⑴ 高分子材料有什麼
高分子材料是來以高分子化合自物為基礎的材料，高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、塗料、膠粘劑和高分子基復合材料，由大量原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物。
按來源分類：
高分子材料按其來源可以劃分為：天然高分子材料及合成高分子材料。天然高分子材料是生命起源和進化的基礎。在最初人類把天然的高分子材料作為生活資料和生產資料，並根據它的特點進行相應的加工和轉變。天然高分子材料包括纖維素、蛋白質、蠶絲、橡膠、澱粉等。合成高分子材料因為具有與金屬材料、無機非金屬材料相同的屬性和特點。使得其更加的成為科學技術、經濟建設中的重要材料。合成高分子材料以及以高聚物為基礎的，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、塗料與粘接劑等。
按應用分類：
高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料等。橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。有天然橡膠和合成橡膠兩種;高分子纖維分為天然纖維和化學纖維;塑料按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料，按用途又分為通用塑料和工程塑料。
⑵ 反應性增塑劑概述與幾種常用反應性增塑劑簡介
參考資料：
3
a
丙烯酸（甲基丙烯酸）酯
b
馬來酸酯、富馬酸酯和衣康酸酯
c
烯丙基酯
這
3
類可應用於塑料、
橡膠、
樹脂等多種聚合體的加工，
主要用於塑
料的增塑。
丙烯酸（甲基丙烯酸）酯的結構式可以如下表示：
CH2=CHCOO(CH2)XOOCCH=CH2
其中的
X=1~12
丙烯酸（甲基丙烯酸）
酯有如下用途：
丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯
是有機合成的中間體及高分子的單體，可與多種化合物聚合或共聚，
形成不同的獨特性能的聚合體。
可用於加工成包裝用片材、
容器以及
一些建築材料。可用於聚氯乙烯的塗層材料、樹脂及橡膠的交聯劑、
膠粘劑和共聚物改性劑等。
馬來酸酯、富馬酸酯和衣康酸酯，三者結構式可如下表示：
馬來酸酯
(
順丁烯二酸酯
)
富馬酸酯
（反丁烯二酸酯）
C
H
2
C
C
O
O
(C
H
2
)
X
O
O
C
C
C
H
2
C
H
3
C
H
3
C
H
C
O
O
R
C
H
C
O
O
R
4
衣康酸酯
（亞甲基丁二酸酯）
馬來酸酯、
富馬酸酯和衣康酸酯主要用途有：
主要作為高分子物
質的單體、
共聚單體和有機合成的中間體。
在用於高分子化合物除單
獨聚合外，
多數情況下都是做內增塑劑，
即作為共聚單體以使樹脂改
性，增加塑性，所得的共聚體可做表面塗覆劑、纖維及薄膜處理劑、
合成潤滑油以及添加劑、粘結劑、離子交換樹脂等。
烯丙基酯系：
丙烯醇與多元酸製得。
常用的多元酸有鄰苯二甲酸、
間苯二甲酸、順丁烯二酸、氰尿酸、異氰尿酸、磷酸等。
最常用的一種是鄰苯二甲酸二烯丙酯（
DAP
）
DAP
結構式如下：
鄰苯二甲酸二烯丙酯
（
DAP
）
主要用於制備鄰苯二甲酸二異丙酯
樹脂、不飽和聚酯樹脂的交聯劑、纖維素酯的增強劑，可供不加抑制
C
H
C
O
O
R
C
H
C
O
O
R
C
H
2
C
C
H
2
C
O
O
R
C
O
O
R
C
C
O
O
C
H
2
C
H
C
H
2
O
C
H
2
C
H
O
C
H
2
5
劑即自行聚合的樹脂類作為增塑劑。
通用增塑劑改進橡膠實例：甲基丙烯酸酯改善順丁二烯橡膠性
能。用甲基丙烯酸
C7~C12
烷基酯增塑順丁二烯橡膠，可改善橡膠的
加工性，延長耐老化性
，抗疲勞強度，同時不影響橡膠的耐寒性。
C7~C9
烷基酯對改善該橡膠的加工性能最好，
C10~C12
烷基酯對改
善疲勞強度最好。而這六種烷基酯中，甲基丙烯庚酯增塑能力最強。
橡膠用反應性增塑劑
專用於橡膠生產中的反應性增塑劑，
主要是一些低分子量的液體
橡膠，
只用於增塑某一種或幾種橡膠的特別增塑劑，
以及近年來發展
的生物基增塑劑。
液體橡膠增塑劑主要有液體聚異戊二烯
(LIR)
和液體丁腈橡膠
(LNBR)
。
液體聚異戊二烯
(LIR)
由鋰系陰離子活性聚合而成，玻璃化轉化
溫度為
63
℃，是一種無色無味粘稠性透明液體，其結構可隨意調整、
製品顏色淺、幾乎無雜質、流動性好，可用在一些對純度要求較高的
場合。
除具有普通液體橡膠的性能外，
由於與天然橡膠鏈節結構相同，
更適合於作橡膠增塑劑。
作為增塑劑，
LIR
可加入天然橡膠（
NR
）
、順丁橡膠
(BR)
、異戊
橡膠
(IR)
、丁苯橡膠
(SBR
，嵌段或無規
)
、戊苯橡膠（
SIR
，嵌段或無
規）
、
三元乙丙橡膠等各類低極性橡膠中，
有效降低橡膠的門尼粘度，
有利於混煉加工
。
作為反應性增塑劑，
LIR
不遷移、揮發，也不會被溶劑抽出，制
6
品不產生收縮、變形、污染等現象。
LIR
能節省混煉膠的能量消耗，
提高擠出效率和擠出物尺寸穩定性，
改善擠出和壓延膠料表面質量及
改善未硫化膠片的粘性。
LIR
增塑天然橡膠／順丁橡膠體系與芳烴油
增塑相比，橡膠壓縮疲勞生熱和壓縮永久變形低，
滾動阻力也低，有
利於輪胎節能。
液體丁腈橡膠
(LNBR)
的合成主要採用自由基聚合歷程，
即以自由
基機理進行的乳液聚合和溶液聚合。
LNBR
常溫下呈黏稠液體狀態，
其數均分子量通常在
10000
以下。
可用作增塑劑、膠粘劑、塗料以
及固體火箭推進劑。
液體丁腈橡膠
(LNBR)LBNR
作為增塑劑能有效降低橡膠的門尼
粘度，
改善其加工性能；
可以延遲橡膠的起始硫化而正硫化時間基本
不變；對橡膠拉伸強度影響較小，同時可改善橡膠耐壓縮性能；
耐抽
出性能高。
生物基反應性增塑劑是近年來剛剛發展起來的一類增塑劑，
它可
以有效解決增塑劑遷移和食品安全問題，
減少了環境污染，
改善人類
的生存環境，
對於實現經濟的可持續發展具有重要的意義。
開發生物
基、
環保型增塑劑已成為當今橡膠助劑行業研究的熱點問題。
大豆油
增塑三元乙丙橡膠
（
EPDM
）
就是生物基反應性增塑劑一個較好的應用
實例。
大豆油取自大豆種子，
是世界上產量最多的油脂。
大豆油主要成
分有：棕櫚酸
7-10%
，硬脂酸
2-5%
，花生酸
1-3%
，油酸
22-30%
，亞油
酸
50-60
，亞麻油酸
5-9%
。
7
大豆油作為反應性增塑劑與石蠟油、
芳烴油、
環烷油等傳統的橡
膠增塑劑相比。具有無毒、環保、耐油、耐抽出穩定性好、揮發度低
等特點；
大豆油自身含有大量雙鍵，
可以在硫化過程中發生自聚、也
可以在膠料硫化交聯過程當中起到反應性增塑劑的效果。
大豆油增塑三元乙丙橡膠（
EPDM
）可以有效降低
EPDM
門尼粘度、
表觀粘度，改善
EPDM
加工性能；大豆油對
EPDM
的增塑機理符合反應
性增塑劑的增塑機理，
大豆油在膠料中一部分產生了自聚，
一部分與
EPDM
第三組分反應，接到了橡膠的分子鏈段上。當交聯劑含量達到
一定量
(6
份以上
)
時幾乎不會被有機溶劑抽出。
個人總結
反應性增塑劑可以有效的解決物理增塑劑易揮發，
易遷移、
易抽
出，使製品體積收縮等缺點，
是近年來來研究發展的重點。而生物基
植物基反應性增塑劑具有易加工、低成本、
無毒無污染的優勢，
是一
種無可比擬的環保型增塑劑，具有無限的前景。
⑶ 3D列印材料大解析
3D列印材料大解析
3D列印，是根據所設計的3D模型，通過3D列印設備逐層增加材料來製造三維產品的技術。這種逐層堆積成形技術又被稱作增材製造。3D列印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多領域的前沿技術，是快速成型技術的一種，被譽為“第三次工業革命”的核心技術。
3D列印製造技術主要由3個關鍵要素組成：
一是產品需要進行精準的三維設計，運用計算機輔助設計(CAD)工具對產品全方位精準定位;
二是需要強大的成型設備;
三是需要滿足製品性能和成型工藝的材料。
由於3D列印製造技術完全改變了傳統製造工業的方式和原理，是對傳統製造模式的一種顛覆，因此3D列印材料成為限制3D列印發展的主要瓶頸，也是3D列印突破創新的關鍵點和難點所在，只有進行更多新材料的開發才能拓展3D列印技術的應用領域。目前，3D列印材料主要包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料和復合材料等。
3D列印聚合物3D列印無人機
工程塑料
工程塑料指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D列印材料，常見的有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚醯胺(PA)、 聚碳酸酯(PC)、聚苯碸(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等。
1)ABS
ABS材料因具有良好的熱熔性、沖擊強度， 成為通過熔融沉積3D列印的首選工程塑料。 目前主要是將ABS預製成絲、粉末化後使用，應用范圍幾乎涵蓋了所有日用品、工程用品和部分機械用品。近年來ABS不但在應用領域逐步擴大，而且性能不斷提升，藉助ABS強大的粘接性、強度通過對ABS的改性，使其作為3D列印材料在更廣范圍得到應用。
2014年國際空間站用ABS塑料3D列印機為其列印零件;世界上最大的3D列印機材料公司Stratasys公司研發的最新ABS材料ABS-M30，專為3D列印製造設計，機械性能比傳統的ABS材料提高了67%， 從而擴大了ABS的應用范圍。
2)PA
PA強度高，同時具有一定的柔韌性，因此可直接利用3D列印製造設備零部件。利用3D列印製造的PA碳纖維復合塑料樹脂零件強度韌性很高，可用於機械工具代替金屬工具。另外，由於PA的粘接性和粉末特性，可與陶瓷粉、玻璃粉、金屬粉等混合，通過粘接實現陶瓷粉、玻璃粉、金屬粉的低溫3D列印。索爾維公司作為全球PA工程塑料的專家，基於PA的工程塑料進行3D列印樣件，用於發動機周邊零件、門把手套件、剎車踏板等。用工程塑料替代傳統的金屬材料，最終解決了汽車的輕量化問題。
3)PC
PC具有優異的強度，其強度比ABS材料高出60%左右，因此適合於超強工程製品的應用。索爾維公司作為全球PA工程塑料的專家，基於PA的工程塑料進行3D列印樣件，用於發動機周邊零件、門把手套件、剎車踏板等。德國拜耳公司開發的PC2605可用於防彈玻璃、樹脂鏡片、車頭燈罩、宇航員頭盔面罩、智能手機的機身、機械齒輪等異型構件的3D列印製造。
4)PPFS
PPSF具有最高的耐熱性、強韌性以及耐化學品性，在各種快速成型工程塑料材料之中性能最佳，通過碳纖維、石墨的復合處理，PPSF顯示出極高的強度，可用於3D列印製造高承受負荷的製品，成為替代金屬、陶瓷的首選材料。
5)PEEK
PEEK具有優異的耐磨性、生物相容性、化學穩定性以及楊氏模量最接近人骨等優點，是理想的人工骨替換材料，適合長期植入人體。基於熔融沉積成型原理的3D列印技術安全方便、無需使用激光器、後處理簡單，通過與PEEK材料結合製造仿生人工骨。
6)EP
EP(Elasto Plastic)即彈性塑料，是Shapeways公司最新研製的一種3D列印原材料，它能夠避免用ABS列印的穿戴物品或可變形類產品存在的脆性問題。顧名思義，Elasto Plastic是一種新型柔軟的3D列印材料，在進行塑形時和ABS一樣均採用“逐層燒結”原理，但列印的產品卻具有相當好的彈性，易於恢復形變。這種材料可用於製作像3D列印鞋、手機殼和3D列印衣物等產品。
7)Enr
Stratasys公司推出一款全新的3D列印材料—Enr，它是一種先進的仿聚丙烯材料，可滿足各種不同領域的應用需求。Enr材料具有高強度、柔韌度好和耐高溫性能，用其列印的產品表面質量佳，且尺寸穩定性好，不易收縮。Enr具有出色的仿聚丙烯性能，能夠用於列印運動部件、咬合嚙合部件以及小型盒子和容器。
生物塑料
3D列印生物塑料主要有聚乳酸(PLA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羥基丁酸酯(PHB)、 聚-羥基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯 (PBS)、聚己內酯(PCL)等，具有良好的可生物降解性。
1)PLA
PLA(Poly Lactic Acid)即聚乳酸可能是3D列印起初使用得最好的原材料，它具有多種半透明色和光澤質感。作為一種環境友好型塑料，聚乳酸可生物降解為活性堆肥。它源於可再生資源—玉米澱粉和甘蔗，而不是非可再生資源——化石燃料。新加坡南洋理工大學的Tan K H等在應用PLA製造組織工程支架方面的研究中，採用3D技術成型生物可降解的高分子材料，製造了高孔隙度的PLA組織工程支架，通過對該支架進行組織分析，發現其具有生長能力。
3D列印的PLA螺栓和螺母、PLA檸檬榨汁機推桿
2)PETG
PETG是採用甘蔗乙烯生產的生物基乙二醇為原料合成的生物基塑料。具有出眾的.熱成型性、堅韌性與耐候性，熱成型周期短、溫度低、成品率高。PETG作為一種新型的3D列印材料，兼具PLA和ABS的優點。在3D列印時，材料的收縮率非常小，並且具有良好的疏水性，無需在密閉空間里貯存。由於PETG的收縮率低、溫度低，在列印過程中幾乎沒有氣味，使得PETG在3D列印領域產品具有更為廣闊的開發應用前景。
3)PCL
PCL是一種生物可降解聚酯，熔點較低，只有60℃左右。與大部分生物材料一樣，人們常常把它用作特殊用途如葯物傳輸設備、縫合劑等，同時，PCL還具有形狀記憶性。在3D列印中，由於它熔點低，所以並不需要很高的列印溫度，從而達到節能的目的。在醫學領域，可用來列印心臟支架等。
熱固性塑料
熱固性樹脂如環氧樹脂、不飽和聚酯、酚醛樹脂、氨基樹脂、聚氨酯樹脂、有機硅樹脂、芳雜環樹脂等具有強度高、耐火性特點，非常適合利用3D列印的粉末激光燒結成型工藝。哈佛大學工程與應用科學院的材料科學家與Wyss生物工程研究所聯手開發出了一種可3D列印的環氧基熱固性樹脂材料，這種環氧樹脂可3D列印成建築結構件用在輕質建築中。
光敏樹脂
光敏樹脂是由聚合物單體與預聚體組成，由於具有良好的液體流動性和瞬間光固化特性，使得液態光敏樹脂成為3D列印耗材用於高精度製品列印的首選材料。光敏樹脂因具有較快的固化速度，表乾性能優異，成型後產品外觀平滑，可呈現透明至半透明磨砂狀。尤其是光敏樹脂具有低氣味、低刺激性成分，非常適合個人桌面3D列印系統。
高分子凝膠
高分子凝膠具有良好的智能性，海藻酸鈉、纖維素、動植物膠、蛋白腖、聚丙烯酸等高分子凝膠材料用於3D列印，在一定的溫度及引發劑、交聯劑的作用下進行聚合後，形成特殊的網狀高分子凝膠製品。如受離子強度、溫度、電場和化學物質變化時，凝膠的體積也會相應地變化，用於形狀記憶材料;凝膠溶脹或收縮發生體積轉變，用於感測材料;凝膠網孔的可控性，可用於智能葯物釋放材料。
3D列印金屬
目前大多數3D列印耗材是塑料，而金屬良好的力學強度和導電性使得研究人員對金屬物品的列印極為感興趣。
3D Systems為GE公司列印的航空金屬構件(左)3D 列印奧斯卡“小金人”(右)
黑色金屬
1)不銹鋼
不銹鋼是最廉價的金屬列印材料，經3D列印出的高強度不銹鋼製品表面略顯粗糙，且存在麻點。不銹鋼具有各種不同的光面和磨砂面，常被用作珠寶、功能構件和小型雕刻品等的3D列印。
2)高溫合金
高溫合金因其強度高、化學性質穩定、不易成型加工和傳統加工工藝成本高等因素，目前已成為航空工業應用的主要3D列印材料。隨著3D 列印技術的長期研究和進一步發展，3D列印製造的飛機零件因其加工的工時和成本優勢已得到了廣泛應用。
有色金屬
1)鈦
採用3D列印技術製造的鈦合金零部件，強度非常高，尺寸精確，能製作的最小尺寸可達1mm，而且其零部件機械性能優於鍛造工藝。英國的Metalysis公司利用鈦金屬粉末成功列印了葉輪和渦輪增壓器等汽車零件。此外，鈦金屬粉末耗材在3D列印汽車、航空航天和國防工業上都將有很廣闊的應用前景。
2)鎂鋁合金
鎂鋁合金因其質輕、強度高的優越性能，在製造業的輕量化需求中得到了大量應用。在3D列印技術中，它也毫不例外地成為各大製造商所中意的備選材料。
日本佳能公司利用3D列印技術製造出了頂級單反相機鎂鋁合金特殊曲面頂蓋
3)鎵
鎵(Ga)主要用作液態金屬合金的3D列印材料，它具有金屬導電性，其黏度類似於水。不同於汞(Hg)，鎵既不含毒性，也不會蒸發。鎵可用於柔性和伸縮性的電子產品，液態金屬在可變形天線的軟伸縮部件、軟存儲設備、超伸縮電線和軟光學部件上已得到了應用。
3)鎵-銦合金
北卡羅琳州立大學化學和生物分子工程的副教授Michael Dickey利用鎵(Ga)與銦(In)的液態金屬合金通過3D列印技術在室溫下創造了一種三維的自立式結構，這一奇跡的誕生得益於鎵-銦合金在空氣中與氧氣發生反應形成了一層能夠保持零件形狀的氧化膜。這一技術在3D列印中被用於連接電子部件。
4)稀貴金屬
3D列印的產品在時尚界的影響力越來越大。世界各地的珠寶設計師受益最大的似乎就是將3D列印快速原型技術作為一種強大，且可方便替代其他製造方式的創意產業。在飾品3D列印材料領域，常用的有金、純銀、黃銅等。
陶 瓷
硅酸鋁陶瓷粉末能夠用於3D列印陶瓷產品。3D列印的該陶瓷製品不透水、耐熱(可達600°C)、可回收、無毒，但其強度不高，可作為理想的炊具、餐具(杯、碗、盤子、蛋杯和杯墊)和燭台、瓷磚、花瓶、藝術品等家居裝飾材料。
復合材料
美國矽谷Arevo實驗室3D列印出了高強度碳纖維增強復合材料。相比於傳統的擠出或注塑定型方法，3D列印時通過精確控制碳纖維的取向，優化特定機械、電和熱性能，能夠嚴格設定其綜合性能。由於3D列印的復合材料零件一次只能製造一層，每一層可以實現任何所需的纖維取向。結合增強聚合物材料列印的復雜形狀零部件具有出色的耐高溫和抗化學性能。
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