⑴ 高分子材料有什么
高分子材料是来以高分子化合自物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由大量原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。
按来源分类：
高分子材料按其来源可以划分为：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进化的基础。在最初人类把天然的高分子材料作为生活资料和生产资料，并根据它的特点进行相应的加工和转变。天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。合成高分子材料因为具有与金属材料、无机非金属材料相同的属性和特点。使得其更加的成为科学技术、经济建设中的重要材料。合成高分子材料以及以高聚物为基础的，如各种塑料，合成橡胶，合成纤维、涂料与粘接剂等。
按应用分类：
高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料等。橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。有天然橡胶和合成橡胶两种;高分子纤维分为天然纤维和化学纤维;塑料按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料，按用途又分为通用塑料和工程塑料。
⑵ 反应性增塑剂概述与几种常用反应性增塑剂简介
参考资料：
3
a
丙烯酸（甲基丙烯酸）酯
b
马来酸酯、富马酸酯和衣康酸酯
c
烯丙基酯
这
3
类可应用于塑料、
橡胶、
树脂等多种聚合体的加工，
主要用于塑
料的增塑。
丙烯酸（甲基丙烯酸）酯的结构式可以如下表示：
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
是有机合成的中间体及高分子的单体，可与多种化合物聚合或共聚，
形成不同的独特性能的聚合体。
可用于加工成包装用片材、
容器以及
一些建筑材料。可用于聚氯乙烯的涂层材料、树脂及橡胶的交联剂、
胶粘剂和共聚物改性剂等。
马来酸酯、富马酸酯和衣康酸酯，三者结构式可如下表示：
马来酸酯
(
顺丁烯二酸酯
)
富马酸酯
（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
（亚甲基丁二酸酯）
马来酸酯、
富马酸酯和衣康酸酯主要用途有：
主要作为高分子物
质的单体、
共聚单体和有机合成的中间体。
在用于高分子化合物除单
独聚合外，
多数情况下都是做内增塑剂，
即作为共聚单体以使树脂改
性，增加塑性，所得的共聚体可做表面涂覆剂、纤维及薄膜处理剂、
合成润滑油以及添加剂、粘结剂、离子交换树脂等。
烯丙基酯系：
丙烯醇与多元酸制得。
常用的多元酸有邻苯二甲酸、
间苯二甲酸、顺丁烯二酸、氰尿酸、异氰尿酸、磷酸等。
最常用的一种是邻苯二甲酸二烯丙酯（
DAP
）
DAP
结构式如下：
邻苯二甲酸二烯丙酯
（
DAP
）
主要用于制备邻苯二甲酸二异丙酯
树脂、不饱和聚酯树脂的交联剂、纤维素酯的增强剂，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
剂即自行聚合的树脂类作为增塑剂。
通用增塑剂改进橡胶实例：甲基丙烯酸酯改善顺丁二烯橡胶性
能。用甲基丙烯酸
C7~C12
烷基酯增塑顺丁二烯橡胶，可改善橡胶的
加工性，延长耐老化性
，抗疲劳强度，同时不影响橡胶的耐寒性。
C7~C9
烷基酯对改善该橡胶的加工性能最好，
C10~C12
烷基酯对改
善疲劳强度最好。而这六种烷基酯中，甲基丙烯庚酯增塑能力最强。
橡胶用反应性增塑剂
专用于橡胶生产中的反应性增塑剂，
主要是一些低分子量的液体
橡胶，
只用于增塑某一种或几种橡胶的特别增塑剂，
以及近年来发展
的生物基增塑剂。
液体橡胶增塑剂主要有液体聚异戊二烯
(LIR)
和液体丁腈橡胶
(LNBR)
。
液体聚异戊二烯
(LIR)
由锂系阴离子活性聚合而成，玻璃化转化
温度为
63
℃，是一种无色无味粘稠性透明液体，其结构可随意调整、
制品颜色浅、几乎无杂质、流动性好，可用在一些对纯度要求较高的
场合。
除具有普通液体橡胶的性能外，
由于与天然橡胶链节结构相同，
更适合于作橡胶增塑剂。
作为增塑剂，
LIR
可加入天然橡胶（
NR
）
、顺丁橡胶
(BR)
、异戊
橡胶
(IR)
、丁苯橡胶
(SBR
，嵌段或无规
)
、戊苯橡胶（
SIR
，嵌段或无
规）
、
三元乙丙橡胶等各类低极性橡胶中，
有效降低橡胶的门尼粘度，
有利于混炼加工
。
作为反应性增塑剂，
LIR
不迁移、挥发，也不会被溶剂抽出，制
6
品不产生收缩、变形、污染等现象。
LIR
能节省混炼胶的能量消耗，
提高挤出效率和挤出物尺寸稳定性，
改善挤出和压延胶料表面质量及
改善未硫化胶片的粘性。
LIR
增塑天然橡胶／顺丁橡胶体系与芳烃油
增塑相比，橡胶压缩疲劳生热和压缩永久变形低，
滚动阻力也低，有
利于轮胎节能。
液体丁腈橡胶
(LNBR)
的合成主要采用自由基聚合历程，
即以自由
基机理进行的乳液聚合和溶液聚合。
LNBR
常温下呈黏稠液体状态，
其数均分子量通常在
10000
以下。
可用作增塑剂、胶粘剂、涂料以
及固体火箭推进剂。
液体丁腈橡胶
(LNBR)LBNR
作为增塑剂能有效降低橡胶的门尼
粘度，
改善其加工性能；
可以延迟橡胶的起始硫化而正硫化时间基本
不变；对橡胶拉伸强度影响较小，同时可改善橡胶耐压缩性能；
耐抽
出性能高。
生物基反应性增塑剂是近年来刚刚发展起来的一类增塑剂，
它可
以有效解决增塑剂迁移和食品安全问题，
减少了环境污染，
改善人类
的生存环境，
对于实现经济的可持续发展具有重要的意义。
开发生物
基、
环保型增塑剂已成为当今橡胶助剂行业研究的热点问题。
大豆油
增塑三元乙丙橡胶
（
EPDM
）
就是生物基反应性增塑剂一个较好的应用
实例。
大豆油取自大豆种子，
是世界上产量最多的油脂。
大豆油主要成
分有：棕榈酸
7-10%
，硬脂酸
2-5%
，花生酸
1-3%
，油酸
22-30%
，亚油
酸
50-60
，亚麻油酸
5-9%
。
7
大豆油作为反应性增塑剂与石蜡油、
芳烃油、
环烷油等传统的橡
胶增塑剂相比。具有无毒、环保、耐油、耐抽出稳定性好、挥发度低
等特点；
大豆油自身含有大量双键，
可以在硫化过程中发生自聚、也
可以在胶料硫化交联过程当中起到反应性增塑剂的效果。
大豆油增塑三元乙丙橡胶（
EPDM
）可以有效降低
EPDM
门尼粘度、
表观粘度，改善
EPDM
加工性能；大豆油对
EPDM
的增塑机理符合反应
性增塑剂的增塑机理，
大豆油在胶料中一部分产生了自聚，
一部分与
EPDM
第三组分反应，接到了橡胶的分子链段上。当交联剂含量达到
一定量
(6
份以上
)
时几乎不会被有机溶剂抽出。
个人总结
反应性增塑剂可以有效的解决物理增塑剂易挥发，
易迁移、
易抽
出，使制品体积收缩等缺点，
是近年来来研究发展的重点。而生物基
植物基反应性增塑剂具有易加工、低成本、
无毒无污染的优势，
是一
种无可比拟的环保型增塑剂，具有无限的前景。
⑶ 3D打印材料大解析
3D打印材料大解析
3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。
3D打印制造技术主要由3个关键要素组成：
一是产品需要进行精准的三维设计，运用计算机辅助设计(CAD)工具对产品全方位精准定位;
二是需要强大的成型设备;
三是需要满足制品性能和成型工艺的材料。
由于3D打印制造技术完全改变了传统制造工业的方式和原理，是对传统制造模式的一种颠覆，因此3D打印材料成为限制3D打印发展的主要瓶颈，也是3D打印突破创新的关键点和难点所在，只有进行更多新材料的开发才能拓展3D打印技术的应用领域。目前，3D打印材料主要包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料和复合材料等。
3D打印聚合物3D打印无人机
工程塑料
工程塑料指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料，常见的有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、 聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等。
1)ABS
ABS材料因具有良好的热熔性、冲击强度， 成为通过熔融沉积3D打印的首选工程塑料。 目前主要是将ABS预制成丝、粉末化后使用，应用范围几乎涵盖了所有日用品、工程用品和部分机械用品。近年来ABS不但在应用领域逐步扩大，而且性能不断提升，借助ABS强大的粘接性、强度通过对ABS的改性，使其作为3D打印材料在更广范围得到应用。
2014年国际空间站用ABS塑料3D打印机为其打印零件;世界上最大的3D打印机材料公司Stratasys公司研发的最新ABS材料ABS-M30，专为3D打印制造设计，机械性能比传统的ABS材料提高了67%， 从而扩大了ABS的应用范围。
2)PA
PA强度高，同时具有一定的柔韧性，因此可直接利用3D打印制造设备零部件。利用3D打印制造的PA碳纤维复合塑料树脂零件强度韧性很高，可用于机械工具代替金属工具。另外，由于PA的粘接性和粉末特性，可与陶瓷粉、玻璃粉、金属粉等混合，通过粘接实现陶瓷粉、玻璃粉、金属粉的低温3D打印。索尔维公司作为全球PA工程塑料的专家，基于PA的工程塑料进行3D打印样件，用于发动机周边零件、门把手套件、刹车踏板等。用工程塑料替代传统的金属材料，最终解决了汽车的轻量化问题。
3)PC
PC具有优异的强度，其强度比ABS材料高出60%左右，因此适合于超强工程制品的应用。索尔维公司作为全球PA工程塑料的专家，基于PA的工程塑料进行3D打印样件，用于发动机周边零件、门把手套件、刹车踏板等。德国拜耳公司开发的PC2605可用于防弹玻璃、树脂镜片、车头灯罩、宇航员头盔面罩、智能手机的机身、机械齿轮等异型构件的3D打印制造。
4)PPFS
PPSF具有最高的耐热性、强韧性以及耐化学品性，在各种快速成型工程塑料材料之中性能最佳，通过碳纤维、石墨的复合处理，PPSF显示出极高的强度，可用于3D打印制造高承受负荷的制品，成为替代金属、陶瓷的首选材料。
5)PEEK
PEEK具有优异的耐磨性、生物相容性、化学稳定性以及杨氏模量最接近人骨等优点，是理想的人工骨替换材料，适合长期植入人体。基于熔融沉积成型原理的3D打印技术安全方便、无需使用激光器、后处理简单，通过与PEEK材料结合制造仿生人工骨。
6)EP
EP(Elasto Plastic)即弹性塑料，是Shapeways公司最新研制的一种3D打印原材料，它能够避免用ABS打印的穿戴物品或可变形类产品存在的脆性问题。顾名思义，Elasto Plastic是一种新型柔软的3D打印材料，在进行塑形时和ABS一样均采用“逐层烧结”原理，但打印的产品却具有相当好的弹性，易于恢复形变。这种材料可用于制作像3D打印鞋、手机壳和3D打印衣物等产品。
7)Enr
Stratasys公司推出一款全新的3D打印材料—Enr，它是一种先进的仿聚丙烯材料，可满足各种不同领域的应用需求。Enr材料具有高强度、柔韧度好和耐高温性能，用其打印的产品表面质量佳，且尺寸稳定性好，不易收缩。Enr具有出色的仿聚丙烯性能，能够用于打印运动部件、咬合啮合部件以及小型盒子和容器。
生物塑料
3D打印生物塑料主要有聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羟基丁酸酯(PHB)、 聚-羟基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯 (PBS)、聚己内酯(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打印起初使用得最好的原材料，它具有多种半透明色和光泽质感。作为一种环境友好型塑料，聚乳酸可生物降解为活性堆肥。它源于可再生资源—玉米淀粉和甘蔗，而不是非可再生资源——化石燃料。新加坡南洋理工大学的Tan K H等在应用PLA制造组织工程支架方面的研究中，采用3D技术成型生物可降解的高分子材料，制造了高孔隙度的PLA组织工程支架，通过对该支架进行组织分析，发现其具有生长能力。
3D打印的PLA螺栓和螺母、PLA柠檬榨汁机推杆
2)PETG
PETG是采用甘蔗乙烯生产的生物基乙二醇为原料合成的生物基塑料。具有出众的.热成型性、坚韧性与耐候性，热成型周期短、温度低、成品率高。PETG作为一种新型的3D打印材料，兼具PLA和ABS的优点。在3D打印时，材料的收缩率非常小，并且具有良好的疏水性，无需在密闭空间里贮存。由于PETG的收缩率低、温度低，在打印过程中几乎没有气味，使得PETG在3D打印领域产品具有更为广阔的开发应用前景。
3)PCL
PCL是一种生物可降解聚酯，熔点较低，只有60℃左右。与大部分生物材料一样，人们常常把它用作特殊用途如药物传输设备、缝合剂等，同时，PCL还具有形状记忆性。在3D打印中，由于它熔点低，所以并不需要很高的打印温度，从而达到节能的目的。在医学领域，可用来打印心脏支架等。
热固性塑料
热固性树脂如环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、芳杂环树脂等具有强度高、耐火性特点，非常适合利用3D打印的粉末激光烧结成型工艺。哈佛大学工程与应用科学院的材料科学家与Wyss生物工程研究所联手开发出了一种可3D打印的环氧基热固性树脂材料，这种环氧树脂可3D打印成建筑结构件用在轻质建筑中。
光敏树脂
光敏树脂是由聚合物单体与预聚体组成，由于具有良好的液体流动性和瞬间光固化特性，使得液态光敏树脂成为3D打印耗材用于高精度制品打印的首选材料。光敏树脂因具有较快的固化速度，表干性能优异，成型后产品外观平滑，可呈现透明至半透明磨砂状。尤其是光敏树脂具有低气味、低刺激性成分，非常适合个人桌面3D打印系统。
高分子凝胶
高分子凝胶具有良好的智能性，海藻酸钠、纤维素、动植物胶、蛋白胨、聚丙烯酸等高分子凝胶材料用于3D打印，在一定的温度及引发剂、交联剂的作用下进行聚合后，形成特殊的网状高分子凝胶制品。如受离子强度、温度、电场和化学物质变化时，凝胶的体积也会相应地变化，用于形状记忆材料;凝胶溶胀或收缩发生体积转变，用于传感材料;凝胶网孔的可控性，可用于智能药物释放材料。
3D打印金属
目前大多数3D打印耗材是塑料，而金属良好的力学强度和导电性使得研究人员对金属物品的打印极为感兴趣。
3D Systems为GE公司打印的航空金属构件(左)3D 打印奥斯卡“小金人”(右)
黑色金属
1)不锈钢
不锈钢是最廉价的金属打印材料，经3D打印出的高强度不锈钢制品表面略显粗糙，且存在麻点。不锈钢具有各种不同的光面和磨砂面，常被用作珠宝、功能构件和小型雕刻品等的3D打印。
2)高温合金
高温合金因其强度高、化学性质稳定、不易成型加工和传统加工工艺成本高等因素，目前已成为航空工业应用的主要3D打印材料。随着3D 打印技术的长期研究和进一步发展，3D打印制造的飞机零件因其加工的工时和成本优势已得到了广泛应用。
有色金属
1)钛
采用3D打印技术制造的钛合金零部件，强度非常高，尺寸精确，能制作的最小尺寸可达1mm，而且其零部件机械性能优于锻造工艺。英国的Metalysis公司利用钛金属粉末成功打印了叶轮和涡轮增压器等汽车零件。此外，钛金属粉末耗材在3D打印汽车、航空航天和国防工业上都将有很广阔的应用前景。
2)镁铝合金
镁铝合金因其质轻、强度高的优越性能，在制造业的轻量化需求中得到了大量应用。在3D打印技术中，它也毫不例外地成为各大制造商所中意的备选材料。
日本佳能公司利用3D打印技术制造出了顶级单反相机镁铝合金特殊曲面顶盖
3)镓
镓(Ga)主要用作液态金属合金的3D打印材料，它具有金属导电性，其黏度类似于水。不同于汞(Hg)，镓既不含毒性，也不会蒸发。镓可用于柔性和伸缩性的电子产品，液态金属在可变形天线的软伸缩部件、软存储设备、超伸缩电线和软光学部件上已得到了应用。
3)镓-铟合金
北卡罗琳州立大学化学和生物分子工程的副教授Michael Dickey利用镓(Ga)与铟(In)的液态金属合金通过3D打印技术在室温下创造了一种三维的自立式结构，这一奇迹的诞生得益于镓-铟合金在空气中与氧气发生反应形成了一层能够保持零件形状的氧化膜。这一技术在3D打印中被用于连接电子部件。
4)稀贵金属
3D打印的产品在时尚界的影响力越来越大。世界各地的珠宝设计师受益最大的似乎就是将3D打印快速原型技术作为一种强大，且可方便替代其他制造方式的创意产业。在饰品3D打印材料领域，常用的有金、纯银、黄铜等。
陶 瓷
硅酸铝陶瓷粉末能够用于3D打印陶瓷产品。3D打印的该陶瓷制品不透水、耐热(可达600°C)、可回收、无毒，但其强度不高，可作为理想的炊具、餐具(杯、碗、盘子、蛋杯和杯垫)和烛台、瓷砖、花瓶、艺术品等家居装饰材料。
复合材料
美国硅谷Arevo实验室3D打印出了高强度碳纤维增强复合材料。相比于传统的挤出或注塑定型方法，3D打印时通过精确控制碳纤维的取向，优化特定机械、电和热性能，能够严格设定其综合性能。由于3D打印的复合材料零件一次只能制造一层，每一层可以实现任何所需的纤维取向。结合增强聚合物材料打印的复杂形状零部件具有出色的耐高温和抗化学性能。
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