时间：2023-04-11 17:22:54
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相比基础性实验，综合性实验的设置和开展对学生各课程知识的掌握在广度和深度上均提出了更高的要求，也使得学生能够对分属于不同课程的知识点有了更为深刻的认识，通过相互对比和验证，有助于专业知识的全面掌握和理解。但鉴于实验开展仍然遵循着学生预习、老师讲授、动手操作和课后交报告的传统模式，虽然实验指导老师针对实验可以设计不同的反应历程，让不同组别的学生获得迥异的结果，但实验结论的预测性很强，一些意外问题的发生也会在指导教师的预料之中，并能够很快给出解决方案，这对于提升学生在主观能动学习能力的效果很有限。另外，本校开展的高分子实验在内容的编排上还存在着较为明显的学科界限，还不能完全融合高分子化学、高分子物理和高分子成型加工原理等课程内容，因此很有必要开设具有创新型的研究型实验课程。
2实验开设时机
鉴于此类研究型实验的开展往往需要比较集中的时间段，高分子材料教研室经过多次商讨，确定本实验的学时为90学时(30学时/周×3周)，将主要的实验内容集中安排在大四上学期的最后3周内完成。此时，一方面学生已经完成了所有的理论课程的学生和各类基础实验的训练，为本实验的开展提供了先决条件;其次，在此时间段有关校园招聘活动也会告一段落，可以保证学生有充足的时间和精力完成实验;最后，此次实验训练也为下一学期的本科毕业设计(论文)的开展提供一次很好的预演，能够有效地消除学生对毕业设计(论文)的恐慌和迷茫心理。
3实验内容的优化设计
根据王新平等［5］的观点，创新型实验必须具有实验结果的不确定性和探索性、实验设计程序的自主性和开放性，以及实验过程的可行性和可操纵性等基本要素。因而，这类实验的开展必然会对实验人员(包括指导教师和学生)、实验设备和场地等诸多方面提出了更高的要求。根据创新型实验内容设计的三点原则［5］和本专业教研室老师的科研情况，教研室选择了“导电性高分子材料的制备及其应用”这一开放性较强的实验。通过多方面的探讨和论证，我们尝试设计了一个以掺杂聚苯胺的合成、表征及其在聚丙烯和天然橡胶中的应用为主线的研究型实验，实验内容和所需基本学时安排如下:(1)学生分组，布置实验的侧重方向(一组在聚丙烯中的应用，一组在天然橡胶中的应用)，安排相关文献的查询和阅读，着重了解聚苯胺的特性和合成方法、聚丙烯和天然橡胶的性能和加工特性，温习有关设备的操作和安全注意事项(30学时)。(2)根据分组，学生在老师的指导下搭建实验平台，进行聚苯胺的合成，分别采用化学氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和分散聚合法制得一系列经过质子酸或无机酸掺杂改性的聚苯胺，经纯化干燥后备用(30学时)。(3)用高阻计测试聚苯胺的电导率，X射线衍射仪分析产物的物相结构，红外光谱仪观察产物的特征官能团，并在扫描电镜下观察产物的形貌，并比较不同组别间所得聚苯胺产物在性能和外观上的异同(15学时)。(4)各组同学在制得合格的聚苯胺后，按照预先选定的应用方向，分别添加到聚丙烯或天然橡胶中制成复合材料，前者在双螺杆挤出机中完成，而后者在双辊开炼机和平板硫化机中进行。(30学时)(5)将所得复合材料进行标准化制样后，分别用万能电子试验机、摆锤式冲击试验机和高阻计测试复合材料的拉伸性能、冲击韧性和电导率随聚苯胺添加量的变化规律并记录实验结果;用扫描电镜观察复合材料断面形貌，分析破坏机制，探讨材料的强度和韧性变化的机理(15学时)。(6)学生整理数据，并撰写实验报告。报告要求参照本科毕业论文的模板和格式，须包括引言、实验过程、结果与讨论、结论和参考文献等主要部分(30学时)。其中(1)和(6)要求学生利用课余时间分别在实验周的前后一周内完成，不占用实验周的学时。在整个实验进行过程中，如因出现不可抗力或意外情况导致实验进展不顺利，可通过与实验室管理人员协调，利用周六和周日的时间进行弥补，以保证学生有充足的实验时间。通过这样一个研究型实验的设计和内容编排，不但使学生能够将有机化学、高分子化学、高分子物理、高分子成型加工原理以及材料现代测试与分析技术等课程中散落的知识点进行有机串联，还同时大大增强了学生对高分子材料从合成、表征到应用的整体认识。在实验过程出现不可预料的事件时，合理引导学生利用理论知识去分析问题，并通过查找资料寻求解决问题的方法，有力地推动了学生在理论知识和实践应用方面的融会贯通，极大地提升了学生的主观能动性。
4实验课程考核
本实验的考核采用过程管理与结果考核并用的模式，主要分为以下三个方面:(1)学生实验表现(40%):指导教师观察并记录学生在实验中的表现，包括实验时间的合理安排、实验平台的正确搭建、实验药品和原料的适用和管理，以及意外情况出现时的应对措施等。(2)综合报告撰写(40%):要求每一位学生在查阅文献和整理资料的基础上，独立分析实验数据，撰写一份符合要求的实验报告。(3)教师提问考核(20%):学生提交报告期间，指导教师根据报告内容进行提问，考核学生对实验过程和报告内容的熟悉程度，同时考察学生在实验数据分析中的逻辑性，进一步深化学生对实验的印象，达到初步培养学生科研素质的目的。
5结语与展望
高聚物表面聚集的电荷量取决于高聚物本身对电荷泄放的性质，其主要泄放方式为表面传导、本体传导以及向周围的空气中辐射，三者中以表面传导为主要途径。因为表面电导率一般大于体积电导率，所以高聚物表面的静电主要受组成它的高聚物表面电导所支配。因此，通过提高高聚物表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电产生的化学添加剂，添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法，而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料、添加抗静电剂或与其它导电分子共混技术等。
（一）添加导电填料
这类方法通常是将各种无机导电填料掺入高分子材料基体中，目前此方法中所使用的无机导电填料主要是碳系填料、金属类填料等。
（二）与结构型导电高分子材料共混
导电高分子材料中的高分子（或聚合物）是由许多小的重复出现的结构单元组成，当在材料两端加上一定的电压，材料中就有电流通过，即具有导体的性质，凡同时具备上述两项性质的材料称为导电高分子材料。与金属导体不同，它属于分子导电物质。根本上讲，此类导电高分子材料本身就可以作为抗静电材料，但由于这类高分子一般分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧化和稳定性差，无法直接单独应用，一般作导电填料与其它高分子基体进行共混，制成抗静电复合型材料，这类抗静电高分子复合材料具有较好的相容性，效果更好更持久。
（三）添加抗静电剂法
1.有机小分子抗静电剂。有机小分子抗静电剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机物质，其结构通式为RYx，其中R为亲油基团，x为亲水基团，Y为连接基。分子中非极性部分的亲油基和极性部分的亲水基之间应具有适当的平衡与高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的亲油基团，羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团，此类有机小分子抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型4大类：阳离子型抗静电剂；阴离子型抗静电剂；非离子型抗静电剂；两性型抗静电剂。
导电机理无论是外涂型还是内加型，高分子材料用抗静电剂的作用机理主要有以下4种：（1）抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性，吸收空气中的水分子，形成“海一岛”型水性的导电膜。（2）离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性。（3）介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系数。概括起来一是降低制品的表面电阻，增加导电性和加快静电电荷的漏泄；二是减少摩擦电荷的产生。
2.永久性抗静电剂。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性高聚物，它们与基体树脂有较好的相容性，因而效果稳定、持久、性能较好。它们在基体高分子中的分散程度和分散状态对基体树脂抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在特殊相溶剂存在下，经较低的剪切力拉伸作用后，在基体高分子表面呈微细的筋状，即层状分散结构，而中心部分呈球状分布，这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻，并且具有永久性抗静电性能。
二、我国高分子材料抗静电技术的发展状况
我国许多科研机构和生产企业已陆续开发出一些品种，以非离子表面活性剂为主，目前常用的品种有，大连轻工研究院开发的硬化棉籽单甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸钠）、DPE（烷基二苯醚磺酸钾）；上海助剂厂开发目前多家企业生产的抗静电剂SN（十八烷基羟乙基二甲胺硝酸盐），另外该厂生产的抗静电剂PM（硫酸二甲酯与乙醇胺的络合物）、抗静电剂P（磷酸酯与乙醇胺的缩合物）；北京化工研究院开发的ASA一10（三组份或二组份硬脂酸单甘酯复合物）、ASA一150（阳离子与非离子表面活性剂复合物），近年来又开发出ASH系列、ASP系列和AB系列产品，其中ASA系列抗静电剂由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非离子表面活性剂；ASB系列产品则为有机硼表面活性剂（主要是硼酸双多元醇脂与环氧乙烷加成物的脂肪酸酯）与其他非离子表面活性剂复合而成；ASH和ASP系列主要是阳离子与非离子表面活性复合而成，杭州化工研究所开发的HZ一1（羟乙基脂肪胺与一些配合剂复合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工业研究所开发的IC一消静电剂（咪唑一氯化钙络合物）；上海合成洗涤剂三厂开发生产的SH系列塑料抗静电剂，已经形成系列产品，在使用效果和性能上处于国内领先地位，部分品种可以替代进口，如SH一102（季铵盐型两性表面活性剂）、SH一103、104、105等（均为季铵盐型阳离子表面活性剂），SH抗静电剂属于结构较新的带多羟基阳离子表面活性剂；济南化工研究所JH一非离子型抗静电剂。（聚氧乙烯烷基胺复合物）等；
河南大学开发的KF系列等，如KF一100（非离子多羟基长碳链型抗静电剂）、KF-101（醚结构、多羟基阳离子永久型抗静电剂），另外还有聚氧乙烯醚类抗静电剂，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯专用抗静电剂202、203、204等；抗静电剂TM系列产品也是目前国内常用的，主要用于合成纤维领域。
从抗静电剂发展来看，高分子型的永久抗静电剂是最为看好的产品，尤其是在精密的电子电气领域，目前国内多家科研机构利用聚合物合金化技术开发出高分子量永久型抗静电剂方面已取得明显进展。
三、结语
我国合成材料抗静电剂行业发展前景较好，针对目前国内研究、生产、应用与需求现状，对我国合成材料抗静电剂工业发展提出以下建议。
（一）加大新品种开发力度
近年来国外开发的高性能伯醇多聚氧化乙醚类非离子型表面活性剂；用于聚碳酸酯的脂肪酸单缩水甘油酯；用于磁带工业的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；适应于聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯等多种合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，总之国内科研院所应根据我国合成材料制品要求，开发出多种高性能、环保无毒的抗静电品种，并不断强化应用技术研究，以满足国内需求。
（二）加快复合抗静电剂和母粒的研究与生产
今后要加快多种结构抗静电剂及其他塑料助剂的复配，向适应范围广、效率高、系列化、多功能、复合型等方向发展。另外合成材料多功能母粒作为助剂已经成为今后合成树脂加工改性的重要原材料，如着色、阻燃、抗菌、成核等母粒在国内开发方兴未艾，国内要加快抗静电母粒的开发与研究，促进我国抗静电剂工业发展。
参考文献：
[1]高绪珊、童俨，导电纤维及抗静电纤维[M]．北京：纺织工业出版社，1991．148154．
[2]张淑琴，抗静电剂，化工百科全书，第1版，化学工业出版社，1995（4）：667.
[3]陈湘宁、王天文，用于最佳静电防护的本征导电聚合物的最新进展[J]．化工新型材料，2002，30（11）：4750.
课程设计选题合理与否，是课程设计改革的重要环节，应注意课题的综合性、实用性及层次性［2］。课程设计环节中增加高分子材料改性及工艺探索的题目，目的在于加深学生对《高分子材料成型工艺学》、《聚合物改性原理及方法》等课程知识的理解，提高其理论联系实际和灵活运用知识的能力。选择合适的题目是保证学生如期完成课程设计的前提。课程设计环节比毕业设计环节少了8周的时间，因此课程设计选题应“小而精”，难度应明显低于毕业设计题目。如果选取完全没有研究基础的题目，学生前期探索实验会花费过多时间，不利于课程设计顺利进行。基于以上原因，笔者在以往毕业设计题目的基础上进行延伸，确定了课程设计相关题目。例如往届学生曾做过“硅橡胶阻燃材料性能研究”的毕业设计题目，对于硅橡胶混炼及硫化工艺积累了一定的经验数据，而硅橡胶材料力学性能指标还不尽如人意，需要进一步改进配方。可以在此基础上引出两个课程设计题目:“硫化剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”、“结构控制剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”，并由两个学生分别完成以上题目。由于有前人的基础，学生在实验过程中没有重复探索相关工艺参数，实验直接切入主题，有利于在有限的时间内完成课程设计。此外，两个课程设计题目虽各有侧重，但主要原材料及成型工艺都相同，故两个学生可共用一套成型设备，大大节约了设备预热及清理时间。将学生按相近课题组成互助小组，不仅提供设备利用率，也有利于学生在遇到问题时，相互讨论，相互促进［3］。
2实验人员安排
我校高分子材料与工程专业每年招生人数为80人，现有实验室设备条件尚不能满足全部学生同时开展材料改性及工艺制定等实践内容。因此，合理安排课程设计环节进行材料改性及工艺制定的学生人数，是如期完成课程设计内容的必要保证。按照人才培养方案，本专业课程设计安排在第四学年秋季学期最后4周进行。此时学生的专业课程学习已全部完成，学生对于自己的就业去向也有了初步规划。可以结合学生的就业意愿安排其课程设计内容。对于工作单位已落实为材料改性或工艺制定岗位的学生，可以优先安排其在课程设计阶段进入相关实训。课程设计内容与学生就业去向密切相关，可以充分调动学生的积极性，自觉参与到课程设计的各个环节。在本次课程设计改革试点工作中，2010级的一名学生对于硅橡胶材料配方优化题目很感兴趣，原因就是与其签约的工作单位主要生产硅橡胶产品。这名学生在课程设计过程中充分发挥了自身的主观能动性，在实验遇到问题时没有被动等待老师的安排，而是通过多方搜集资料以及与指导老师讨论等方式积极寻求解决问题的有效途径。学生在课程设计阶段提前进入“工作状态”，为学生更快适应企业工作节奏和工作思路奠定基础。
3实验进度安排及突况处理
课程设计时间只有4周。以往安排学生绘制模具图，主要按照塑件图测绘(1周)—装配图设计及绘制(1周)—零件图绘制(1周)—说明书撰写(1周)来安排进度。模具设计过程中基本不存在突发因素，设计进度容易控制。如果在课程设计中安排材料改性、工艺制定等内容，则可能由于设备故障、原料采购不及时或其他因素影响实验进度，导致学生无法如期完成课程设计［1］。为此，课程设计指导老师需要提前做好原料及实验设备的准备、检查工作，并做好应急预案。在本次课程设计改革试点工作中，主要按照资料收集、初定方案、实验验证的思路安排进度。仍然以“硫化剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”、“结构控制剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”这两个课程设计题目为例:第1周进行资料搜集并初定两种硫化剂(结构控制剂)备选;第2周进行硫化剂(结构控制剂)种类筛选;第3周确定硫化剂(结构控制剂)最佳用量;第4周整理数据并撰写课程设计小论文。从实际试点情况看来，学生在4周内完成材料改性等课程设计题目是基本可行的，所有参与试点的学生都如期完成了课程设计预定内容并按期提交了课程设计论文。在试点工作中，也出现了一些突况。在实验进行过程中，个别设备由于电压不稳导致温控器失灵而维修了几天，耽误了进度。但由于参与试点的学生们积极性及配合度较高，在第1周仅花了3天时间就提前完成了资料收集及方案的初步确定。在设备维修期间，指导教师及时调整进度，让学生把实验数据整理及课程论文框架构建与实验同步进行，大大缩短了后期课程论文撰写的时间，从而保证了课程设计如期完成。
4结语
一、从天然树脂到合成树脂
一些树木的分泌物常会形成树脂，不过琥珀却是树脂的化石，虫胶虽然也被看成树脂，但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆，最初只用作木材的防腐剂，但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后，天然产物已无法满足电气化的需要，促使人们不得不寻找新的廉价代用品。
早在1872年德国化学家拜耳（A．Bayer）首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物，但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后，苯酚已经能从煤焦油中大量获得，甲醛也作为防腐剂大量生产，因此二者的反应产物更加引人关注，希望开发出有用的产品，尽管先后有许多人为之花费了巨大劳动，但都没有达到预期结果。1904年，贝克兰和他的助手也开展这项研究，最初目的只是希望能制成代替天然树脂的绝缘漆，经过三年的艰苦努力，终于在1907年的夏天，不仅制出了绝缘漆，而且还制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite，它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。
Bakelite一经问世，很快厂商发现，它不但可以制造多种电绝缘品，而且还能制日用品，爱迪生（T．Edison）用于制造唱片，不久又在广告中宣称：已经用Bakelite制出上千种产品，于是一时间把贝克兰的发明誉为20世纪的“炼金术”。
以煤焦油为原粒的酚醛树脂，在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首，每年达20多万吨，但此后随着石油化工的发展，聚合型的合成树脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大，随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立，它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂，通过各种成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品种有几十种，世界年产量在1．2亿吨左右，我国也在500万吨以上，它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。
二、从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年，但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求，从19世纪起，人们就为寻求新的纺织品原料而努力。
1846年制成硝化纤维；1857年制成铜氨纤维；1865年制成醋酸纤维；1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等，再加上制成的纤维性能好，以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。
尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命，但它仍意味着人只是用化学方法，对天然植物纤维的再加工，而通过化学方法，制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段，才迎来了第三次纺织革命。
1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯（W．H．Carothers）博士从大学岗位上应聘到杜邦公司，负责对不久前才兴起的高分子化学的基础研究，他们研究了多种脂肪族二元酸与二醇或二元胺的缩合反应，由于保证了反应物料的严格配比，从而获得分子量很高的缩聚物，但大多数产物的熔点偏低、不耐水，虽然有的可以抽丝，但不适于用做纺织纤维。反复不断地失败使卡罗塞斯在精神上受到很大打击，以至身上经常携带着一小瓶准备自杀的氰化钾。一直到工作6年后的1934年，终于在合成的数百种产品中，找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺－66，尼龙（Nylon）是它在投产时公司使用的商品名。
杜邦公司为了使它工业化，动员了230多名各方面专家，花费2200万美元，到1939年始正式投产。这一成功不仅是合成纤维的第一次重大突破，也是高分子科学的重要进展。
尼龙投产后，杜邦公司马上宣布他们生产了比蜘蛛丝还细，比钢还结实的全新有机纤维。尽管当时第二次世界大战已经开始，仍然引起各方面关注。用它织成的女丝袜，销售第一天就卖出400万双，报纸上还报道了当时许多销售店曾引起“尼龙骚动”的场面，可惜的是卡罗塞斯本人却没有看到这种情况。41岁的他，虽然知道尼龙的研究已经取得突破性进展，但却总感到心力交瘁地被失败所缠绕，终于在1937年服毒自杀，留下深深的遗憾。
1938年德国研制出聚酰胺－6，即聚己内酰胺；1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶；1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维，但到1949年才在美国投产，商品名Orlon，我国称腈纶，此又出现多种新型合成纤维，满足了多种需要，但从应用范围和技术成熟等方面看，仍以上述几种为主，其产量约占总量的90％。
三、从天然橡胶到合成橡胶
自然界中虽然含有橡胶的植物很多，但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳，经过凝胶等工艺制成的生橡胶，最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等，但它受温度的影响很大，热时变粘，冷时变硬、变脆，因而用途很少。
1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易（Goodyear）经过反复摸索，发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体，这一发现推进了橡胶工业迅速发展。在这之前，橡胶的年产量只有388吨，但到1937年已增加到100万吨，即100年间增加了2000倍，这在天然物质利用史上是十分罕见的，尤其是1920年以后，由于汽车工业兴起，进一步扩大需求，以致世界各国开始把天然橡胶作为军用战略物资加以控制，这就迫使美、德等汽车大国，但却是天然橡胶的穷国开展合成橡胶的研究，这种研究是以制造与天然橡胶相同物质为目的开始的，因为人们已知它是由多个异戊二烯分子通过顺式加成形成的聚合体。
1914年爆发第一次世界大战，德国由于受到海上封锁，开展了强制性的合成橡胶研制和生产，终于实现了以电石为原料合成甲基橡胶的工作，到终战的1918年，共生产出2350吨。
战后，由于暂时性天然橡胶过剩，使合成橡胶的生产也告中止，但其研究工作仍在进行。先后研制成聚硫橡胶（1931年投产）、氯丁橡胶（1932年）、丁苯橡胶（1934年）、丁腈橡胶（1937年）等。
第二次世界大战期间，尤其是日本偷袭珍珠港、占领东南亚后，美国开始扩大合成橡胶生产，并纳入国防计划，1942年产量达84．5万吨，其中丁苯橡胶为70．5万吨。1950年以后，由于出现了齐格勒纳塔催化剂，在这种催化剂的作用下，生产出三种新型的定向聚合橡胶，其中的顺丁橡胶，由于它的优异性能，到20世纪80年代产量已上升到仅次于丁苯橡胶的第二位。此后又有热塑性橡胶、粉末橡胶和液体橡胶等问世，进一步满足了尖端科技发展的需要。
回顾过去，展望未来，在新世纪里新技术将更加迅猛发展，与此同时，作为技术革命物质基础的，以合成高分子为代表的新材料的研制和开发，也将越来越起着重要作用。
参考文献
近50年来，高分子合成工业取得了很大的进展。例如，造粒用挤出机的结构有了很大的改进，产量有了极大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒，产量约为3t／h；70年代至80年代中期，采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒，产量约为10t／h；80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒，产量可以达到40-45t／h，今后的发展方向是产量可高达60t／h。在l950年，全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5．8％，2000年增加至1．8亿t至2010年，全世界塑料产量将达3亿t，此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构，加速采用大规模进行低成本的生产。随着汽车工业的发展，节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要．汽车规模的不断扩大和性能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷，提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。
据悉，目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料（如钢铁等）。因此，汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外，汽车中约90％的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，模具产业超过50％的产品是汽车用模具。目前，高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展；成型加工方面，从大规模向较短研发周期的多品种转变，并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。
二、现今高分子材料成型加工技术的创新研究
（一）聚合物动态反应加工技术及设备
聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机（包括双螺杆和四螺杆挤出机）作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯（PC）连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及设备。
目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题．另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿，并在该领域处于技术领先地位。
（二）以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术
1.信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题，将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。
2.聚合物／无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计（粒子设计），在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物／无机物复合材料。
3.热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化．解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，提高我国TPV技术水平。
三、高分子材料成型加工技术的发展趋势
近年来，各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划（攻关）等项目同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套项目20多项，创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料机械有限公司，使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台（套）。销售额超过1．5亿元，还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家．产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元，每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列，投入批量生产并推向市场；塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成，目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好，聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合，引入新的管理、市场等机制，争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO，各个行业都将面临严峻挑战。
综上所述，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路，打破国外的技术封锁，实现由跟踪向跨越的转变；把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。
参考文献：
[1]ChrisRauwendaal，PolymerExtrusion，CarlHanserVerlag，Munich／FkG，l999.
[2]瞿金平，聚合物动态塑化成型加工理论与技术[M]．北京：科学出版社，2005427435．
[3]瞿金平，聚合物电磁动态塑化挤出方法及设备[J]．中国专利9O101034．
0，I990；美国专利5217302，1993.
一、从天然树脂到合成树脂
一些树木的分泌物常会形成树脂，不过琥珀却是树脂的化石，虫胶虽然也被看成树脂，但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆，最初只用作木材的防腐剂，但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后，天然产物已无法满足电气化的需要，促使人们不得不寻找新的廉价代用品。
早在1872年德国化学家拜耳（A．Bayer）首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物，但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后，苯酚已经能从煤焦油中大量获得，甲醛也作为防腐剂大量生产，因此二者的反应产物更加引人关注，希望开发出有用的产品，尽管先后有许多人为之花费了巨大劳动，但都没有达到预期结果。1904年，贝克兰和他的助手也开展这项研究，最初目的只是希望能制成代替天然树脂的绝缘漆，经过三年的艰苦努力，终于在1907年的夏天，不仅制出了绝缘漆，而且还制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite，它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。
Bakelite一经问世，很快厂商发现，它不但可以制造多种电绝缘品，而且还能制日用品，爱迪生（T．Edison）用于制造唱片，不久又在广告中宣称：已经用Bakelite制出上千种产品，于是一时间把贝克兰的发明誉为20世纪的“炼金术”。
以煤焦油为原粒的酚醛树脂，在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首，每年达20多万吨，但此后随着石油化工的发展，聚合型的合成树脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大，随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立，它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂，通过各种成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品种有几十种，世界年产量在1．2亿吨左右，我国也在500万吨以上，它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。
二、从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年，但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求，从19世纪起，人们就为寻求新的纺织品原料而努力。
1846年制成硝化纤维；1857年制成铜氨纤维；1865年制成醋酸纤维；1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等，再加上制成的纤维性能好，以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。
尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命，但它仍意味着人只是用化学方法，对天然植物纤维的再加工，而通过化学方法，制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段，才迎来了第三次纺织革命。
1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯（W．H．Carothers）博士从大学岗位上应聘到杜邦公司，负责对不久前才兴起的高分子化学的基础研究，他们研究了多种脂肪族二元酸与二醇或二元胺的缩合反应，由于保证了反应物料的严格配比，从而获得分子量很高的缩聚物，但大多数产物的熔点偏低、不耐水，虽然有的可以抽丝，但不适于用做纺织纤维。反复不断地失败使卡罗塞斯在精神上受到很大打击，以至身上经常携带着一小瓶准备自杀的氰化钾。一直到工作6年后的1934年，终于在合成的数百种产品中，找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺－66，尼龙（Nylon）是它在投产时公司使用的商品名。
杜邦公司为了使它工业化，动员了230多名各方面专家，花费2200万美元，到1939年始正式投产。这一成功不仅是合成纤维的第一次重大突破，也是高分子科学的重要进展。
尼龙投产后，杜邦公司马上宣布他们生产了比蜘蛛丝还细，比钢还结实的全新有机纤维。尽管当时第二次世界大战已经开始，仍然引起各方面关注。用它织成的女丝袜，销售第一天就卖出400万双，报纸上还报道了当时许多销售店曾引起“尼龙骚动”的场面，可惜的是卡罗塞斯本人却没有看到这种情况。41岁的他，虽然知道尼龙的研究已经取得突破性进展，但却总感到心力交瘁地被失败所缠绕，终于在1937年服毒自杀，留下深深的遗憾。
1938年德国研制出聚酰胺－6，即聚己内酰胺；1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶；1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维，但到1949年才在美国投产，商品名Orlon，我国称腈纶，此又出现多种新型合成纤维，满足了多种需要，但从应用范围和技术成熟等方面看，仍以上述几种为主，其产量约占总量的90％。
三、从天然橡胶到合成橡胶
自然界中虽然含有橡胶的植物很多，但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳，经过凝胶等工艺制成的生橡胶，最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等，但它受温度的影响很大，热时变粘，冷时变硬、变脆，因而用途很少。
1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易（Goodyear）经过反复摸索，发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体，这一发现推进了橡胶工业迅速发展。在这之前，橡胶的年产量只有388吨，但到1937年已增加到100万吨，即100年间增加了2000倍，这在天然物质利用史上是十分罕见的，尤其是1920年以后，由于汽车工业兴起，进一步扩大需求，以致世界各国开始把天然橡胶作为军用战略物资加以控制，这就迫使美、德等汽车大国，但却是天然橡胶的穷国开展合成橡胶的研究，这种研究是以制造与天然橡胶相同物质为目的开始的，因为人们已知它是由多个异戊二烯分子通过顺式加成形成的聚合体。
1914年爆发第一次世界大战，德国由于受到海上封锁，开展了强制性的合成橡胶研制和生产，终于实现了以电石为原料合成甲基橡胶的工作，到终战的1918年，共生产出2350吨。
战后，由于暂时性天然橡胶过剩，使合成橡胶的生产也告中止，但其研究工作仍在进行。先后研制成聚硫橡胶（1931年投产）、氯丁橡胶（1932年）、丁苯橡胶（1934年）、丁腈橡胶（1937年）等。
第二次世界大战期间，尤其是日本偷袭珍珠港、占领东南亚后，美国开始扩大合成橡胶生产，并纳入国防计划，1942年产量达84．5万吨，其中丁苯橡胶为70．5万吨。1950年以后，由于出现了齐格勒纳塔催化剂，在这种催化剂的作用下，生产出三种新型的定向聚合橡胶，其中的顺丁橡胶，由于它的优异性能，到20世纪80年代产量已上升到仅次于丁苯橡胶的第二位。此后又有热塑性橡胶、粉末橡胶和液体橡胶等问世，进一步满足了尖端科技发展的需要。
回顾过去，展望未来，在新世纪里新技术将更加迅猛发展，与此同时，作为技术革命物质基础的，以合成高分子为代表的新材料的研制和开发，也将越来越起着重要作用。
参考文献
关键词:高分子材料抗静电研究
静电广泛地存在于自然界和日常生活之中，如人们每时每刻呼吸的空气每厘米就含有100500个带电粒子；自然界的雷电；干燥季节里人身上化纤衣物由于摩擦起电而粘附在身体上，这一切都是比较常见的静电现象。实际上，静电在生物工程中有着重要的应用。
一、高分子抗静电的方法概述
高聚物表面聚集的电荷量取决于高聚物本身对电荷泄放的性质，其主要泄放方式为表面传导、本体传导以及向周围的空气中辐射，三者中以表面传导为主要途径。因为表面电导率一般大于体积电导率，所以高聚物表面的静电主要受组成它的高聚物表面电导所支配。因此，通过提高高聚物表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电产生的化学添加剂，添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法，而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料、添加抗静电剂或与其它导电分子共混技术等。
（一）添加导电填料
这类方法通常是将各种无机导电填料掺入高分子材料基体中，目前此方法中所使用的无机导电填料主要是碳系填料、金属类填料等。
（二）与结构型导电高分子材料共混
导电高分子材料中的高分子（或聚合物）是由许多小的重复出现的结构单元组成，当在材料两端加上一定的电压，材料中就有电流通过，即具有导体的性质，凡同时具备上述两项性质的材料称为导电高分子材料。与金属导体不同，它属于分子导电物质。根本上讲，此类导电高分子材料本身就可以作为抗静电材料，但由于这类高分子一般分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧化和稳定性差，无法直接单独应用，一般作导电填料与其它高分子基体进行共混，制成抗静电复合型材料，这类抗静电高分子复合材料具有较好的相容性，效果更好更持久。
（三）添加抗静电剂法
1.有机小分子抗静电剂。有机小分子抗静电剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机物质，其结构通式为RYx，其中R为亲油基团，x为亲水基团，Y为连接基。分子中非极性部分的亲油基和极性部分的亲水基之间应具有适当的平衡与高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的亲油基团，羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团，此类有机小分子抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型4大类：阳离子型抗静电剂；阴离子型抗静电剂；非离子型抗静电剂；两性型抗静电剂。
导电机理无论是外涂型还是内加型，高分子材料用抗静电剂的作用机理主要有以下4种：（1）抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性，吸收空气中的水分子，形成“海一岛”型水性的导电膜。（2）离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性。（3）介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系数。概括起来一是降低制品的表面电阻，增加导电性和加快静电电荷的漏泄；二是减少摩擦电荷的产生。
2.永久性抗静电剂。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性高聚物，它们与基体树脂有较好的相容性，因而效果稳定、持久、性能较好。它们在基体高分子中的分散程度和分散状态对基体树脂抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在特殊相溶剂存在下，经较低的剪切力拉伸作用后，在基体高分子表面呈微细的筋状，即层状分散结构，而中心部分呈球状分布，这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻，并且具有永久性抗静电性能。
二、我国高分子材料抗静电技术的发展状况
我国许多科研机构和生产企业已陆续开发出一些品种，以非离子表面活性剂为主，目前常用的品种有，大连轻工研究院开发的硬化棉籽单甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸钠）、DPE（烷基二苯醚磺酸钾）；上海助剂厂开发目前多家企业生产的抗静电剂SN（十八烷基羟乙基二甲胺硝酸盐），另外该厂生产的抗静电剂PM（硫酸二甲酯与乙醇胺的络合物）、抗静电剂P（磷酸酯与乙醇胺的缩合物）；北京化工研究院开发的ASA一10（三组份或二组份硬脂酸单甘酯复合物）、ASA一150（阳离子与非离子表面活性剂复合物），近年来又开发出ASH系列、ASP系列和AB系列产品，其中ASA系列抗静电剂由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非离子表面活性剂；ASB系列产品则为有机硼表面活性剂（主要是硼酸双多元醇脂与环氧乙烷加成物的脂肪酸酯）与其他非离子表面活性剂复合而成；ASH和ASP系列主要是阳离子与非离子表面活性复合而成，杭州化工研究所开发的HZ一1（羟乙基脂肪胺与一些配合剂复合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工业研究所开发的IC一消静电剂（咪唑一氯化钙络合物）；上海合成洗涤剂三厂开发生产的SH系列塑料抗静电剂，已经形成系列产品，在使用效果和性能上处于国内领先地位，部分品种可以替代进口，如SH一102（季铵盐型两性表面活性剂）、SH一103、104、105等（均为季铵盐型阳离子表面活性剂），SH抗静电剂属于结构较新的带多羟基阳离子表面活性剂；济南化工研究所JH一非离子型抗静电剂。（聚氧乙烯烷基胺复合物）等；
河南大学开发的KF系列等，如KF一100（非离子多羟基长碳链型抗静电剂）、KF-101（醚结构、多羟基阳离子永久型抗静电剂），另外还有聚氧乙烯醚类抗静电剂，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯专用抗静电剂202、203、204等；抗静电剂TM系列产品也是目前国内常用的，主要用于合成纤维领域。
从抗静电剂发展来看，高分子型的永久抗静电剂是最为看好的产品，尤其是在精密的电子电气领域，目前国内多家科研机构利用聚合物合金化技术开发出高分子量永久型抗静电剂方面已取得明显进展。
三、结语
我国合成材料抗静电剂行业发展前景较好，针对目前国内研究、生产、应用与需求现状，对我国合成材料抗静电剂工业发展提出以下建议。
（一）加大新品种开发力度
近年来国外开发的高性能伯醇多聚氧化乙醚类非离子型表面活性剂；用于聚碳酸酯的脂肪酸单缩水甘油酯；用于磁带工业的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；适应于聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯等多种合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，总之国内科研院所应根据我国合成材料制品要求，开发出多种高性能、环保无毒的抗静电品种，并不断强化应用技术研究，以满足国内需求。
（二）加快复
合抗静电剂和母粒的研究与生产
今后要加快多种结构抗静电剂及其他塑料助剂的复配，向适应范围广、效率高、系列化、多功能、复合型等方向发展。另外合成材料多功能母粒作为助剂已经成为今后合成树脂加工改性的重要原材料，如着色、阻燃、抗菌、成核等母粒在国内开发方兴未艾，国内要加快抗静电母粒的开发与研究，促进我国抗静电剂工业发展。
参考文献：
[1]高绪珊、童俨，导电纤维及抗静电纤维[M]．北京：纺织工业出版社，1991．148154．
