學科前沿講座總結體會(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 會引起聚合物的解聚；體液會引起高分子材料中的添加劑析出；血液中的脂類、類固醇以及脂肪等會引起聚合物的溶脹，使得材料的強度降低。例如聚氨酯中含有的酰胺基極易水解，在體內會降解而失去強度，經過嵌段改性后，化學穩定性提高。醫用材料必須與人體的組織相容性好，不會引起炎癥或其他排異反應材料，所引起的宿主反應應該能夠控制在一定可以接受的范圍之內。一些含有對人體有毒有害的基團是不能用作生物醫用功能材料的，如有些添加劑對人體有害或有些殘留單體對人體有不良影響等，這都應該引起極度的警惕。有些添加劑會隨時間的變化，從材料內部逐漸遷移到表面與體液和組織發生作用，引起各種急性和慢性的反應。，耐生物老化無致癌性，耐生物老化，長期放置體內的材料及物理機械性能不發生明顯的變化。生物醫用藥用功能材料植入人體時，除應該考慮材料的物理性質和化學性質外，另外還應該考慮其形狀因素。引起癌變的因素是多方面的，有化學因素、物理因素以及病毒等。應用高分子材料植入人體后，其本身的性能以及它所包含的雜質、殘余單體等都有可能引起和眾多副反應的發生。研究表明，高分子材料對人體并不存在更多的致癌因素。除上述一般要求外，根據用途的不同和植入部位的不同有著各自的特殊要求，如與血液接觸的不能產生凝血，眼科材料應對角膜無刺激，注射整形材料要求注射前流動性好，注射后固化要快等。作為體外時用的材料，要求對皮膚無害，不導致皮膚過敏，耐汗水等侵蝕，耐消毒而不變質。人工器官還要求材料應具有良好的加工性能，易于加工成所需的各種復雜形狀。總而言之，不同的用途有著許多特殊的要求。四、醫用高分子材料分類 高分子人造器官主要包括人造心臟、人造肺、人造腎臟等內臟器官；人造血管、人造骨骼等體外器官；人造假肢等。由于這些人造器官需要長時間與人體細胞、體液和血液接觸，因此此類材料除了需要具備特殊的功能外，還要求材料安全無毒，穩定性好，具備良好的生物相容性。大多數的高分子本身對生物體并無毒副作用，不產生不良影響，毒副作用往往來自于高分子生產時加入的添加劑，如抗氧劑、增塑劑、催化劑以及聚合不完全產生的低分子聚合物。因此對材料的添加劑需要仔細選擇，對高分子人造器官應進行生物體測定。人造器官在使用前的滅菌也是重要的一個環節。另外，人造器官要求在使用條件下材料不能發生水解、降解和氧化反應等。 用于治療用的功能高分子材料主要包括牙科材料、眼科材料、美容材料和外用治療用材料。對這種材料的基本要求首先也是穩定性和相容性好，無毒副作用；其次才是機械性能和使用性能。例如，人工晶狀體以前多用硅玻璃水晶體，后采用硅橡膠球，也可以用甲基丙稀酸環和甲基丙烯酸丁酯的共聚物來提高其折光性和韌性。20世紀80年代初，聚乙烯醇水凝膠被用來制造人工玻璃體，PVA水凝膠的特性與玻璃體比較接近，注入后可以與玻璃體完全融合。用于藥物包裝的高分子材料正逐年增加。包裝藥物的高分子材料大體上可分為軟、硬兩種類型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等，由于其強度高、透明性好、尺寸穩定、氣密性好，常用來代替玻璃容器和金屬容器，制造飲片和膠囊等固體制劑的包裝。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有優異的力學性能及阻隔性能外，還有較強的耐紫外線性，可用于口服液、糖漿等的熱封裝。軟型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯醋酸乙烯共聚物等，常加工成復合薄膜，主要用來包裝固體沖劑、片劑等藥物。而半硬質聚氯乙烯片材則被用作片劑、膠囊的鋁塑泡罩包裝的泡罩材料。至于藥膏、洗劑、酊劑等外用藥液的包裝，則用耐腐蝕性極強且綜合性能優良的聚四氟乙烯來擔任。五、小結醫用高分子的發展已經滲透到醫學的各個領域，但離隨心所欲地應用高分子醫用材料的目標尚有許多差距。傳統的醫用高分子材料多采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯作為硬組織材料，但它們的性能還遠遠不夠。醫用高分子材料在許多方面尚有待進一步發展。迄今為止，許多人工臟器還不能解決凝血問題，異體材料的抗凝血性已成為醫用高分子材料發展的一個重要的問題，制備生物相容性好、具有抗血栓性能的材料已成為目前的一個重要的課題。研究開發混合型人工臟器，將生物酶和生物細胞固定在高分子材料上，制備具有生物活性的人工臟器已取得很大的成就。醫用材料近些年來研究效果顯著，但目前仍然處于經驗和半經驗階段。由于醫用材料與肌體組織在結構、功能、代謝、生物化學行為和生物力學特性方面具有差異，這些材料往往被生物體看作異物，從而不被生物體接受。考慮如何才能使植入材料整合，使得組織重建并建立在分子設計的基礎上以材料的結構與性能關系、材料的化學組成表面性質和生命體組織的相容性之間的關系為依據，從而研究開發新材料才是重要課題。PVC復合材料一、引言二十世紀30年代廣泛發展起來的以塑料為代表的聚合物，已具有越來越重要的地位。塑料工業在當今世界已成為新型的材料工業，塑料已經和鋼材、木材、水泥并列為4大基本材料，而今作為塑料原料的合成樹脂產量多年來始終以高速增長。到上實際90年代中期已經突破一億噸。二十一世紀能源工業、材料工業、信息工業將是世界經濟的三大支柱產業。塑料工業將創造各種各樣性能的材料，為世界經濟的發展注入強大的動力。PVC作為通用樹脂之一，具有價廉、阻燃性能優良、絕緣性能好、耐腐蝕等優良的綜合性能和價格低廉、原材料來源廣泛的優點，已被廣泛的應用于建筑、包裝及汽車工業等領域，其產量僅次于聚乙烯(PE)而居世界樹脂產量的第二位。硬質PVC塑料具有硬度大、剛性和強度大、耐腐蝕、耐老化性優良、電絕緣性好等優點，且價格便宜。近年來硬質品發展迅速，其中硬質擠出制品如管材、板材、異型材等正被用來代替鋼材、木材等制造管道、板材、建筑結構材料、裝飾材料以及各種嵌條。廣泛應用于建筑、化工、醫學、電子、輕工、農業及交通等部門。我國硬質PVC制品比例甚小，無論在樹脂品級、改性劑的研究、生產、加工設各改良及制品市場開拓諸方面有待發展。作為結構材料，硬質PVC制品面臨的主要技術難點是：材料脆性大、耐熱變形性差及熱穩定性差、加工性能不佳等，這在一定程度上使它的應用受到限制。為了改進這些性能，國內外自上世紀70年代起開始大規模的開展PVC改性的研究，內容涉及增韌、增強、提 高耐熱性能、賦予PVC特種功能等方面，迸一步拓寬了PVC的應用領域。國外常用PVC共混物來替代價格昂貴的工程塑料，大大提高了PVC的使用價值。PVC的增韌增強改性引起了世界各國學者廣泛的關注，并展開了大量的研究工作。二、PVC的改性 塑料共混改性是指在一種樹脂中摻入一種或多種其它樹脂(包括塑料和橡膠)。從而達到改變原有樹脂性能的一種改性方法。共混方法是高分子材料改性最常用的方法，共混物中各聚合物組分之間主要是物理結合，共混物的形態結構取決于聚合物之間的熱力學相容性、聚合物的組分特性、實施共混的方法和工藝條件等多方面的因素影響。PVC與其他性能相對優良的材料共混，可以提高PVC的性能。如PVC與ABS共混，能提高PVC的拉伸強度、沖擊強度和加工性能。PVC與ACR或CPE共混，：1．機械共混法：將諸聚合物組分在混合設備如高速混合機、雙輥混煉機、擠出機中均勻混合。2．溶液共混法：系將各聚合物組分溶解于共同溶劑中再除去溶劑即得到聚合物共混物。3．乳液共聚法：將不同聚合物的乳液均勻混合再共沉析而得的共混物。溶液共混法適用于易溶聚合物和某些液態聚合物共混物以溶液狀態被應用的情況。4．共聚一共聚法：這是制備共混物的化學方法。該法又有接枝共聚一共混與嵌段共聚一共混之分，在制取聚合物共混物方面，接枝共聚一共混法更為重要。5各種互穿網絡聚合物(IPN)技術,IPN法形成了互穿網絡聚合物，是一種以化學法制備物理共混物的方法。 研究表明，任何材料進入納米尺寸(1～100nm)時都會具有奇異或反常的特性，表面界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等。這些特性使納米微粒結構表現出奇異的物理、化學特性，具有卓越的光、力、電、熱、放射、吸收等特殊功能。聚合物納米復合材料是以聚合物為基體、填充顆 粒以納米尺度(小于100nm)分散于基體中的新型高分子復合材料。與傳統的復合材料相比，由于納米粒子帶來的納米效應和納米粒子與基體間強的界面相互作用，聚合物納米復合材料具有優于相同組分常規聚合物復合材料的力學、熱學性能，為制各高性能、多功能的新一代復合材料提供了可能。近年來，利用將納米材料分散于聚合物中以提高聚合物材料性能的研究日趨活躍。研究較多的復合技術主要有：納米粒子增韌增強PVC、納米插層復合物增韌增強PVC、分子復合納米材料增韌增強PVC、原位復合材料增韌增強PVC、納米晶須增韌增強PVC及納米級聚合物微纖增韌增強PVC等。塑料添加改性是指在聚合物(樹脂)中加入小分子無機物或有機物，通過物理或化學作用，以取得某種預期性能的一種改性方法。塑料的添加改性是開發最早的一種改性方法，它改性效果明顯，工藝簡單，成本低。無機添加改性是指在塑料中添加無機添加劑的一類改性，常用的無機添加劑主要有：填充劑、增強劑、阻燃劑、著色劑及成核劑等。有機添加改性是指在塑料中添加有機添加劑的一類改性，常用的有機添加劑主要有：增塑劑、有機錫穩定劑、抗氧劑從有機阻燃劑等。PVC的改性助劑主要包括增塑劑、抗沖劑、熱穩定劑、潤滑劑等幾大類。三、小結PVC是一種通用塑料，價格低廉，應用廣泛，但其韌性差、穩定性差，通過不同的方式對其進行改性復合，不僅可以使PVC達到增強、增韌的目的，還會賦予PVC一些特殊性能（如高阻隔性、高導電性、高阻燃、抑氧、尺寸穩定性、優良的光學性能等）。隨著復合材料技術的發展，PVC改性復合材料的市場前景非常看好，在高性能化和功能化方面具有潛在的市場。航空航天材料一、簡介航空航天材料是指飛行器及其動力裝置、附件、儀表所用的各類材料，是航空航天工程技術發展的決定性因素之一。也是航空航天材料科學是材料科學中富有開拓性的一個分支。18世紀60年代發生的歐洲工業革命使紡織工業、冶金工業、機器制造工業得到很大的發展，從而結束了人類只能利用自然材料向天空挑戰的時代。1903年美國萊特兄弟制造出第一架裝有活塞式航空發動機的飛機,當時使用的材料有木材(占47%),鋼（占35%）和布（占18%）,飛機的飛行速度只有16公里/時。1906年德國冶金學家發明了可以時效強化的硬鋁，使制造全金屬結構的飛機成為可能。40年代出現的全金屬結構飛機的承載能力已大大增加，飛行速度超過了600公里/時。在合金強化理論的基礎上發展起來的一系列高溫合金使得噴氣式發動機的性能得以不斷提高。50年代鈦合金的研制成功和應用對克服機翼蒙皮的“熱障”問題起了重大作用，飛機的性能大幅度提高,最大飛行速度達到了3倍音速。40年代初期出現的德國 V2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料燒蝕防熱理論的出現以及燒蝕材料的研制成功，解決了彈道導彈彈頭的再入防熱問題。60年代以來,航空航天材料性能的不斷提高,一些飛行器部件使用了更先進的復合材料，如碳纖維或硼纖維增強的環氧樹脂基復合材料、金屬基復合材料等，以減輕結構重量。返回型航天器和航天飛機在再入大氣層時會遇到比彈道導彈彈頭再入時間長得多的空氣動力加熱過程，但加熱速度較慢，熱流較小。采用抗氧化性能更好的碳碳復合材料、陶瓷隔熱瓦等特殊材料可以解決防熱問題。二、基本性能要求 對飛行器材料的基本要求是：材質輕、強度高、剛度好。減輕飛行器本身的結構重量就意味著增加運載能力，提高機動性能，加大飛行距離或射程，減少燃油或推進劑的消耗。因此比強度和比剛度是衡量航空航天材料力學性能優劣的重要參數。同時飛行器除了受靜載荷的作用外還要經受由于起飛和降落、發動機振動、轉動件的高速旋轉、機動飛行和突風等因素產生的交變載荷，因此材料的疲勞性能也受到人們極大的重視。航空材料要能耐受較高的工作溫度。對機身材料，氣動力加熱效應使表面溫度升高，需要結構材料具有好的高溫強度；對發動機材料，要求渦輪盤和渦輪葉片材料要有好的高溫強度和耐高溫腐蝕性能。、耐腐蝕各種介質和大氣環境對材料的作用表現為腐蝕和老化。航空航天材料接觸的介質是飛機用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推進劑（如濃硝酸、四氧化二氮、肼類）和各種潤滑劑、液壓油等。其中多數對金屬和非金屬材料都有強烈的腐蝕作用或溶脹作用。在大氣中受太陽的輻照、風雨的侵蝕、地下潮濕環境中長期貯存時產生的霉菌會加速高分子材料的老化過程。所以耐腐蝕性能、抗老化性能、抗霉菌性能也是航空航天材料應該具備的良好特性。作為載人技術的支撐材料，安全因素是必須考慮在內的。同時要注意的是，在不斷減少飛機質量的同時，更加不能忽視因質量減少而導致安全性減小現象的產生。新型號的先進飛機價格不斷攀升，各航空技術領先的國家和地區都先后對航空產品提出了“買得起”的要求。而材料在航空產品的成本和價格構成中占有相當份額，所以科學地選材和努力發展低成本材料技術是航空材料發展的重要方向。同時很多民航飛機，作為普通民眾所要使用的交通工具，努力降低成本也是實現“以人為本”的一項要求。三、材料分類 鋁合金因其技術成熟、成本低、使用經驗豐富等優勢，在相當長的時期內，仍將是亞音速飛機和低超音速飛機的主要結構用材之一。一些新型超高強度鋼在今后仍然還會是起落架、主要接頭、隔框等一些主要承力構件的備選材料。鈦合金在飛機結構用材中所占的重要地位已確定無疑，但是鈦合金的較貴的價格和較差的工藝性，是影響使用的很大因素。由于先進復合材料具有比鋼、鋁、鈦高得多的比強度、比模量和耐疲勞等優點，在未來高性能的飛機結構材料中，先進復合材料將會占據越來越重要的地位，甚至完全有可能出現全復合材料結構的飛機。光纖通信一、光纖通信的發展史1966年，英籍華人高餛指出：如果能夠減少玻璃中的雜質含量，就可以制造出損耗低于 20dB/km