為什么大家對于耐高溫材料的關注度遠遠高于耐低溫材料？

為何耐高溫材料的研發(fā)更受到關注，而耐超低溫材料的卻研究的相對較少呢？

如果要想解答這一問題，就需從溫度的極限范疇切入。低溫的極限是絕對零度，數(shù)值為 0K，換算成攝氏度是 - 273.15℃；而高溫的極限竟高達 1.4×10^32K（1.4 億億億億卡爾文），這一溫度誕生于宇宙大爆炸的瞬間。

在實際材料應用領域，如此極端的高溫幾乎不會出現(xiàn)。

不過在航空航天領域，材料必須具備在極端高、低溫條件下保持穩(wěn)定和可靠的性能。航天器件在重返大氣層時，會承受極高的溫度。

宇航員和載人航天任務的安全，也依賴于耐高溫材料對極端熱量的有效防護。在火箭發(fā)動機和航天飛機的制造中，高溫材料是確保飛行安全的核心要素之一。在地面交通工具領域，高溫材料同樣發(fā)揮著至關重要的作用。

汽車發(fā)動機在運轉過程中會產(chǎn)生高溫，若發(fā)動機材料無法耐受這種高溫，將導致性能下降甚至損壞。因此，研發(fā)和應用高性能的耐高溫材料，對于提高汽車引擎的效率和壽命具有重要意義。

超耐低溫材料的研究中，人類已無限逼近絕對零度。

以聚酰亞胺為例，作為一種性能**的耐低溫材料，其最低耐溫可達 - 269℃ ，即便處于液態(tài)氦環(huán)境中，依然不會發(fā)生脆裂現(xiàn)象，同時，它在耐高溫方面也展現(xiàn)出良好的性能。

再看常見的低溫物質，液氮的沸點為 77K（-196℃），液氧的沸點是 90.188K（-182.96℃），液氦的沸點則更低，僅為 4.22K（-268.93℃），恰好處于聚酰亞胺的耐受極限。

在實際應用場景中，各類衛(wèi)星等航天器在太空的超低溫環(huán)境下，其結構密封就高度依賴耐低溫密封材料；在民用領域，液氮密封、冷凍切割機密封等設備也離不開耐低溫材料的支持。

耐超低溫彈性體是研究的主要方向之一。

這就不得不提到玻璃化轉變溫度，它是衡量彈性體性能的關鍵參數(shù)。在升溫過程中，玻璃、聚合物等非晶態(tài)固體材料從固體狀態(tài)轉變?yōu)轭愃埔后w柔軟狀態(tài)的臨界溫度點，即為玻璃化轉變溫度。

這類材料與普通物質不同，它們不經(jīng)歷典型的液 - 固相變，而是在特定溫度下發(fā)生玻璃化轉變。不同材料的玻璃化轉變溫度存在差異，這一轉變不僅標志著材料從固態(tài)到非晶態(tài)的變化，在部分情況下，也可被視作彈性體工作的溫度極限。

彈性體不僅要在低溫環(huán)境下保持結構完整性，不發(fā)生脆裂，還需維持良好的彈性，這對材料設計提出了更高的要求，通常需要采取外加保護措施或優(yōu)化結構設計等手段來實現(xiàn)。在眾多彈性體材料中，某特殊牌號硅膠表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫性能，其玻璃化轉變溫度可達 -130℃左右 ，但較高的成本也限制了其大規(guī)模應用。

高分子材料低溫性能影響因素，主要涵蓋以下幾點。

分子結構

分子結構方面，高分子鏈段的柔順性對低溫性能具有關鍵影響。具有柔性鏈段的高分子，在低溫環(huán)境下，鏈段運動相對容易，能夠使材料保持良好的柔韌性和延展性。

例如，天然橡膠主鏈上的單鍵內(nèi)旋轉較為容易，鏈段柔順性良好，即使在較低溫度下，依然能夠維持一定的彈性，因此常被用于制造低溫環(huán)境下的密封件。

相反，含有大量剛性基團的高分子，鏈段運動受到阻礙，在低溫時容易變脆，某些含有大量苯環(huán)結構的工程塑料就存在這樣的問題。

結晶度

結晶度較高的高分子材料，分子鏈排列規(guī)整，分子間作用力較強。在低溫條件下，這種有序結構會導致材料的硬度和脆性增加，韌性降低。

以全同立構聚丙烯為例，其結晶度較高，在低溫時沖擊強度較低，容易發(fā)生脆性斷裂；而無定形高分子材料，分子鏈排列無序，鏈段活動空間相對較大，在低溫下能夠較好地保持柔韌性，如無規(guī)聚苯乙烯在低溫下仍具有一定的韌性。

低溫助劑

增塑劑能夠插入高分子鏈之間，削弱分子間作用力，從而增加鏈段的柔順性。通過添加合適的增塑劑，可以降低高分子材料的玻璃化轉變溫度，使其在更低的溫度下仍能保持良好的柔韌性和可塑性。

在聚氯乙烯（PVC）中添加鄰苯二甲酸酯類增塑劑，能夠顯著改善 PVC 在低溫下的脆性，使其可用于制造低溫環(huán)境下的薄膜和管材。

共聚和共混技術

通過共聚反應，將不同性能的單體單元引入高分子鏈中，可以實現(xiàn)對分子鏈結構和性能的精準調(diào)控。以乙烯 - 丙烯共聚物為例，通過調(diào)整乙烯和丙烯的比例，可以獲得不同性能的材料，其低溫性能也能夠得到有效優(yōu)化。

共混則是將不同的高分子材料進行混合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。將橡膠與塑料共混，可以顯著提高塑料的低溫韌性，如丁苯橡膠與聚苯乙烯共混得到的高抗沖聚苯乙烯，在低溫下的沖擊性能明顯優(yōu)于純聚苯乙烯。