高分子材料是以高分子聚合物为基体，与助剂材料复合构成。根据高分子材料的来源不同，可将高分子材料分为天然高分子材料和合成高分子材料。由于天然高分子材料在某些性能上不能较好满足工业使用需求，根据应用需要生产合成高分子材料[1-3]。合成高分子材料包括塑料、合成纤维、橡胶等，还有涂料、胶黏剂材料等[4-5]。技术美学是在工业生产领域被广泛应用的一种美学应用学科[6]，是现代技术和艺术设计高度融合的产物[7]。高分子材料是目前工业设计领域应用广泛的材料之一。目前，国内外关于技术美学在高分子材料工业设计方面的研究相对较少。技术美学在高分子材料工业设计的计划构思、视觉传达和实际应用等能发挥作用。本研究概述高分子材料的特点，综述高分子材料在工业设计中的应用。1高分子材料概述1.1高分子材料特点高分子材料的特点与材料的组成结构、加工工艺等因素相关。高分子材料具有良好的绝缘性能、质量轻、易加工、耐腐蚀性、抗酸碱性。合成高分子材料相比于天然高分子材料具有更低的密度、更好的力学性能、较强的耐磨性、耐腐蚀性和电绝缘性能，在工业领域有广泛应用[8-12]。1.2高分子材料在工业设计中的优势工业设计领域对材料的性能要求较高，除了要满足生产产品的基本性能外，还要具有易加工性等特点。高分子材料相比于其他材料在工业设计领域的优势包括：（1）力学强度高。高分子材料具有良好的抗断裂能力，由于高分子材料的分子间主链、分子间引力相互作用，能够承载较大的压力，增加高分子材料的耐磨损性能[13]。（2）耐酸碱性。高分子材料对酸碱性的耐受程度较高，在工业设计及工业应用中适用范围比较广[14]。（3）材料种类多样，能够满足不同的工业设计需求[15-17]。2高分子材料在工业设计中的应用在工业设计领域高分子材料有较为广泛的应用，以塑料为例，由于塑料具生产产量大、密度低、易加工等性能，例如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乳酸(PLA)等材料，通常用于产品包装设计。PE塑料在工业设计领域被用于生产电子产品的塑料外壳、塑料瓶、薄膜等[18]。PVC具有良好的柔韧性，被设计为薄膜包装、塑料袋等产品。此外，PLA是目前应用较为广泛的绿色可降解高分子材料，这种材料可以完全生物降解、且无毒无害、容易加工，常用于设计食品包装[19]。三聚氰胺树脂涂层有良好的电绝缘性能、耐热性、阻燃性能，常被加工成带有不同颜色的工艺产品[20]。此外，耐热涂料、抗寒涂料、阻燃涂料、防侵蚀涂料等高分子功能材料，被运用于具有一定功能性要求的工业设计领域[21-25]。彭先和等[26]和雷磊等[27]研究了高分子材料采用表面相容剂改性效果，指出改性处理可以降低高分子材料的表面粗糙度，从而提升高分子材料的表面性能。2.1注塑成型技术注塑成型技术是高分子材料的主要生产工艺之一，将高分子材料在特定的加热容器中融化后，通过螺杆或者柱塞注射到闭合的模具中，从而制备规格统一、尺寸精确、形状多样的产品。近年来，为了实现标准化，减少安装中出现的问题，高分子材料在注塑成型技术呈现出简约、精简的趋势。由于注塑成型技术要求材料具有较好的流动性，因此具有熔融特性的高分子材料才适用于该生产工艺[28-32]。涂家祎[33]对PLA注塑成型技术方式进行研究，认为采用单螺杆挤出机将材料熔融，然后将材料复合并注塑成型，会使得材料的加工性能更好。2.2热成型技术热成型技术也是常见的高分子材料生产工艺之一，一般指高分子材料在高温下被软化，通过外力作用使其在模具上形成固定的形状，温度降低后材料冷却成型。近年来，随着人们审美意识的不断提升，对热成型技术工业设计生产的产品要求更高[34-36]。在技术美学视角下，采用高分子材料热成型技术生产的产品种类较多。通过模具设计，能够以更低的成本、更高的生产效率、灵活制造的优势生产工业产品。李明华等[37]研究了PLA和石墨烯为原料热成型工业设计技术。结果表明：填充密度为75%、层高为0.2 mm工艺参数最佳。2.3挤出成型技术挤出成型技术是高聚物熔体在挤出机螺杆作用下，被挤压进入模具中连续成型制成材料。挤出成型技术具有操作简单、可实现连续性生产等优点[38]。肖铭[39]将聚乙烯醇与天然高分子材料复合改性，利用挤出成型技术进行研究。结果表明：原料配比为3∶1、挤出速度为7 mm/s时，可以制备出表面光滑、无空隙的工业产品。2.43D打印技术由于3D打印技术具有较强的设计灵活性，技术美学在3D打印技术中有一些应用。3D打印技术是根据设计模型生成加工程序，采用高分子材料，通过材料的逐层堆积形成产品。常见的3D打印技术包括熔融沉积技术、光固化成型技术、激光烧结技术、喷涂黏结技术和叠层制造技术等。随着3D打印技术的快速发展，利用3D打印技术实现复杂、个性化的高分子材料产品的生产加工成为趋势[40-43]。王景昌等[44]根据审美和功能需要，以膨体聚四氟乙烯为材料，通过电脑建模设计一系列医药领域的高分子产品，将膨体聚四氟乙烯高分子材料通过不同的3D打印工艺流程形成工业产品。3D打印技术能够实现多元化的工业设计，制造周期比传统的工业设计生产更短，生产成本比传统的工业设计生产更低，具有良好的应用前景。耿静[45]使用了具有半透明的聚碳酸酯板对工业产品外观进行设计。研究表明：这种高分子材料能够折射出特殊的光影，随着光照的变化在材料表面形成不同的折射角度。在技术美学视角下，工业设计对高分子材料的功能性、艺术性要求更高，需要提升高分子材料的性能，以满足美学设计和功能设计的需要[45-47]。3高分子材料在工业设计中的挑战和解决方案高分子材料具有较好的可加工性能、生产成本低等特点，但部分高分子材料难以满足复杂工业设计，在加工时出现气泡、断裂、空隙等问题，造成产品不合格率较大，从而增加产品的生产成本，降低产品的生产效率[48]。技术美学对高分子材料的颜色设计和质感有一定要求[49-52]。近年来，基于技术美学通常选用着色容易、质感较好的高分子材料，能够实现对木材、石材、钢铁等贵重材料的仿制，进而实现工业设计的创新。一些高分子材料在生产加工过程中会添加或者产生有毒有害物质，对生态环境会造成破坏，甚至会损害生产加工人员身体；还有一些高分子材料具有难降解性特点，如果高分子材料没有被正确处理和回收，被废弃在生态环境中会对环境造成一定的危害。技术美学创新应用对高分子材料的性能有所要求，具有绿色、可降解性、可回收性的高分子材料是技术美学材料选用的必然趋势。未来高分子材料需要在生产加工阶段满足无害化、可生物降解性、环境稳定性、环境友好型等特点，也要利于回收循环使用[53]。当前高分子材料的种类较多，部分高分子材料具有一定的优势，但某些应用中部分性能存在不足，可以对材料进行改性以提高性能。例如，通过高分子材料共混、复合等方式实现材料的性能互补，也可以通过接枝化学基团、加入添加剂等方式提升材料性能[54-60]。另外，通过探究不同高分子基体、不同分子链组成方式，不同的加工工艺流程，生产具有优异性能的高分子材料[61-62]。4结论随着技术美学在工业设计领域的应用不断深入，对高分子材料的加工性能、材料性能和可回收性能提出了更高的要求，未来需要通过工艺改性、研发新的高分子材料等手段满足工艺设计的需要。工业设计中高分子材料的研究方向是生产具有高性能、功能化、可生物降解的材料。通过材料改性、生产工艺优化等可以提升高分子材料的耐磨性、耐用性、耐酸碱性、耐高温等特性。通过添加催化剂、特殊功能材料，提升高分子材料的抗氧化、抗腐蚀、抗辐射性能。为满足绿色环保需求，减少资源的浪费和对环境的损害，设计产品时也需要均衡产品和环境的相互协调，适应可持续性发展的趋势。未来还需要深入探索工业设计领域中审美和技术的联系，在技术美学的指导下，扩展高分子材料的工业设计应用范围。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.025.F001