三大合成材料
(一)塑料
我们一般称为“塑料”的物质是一个包括很多材料的大家族,全部由合成树脂组成,这就是聚合物,例如聚乙烯(PE)就是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。
当小分子连接构成高分子时,有的形成很长的链状,有的由链状结成网状,链状结构的高分子材料加热时熔化,冷却后变成固体,再加热又可熔化,因而具有热塑性,可以反复加工,多次使用,如聚乙烯塑料(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二酯(即聚酯PET)。
有些网状结构的高分子(如酚醛塑料)一经加工成型就不会受热熔化,因而具有热固性。
塑料目前尚无确切的分类,一般分类如下:
1.按塑料的物理化学性能分
热塑性塑料:在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。如聚乙烯塑料、聚氯乙烯
塑料。
热固性塑料:因受热或其他条件能固化成不溶性物料的塑料。如酚醛塑料、环氧塑料等。
2.按塑料用途分
通用塑料:一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
工程塑料:一般指能承受一定的外力作用,并有良好的机械性能和尺寸稳定性,在高、低温下仍能保持其优良性能,可以作为工程构件的塑料。如ABS、尼龙、聚砜等。
特种塑料:一般指具有特种功能(如耐热、自润滑等),应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有机硅等。
塑料具有优良的化学性能。一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力,特别是聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好,甚至能耐“王水”等强腐蚀性电解质的腐蚀,被称为“塑料王”。
另外还具有良好的透光及防护性能。多数塑料都可以作为透明或半透明制品,其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料像玻璃一样透明。有机玻璃化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯,可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能,大量用作农用薄膜。塑料具有多种防护性能,因此常用作防护保装用品,如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。
塑料已被广泛用于农业、工业、建筑、包装、国防尖端工业以及人们日常生活等各个领域。
农业方面:大量塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、鱼网、养殖浮漂等。
工业方面:电气和电子工业广泛使用塑料制作绝缘材料和封装材料;在机械工业中用塑料制成传动齿轮、轴承、轴瓦及许多零部件代替金属制品;在化学工业中用塑料作管道、各种容器及其他防腐材料;在建筑工业中作门窗、楼梯扶手、地板砖、天花板、隔热隔音板、壁纸、排水管件、装饰板和卫生洁具等。
汽车地板胶(二)多种多样的橡胶
在50年前,“橡胶”一词是专指生橡胶的,也就是从热带植物巴西三叶胶的胶乳提炼出来的。然而在今天,世界半数以上的橡胶是指合成橡胶。
一只轮胎并不是只由一种橡胶做成的。轮胎的底面用非常耐磨的丁苯橡胶。丁苯橡胶也用在轮胎的侧面提高弯道的耐磨性。与空气接触的内胎用丁基橡胶,它有很好的绝缘性,尤其是有高不透气性。
在轮胎密封方面合成纤维也起着重要作用。为防止轮胎变形,用聚酯制的纤维逆旋转方向绕在轮胎结构内部。聚酯制的纤维也可与极结实的聚酰胺纤维(最著名的叫凯芙拉)以及钢纤维一起编织,以增加轮胎的强度和轮胎对路面的耐磨性。
轮胎生产中还有另一种不可缺少的增强剂是炭黑。这是一种极细的碳粉末,它可以增加橡胶的抗拉、抗切割和抗磨损的强度。
(三)复合人造纤维
复合纤维是由两种聚合物“粘”成单丝的化纤。由于两种聚合物的成分、力学机械性能不同,如收缩率不同,所以产生强烈收缩,形成天然永久的卷曲状。复合纤维具有“扬长避短”的特
点,例如涤纶和锦纶是合成纤维的两大品种,各有优点、缺点:涤纶纤维的保形性好,刚性强,做成的服装挺括,可惜不易染;锦纶纤维染性好,但弹性差,易起皱。如果用锦纶作皮层、涤纶作芯层,复合为锦—涤纤维,就能使两者的缺点退而避之,而使两者的优点兼而有之。
(四)装扮世界的化纤
走进百货商店,最吸引人的莫过于布料和服装柜台。那些花花绿绿、五颜六的布匹和服装使人流连忘返。这里很大一份功劳要归于当今的化学纤维。人造化学纤维把世界装扮得更加丰富多彩了。
人们应记得,就在几十年以前,人类服装几乎全部来自天然纤维棉花(当然还有丝绸)。棉花的生产要占用大片耕地,其产量还要受到气候、肥料、虫害等诸多因素的影响,而且棉布的结实度、挺括度也远不及化纤布料。
随着生活水平的提高和人口的不断增长,传统的棉、麻、丝、毛料,无论品质或数量,都已远远不能满足我们的需要。20世纪中叶,科学家和工程技术人员通过研究发现,利用石油等
天然矿物及其他化学物质可以合成人造高分子纤维材料。此后,各种各样的化学纤维如雨后春笋般地不断涌现。目前,化学纤维主要有六大类:涤纶(的确良)、锦纶(尼龙)、腈纶(人造羊毛)、丙纶、维纶(维尼纶)和胶粘纤维。除了大家熟知的衣料化纤之外,科技人员还发明了许多新型纤维。
(五)碳纤维
在复合材料大家族中,纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来,碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功,性能不断得到改进,使复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特的碳纤维复合材料。
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。
碳纤维是由含碳量较高,在热处理过程中不熔融的人造化学纤维,经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,做成结构材料,如:碳纤维增强环氧树脂复合材料。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域,在要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势。
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