高分子合成材料在农业、建筑、包装、交通等领域的应用

高分子合成材料是当今社会发展建设中不可缺少的材料，其性能优良，品种数繁多，在生活、科研、国防等领域都被广泛应用。

（1）在农业中的应用
随着广大地区实施地膜覆盖、温室大棚以及节水灌溉等新技术的发展，农业对高分子合成材料的需求量越来越大。使用地膜覆盖可保温、保湿、保肥、保墒，并可以除草防虫，促进植物生长，提前收割，从而提高农作物的产量，温室大棚和遮阳网的应用使蔬菜和鲜花四季生长。利用高分子成膜材料将农用药物和其他成分涂膜在种子表面，可以改善种子外观和形状，便于机械播种，同时还可防虫害。使用高分子合成材料已成为国内外农业增产的重要技术措施，是许多寒冷和干旱地区农民脱贫致富的重要手段。塑料地膜与化肥、农药已成为现代农业生产中的三大化工材料。

（2）在建筑工程中的应用
随着高分子材料工业的迅速兴起，高分子合成材料以其漂亮美观、经济实用的特点在建筑业中开辟了广阔的应用领域。用于建筑中的高分子合成材料既包括取代金属、木材、水泥等的框架结构材料，也包括墙壁、地面、窗户等装饰材料以及卫生洁具、上下水管道等配套材料和消声、隔热保温、防水等各种材料。常见的家居装饰面材料主要包括实木（俗称贴木皮）​、三聚氰胺纸（俗称贴纸）​、聚酯漆面（俗称烤漆）以及聚氯乙烯（PVC）​、聚丙烯（PP）等高分子复合材料，可应用于家具、音响、装饰、免漆板、免漆门、建材、天花板，以及居室内墙和吊顶的装饰等。身处建筑物中，我们举头可以看见塑料压制的美观大方的吊灯和镀塑灯具；低头是色彩鲜艳、不怕虫蛀的丙纶地毯或人造大理石；墙外、室内大量使用水溶性涂料或花色丰富的壁纸；坐下来是美观的人造革内包和弹性良好的聚氨酯泡沫塑料；随手触摸到的是塑料压制的家具；抬眼看到的是合成纤维编织的金丝绒垂地窗帘；在卫生间看到的是美观的人造大理石梳妆台（由不饱和聚酯加石灰石和颜料制成）和玻璃钢浴缸，墙内还有看不到的保温隔热泡沫塑料；房顶有质轻防雨的波形瓦。在建筑中，除了这些大量使用的不同档次的高分子合成材料之外，还有由酚醛或脲醛树脂压制成板材而便于拆装运输的活动房、由充气顶棚构成的整体式展览馆、由玻璃增强纤维与树脂制成的整体模塑住房等。这些轻巧实用、便于快速拆装的房屋，为搭制临时展览场馆、施工现场用房、救灾及野外考察用房等提供了极大的方便。

（3）在包装行业中的应用
高分子合成材料用以包装早就融入日常生活之中，食品、针织品、服装、医药等轻包装绝大多数都用高分子合成材料，在超级市场琳琅满目的各类商品中，除了少数罐装食品仍用金属、玻璃包装外，随手就可取到高分子材料包装的食品。它们大多数是聚乙烯、聚丙烯、聚酯等高分子的制品，这些包装材料具有重量轻、不易碎、免回收、免洗涤、装饰性强、美观大方的优点，从而大量取代过去的玻璃包装。化肥、水泥、粮食、食盐、合成树脂等重包装由高分子材料编织袋取代过去的麻袋和牛皮纸包装；高分子材料容器作为包装制品既耐腐蚀，又比玻璃容器轻、不易碎，给运输带来了很多方便。塑料包装应用的快速发展，一方面得益于塑料良好的适应性与易加工性；另一方面，各种功能产品不断推出，成为市场迅速扩张的最大推动力。从包装用材料而言，塑料包装已远远超过玻璃、金属、木材等传统的包装材料，仅次于纸制品位居第二位，但其发展速度则远高于纸包装及其他包装材料。

（4）在交通行业中的应用
随着科学技术的不断进步，具有质轻、高强、耐腐蚀、易成型等优点的高分子合成材料及其复合材料越来越多地在现代交通运输业（包括基础交通设施建设和海陆空交通运输工具）中得到广泛的应用。塑料及其复合材料在交通基础设施建设方面，主要应用于路基、高等级公路的护栏，各种交通标识、标牌，高速铁路的钢轨扣件（包括绝缘板、垫和挡板座等）​，轨道的填充材料、弹性枕木等部件。在交通运输工具方面，由于高分子复合增强材料的自重轻，比强度、比模量高，而且可设计性强，首先成为飞机中许多部件的首选材料，例如，碳纤维复合材料以其比强度、比模量高，质轻，且在高温（2000 ℃以上）情况下强度不降低的优异特性而被选作宇宙飞船的结构材料和战略导弹战斗部的稳定裙。在飞机中，1kg碳纤维复合材料可以代替3kg传统的铝合金结构材料，因而目前由碳纤维复合材料制造的飞机零部件已有上千种。20世纪90年代民航机中金属结构材料的65%已被碳纤维及芳纶纤维复合材料所代替，对要求自重更轻的战斗机，金属材料的取代率高达90%，届时，飞机的航程和航速将得到明显增加。

在造船工业中，玻璃纤维复合材料以其质轻、高强、耐腐蚀、抗微生物附着、非磁性、可吸收撞击能、设计成型自由度大等一系列优点而被广泛用于制造汽艇、游艇、救生艇、渔船、气垫船以及各种军用舰艇。美国Derektor造船厂大量使用玻璃纤维复合材料建造的长达22.5m的飞艇，其质量比铝合金舰艇小3t，时速达120km/h。Oak Ridge国家实验室用纤维缠绕成型工艺制造的深海潜水器可承受70 MPa的外压力，质量只有钛合金壳体的2/5。在汽车制造业中，各种高分子材料也大显神通，其作用首先是减轻车辆的自重，改善运输性能，提高燃油效率。现在一部高级轿车所用的高分子合成材料部件多达数百件，包括保险杠、发动机散热风扇、通风空调、音响、电器及仪表盘、方向盘、座椅、车内装饰等。这些高分子材料部件的应用，不但显著减轻轿车的自重，降低每公里的耗油量，而且使轿车变得更舒适美观。汽车工业的迅速发展还得益于制作轮胎的合成橡胶和作为轮胎帘子的合成纤维的发展。由于作为能源的石油日趋短缺，各个国家都致力于降低汽车百公里耗油量。而高分子材料在汽车中的应用，除了可以减轻车身自重外，还能减少轮胎对地面的滚动阻力以及提高轮胎的抗湿滑性使滚动阻力减少5%～7%，节油1%。相比传统的金属件，高性能的塑料件具有成本低、重量轻、可塑性强、原材料渠道多样化、可替换性强等诸多优点。目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120kg/辆，德国高级轿车用量已经达到300kg/辆。国内一些轿车的塑料用量已经达到200kg/辆。可见，随着汽车轻量化进程的加速，高分子合成材料在汽车中的应用将更加广泛。

（5）在机械工业中的应用
“以塑代钢”​“以塑代铁”是目前材料科学研究的热门和重点，这类研究拓宽了材料选用范围，使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如耐磨性突出的聚氨酯弹性体，在煤油、砂浆混合液中，磨耗低于其他材料，可将其制成浮选机叶轮、盖板等，广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料，因良好的机械性能和耐磨性，被大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。

（6）在生物医学中的应用
生物医用高分子合成材料具有原料来源广泛、可以通过分子设计改变结构、生物活性高、材料性能多样等优点，已经成为现代医疗材料中的重要部分。如医用手套中大量使用了合成乳胶，输液输血器具使用了PVC、PP、PE、PA、ABS树脂等。我们常用的绷带是由反式聚异戊二烯、泡沫聚苯乙烯、PU弹力丝织带等物质组成；缝合伤口或刀口时使用的缝合线也是由很多种复杂的高分子材料组成；很多人戴的隐形眼镜是由硅橡胶、聚氨基酸、PVA水凝胶等高分子材料组成；康复听力使用的耳鼓膜中含有硅橡胶；人工玻璃体中含有硅橡胶海绵、骨胶原、PVA水凝胶等。无论是一次性医疗用具，如医用导管、输液用具、注射器、体外血液循环用具、外科手术用材料，还是人工器官和组织，如人工毛发、人工硬模、人工角膜、人工晶状体、人工玻璃体、面部修复体、人工牙、人工皮肤、人工内脏、人工血管等很多方面，都离不开高分子合成材料。除此以外，高分子材料在医药领域也发挥着十分重要的作用，一些高分子材料自身既可以作为药物，也可以作为药物的载体使用。如聚乳酸（PLA）作为最有前途的生物降解高分子材料之一，近年来一直备受关注，聚乳酸具有良好的生物相容性、生物降解性、优良的力学强度等，可以广泛用作生物医用材料，且与人体不产生明显的抵抗反应。

（7）在电子电器工业中的应用
随着电子、通信、家电等行业的发展，高分子合成材料轻质、绝缘、耐腐蚀、易于成型加工的特点使其成为生产各种电子产品的最佳材料。例如，手机、笔记本电脑外壳均为薄壁制品，且在外壳上开设有多个小孔，需要材料的流动性好，熔接缝强度高，低温韧性好，因此通常用聚碳酸酯（PC）或PC/ABS（ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）合金。计算机处理器CPU散热器一般由金属散热片和风扇组成，除转子和定子是使用金属材料和磁性材料外，风扇的其他部分材料一般采用改性工程塑料。CPU冷却风扇材料要求长期耐温性好、耐热氧化老化性好、高强度、阻燃、耐疲劳，并且具有良好的刚性和韧性，通常为玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）材料。家用电器中的高分子材料，如洗衣机中塑料的用量很大，综合考虑性能与成本，所用材料多为改性聚丙烯（PP）​；冰箱面板外观部件，基本都采用改性的ABS，冰箱的门封条一般使用耐超低温无毒软质聚氯乙烯；空调室外机壳通常采用添加光稳定剂、抗氧化剂及具有一定耐候性的PP，室内的空调箱体使用阻燃ABS。电视机的外壳材料可使用阻燃高抗冲聚苯乙烯（HIPS）​，电饭煲的外壳可使用高光泽聚丙烯，集成电路的封装材料多用环氧树脂模塑粉等。

（8）在航空航天领域中的应用
高分子合成材料是航空航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂等。氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶等是主要用作密封和阻尼的航空航天材料。聚芳醚酮作为最早在航空航天领域获得应用的热塑性材料，现在已成为航空航天材料中不可缺少的一部分，常被用来制造飞机的内部零件；还可用来制造火箭的电池槽、螺栓、螺母和火箭发动机的内部零件。使用纳米磁粉改性的聚苯硫醚（PPS）可以制作具有抗辐射、电磁屏蔽、吸波、隐身、抗静电等特种功能的结构件。航空航天产品广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此，胶黏剂及胶接技术应用普遍，但航天产品使用环境苛刻，要承受高温、烧蚀、温度交变、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、微陨石、原子氧等环境考验。

（9）在燃料电池中的应用
燃料电池中应用的高分子合成材料主要是电解质膜，高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响，降低薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻，获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性，氟素化合物具有憎水特性，水容易排出，但是电池运转时保水率会降低，又会影响电解质膜的导电性，所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术，保证了膜的优良导电性，也带来电池尺寸变大、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。目前一批新的高分子合成材料如增强型全氟磺酸型高分子质子交换膜、耐高温芳杂环磺酸基高分子电解质膜、纳米级碳纤维材料等，已经得到研究工作者的关注。

（10）在军事装备中的应用
高分子合成材料在军事装备中的用量仅次于钢铁材料，对国防工业现代化和尖端军事科学技术的发展起到了重要作用。各种具有特殊性能和功能的高分子合成材料被应用在装甲坦克、超音速战斗机、大型集成电路等军事装备中。同时，单兵防护装备也大量应用高分子合成材料，如士兵穿的高强度纤维防弹衣，其中就有尼龙、芳纶、超高分子量聚乙烯等。高分子合成材料工业已从“量”的稳定增长发展到“质”的提高深化，随着生产和科技的发展及对高新材料的追求，人们对高分子合成材料的性能提出了各种各样的新要求。目前，高分子合成材料的发展方向是高性能化、高功能化、复合化、精细化、智能化和绿色化。高性能化是为满足航天航空、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域的需要，要求材料的机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等进一步提高。高功能化主要包括电磁功能高分子材料、光学功能高分子材料，物质传输和分离功能高分子材料、生物功能高分子材料等。复合化是以玻璃纤维、碳纤维增强材料为主的复合材料，这些材料不仅在当前已进入大规模生产和应用阶段，而且在将来仍会不断发展。精细化是由于电子技术变化日新月异，要求原材料向高纯化、超净化、精细化、功能化方向发展。智能化是一项带有挑战性的未来重大课题，智能材料是使材料本身带有生物所具有的高级功能，如预知预告性、自我诊断、自我修复、自我增殖、认识识别能力、刺激响应性、环境应答性等。绿色化，虽然高分子材料对我们的日常生活起到了很大的促进作用，但是高分子材料带来的污染我们仍然不能小视。那些从生产到使用能节约能源与资源，废弃物排放少，对环境污染小，又能循环利用的高分子材料将备受关注，高分子材料生产的绿色化是高分子合成材料生产技术革新的必由之路。