出色，它具有较高的闭孔率，水分不容易进入到材料内部中，防水性能非常优异，能够预防材料遇水膨胀的问题，可以确保它拥有稳定的尺寸。这种材料的黏附性能十分优越，它和纤维板、胶合板、木板、混凝土、金属板等材料的黏附强度，在很大程度上超过了聚氨酯泡沫材料的实际撕裂强度。在在建筑工程的施工过程中，便于操作，不要求非常严格的施工环境。

1.2间接节能型高分子材料

此类材料能够减少高分子材料所需要的生产成本，切实增加材料本身的使用寿命等，以节约能源资源，提升以往的高分子材料的化学稳定性、耐水性、加工性、抗菌性、耐老化性等，以实现节能木板。

以纳米氧化锌、纳米二氧化钛与纳米银复合而成的高分子杂化材料，和末端为吡啶盐烷烃长支链、季磷盐、季铵盐的高分子材料，具有较强的抗菌性能。此类材料会被用做外墙、管道、内墙所需要达到涂料，在湿度较大的条件下，能够显著地改进材料易于霉变的状况，切实增加它的使用寿命。压缩材料的实际成型时间，或削减材料成型所需要的条件，这些都输间接性地减少能耗的手段之一，紫外光固化的相关涂料具有较快的固化速度，而且具有优良的稳定性、光学、力学性能，因此这种高分子材料具有非常广泛的应用前景。

1.3功能性节能或储能高分子材料

此类高分子材料运用在建筑工程中，主要是热致变色型高分子材料与聚合物太阳能电池。前者对温度非常敏感，是非常具有代表性的功能性节能材料，重点用来制作建筑物的外墙与屋顶的涂料。后者是把光能转换为电能，而且将这些电脑储存起来，能够为室内提供充足的电力支持，能够用在玻璃、外墙、屋顶等多个领域。

最近若干年来，聚合物太阳能电池持续地提升了光电的实际转换效率，澳大利亚的相关设计师与2014年设计出了绿叶型聚合物太阳能电池，它的光电转换效率业已超过了11.00%，而且便于人们使用此类太阳能电池，只要它被贴在房间的玻璃窗，就能够储存一定数量的电能，为室内用电提供支持，在很大程度上促进了这类电池运用在建筑工程方面的进展。

作为热致变色高分子材料，聚N-异丙基丙烯酰胺的相转变温度大致达到了31.5℃。在低于相转变温度的情况下，其内部氢键的密度超过了范德华力的相关密度，聚合物呈现出黑色;在温度超过相转变温度后，其内部氢键循序渐进地变成了范德华力，其聚合物呈现为白色。把这种高分子材料用作外墙涂料或者屋顶材料时，冬天温度较低的情况下显示为黑色，有利于建筑物吸收更多的热量，发挥良好的保温作用。夏天温度较高时，显示为白色，有利于建筑物强化自身的表面热量反射，实现了降温的目的。和没有采用此类涂料的相关建筑物比较，冬天时此类节能型建筑的室内温度大致提高了2℃，夏天室内温度大致降低了1℃，在很大程度上削减了冬天室内供暖与夏天制冷需要的能量损耗。

1.4高分子材料成型技术的具体分析

（1）形态控制技术

高分子材料的化学结构、分子结构和凝聚态的形态结构都影响着产品的热性能、力学性能和加工性能。在高分子材料成型加工过程中加强形态的控制，避免不良的反应现象影响高分子材料成型的效果，是控制技術中尤其重要的部分。高分子材料的形态结构与加工工艺存在着必然的联系，因为大多数的高分子聚合物外相体系是不相容的，在众多的高分子聚合物混合加工的过程中，对产品的稳定性和形态控制技术要求非常高，为提高聚合物体系的相容性增强其稳定性，采用加入第三组分的方式改善相容性。

（2）温度控制技术

在高分子材料聚合物加工过程中，温度是重要的影响因素。在聚合物反应的过程中不同的位置和时间，对温度都有不同的要求，随着时间和位置的变化温度的变化规律不容易进行掌握和控制，严重影响产品的性能以及使用效果。由于微纤能够对基体聚合物的结构和结晶形态产生影响，因此在高分子材料聚合物的反应过程中将导电离子组装到微纤中，形成导电三维网络结构，可以实现在微纤体系中有效地控制高分子材料产品的温度。

（3）高分子成型与控制技术的发展

高分子材料成型与控制技术不断提高，加工工艺不断得到改善，进一步提高了高分子材料的耐高温、耐老化、耐腐蚀性等高性能。由于高分子在基团和分子结构的作用下更加具有吸水、抗蚀等特定的功能。高分子材料的高性能、特定性能和生物性能，成为未来高分子成型与控制技术主要的研究和发展方向。

2高分子材料在工程建筑中的发展趋势

人们对工作环境与居住环境提出了越来越高的要求，因此应该结合上述要求，持续地改进和研发高分子技术，制造出更高性能的高分子材料。要设计出有利于优化设计，提升建筑施工效果的高分子材料。持续地完善高分子材料的具体运用方法，打造产学研与建筑实务一体化的高分子材料运用研究体系。努力地培养高质量的高分子材料专业人才，设计出能够运用到建筑工程诸多领域的此类材料，而不能只局限于室内设计与粉刷涂漆方面。还要结合国内外建筑行业的最新发展趋势，有针对性地创新高分子材料，要结合建筑工程的具体情况，搭配个性化、针对性的高分子材料，充分地利用室内外空间。

结束语

从上文分析可以看出，各种类型的高分子材料性能和功能日益增强，它们具有良好的化学稳定性、易加工、质量轻，而且还具备了环境敏感、光电转化、隔热保温等多种功能，在建筑工程领域中的应用前景必将越来越广泛。

参考文献：

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（作者身份证号码：130524198302010532）