高分子材料的主要性能特點范文

導語：如何才能寫好一篇高分子材料的主要性能特點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、功能高分子材料的介紹以及其研究現狀

1.功能高分子材料的簡介

功能高分子材料是指具有傳遞、轉換或貯存物質、能量和信息作用的高分子及其復合材料，或具體地指在原有力學性能的基礎上，還具有化學反應活性、光敏性、導電性、催化性、生物相容性、藥理性、選擇分離性、能量轉換性、磁性等功能的高分子及其復合材料，通常也可簡稱為功能高分子，也可稱為精細高分子或特種高分子。

2.功能高分子材料的研究現狀

在原來高分子材料的基礎上，可將功能高分子材料分為兩類：一類是以改進其性能為目的的高功能高分子材料；另一類是為賦予其某種新功能的新型功能高分子材料。

2.1高功能高分子材料

2.1.1光功能高分子材料

光功能高分子材料是指能夠對光進行透射、吸收、儲存、轉換的一類高分子材料，可制成各種透鏡、棱鏡、塑料光導纖維、塑料石英復合光導纖維、感光樹脂、光固化涂料及黏合劑等。這類材料主要包括光記錄材料、光導材料、光加工材料、光轉換系統材料、光學用塑料、光導電用材料、光合作用材料、光顯示用材料等。在光的作用下，實現對光的傳輸、吸收、貯存、轉換的高分子材料即為光功能高分子材料

2.1.2生物醫用高分子材料

生物醫用高分子材料需要滿足的基本條件：除具有醫療功能外，還要強調安全性，即要對人體健康無害。不會因與體液或血液接觸而發生變化；對周圍組織不會引起炎癥反應；不會產生遺傳毒性和致癌；不會產生免疫毒性；長期植入體內也應保持所需的拉伸強度和彈性等物理機械性能；具有良好的血液相容性；能經受必要的滅菌過程而不變形；易于加工成所需要的、復雜的形態。

2.1.3電功能高分子材料

導電高分子材料通常是指一類具有導電功能、電導率在10-6S/cm以上的聚合物材料。這類高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蝕、可大面積成膜，以及電導率可在絕緣體-半導體-金屬態（10-9到105S/cm）的范圍里變化。按照材料結構和制備方法的不同可把導電高分子材料分為結構型（或本征型）導電高分子材料和復合型導電高分子材料兩大類。

2.2新型功能高分子材料

2.2.1高吸水性高分子材料

高吸水性樹脂是一種三維網絡結構的新型功能高分子材料，它不溶于水而大量吸水膨脹形成高含水凝膠。高吸水性樹脂的主要性能是具有吸水性和保水性。它可吸收自身重量數百倍至上千倍的水，自身含有強親水性基團同時具有一定交聯度。，此外，高吸水性樹脂的保水性能極好，即使受壓也不會滲水，而且具有吸收氨等臭氣的功能。高吸水性樹脂在石油、化工、輕工、建筑等部門被用作堵水劑、脫水劑、增粘劑、密封材料等；在農業上可以做土壤改良劑、保水劑、植物無土栽培材料、種子覆蓋材料，并可用以改造沙漠，防止土壤流失等；在日常生活中，高吸水性樹脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋墊、一次性尿布等。

2.2.2形狀記憶功能高分子材料

形狀記憶功能高分子材料自19世紀80年現熱致形狀記憶高分子材料，人們開始廣泛關注作為功能材料的一個分支——形狀記憶功能高分子材料。形狀記憶功能材料的特點是形狀記憶性，它是一種能循環多次的可逆變化。即具有特定形狀的聚合物受到外力作用，發生變形并被保持下來；一旦給予適當的條件（力、熱、光、電、磁），就會恢復到原始狀態。

2.2.3生物可降解高分子材料

生物降解高分子材料具有無毒、可生物降解及良好的生物相容性等優點，所以其應用領域非常廣，市場潛力非常大。高分子的降解主要是各種生物酶的水解，其中聚乳酸類高分子是已開發應用于生命科學新型生物可降解材料，生物降解高分子材料除了在包裝、餐飲業、農業、醫藥領域的應用外，在一次性日用品、漁網具、尿布、衛生巾、化妝品、手套、鞋套、頭套、桌布、園藝等多方面都存在著潛在的市場，有很好的發展前景。

二、新型高分子材料的應用

現代高分子材料是相對于傳統材料如玻璃而言是后起的材料，但其發展的速度應用的廣泛性卻大大超越了傳統材料。高分子材料不僅可以用于結構材料，也可以用于功能材料。

這些新型的高分子材料在人類的社會生活、醫藥衛生、工業生產和尖端技術等方方面面都有廣泛的應用。在生物的醫用材料界中研制出的一系列的改性聚碳酸亞丙酯（PM-PPC）的新型高分子材料是腹壁缺損修復的高效材料；在工業污水的處理中，可以利用新型高分子材料的物理法除去油田中的污水；開發的苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂及聚酰亞胺等熱固性樹脂復合材料，這些材料比模量和比強度比金屬還高，是國防、尖端技術等方面不可缺少的材料；同樣，在藥物的傳遞系統中應用新型的高分子材料，在包轉材料中的應用，在藥劑學中應用等等。

三、開發新型高分子材料的重要意義

從上世紀30年代高分子材料的出現開始到現代，世界工業科學不再只是滿足與對基礎高分子材料的開發研究，從90代開始，科學家們就將注意力轉到了高智能的高分子材料的開發上。新型高分子材料的開發主要是集中在制造工藝的改進上，以提高產品的性能，減少環境的污染，節約資源。目前而言，合成樹脂新品種、新牌號和專用樹脂仍然層出不窮，以茂金屬催化劑為代表的新一代聚烯烴催化劑開發仍然是高分子材料技術開發的熱點之一。在開發新聚合方法方面，著重于陰離子活性聚合、基團轉移聚合和微乳液聚合的丁業化。同時，也更加重視在降低和防止高分子材料生產和使用過程中造成的環境污染。新型高分子材料的開發，不但能夠滿足現代工業發展對于材料工業的高要求，更重要的是能夠促進能源與資源的節約，減少環境的污染，提高生產的能力，體現現代科技的高速發展。加快高分子材料回收、再生技術的開發和推廣應用，大力開展有利于保護環境的可降解高分子材料的研究開發。

四、結束語

材料是人類用來制造各種產品的物質，是人類生活和生產的物質基礎，是一個國家工業發展的重要基礎和標志。我國國民經濟和高技術已進入高速發展時期，需要日益增多的高性能、廉價的高分子材料，環境保護則要求發展環境協調、高效益的高分子材料制備和改性新技術，實施高分子材料綠色工程。作為材料重要組成部分的高分子材料隨著時代的發展，技術的進步，越來越能影響人類的生活，工業的進步。

參考文獻

[1]嚴瑞芳.高分子形狀記憶材料.材料科學技術百科全書[M].北京：中國大百科全書出版社，2008：382～383.

[2]陳莉主編.智能高分子材料[M].北京：化學工業出版社，2006.

[3]何天白，胡漢杰主編，功能高分子與新技術，北京：化學工業出版社，2009.

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關鍵詞:納米復合材料；特性；制備技術；應用

1 引言

“納米復合材料”的提出是在20 世紀80 年代末期,由于納米復合材料種類繁多以及納米相復合粒子具有獨特的性能,使其一出現即為世界各國科研工作者所關注,并看好它的應用前景。根據國際標準化組織的定義,復合材料就是由2種或2種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固態材料。在復合材料中,通常有一種為連續相的基體和分散相的增強材料。由于納米復合材料各組分間性能“取長補短”,充分彌補了單一材料的缺點和不足,產生了單一材料所不具備的新性能,開創了材料設計方面的新局面,因此研究納米復合粒子的制備技術有著重要的意義。

納米復合材料由2種或2種以上的固相[其中至少有一維為納米級大小(1 nm～100 nm) ]復合而成。納米復合材料也可以是指分散相尺寸有一維小于100 nm的復合材料,分散相的組成可以是有機化合物,也可以是無機化合物。本文在文獻的基礎上,針對納米復合材料的主要性能與特點、制備技術、主要應用及應用前景等作了比較詳細的介紹和展望。

2納米復合材料的性能與特點

2. 1納米復合材料的基本性能

納米復合材料在基本性能上具有普通復合材料所具有的共同特點:

1) 可綜合發揮各組分間協同效能。這是其中任何一種材料都不具備的功能,是復合材料的協同效應所賦予的。納米材料的協同效應更加明顯。

2) 性能的可設計性 。當強調紫外線光屏蔽時,可選用TiO2 納米材料進行復合;當強調經濟效益時,可選用CaCO3 納米材料進行復合。

2. 2納米復合材料的特殊性質

由無機納米材料與有機聚合物復合而成的納米復合材料具有獨特的性能:

1) 同步增韌、增強效應。納米材料對有機聚合物的復合改性則可在發揮無機材料增強效果的同時起到增韌的效果,這是納米材料對有機聚合物復合改性最顯著的效果之一。

2) 新型功能高分子材料。納米復合材料以納米級水平平均分散在復合材料中,沒有所謂的官能團,但它可以直接或間接地達到具體功能的目的,比如光電轉換、高效催化劑、紫外光屏蔽等。

3) 強度大、彈性模量高。納米材料加入的有機聚合物復合材料有更高的強度和彈性模量,加入很少量( 3% ～5%,質量分數)即可使聚合物的強度、剛度、韌性和阻隔性得到明顯地提高,且納米材料粒度越細,復合材料的強度、彈性模量就越大。

4) 阻隔性能。對插層納米復合材料能顯著地提高復合材料的耐熱性及尺寸的穩定性,層狀無機納米材料可在二維方向上阻隔各種氣體的滲透,所以具有良好的阻燃、氣密作用。

3納米復合材料的制備技術

粒子表面處理的方法通常是將一種物質吸附或包覆于另一種物質的表面,兩種或多種物質接觸緊密或形成一定的化學鍵。從國內外目前的研究現狀來看,納米復合材料的制備方法主要有下列幾種。

2. 1機械化學法

采用機械化學法對超細粉體進行表面改性。機械化學法具有處理時間短、反應過程易控制、可連續批量生產的優點。該法的缺點是易使無機離子的晶型遭到破壞,包覆不均勻,而且一般要求母粒子在微米級,并要先制備單一的超細粒子。

2. 2氣相法

氣相法制備納米復合材料的方法主要包括物理氣相沉淀法和化學氣相沉淀法。

1) 物理沉淀法是最早用來制備單一物質的納米材料的經典物理制備方法。

2) 氣相反應法是以揮發性金屬鹵化物和氫化物或有機金屬化合物為原料,進行氣相熱分解和其他化學反應來制成超細復合材料,這是合成高熔點無機化合物細粉最引人注目的方法之一。

2. 3液相法

該方法是目前廣泛使用的合成納米粒子的方法,也是制備納米復合材料的重要方法。

2. 4固相反應法

固相反應法是指固體直接參與化學反應并發生化學變化,同時在固體內部或外部至少有1個過程起控制作用的反應。

3納米復合材料的應用

納米復合材料是隨著納米技術的發展而產生的一種新型材料,由于納米復合材料特殊的性能,所以它一經產生便引起了人們的極大關注,并被廣泛地應用于國民經濟各領域和軍事領域。

在功能材料中,主要可用作納米復合功能陶瓷的納米復合材料,金屬基納米復合功能材料、高分子納米復合功能材料、超導復合材料和納米復合隱身材料等。在醫用器件中,主要用作納米生物醫用信息處理系統、醫用納米機器人;納米醫用藥物中的藥物性納米粒子和納米醫用載體。在軍事領域中最有代表性的是采用納米復合材料制備高性能的發動機,美國已開始進入實用階段。電子對抗領域也是納米粒子的重要應用領域。

4結束語

納米復合材料作為一種新型的納米材料,以其優良的性能和特點以及眾多潛在的應用領域正日益成為研究和開發的重點。世界發達國家正在部署的未來10年～15年納米研究發展規劃,無論是美國的“信息高速公路計劃”、歐盟的“尤里卡計劃”,還是日本的“高技術探索計劃”,都已把納米材料列為重點發展項目 。我國在20世紀80年代末的“八五”期間,就將“納米材料科學”列入了“國家攀登計劃”,國家“863”計劃新材料主題也對納米材料有關科技創新的課題進行了立項研究。20多年來,雖然我國在納米材料基礎研究方面取得了一些令人矚目的研究成果,但就國家總體重視程度、投資力度、信息和成果的共享以及產業化的程度方面來看,仍與發達國家存在著較大差距。因此,我們應盡快制定納米技術發展計劃,加快納米復合材料研究和開發的進程。

參考文獻:

[ 1 ] 張立德,牟季美. 納米材料和納米結構[M ]. 北京:科學出版社, 2001.

[ 2 ] Zhang Rubing. The study on p reparation technology ofnanometer composite materials (Ⅰ) [ J ]. Chinese Journalof Exp losives & Propellants, 1999, 22 (1) : 45248.

[ 3 ] 生瑜,欽,陳建定. 聚合物基無機納米復合材料的制備方法[ J ]. 高分子通報, 2001 (4) : 9213.

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關鍵詞：外墻外保溫；節能材料；圍護體系

外墻外保溫技術是將憎水性、低收縮率的保溫材料通過粘結或錨固牢固地置于建筑物墻體外側，并在其外側施工裝飾層的方法。外墻外保溫技術在建筑節能應用中需要解決的問題主要有：

1)安全性。保溫層與結構層、保溫層與保護層以及保護層與飾面層應有良好的粘結性能和安全的構造措施；

2)防裂性。防止和消除保護層和飾面層出現裂縫，采取減少保溫層及其保護層應力集中和收縮變形的措施；

3)耐久性。解決好保溫層、保護層與飾面層的抗老化和耐候住問題。

1工程概況

某工程共是6棟11-12層住宅，下為1層商業裙房，1、2、6、7棟是南北朝向，3、5棟是東西朝向。平面與豎向構成：由于規劃限定建筑層數不超過12層且容積率不低，解決日照遮擋問題至關重要。經多方案比較研究，住宅呈向東開口的U字型格局，內環中心庭園，兼顧住宅的朝向、自然通風、景觀利用等因

素，避免了與東面現狀建筑相互遮擋與對視。為充分利用自然地形以方便使用減少土方施工量，將該工程西北角商業室內空間首層地面設為±0.00，順應地勢將沿街商業空間首層標高設置為6個不同標高，以求商業空間與周邊道路便捷銜接。沿街商業空間結合使用功能、兼顧住宅標高設計簡單合理的因素，層高設計為6米左右，亦滿足彈性開發要求。

該工程為節能型建筑，復合墻體是由絕熱材料與傳統墻體材料或某些新型墻體材料復合構成。與單一材料節能墻體相比，復合節能墻體由于采用了高效絕熱材料而具有更好的熱工性能。筆者根據該工程的實踐經驗，對大力推廣外墻保溫技術的同時，要加強新型節能材料的開發和利用，從而真正實現建筑節能進行探討。

2外墻外保溫技術及其特點

外保溫是目前大力推廣的一種建筑保溫節能技術。外保溫與內保溫相比，技術合理，有明顯優越性，使用同樣規格、尺寸、性能的保溫材料，外保溫比內保溫的效果好。外保溫技術不僅適用于新建工程，也適用于舊樓改造，適用范圍廣，技術含量高；外保溫包在主體結構外側，能夠保護主體結構，延長建筑物壽命，有效減少建筑結構的熱橋，增加建筑的有效空間；消除冷凝，提高居住舒

適度。下面略述幾種比較成熟的外墻保溫技術。

2.1外掛式外保溫

外掛保溫材料有巖(礦)棉、玻璃棉氈、聚苯、陶粒混凝土復合聚苯仿石裝飾保溫板、鋼絲網架夾芯墻板等。其中聚苯板因具有優良的物理性能、成本低，已在外墻保溫外掛技術中被廣泛應用。外掛技術采用粘接砂漿或專用固定件將保溫材料貼、掛在外墻上，然后抹抗裂砂漿，壓入玻璃纖維網格布形成保護層，最后做裝飾面。

另外也用專用的固定件將不易吸水的各種保溫板固定在外墻上，然后將鋁板、天然石材、彩色玻璃等外掛在預先制作的龍骨上，直接形成裝飾面。外掛式外保溫安裝費時，施工難度大，且占用主導工期，待主體驗收完后才可以進行施工。在進行高層施工時，施工人員的安全不易得到保障。

2.2聚苯板與墻體一次澆注成型

在混凝土框-剪體系中將聚苯板置于建筑模板內，聚苯板在外側，內側澆注混凝土，一次澆注成型為復合墻體。由于外墻主體與保溫層一次成型，工效提高，工期大大縮短，施工人員的安全性得到了保證。冬季施工時，聚苯板起保溫作用，可減少護保溫措施。澆注混凝土時要均勻、連續，否則由于混凝土側壓力影響會造成聚苯板在拆模后出現變形和錯茬，影響后序施工。內置聚苯板可以是雙面鋼絲網，也可以是單面鋼絲網。雙面鋼絲網聚苯板與混凝土的連接，靠內側鋼絲網架與墻體外側配筋相綁扎及混凝土與聚苯板的粘接力，結合性能良好，具有較高的安全度。單面鋼絲網聚苯板與混凝土的連接，主要靠混凝土與聚苯板的粘接力及斜插鋼筋、L型鋼等與混凝土墻體的錨固力，結合性能也較好。與雙鋼絲網相比，單面鋼絲網技術因取消了內側鋼絲網和安裝保溫板前的板外側抹灰，節省了工時和材料，造價可降低10%左右。但此兩種做法都采用了鋼絲網架，造價較高，且鋼材是熱的良導體，直接傳熱，會降低墻體的保溫效果。

2.3聚苯顆粒保溫料漿外墻保溫

將廢棄的聚苯乙烯塑料加工破碎成為0.5mm～4mm的顆粒，作為輕集料配制保溫砂漿。該技術包含保溫層、抗裂防護層和抗滲保護面層(或是面層防滲抗裂二合一砂漿層)。其中ZL膠粉聚苯顆粒保溫材料及技術在1998年就被建設部列為國家級工法。此工法是目前廣泛認可的外墻保溫技術。該技術施工簡便，可減少勞動強度，提高工作效率；不受結構質量差異的影響，對有缺陷的墻體施工時墻面不需修補找平，直接用保溫料漿找補即可，避免了別的保溫施工技術因找平抹灰過厚而脫落的現象。同時解決了外墻保溫工程中因使用條件惡劣造成界面層易脫粘空鼓、面層易開裂等問題，與別的外保溫技術相比較，達到同樣保溫效果的情況下，其成本較低，可降低房屋建筑造價。此外，節能保溫墻體技術中還有將墻體做成夾層，把珍珠巖、木屑、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯

泡沫塑料等填入夾層中，形成保溫層。

3外墻保溫節能材料

3.1絕熱材料的性能

絕熱，就是要最大限度地阻抗熱流傳遞，因此要求絕熱材料必須具有大的熱阻和小的導熱系數。材料的導熱系數一般是有機高分子材料都小于無機材料；非金屬材料小于金屬材料；氣態物質小于液態物質，液態物質小于固體。在條件允許的情況下，應盡量使用有機高分子材料或無定形無機材料。從材料的結構上看，當材料表觀密度降低、孔隙率增大，材料內部孔隙為大量封閉的微小孔時，材料的導熱系數比較小。對于泡沫塑料制品，要滿足保溫絕熱材料的要求，其最佳表觀密度為16kg/m3～40kg/m3。由于孔隙的存在，材料在潮濕的環境下，不可避免地要吸水，而水的導熱系數(0.5815W/(m.K))比靜止空氣的導熱系數(0.0233W/(m.K))大很多，因此，當環境濕度增大時，材料的含水率增大會導致其導熱系數變化。所以作為保溫絕熱材料，其自身的吸濕率要盡量低，要對材料進行憎水處理或用防水材料包覆。另外，保溫絕熱材料還須能抵抗一定的沖擊荷

載，具有與使用環境相一致的機械強度。粘結性能要好，收縮率要求耐久性要強。

3.2常用保溫絕熱材料

能滿足上述性能要求而用于建筑外保溫的節能材料主要有:聚苯板、巖(礦)棉板、玻璃棉氈以及超輕聚苯顆粒保溫料漿等。以上各種材料內部都有大量的封閉孔，表觀密度都較小，性能對比見表1。

表1常用保溫絕熱材料的主要性能

巖(礦)棉和玻璃棉都屬于無機材料。巖棉不燃燒，價格較低，在滿足保溫隔熱性能的同時還具有一定的隔聲效果。但巖棉的質量優劣相差很大，保溫性能好的密度低，其抗拉強度也低，耐久性比較差。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處，手感好于巖棉，可改善工人的勞動條件。但價格較巖棉高。聚苯板表觀密度小、導熱系數小、吸水率低、隔音性能好、機械強度高，且尺寸精度高，結

構均勻。因此在外墻保溫中占有率很高。

硬質聚氨酯泡沫塑料具有非常優越的絕熱性能，它的導熱系數低(0.025W/(m.K))是其他材料無法相比的。同時其特有的閉孔結構使其具有更優越的耐水汽性能，由于不需要額外的絕緣防潮，簡化了施工程序，降低工程造價。但因其價格較高且阻燃性不佳，又限制了它的使用。

聚苯顆粒保溫料漿由聚苯顆粒和保溫膠粉料分別按配比組成。保溫膠粉料采用預混干拌技術在工廠將水泥與高分子材料、引氣劑等各種添加劑混均后包裝，使用時按配比加水在攪拌機中攪拌成漿體后再加入聚苯顆粒，充分攪拌形成塑性良好的膏狀體，將其抹于墻體，干燥后便形成保溫性能優良的隔熱層。此種材料施工方便，保溫性能良好。其中的聚苯顆粒可以采用工業品，也可以采用廢舊聚苯板經機械破碎后的顆粒。但此種保溫材料吸水率較其他材料高，使用時必須加做抗裂防水層?？沽逊浪Ｗo層材料由抗裂水泥砂漿復合玻纖網組成，可長期有效控制防護層裂縫的產生。

4工程實例應用

鋼結構住宅對圍護結構的基本要求是：圍護結構應與鋼結構有可靠的連接和抗震性能。墻體宜選用高強、輕質，且具有良好的保溫隔熱、防水、防火、抗裂和耐候等綜合性能的板材。

4.1外墻材料選取的類型

某建筑采用的是LCC-C節能復合墻板，這種墻板是由兩側鋼筋混凝土（或陶?；炷粒┌濉⒅虚g夾有50-100mm厚的聚苯乙烯板組成的一種新型墻板，是某公司為配合“H型鋼結構節能住宅建筑體系研究與就”課題的推廣應用而開發的主要產品。

該板經某機構檢測，報告表明此墻板完全滿足鋼結構住宅對圍護結構的基本要求，表1為復合墻板的基本性能與檢測結果。復合墻板內外由φ2.5@50的鋼絲網和φ3斜插鋼絲形成的空間受力結構體系，經試驗室檢測和實際應用發現，防火、保溫節能標準均達到規范要求。復合墻板主要作為非承重的護墻使用，厚度為120-160mm，保溫節能效果好，目前生產的140mm厚復合墻板已滿足建筑節能65%的要求。

表5-1LCC-C復合墻板的性能指標與檢測結果

復合墻板為整開間設計，具有安裝速度快，墻板縫隙少，節能保溫與承載集于一體的優勢，而且大大減少了漏雨漏水、隔音防噪效果差、墻面易開裂等問題。在同等條件下，復合墻體可比其他墻體厚度減小50%左右，可有效增加建筑使用面積。該墻板已經在鋼結構住宅建設中成功應用近20萬平方米。在圍護結構的防火方面也可以考慮采用前述的結構型防火方式，用耐火石膏對墻板進行裝飾，以使這種復合式墻板達到鋼混及砌體的防火等級。

4結束語

目前我國外墻保溫技術發展很快，是節能工作重點。外墻保溫技術的發展與節能材料的革新密不可分的，建筑節能必須以發展新型節能材料為前提，必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎，節能材料的發展又必須與外墻保溫技術相結合，才能真正發揮其作用。正是由于節能材料的不斷革新，外墻保溫技術的優越性才日益受到人們重視。所以在大力推廣外墻保溫技術的同時，要加強新型節能材

料的開發和利用，從而真正實現建筑節能。

參考文獻：

[1]侯小慧.建筑外墻外保溫技術與建筑節能.《內江科技》2010年09期

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關鍵詞：復合金屬導體；隱式接頭焊接；防腐耐油；彈簧式；發熱軟電纜

中圖分類號：TM24 文獻標識碼：A

引言

發熱電纜廣泛應用在建筑、石化、石油等領域。尤其建筑采暖市場發展迅速，我國年需求將超過50億元人民幣。目前，普通發熱電纜生產工藝已經成熟，但普通的發熱電纜卻在某些特殊場合不能滿足使用要求，如油污等惡劣環境及防腐蝕、耐高低溫等場合。普通發熱電纜易腐蝕老化開裂，降低了電纜的使用壽命，影響正常生產生活活動，同時造成一定的經濟損失。新研制的防腐耐油發熱軟電纜具有安裝維護方便、節能環保、安全可靠、用途廣泛等特點，同時具備柔軟、防腐、耐油、耐高低溫等多項優越性能。產品符合國家環保要求和發展方向，屬新型環保類電纜高新技術產品。

1 電纜結構設計

防腐耐油發熱軟電纜其結構特征是：該電纜導體選用電阻率永久恒定的銅鎳合金和鎳鉻合金作為發熱體，發熱體是發熱電纜的核心，即使發熱電纜在惡劣的環境中工作（-60℃～180℃），也應保證其有效的加熱功能。內絕緣選用PTFE氟塑料，該種材料是有機物中電氣性能、機械性能、耐寒耐熱性能最佳塑料。該種PTFE絕緣材料的使用，能大大降低外絕緣交聯聚烯烴的表面溫度，使外絕緣層能夠保持在正常的溫度內工作，確保外絕緣料性能不受影響。在冷熱線接頭處采用PTFE氟塑料擠包，且擠包長度向外延伸3～4cm。因存在冷熱接頭，其所處部位電阻通常要高于正常值，產生的熱量和溫度也高。采用在冷熱線接頭處PTFE氟塑料絕緣向外延伸方法，就是要保證此處有良好的電氣性能和機械性能。外絕緣層采用絕緣性能優、耐熱性能好的交聯型聚烯烴材料，以滿足電纜的絕緣性能和耐高低性能。屏蔽采用雙層鋁塑復合帶縱包結構，使屏蔽覆蓋率達100%，同時在鋁塑復合帶屏蔽層下增設鍍錫銅絲引流線，可有效將電磁場引入大地，實現良好的抗電磁干擾能力。護套采用耐熱180度的抗拉撕硅橡膠材料，可使電纜具有優良的防腐、耐油特性，也可有效保護電纜線芯同時增加了電纜的散熱面積。

2 科學技術路線

2.1 發熱電纜導體選擇

根據國家標準《GB/T20841―2007額定電壓300/500V生活設施加熱和防結冰用加熱電纜》規定：發熱電纜直徑不得小于6mm，因此本發熱電纜設計導體直徑為6.5±0.3mm，同時導體采用新型的復合金屬發熱材料，由多股合金材料絞合而成，其具有抗拉強度高（70N/mm2）、電阻率低、柔軟性好、接觸電阻低、可焊性好等優點。

2.2 耐高溫指標

原創性地將導熱功能引人高分子絕緣材料，將絕緣材料的導熱率提高了10倍，使高分子材料的熱老化溫度下降了近60℃，從而成倍地提高了發熱電纜的使用壽命、熱效率和升溫速率?！禛B/T20841―2007額定電壓300/500V生活設施加熱和防結冰用加熱電纜》標準規定：發熱電纜的導體線芯最高工作溫度為90℃，電纜護套最高工作溫度為65℃。而新研發的防腐耐油發熱軟電纜新產品導體采用合金導體，絕緣選用PTFE氟塑料和交聯聚烯烴材料，其線芯最高工作溫度可達150℃。護套采用硅橡膠材料，可使電纜耐環境溫度最高達180℃。電纜絕緣和護套材料的耐高溫指標均超過國家標準，其目的是：保證發熱電纜可在高溫環境中長期使用而不發生故障。我公司作比對試驗發現：新型的防腐耐油發熱軟電纜可經150℃工作溫度，180天不間斷加熱試驗，電纜仍完好無損；而普通發熱電纜在同等條件下，通電加熱23天后便出現故障停止加熱。

2.3 發熱電纜組成及工作原理

組成：分戶電表配電裝置溫控器發熱電纜向地面供暖。

工作原理：發熱電纜通電后產生熱量，其溫度一般可控制在50℃～60℃，熱量通過熱傳導方式向周圍的水泥、地磚傳熱，其傳導熱量約占電纜發熱量的70%；同時發熱電纜在通電后，還會產生7～10微米的遠紅外向空間輻射，這部分熱量約占電纜發熱量的30%，因此電纜供暖效果良好利用率高，熱效率幾乎無損耗。

3 產品試驗設計

3.1 彎曲性能

防腐耐油發熱軟電纜采用彈簧式制造技術，有效地提高了電纜的柔軟度，從而避免由于地面高度落差而造成對電纜敷設及產品性能的影響。

3.2 耐溫和耐高頻性能

一般來說絕緣層的質量好壞直接影響到發熱電纜的壽命，電纜絕緣材質的改進，提高了電纜的耐寒性、耐熱性能，使電纜可在-60℃～+180℃范圍內正常工作；電纜的耐高頻性能：在50赫到1000赫廣闊的超高頻范圍內，耐高頻性能幾乎不變，產品優于市場上銷售的任何發熱電纜。

3.3 防腐耐油性能

護套材料采用具有優異的耐腐蝕、耐高低溫的硅橡膠材料，既能滿足電纜的耐高低溫性能，又能滿足其在惡劣環境中長期使用。在酸堿液類型（HCL、NaOH標準溶液）1mol（168h）的試驗條件下：抗張強度變化率小于±30%，為14%；斷裂伸長率≥100%，為180%。

4 試制中存在的問題及解決方案

在試制過程中我們遇到了一些技術上的關鍵性問題，針對問題我們逐一分析、研究與突破，主要有以下幾點：

4.1 原有外護套的存在散熱效果不好、易老化問題

我們根據新研制的產品特點，采用了目前橡膠中最好的硅橡膠材料，用它作為電纜的護套，它具有：良好的導熱、散熱、粘接性能；固化速度快，對金屬有良好的附著力且無腐蝕；長期使用不會脫落，不會產生接觸縫隙而降低散熱效果；卓越的耐高低性能、耐老化性能、電絕緣性能和優異的防潮、防腐、耐油、耐電暈性能，可滿足電纜的使用要求。

4.2 發熱時電磁輻射問題

由于發熱電纜一般用于人員較為密集的場所，而電纜在通電發熱過程中，會產生電磁輻射（電磁輻射超過100微特斯拉對人身健康產生影響）。因此我們采用雙層鋁塑復合帶和鍍錫銅絲引流線屏蔽結構，有效地將電磁場屏蔽在纜芯內防止向周圍擴散，且通過增設鍍錫銅絲引流線，可將電磁場引入大地，使電纜屏蔽層與大地形成等電位端，使電纜產生的電磁輻射不超過20微特斯拉，避免了電磁輻射對人身的傷害。

4.3 冷熱絲接頭問題

目前市場上發熱電纜大部分都采用冷接方法（冷、熱線用機械壓接的方式處理）。電纜在長期的運行中，發熱部分與冷引線部份的接觸點會因為接觸不良而形成較大電阻，在接頭部分產生高溫，最終在接頭處燒壞。冷接頭就像家里用的電爐一樣，電爐絲是很少被燒斷的，而電爐絲與電源的接頭就經常出現問題。而本新型的防腐耐油發熱軟電纜，采用隱式接頭焊接方法（一種小直徑金屬絲對接方法），將發熱絲與冷引線熔為一體，可有效避免發熱絲因冷熱變換而引起的接觸不良現象，同時避免了冷熱絲間焊接不牢、分層現象，提高了發熱電纜的安全性和可靠性，從而延長了發熱電纜的使用壽命。

5 產品主要性能指標

研制的防腐耐油發熱軟電纜，經上海電纜研究所國家電線電纜質量監督檢驗中心檢測，各項性能符合或超過國內外相關產品的規定，同時滿足使用要求。電纜具備了優良的電發熱性能和優越的防腐耐油特性，其主要性能指標如下：

A.電纜具有較強的耐彎曲性能，最小彎曲半徑可達4D。

B.電纜產品芯線為具有正電阻溫度系數的金屬合金絲組成，線性額定功率為20w/m，且產品絕緣電阻大于500MΩ?km。

C.電纜可在-60℃～+180℃溫度和惡劣的環境中長期工作，防腐耐油耐高低溫性能優異。

D.電纜燃燒時發煙量少，不含有鹵素，不產生有毒有害氣體和腐蝕性氣體。

E.電纜不含有鉛等重金屬，不污染土壤，可以重復利用，再生性強。

結語

防腐耐油發熱軟電纜的使用場所廣泛，既可在普通場合作供暖使用，也可用于防腐、耐油、耐高低溫等特殊場合，同時也可作為石油、化工企業儲油設備防凍伴熱用。產品安裝簡單，維護費用低，有良好的經濟效益和社會效益。本產品采用零排放、無污染的綠色環保的供暖方式，有利于國家環保，符合國家產業政策。產品已獲國家實用新型專利證書（專利號：ZL2012 20038198.9）。

參考文獻

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[2]王衛東.高溫加熱電纜結構設計[J].河南機電高等專科學校校報，2011，19（01）：7-9.

篇5

本文對共聚物和共聚物纖維進行了基本介紹。闡述了無規、嵌段、接枝、交替四種共聚物纖維各自的結構特點、研究情況與發展狀況。

關鍵詞：共聚物；纖維

人類使用纖維的歷史非常久遠。最開始人們種植棉花、亞麻等農作物，利用天然植物纖維制制作衣物等日用品。后來人們又養羊取毛、養蠶取絲，開始利用性能更優異天然動物纖維。在近代，隨著科學技術的迅速發展，人們利用通常的有機原料制作出了合成纖維，合成纖維是用合成高分子化合物做原料而制得的化學纖維的統稱。自1940年聚酞胺纖維問世以來，人們合成出了丙綸，腈綸等一系列性能優異的合成纖維[1]。合成纖維由于價錢便宜、性能優異，成為20世紀的主流纖維，人們也開始開始大量的使用合成纖維代替天然纖維。最早的合成纖維是由單聚物制成的，如尼龍6、丙綸等。隨著科技的進步，人們對單聚物纖維進行改性，合成了共聚物纖維，如尼龍66、滌綸等。共聚物纖維和單聚物纖維比較起來，其材料來源更廣泛，性能更優異。所以共聚物纖維在紡織、建筑等領域有著廣泛的應用。隨著人們對環境保護越來越重視，人們已經開始研究易降解纖維、高性能纖維等多種新型共聚物纖維?？傊?，隨著進一步的研究，共聚物纖維在諸多領域中必然前景廣闊。

1共聚物纖維簡介

聚合物也叫做高分子化合物，是指由千百個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。聚合物的分類有很多種，按組成聚合物的單體成分數量分為單聚物和共聚物。單聚物是指僅由一種單體經聚合反應而得的聚合物。由單聚物制成的纖維是單聚物纖維，比如尼龍6（[―HN(CH2)5CO―]n），聚合物中只有一種單體HN(CH2)5CO。共聚物是指由兩種或兩種以上不同單體經聚合反應而得的聚合物。由共聚物制成的纖維是共聚物纖維，比如尼龍66（[―OC(CH2)4CO―NH(CH2)6NH―]n），聚合物中含有OC(CH2)4CO和NH(CH2)6NH兩種單體。共聚物按結構分為四大類：無規共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物[2-5]。

1.1無規共聚物纖維簡介

無規共聚物是指單體在大分子鏈上無規排列，組成共聚物的單體在主鏈上呈隨機分布，沒有一種單體能在分子鏈上形成單獨的較長鏈段的一類共聚物。由A和B兩種單體組成的無規共聚物可表示為：ABAABABBBABABAABABABAABBBAABABAAAABABAABABABAB，這類共聚物是最常見的，并且已經大量投入使用，相關的研究也比較多[6-7]。雖然共聚物鏈段沒有什么規律，但組成鏈段的各種單體的性能卻能夠保留下來，形成的共聚物也保有組成它的單體的優點?，F在使用的很多無規共聚物纖維是對單聚物纖維進行改性合成的。

比如廣泛使用的腈綸，最早是丙烯腈的單聚物纖維，在通過引入新的單體丙烯酸甲酯合成無規共聚物纖維后增強了纖維的彈性、手感、可紡性及熱塑性；為了解決腈綸染色性能差的缺點，又引入了衣康酸、丙烯磺酸鈉等第三種單體與丙烯腈和丙烯酸甲酯合成新的無規共聚物；為了提高腈綸的阻燃性，則可以將丙烯腈單體與氯乙烯單體進行共聚合，氯乙烯部分的含量越高，纖維的阻燃性就越好。簡單概括而言，腈綸就是丙烯腈與多種單體合成的無規共聚物纖維。它的不同性能由與丙烯腈進行共聚合的多種單體來決定。

再比如丙綸，丙綸是聚丙烯單聚物，丙烯單體本身無任何可染色集團，導致丙綸的染色極為困難，所以一般是通過與丙烯酸、乙烯基吡啶等聚合和合成無規共聚物纖維來提升染色性能，丙綸引入其他單體還能夠提高纖維的耐光性、阻燃性等性能。

無規共聚物纖維雖然可以通過引入新的基團來提升纖維某一方面的性能，但其依然有一定局限性，在引入新的基團提升某一方面性能的同時，其他性能可能會下降，而由于無規共聚物鏈段的隨機性，很難對共聚物的性能進行細微調整，而嵌段共聚物和接枝共聚物纖維就能較好地解決這一不足。

1.2嵌段共聚物纖維簡介

嵌段共聚物是指由化學結構不同的鏈段交替結成的線型共聚物，根據鏈段的多少可以分為二嵌段、三嵌段、多嵌段共聚物等，由A和B兩種單體組成的二嵌段共聚物可表示為：AAAAA-BBBBB。嵌段共聚物的最大特點就是可以通過控制兩個不同鏈段的比例和分子量對聚合物的性質進行調整。正是由于這個特點，我們可以通過對組成嵌段共聚物的鏈段進行調整，從而控制嵌段共聚物纖維的強度、彈性、柔軟度、吸濕性、抗電性、耐火性等諸多性能。

比如聚酯－聚醚嵌段共聚物彈性體，其物理機械性能與聚氨酯相似，通過控制聚酯鏈段的分子量可以控制纖維的吸濕性，而控制聚醚鏈段的分子量可以控制纖維的抗靜電性能。通過改變嵌段共聚物聚酯－聚醚鏈段的比例還能控制纖維的強度與彈性。嵌段共聚物纖維，由于其獨特的分子鏈結構，已成為國內外較為重視的研究課題[8]。

再比如，以尼龍6為硬鏈段，以聚乙二醇為軟鏈段，合成的聚酰胺－聚醚嵌段共聚物纖維。該纖維是一種熱塑性彈性纖維，該種纖維耐酸堿、有優異的吸濕性能和加工性能。提高共聚物中尼龍6鏈段的含量可以提高纖維的強度和熱穩定性，提高共聚物中聚乙二醇的含量可以提高纖維的彈性和吸濕性。適當控制嵌段共聚物中兩個鏈段的含量可以得到強度彈性兼備或是某一方面性能特別優異的特種纖維。

1.3接枝共聚物纖維簡介

接枝共聚物是指由兩種或多種單體經接枝共聚而成的共聚物，兼有主鏈和支鏈的性能，由A和B兩種單體組成的接枝共聚物可表示為：

A AAA

顎顎顎

B BBB

接枝共聚物的這種獨特結構賦予了接枝共聚物纖維很多獨特的性能。作為主干的聚合物決定纖維的強度，彈性等主要性能，而接枝在主鏈上的聚合物會極大地改變纖維的一些次要性能，比如：吸濕性、耐火性、著色性等等?，F在廣泛研究的接枝共聚物纖維，就是利用了以上特點[3]。

比如羧甲基纖維素是一類能夠生物降解、無毒性、抗鹽性強、可再生且便宜易得的聚合物。對羧甲基纖維素進行接枝共聚改性，可以賦予其某些新的性能，同時又不會破壞羧甲基纖維素材料所固有的優點。將羧甲基纖維素與丙烯酰胺接枝聚合，可以提升合成的接枝纖維的強度和彈性，而耐酸、堿能力與吸濕性能隨接枝率的增加而提高。

水溶性纖維素纖維是一種天然的可再生的高分子材料，由于其本身無毒且易被微生物降解，在日益注重環保的今日受到非常廣泛的重視，但是其水溶性卻影響了其作為紡織品的應用。而聚己內酯是一類具有疏水性的可生物降解和生物相容性的聚合物，由于其分子鏈比較規整而且柔順，結晶性較強，穩定性相對較好，也因此生物降解性能不理想。將以上兩種聚合物接枝聚合，就能得到無毒且易降解又不溶于水的新型接枝共聚物纖維。

1.4 交替共聚物纖維簡介

交替共聚物是指兩種單體在大分子鏈上嚴格相間排列的共聚物。由A和B兩種單體組成的交替共聚物可表示為：ABABABABAB。這類共聚物比較少見，由于單體排列的規律性很強，使得合成這類共聚物非常困難，但這類聚合物排列的規律性往往會產生獨特的性質，使得制成的纖維具有獨特的性能。

交替共聚物纖維的相關研究非常少，但其可能擁有的獨特性質已經引起科學家們的注意，比如乙烯和三氟氯乙烯交替共聚物，這種共聚物的纖維具有強度大，耐磨性好，不著火，耐酸堿等諸多優良性能，但是乙烯和三氟氯乙烯交替共聚物很難制成纖維，尚無法大規模生產，還需要人們進一步研究攻克技術難題。隨著科技的進步，也許將來生產出的性能最優秀的纖維就是交替共聚物纖維。

2共聚物纖維的應用與前景

科研工作者已預見到共聚物纖維的優良性能，關于共聚物纖維的研究已經是近年來處于科技前沿的熱點研究問題?，F在共聚物纖維在實際應用中大多是以纖維改性的方式進行的，比如過濾布使用的纖維都要求有一定的吸附性，但通常的纖維選擇吸附的能力很差，尤其是對一些弱極性的液態有機物的選擇性吸附。通過對過濾布纖維進行改性，就可以得到具有選擇性吸附能力的新型纖維[9]。高性能的選擇性吸附材料在冶金、分離提純、精細化工等方面都具有很高的應用價值，如果能通過聚合物改性的方法合成高性能的選擇性吸附纖維，就能極大地降低上述產業的成本。

環境保護問題已經受到人們越來越多的關注，早期的合成纖維的生產原料由于依賴石油等自然資源，導致其生產過程和生產出的產品都對環境有嚴重污染，這是目前生產合成纖維過程中難以攻克難題。而共聚物纖維由于材料廣泛，性能多樣，能夠非常容易地合成出不污染環境的可降解纖維[10-11]。比如聚乳酸和乙交酯共聚物纖維，這種纖維手感好，彈性佳，吸濕性好，而且燃燒產物無污染，可自然降解，利于人與自然和諧發展。但這種纖維成本高，如何在不降低性能的條件下盡量降低生產成本，是這類纖維急需解決的問題，也是近年來的熱點研究問題。

最近幾年隨著共聚物合成理論與技術的發展，人們對共聚物的研究已經有了更深入的進展，人們已經合成出了星狀、樹狀等多種嶄新的還沒有明確分類的共聚物，這類共聚物與常規共聚物相比有著更加獨特的性質，應用前景更為廣泛[12-14]。如何將這些共聚物制作成纖維？這類纖維將具有怎樣的性質？這些問題都是目前研究的空白，但這也顯示出共聚物纖維將隨著共聚物的研究和發展而有著更加旺盛的生命力。

3結語

共聚物纖維是最近幾十年發展起來的新型纖維，共聚物纖維在諸多領域中有著很高的應用價值，這顯示出了它強大的發展潛力和旺盛的生命力。共聚物纖維表現出的優異性能使得種類繁多的共聚物纖維在各種領域都能發揮出價值。但由于共聚物纖維合成復雜，性能表征比較困難。雖然現在已經合成出了多種共聚物纖維，對于共聚物纖維應用方面也進行了系統的研究，但共聚物纖維的性能依然有著很大的提升空間，合成方面依然有著很多有待解決的技術難題，在今后的纖維紡織領域中，共聚物纖維必將引領纖維主導產業，纖維的未來必將屬于共聚物纖維！

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篇6

【摘要】 ［目的］研制新型三維多孔復合人工骨材料并評價其相關性能。［方法］將海洋貝殼牡蠣粉、消旋聚乳酸按一定比例復合，采用熱致相分離法 制備多孔復合人工骨（CAB）材料，檢測其孔隙率、孔徑、生物力學強度；并將CAB和純PLLA薄片浸泡于37℃平衡液中，觀測不同時間點CAB和純PLLA體外降解變化參數，對其結果進行統計學比較。［結果］研制的CAB材料平均孔隙率為85. 1％；電鏡下孔徑測量大小為100～ 300 μm，孔隙之間的連通較好，孔隙形態、取向規則有序；壓縮強度為2. 12 MPa；在觀測周期內，隨著浸泡時間的延長，CAB和純PLLA的質量損失率、浸泡液pH值呈現出規律性變化，兩組各時期的各項指標比較具有顯著性差異（P﹤0. 05）。 ［結論］ 該法制得的CAB材料的孔隙率、孔徑、生物力學強度、體外降解性能表明能滿足骨替代材料的要求。

【關鍵詞】 骨替代材料; 牡蠣粉; 聚乳酸; 人工骨; 熱致相分離法

Abstract：［Objective］To prepare a new porous composite artificial bone substitute and evaluate its properties.［Method］Thermally induced phase separation was adopted to prepare the artificial bone made from oyster shell powder and PLLA which were proportionally mixed and its properties as porosity rate，pore size and mechanical strength were assessed.Meanwhile the related variation parameters were examined every 2 weeks in a course of 14 weeks after the slices of CAB and pure PLLA were immersed in NS of 37℃ in vitro ，the results of which were compared in statistics.［Result］The average porosity rate of artifical bone with TIPS method was 85.1% and pore sizes ranged 100-300 μm under the SEM，with better pore connectivity and regulation shape.The average compressive strength was 2.12 MPa.As the immersion prolonged，the regular variation was observed about the mass loss of CAB and the pH alteration of solution，there was statistically difference in the indexes between the two groups （P﹤0.05）.［Conclusion］The porosity rate，pore size，mechanical strength and　degradation performance in vitro of the artifical bone made by TIPS method can satisfy the requirement of bone substitute .

Key words：bone substitute;

oyster shell power;

polyLlactic acid;

artifical bone;

TIPS

骨缺損修復一直是困擾著矯形外科和骨科醫生的一個難題，每年都有大量的病人因各種原因導致骨缺損難以修復，人工骨移植材料在最近幾十年得以迅速發展，但或多或少都存在價格昂貴，來源緊張，其綜合性能難以令人滿意。作者所采用的牡蠣殼粉為海南三亞海域近江貝殼粉末，其主要成分為文石型碳酸鈣，是一種理想的生物源性成骨材料。碳酸鈣為主體的生物材料因其本身的Ca2+、CO2-3存在于正常人體液中，其具有更為良好的生物相容性，與人體骨成長過程的類似性，成為近幾年來骨修復體研究的新熱點。有機高分子材料消旋聚乳酸（PLLA）具有降解快且完全、成型好等特點，與牡蠣殼粉復合，可以彌補其不易成型，缺乏有效的機械強度等缺點［1～ 3］，作者采用熱致相分離法（TIPS）可制備出一種新型的骨替代材料并對其性能進行檢測。

1

材料與方法

1. 1

材料

消旋聚乳酸（PLLA），相對分子質量為80KD，為白色顆粒狀；牡蠣殼取自海南無污染三亞海洋貝殼牡蠣粉；1，4－二氧六環（市售分析純）。

1. 2

制備方法及檢測

1. 2. 1

熱致相分離法制備

將PLLA 溶解于1，4 - 二氧六環中制成10％（w/v）的溶液，在磁力攪拌器中攪拌24 h充分溶解成無色透明溶液；超聲振蕩，在溶液中以一定質量比加入牡蠣殼粉，振蕩均勻、冰箱過夜；將勻漿材料負壓凍干72 h；材料冷凍干燥完畢后置入烘箱，室溫下冷卻；將所得材料根據需要切割成不同形狀，環氧乙烷消毒，封存備用。

1. 2. 2

CAB的性能檢測

(1)掃描電鏡觀察：用掃描電鏡對材料的斷面進行觀察，每個樣品隨機取3 個視野X線片，逐個測量照片上孔隙的孔徑，計算出樣品的平均孔徑；并對孔隙結構及孔隙間的交聯進行觀察。

(2)孔隙率的測定：在25℃條件下測定，選用一個比重瓶，加滿無水乙醇并稱質量（w1）；把質量為（W0) 的樣品浸入乙醇中，抽真空，使樣品中的氣體完全被乙醇取代，待比重瓶補滿乙醇后稱質量（w2）；將浸透了乙醇的樣品取出，稱剩余的乙醇與比重瓶的質量（w3）。按公式ε= w2- w3- W0/（ w1- w3）×100%計算， 測得材料的孔隙率；

(3)生物力學強度的檢測 采用INSTRON 1122萬能材料試驗機上用10 kN的力進行測定，抗壓強度為試樣型變1 mm時單位面積所承受的最大壓力（MPa）。

1. 2. 3

CAB的體外降解實驗

將CAB材料和純PLLA材料均勻切割成直徑5 mm，厚3 mm的薄片，環氧已烷熏蒸消毒，稱得質量為W0。實驗分2組：CAB組和純PLLA組，每組35個樣品，在容積為50 ml的無菌試管中加入10 ml的平衡液中，CAB組和純PLLA組分別加入CAB材料和純PLLA材料各1片，密封管口后靜置于37℃的恒溫箱中，分別于2、4、6、8、10、12、14周取出材料，肉眼觀察浸泡液的變化，并進行材料質量減少率的測定，降解液的pH值變化等測定。

1. 2. 4

數據采集

采用SPSS 12. 0統計軟件分析，材料的各種性能參數直接通過樣本值求算術均數，體外降解實驗中的組間比較采用t檢驗。

2

結

果

采用TIPS法制備的CAB材料據固化模具的不同可加工成圓柱狀、條狀、塊狀等，材料外觀呈白色，質地均勻、堅硬，表面粗糙，材料表面肉眼可見密布的、連續的微細孔隙。

2. 1

制得材料的主要性能結果

2. 1. 1

掃描電鏡觀察結果

見圖1，可以觀察到材料橫斷面相互交聯貫通的大孔結構，呈長條縱深狀，孔隙形態、取向規則有序，孔隙大小為100 ～ 300 μm，孔壁上可見大量孔徑數微米的微孔。

圖1

多孔復合材料（CAB）的電鏡觀察2. 1. 2

孔隙率的測定

孔隙率的測定結果在83. 2％～ 92. 1％之間，平均孔隙率為85. 1％。

2. 1. 3

強度的測定

壓縮強度的測量結果平均為2. 12 MPa，而純PLLA的壓縮強度平均為0. 82 MPa。

2. 2

CAB材料和純PLLA的體外降解實驗

2. 2. 1

在整個實驗周期內，CAB組浸泡液隨著時間的延長略有混濁，出現少許的懸浮微粒，無明顯的沉淀，純PLLA組的浸泡液則基本保持澄清，浸泡14周后，材料仍維持原來的形狀，材料無明顯的開裂、崩解，但表面變的較為粗糙。

2. 2. 2

圖2、3分別為純PLLA、CAB在體外降解中質量損失率和降解液的pH值隨時間的變化規律。從圖中可以看到，復合人工骨材料CAB在降解的各個時期質量損失率都要比同時期的純PLLA低，兩組各時期的兩項指標比較均有顯著性差異（P

由圖3可以看到，純PLLA隨降解時間的延長其溶液pH值有逐漸下降趨勢，而復合材料的浸泡液pH值在開始2周內有明顯上升，而在此之后就逐漸出現下降趨勢，到第12周后浸泡液的pH值基本達到平衡，復合支架所表現出的這種特性，對于消除PLLA降解產生的酸性物質所引起的無菌性炎癥反應有很大的意義。

3

討

論

海洋生物外殼主要成分是文石型碳酸鈣，并含有豐富的氨基酸和微量金屬元素。盡管牡蠣殼和骨組織并非同源，但它們的形成機制卻有類似之處。這將為我國沿海資源豐富的牡蠣殼開發成為具有良好性能的骨修復材料提供了理論上的可能［1～ 6］。牡蠣粉是天然的無機材料，聚乳酸是合成的有機材料，這兩種材料不僅生物相容性良好，而且來源豐富，具有較大的開發潛力。通過特定的制備工藝將這兩種材料組合在一起后，利用聚乳酸良好的機械強度和熱塑性能，可以賦予重組材料適宜的機械強度，并可根據需要任意塑形。另一方面，牡蠣殼粉不僅可以改善聚乳酸親水性不足的缺陷，而且因其碳酸鈣成分是一種弱堿性的物質，理論上可以中和聚乳酸的酸性降解產物，從而避免或減輕該產物積聚所致的無菌性炎癥［7～ 9］，提高材料的安全性。有研究者通過在聚乳酸中加入堿性材料的方法來減輕這種不良反應，取得了良好的效果［10～ 12］。

本實驗明確了熱致相分離法制備牡蠣殼/聚乳酸的三維多孔框架，孔隙率較高，孔隙直徑界于100～300 μm，形態自然圓潤，取向規則，牡蠣殼粉在PLLA構成的孔壁中均勻分布，得到一個在整體形狀和微觀結構均比較滿意的可植入的三維多孔支架。

骨替代材料的三維結構是決定材料與宿主骨結合速度和完成程度的主要因素之一。具有適宜孔隙結構的材料有利于新生血管組織的長入，提高新骨生成的速度和數量。作者制備的CAB材料的孔隙率達85%左右，為新骨組織的長入提供了足夠的空間，同時，其壓縮強度雖不及人體平均松質骨強度，但結合目前手術中使用的內固定或外固定，其完全可以滿足非承重部位骨缺損填充的要求。由于材料種類和實驗方法的差異，各研究者對于骨替代材料的適宜孔徑的看法并不一致。目前被大多數研究者接受的觀點是：除某些降解特別迅速的材料外，骨替代材料的孔徑不宜500 μm則會影響材料強度和細胞的粘附，也不利于新骨組織的形成。作者研制的CAB材料的平均孔徑為100～300 μm，孔徑大小適中，而且材料內部孔隙分布均勻，孔隙之間相互連通，孔隙形態、取向規則有序，有利于新生組織的長入。

CAB材料的體外降解實驗中可發現材料的質量損失率、PLLA分子量和降解液的pH值隨時間的延長呈現較為規律的變化。由圖2、3可見，復合人工骨材料在降解的各個時間點質量損失率要低，由此可見牡蠣殼粉對PLLA的降解有一定的抑制作用。探討其原因可發現PLLA的降解過程為酯鏈的無規則斷裂水解過程，表現為分子量的迅速下降，而水解產生的鏈端羧基又會自動催化并加速其水解，牡蠣殼粉的成分為碳酸鈣，偏堿性，可以中和PLLA降解所產生的酸性，降低PLLA的酸自動催化水解速度，因此出現牡蠣殼粉對PLLA的降解有一定的抑制作用。由圖3可見，純PLLA隨降解時間的延長其溶液pH值有逐漸下降趨勢，而復合材料的浸泡液pH值出現先上升后下降的趨勢，到第12周后浸泡液的pH值基本達到平衡。其原因主要可考慮為：在剛開始階段，主要由于牡蠣殼粉中碳酸鈣的溶解，導致浸泡液pH值出現偏堿性，后浸泡液pH值出現緩慢下降；在8周左右出現明顯下降，考慮為聚乳酸開始出現大量的降解，其降解產物乳酸和牡蠣殼中的碳酸鈣發生反應，使浸泡液的堿性程度下降，兩種因素相互影響，最終達到一種動態平衡。

綜上所述，CAB中的構成成分牡蠣殼，聚乳酸均具有良好的生物相容性，其性能互補，材料的孔徑孔隙率，生物力學強度等性能基本能滿足骨組織生長的要求，有望作為一種性能優良的人工骨材料應用于臨床。當然，該材料植入體內后的實際效果如何還有待動物實驗和臨床應用檢驗。

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