1.2　材料的制备与性能

1.2.1　材料与物质

材料与物质既密切相关，又有所区别。材料都是由物质构成的：可以是一种或多种，如橡胶、塑料，通常含有多种添加剂以提高材料的综合性能。同一种物质，可以制备成不同的材料。例如，聚乙烯（polyethylene，PE）可以通过改变合成工艺得到高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE）、低密度聚乙烯（low density polyethylene，LDPE）、超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）、线形低密度聚乙烯（linear low density polyethylene，LLDPE）等聚乙烯塑料；聚丙烯（polypropylene，PP）既可以做塑料，也可以做纤维。

1.2.2　材料工艺过程

由化学物质或原料转变成适于一定用场的材料，其转变过程称为材料化过程，包括材料的制备过程（化学与化工过程）和加工过程。例如，高分子（macromolecule）材料，一般要经历单体（monomer）的聚合（polymerization）、造粒、复合、加工成型（注塑、挤出、压延、吹塑）等。制备过程主要是化学反应，有时也有物理过程，如微结构调整、相变等。加工过程以物理过程为主，热固性塑料同时有化学反应过程。

材料工艺过程对材料性能有着显著的影响。例如，用高压法合成的聚乙烯（PE）支链多、密度小、结晶度低；而低压法合成的PE支链少、密度大、结晶度高。相反，材料原始组织结构又影响加工方法。例如热固性树脂（thermosetting resin）与通常的热塑性塑料（thermoplastic plastics）的加工方法有所不同。又如茂金属（metallocene）催化的聚丙烯（PP）分子量分布窄、熔体黏度大，按照普通PP的加工工艺，即使选用很高的熔融温度，PP的挤出也相当困难。目前，改变茂金属聚烯烃的加工性有以下几个途径：①选用不同茂金属催化剂或混合催化剂，加宽茂金属聚烯烃树脂的分子量分布或生产双峰分布树脂；②在茂金属聚烯烃树脂中引入长支链；③采用共混方法，添加其他类型树脂。目前，这几种途径，国外各大石化公司都在进行研究。

1.2.3　材料的结构

材料的结构从宏观到微观可以分为三类。宏观组织结构：>0.1mm，肉眼可见；显微组织结构：0.1μm～0.1mm，光电显微镜、扫描电子显微镜下可见，主要是晶粒、相、微区结构；微观结构：<0.1μm（100nm），透射电子显微镜、原子力显微镜下可见，是典型的纳米材料。

根据结晶度的大小可以分为晶态结构与非晶态结构。晶态结构在无机和金属材料中较为常见，结晶的形态共分为7大晶系［高级品系：立方、六方；中级品系：四方（正方）、正交（斜方）；三方；初级品系：单斜、三斜］。高分子则很难结晶，即使结晶也多为初级或中级品系。高分子形成的晶体可以分为单晶、球晶、串晶、柱晶、伸直链晶体和纤维晶等多种形态。而非晶态结构是指无规线团结构，无固定的熔点、物理性质各向同性。

1.2.4　材料的性能

材料的性能包括特征性能和功能物性。材料的特征性能指的是材料本身所固有的性质，即给材料某一种外场刺激，反映出来的是这种刺激对应的性能。例如，材料的力学性能、热性能、电性能、磁性能、光性能、化学性能等。材料的功能物性是指对材料施加某种外场作用，通过材料将这种作用转换成另外一种形式的功能。实现某种功能的材料被称为功能材料。例如热-电、电-热转换材料，光-热、光-电、电-光转换材料，以及材料的生物性能等。