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 人工合成有机高分子材料，是近代科学技术的重大突破之一。以往人们所使用的金属、陶瓷等材料，都是直接取自大自然的天然物质，或者是把一些天然物质进行冶炼、焙炼加工而成。而人工合成材料则是人类摆脱自然的“恩赐”而靠自己的智慧创造出来的崭新的材料。
　　
　　 高分子化合物是含有很高分子量的化合物，一个分子往往含有几十万、几千万甚至更多的原子，这些分子是形状细长的链，链相互纠缠，分子间吸引力非常强，因此使高分子具有一定的强度和弹性。高分子受热时，长链不易传热，熔化前有一个软化过程，因而具有良好的可塑性，同时它还具有良好的电绝缘性。这些特殊性能使高分子材料成为现代的新型优质材料。
　　
　　 有机高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、液晶材料等。
　　
　　 塑料
　　
　　 塑料在我们的日常生活中随处可见。塑料袋、塑料鞋、塑料盆等，应有尽有。在工业上，塑料广泛用作管道、外壳及机械零件。全塑汽车也开始出现在马路上奔涌的车流中。
　　
　　 塑料是指以合成树脂为主要成分，加入某些添加剂后构成的一类可塑性高分子材料。塑料完全是人造材料，自然界中找不到一块天然塑料。
　　
　　 树脂是生产塑料的原料。我们常见的松香是一种天然树脂。但生产塑料用的是合成树脂，它是把低分子量的化合物经各种化学反应聚合成分子量成千上万的高分子量化合物，塑料一般以生产它的合成树脂来命名。
　　
　　 能够发生聚合的低分子量化合物叫单体，它们的主要成分是碳和氢，在一定条件和催化剂作用下，单体聚合成以碳原子为骨架的长链，就叫聚合物。
　　
　　 形成的分子链可以是自然蜷曲的线型长链，也可以是长主链和短支链构成的枝型链，还可以是靠支链使主链交联成网状或体形的结构。链的结构不同，塑料性质不同，聚合程度不同，聚合物的分子量不同，合成树脂的性质差异很大。一般随分子量增加，化合物从气体、液体再变成固体，并且强度增大。
　　
　　 塑料按其性质可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料的分子链为线型或枝型链，一般受热变软或变成粘稠体，在加热条件下可塑化成形，并可重复变形。热固性塑料的分子链呈网状，在加热之初它具有流动性，继续加热会发生化学反应，生成网状链，此时原料固化，不能用加热的办法使它再具有可塑性。
　　
　　 塑料按实际使用情况可分为三大类：
　　
　　 通用塑料，这类材料产量大、价格低、用途广，占塑料产量的3/4以上。
　　
　　 它包括五大品种：聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂和氨基树脂。
　　
　　 工程塑料，这类材料强度较高，能耐一定的高温和低温，可代替金属制造机械零件。这类塑料有聚碳酸脂、聚酰胺、聚甲醛。
　　
　　 耐高温的特殊塑料，价格高、产量少，只用在特殊场合。
　　
　　 塑料之所以发展如此迅速，应用如此广泛，是与它的优异性能分不开的。
　　
　　 塑料的共同优点是：
　　
　　 可调性好，可通过各种物理、化学手段来改变它的性能。
　　
　　 质轻，在飞行器等方面有极大优点。
　　
　　 电性能优良，既可作良好的绝缘体，也可制成半导体、导体。
　　
　　 耐一般的酸碱腐蚀。
　　
　　 容易加工成型。
　　
　　 制成品的表面可喷涂、电镀金属。
　　
　　 塑料品种繁多、各有特点，而且不同品种可以通过掺合、共混、共聚、增强等办法来改善其性能，以满足使用上的不同要求。
　　
　　 （1）普通塑料最早合成的塑料是酚醛树脂，1907年，美国化学家贝克兰用苯酚和甲醛缩合，再添加木粉等填料而制得。酚醛树脂性脆，加入木粉能显著提高机械强度，加入云母粉能提高电绝缘性能，加入石棉粉能提高耐热性能。它常被用作电器制品的材料，故又称为电木。其制品不透明，坚硬不怕热水烫，在火焰中不燃烧，是制造许多日用品的好材料。
　　
　　 1928，人们年用氯乙烯和醋酸乙烯共聚得到了具有一定塑性的聚氯乙烯塑料。它具有高度耐腐蚀性、绝缘性和一定的机械强度。它在工业上用作耐腐蚀的设备，如阀门、管件等；在日用品中用作鞋底、皮包、雨衣等。聚氯乙烯受热软化，受冷变硬，可多次重复利用，是最常见的热塑性塑料之一，它的产量在早期一直居塑料品种中的首位，直到1966年才退居第二位。
　　
　　 1930年，德国合成了聚苯乙烯。它具有良好的绝缘性，用作电视、雷达所需的高频绝缘部件。它成型方便，着色鲜艳，适合作漂亮的日用品。
　　
　　 1960年后，各种塑料中产量跃居首位的是聚烯烃，主要是聚乙烯、聚丙烯。1953年，德国化学家齐格勒发明四氯化钛——二乙基铝的催化体系，在常温常压下就可制得聚乙烯，使生产成本降低25％左右，催化效率提高几百倍，生产出的产品的电绝缘性、柔软性和耐腐蚀性及机械强度都很好，因而得到了广泛利用。1955年，意大利化学家纳塔改进了齐格勒的催化体系，制得聚丙烯塑料。它综合性能好，原料丰富，工艺简单，因而发展最快。用它可制造汽车零件、电视机零件和食品包装袋。齐格勒和纳塔因为对高分子发展的划时代贡献而获1963年度诺贝尔化学奖。
　　
　　 （2）工程塑料工程塑料大约只占塑料产品的20％，产量虽不及塑料，但它具有较好的机械强度，制造容易，耐大气腐蚀，不会锈蚀，能耐一定温度的高温，因而越来越多地取代传统金属材料。
　　
　　 工程塑料常用的几个品种是：
　　
　　 ①聚碳酸脂。它是60年代发展起来的透明的热塑性塑料。它的抗冲击韧性大大优于有机玻璃，透明度为85％～90％（有机玻璃为92％），因此大量用于制造超音速飞机的风档和座舱罩。由于它电绝缘性好，制造工艺简单，因而大量用于制造电容器，制得的电容器晶莹透明、美观耐用，性能优良。
　　
　　 ②尼龙。尼龙是聚酰胺树脂类塑料的统称，属热塑性塑料。常见品种有尼龙610、尼龙6、尼龙1010、芳香尼龙和浇铸尼龙等。
　　
　　 尼龙具有优良的耐磨性、耐油性，强度较高以及优良的韧性、刚性，抗蠕变性等。用旧了的尼龙材料还可熔化再生利用。
　　
　　 近年来，各种仪表、电视机、录音机、收音机的零件大量采用尼龙材料。
　　
　　 尼龙塑料还可喷涂和电渡，使零件更加美观耐用。尼龙的使用温度在-60℃～100℃之间。
　　
　　 ③聚甲醛工程塑料。聚甲醛工程塑料具有优良的综合性能，强度超过铝、 锌等金属，润滑和耐磨性可与尼龙媲美，能用多种方法成型，耐有机溶剂，耐水性好。它被大量用作输油管材料。它还具有独特的回弹能力，可制成塑料弹簧、减震垫圈。
　　
　　 ④ABS塑料。把苯乙烯和丙烯晴、丁二烯等原料用共聚或混炼的方法加工，可制得ABS树脂，再加工即得ABS塑料。它既保持了苯乙烯塑料晶莹透明的质地，又增加了强度，因而大量用于电子工业。近来人们也用它作汽车的整体车身和飞机内部的装饰材料。
　　
　　 （3）耐高温塑料耐高温塑料在整个塑料产品中产量不到5％，属于尖端产品，是各国竞相研究的热门课题，预计本世纪末有可能使塑料产品使用温度达到1000℃。
　　
　　 耐高温塑料主要包括氟塑料、有机硅聚合物、芳香杂环塑料等。
　　
　　 氟塑料指聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯等。聚四氟乙烯被称为“塑料王”，它耐热耐寒，可在-200℃～250℃的温度范围内使用，绝缘性好，抗腐蚀，它能耐王水和浓碱腐蚀，并且具有良好的自润滑性能。在机械部门常用作耐磨材料，在化工上大量用作泵、阀门、管件接头的密封材料。
　　
　　 有机硅聚合物是用硅制成的硅树脂、硅油、硅橡胶等一系列材料的总称，它在聚合成高分子材料后，分子链节中有硅——氧键，因此它除具有高分子的塑性、韧性和弹性外，还具备更高的耐热性、刚性和硬度。硅油对可见光100％通过，可涂在光学镜头上以增加透光率，提高照片清晰度。电动机经硅树脂处理后，可提高马力，使每台电机节约40％的硅钢。用有机硅聚合物制成的人造器官植入人体后不会发生排异现象。
　　
　　 合成橡胶
　　
　　 橡胶是一种天然高分子材料，它是橡胶树的树汁经过处理而得到的一种材料，人类早在11世纪就有了关于橡胶球的记载。橡胶的主要特点是它的拉伸弹性和压缩弹性，因而在日常生活、工业和国防等领域有重要用途。一辆汽车要用200公斤橡胶，一辆坦克要用800公斤橡胶，一艘3万吨级军舰要用70吨橡胶。而一棵小橡胶树要6～8年才能割胶，一亩良田种橡胶树一年才能收20公斤生胶，天然橡胶远远满足不了需求。于是，人们把目光投入人工合成橡胶。
　　
　　 1912年，德国采用二甲基丁二烯为单体首次合成了甲基橡胶。但它成本高，耐压性能差。30年代初，美国和苏联研制成功丁钠橡胶，其性能优于甲基橡胶，但远不如天然橡胶。于是人们加紧丁钠橡胶的改性试验，1937年研制出与天然橡胶性能相近的丁苯橡胶，1940年研制出比天然橡胶性能优越的氯丁橡胶，50年代又研制出了顺丁橡胶。目前人们认为最有发展前途的是顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶。
　　
　　 橡胶大体上也分为通用橡胶和特种橡胶两类，但二者之间没有明显界限。
　　
　　 （1）通用橡胶通用橡胶主要指用于轮胎制造和民用产品方面的橡胶，产量占合成橡胶的50％以上，主要包括丁苯橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等。
　　
　　 丁苯橡胶是通用橡胶中的老产品，已有50多年的历史。它具有较好的耐磨性、耐老化性和抗氧化能力，比天然橡胶质地均匀，可以任何比例与天然
　　
　　 橡胶混合使用，还可大量加入填充材料。填充30％～70％的矿物油后，它的成本降低20％，寿命提高20％。它可用于生产各种雨衣、胶鞋、海绵制品等。
　　
　　 顺丁橡胶是发展十分迅速的一个品种，它能掺油或掺大量碳黑。其性能比天然橡胶好，用它制造的轮胎比用天然橡胶制的耐用2倍以上。顺丁橡胶大量用于生产三角皮带、橡胶弹簧、耐热胶管、鞋底等。
　　
　　 乙丙橡胶1960年才问世，其主要原料是石油副产品乙烯、丙烯。它的性能和天然橡胶相近。耐氧化、耐老化，绝缘性能好，在-68℃～66℃范围内都可使用，并且颜色浅，大量用于生产电缆和民用产品。
　　
　　 氯丁橡胶可以从电石中制取。电石用石灰石加碳在电炉中熔炼出来，电石加水生成乙炔，再生成氯丁二烯，再聚合成氯丁橡胶。它具有天然橡胶所没有的优点，耐腐蚀，耐老化，不易燃，难溶于汽油等有机溶剂，在军事应用上很有价值。
　　
　　 （2）特种橡胶作为特殊用途的橡胶性能要求很高，如需耐200℃以上高温或-120℃以下低温而性能不变，或者具有高度绝缘、耐辐射、耐真空的特性。这些方面是大家都关注的焦点。
　　
　　 特种橡胶中产量最大的是丁腈橡胶，它是由丁二烯和丙烯腈在水乳液中进行共聚而生成。它的特点是耐热性和耐油性好，多用作油箱油管材料，当充填石棉后可作汽车刹车片。
　　
　　 硅橡胶是一种新产品，它的分子链不是碳原子构成的，而是硅原子和氧原子交替连接构成分子的骨架。它既耐热又耐寒，在-100℃～300℃的温度范围内可长期使用，是飞机和宇航工业不可缺少的原料。它的绝缘性好，广泛用于生产高精密仪表元件。
　　
　　 氟橡胶不仅能耐低温，而且在低温下还有很好的弹性。它是材料学家根据氟塑料的特点设计的，价格昂贵，产量少，只用于军事和航天工业。
　　
　　 （3）液体胶乳和粘结剂生活中我们还常见的另一类橡胶制品是薄膜制品，如医用手套、探空气球、飞艇、雨衣等，它们都是用液体胶乳制成的。
　　
　　 液体胶乳是用橡胶单体直接聚合成的胶乳，每一种合成橡胶，都有一种对应的液体胶乳，其中以丁苯胶乳产量最大。液体胶乳使用很方便。把硫化剂先加入胶乳中，然后把胶乳涂在织物上，烘烤到一定温度，胶乳就硫化固定为胶膜了。
　　
　　 合成胶乳除了生产薄膜和海绵制品外，还用于合成革、无纺布、防寒棉、船底涂层和火箭发射的弹性水泥平台等方面。
　　
　　 液体胶粘剂又叫液体橡胶，是一种低分子量的聚合物，广泛用于粘结各种金属、塑料、皮革、书籍等。
　　
　　 纤维
　　
　　 纤维材料包括两大类：一类是天然纤维，包括植物纤维棉、麻等和动物纤维羊毛、蚕丝等；另一类是化学纤维，包括人造纤维和合成纤维。
　　
　　 我国的丝绸很早就闻名于世。从公元前2世纪起，我国的丝绸沿着横贯中亚的“丝绸之路”出口到欧、亚、非洲，促进了我国和世界各国的交往和交流。到了北宋时期，著名的女纺织革新家黄道婆改进了纺织技术，使棉纺
　　
　　 织业在我国得到了发展。
　　
　　 天然纤维资源有限，每亩良田年产皮棉不过50公斤左右，一只蚕茧只能抽生丝0。5克左右，而世界人口不断增加，对纤维的需求也在增加，但又不能用大量的良田去种植桑麻棉，因为人们要种粮吃饭。解决粮棉争地矛盾的出路就在于发展化学纤维。现代的合成纤维工业以石油、天然气为原料，产品性能优异，花样繁多，深受广大消费者喜爱。
　　
　　 （1）人造纤维人造纤维也叫再生纤维，是用一些本身含有纤维的物质，如木材、棉籽短绒、棉秆、甘蔗渣等，或含有蛋白质的物质，如大豆、花生、玉米等，经过化学处理和一系列的机械加工制成的。人造纤维具体指人造棉、人造丝、人造毛等。
　　
　　 最早出现的人造纤维是粘胶纤维，它是1891年人们用木材、棉绒等为原料加工得来的。用它制成的衣服穿着舒服，透气性好，但缩水率大，不耐磨也不耐晒。
　　
　　 后来人们又研制出铜氨纤维、醋酸纤维等，但人造纤维原料有限，产品性能不太优越，因而逐步让位于后起之秀——合成纤维。
　　
　　 （2）合成纤维合成纤维是把一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质，如煤、石油、天然气、水、空气、食盐、石灰石等，经过化学处理制成的纤维。合成纤维跟橡胶、塑料同属高分子化合物，不同之处表现在：
　　
　　 作纤维的树脂多属线型分子链，没有或少有支链。
　　
　　 这类树脂能溶于溶剂而抽成丝，或者能加热熔融而抽丝，但加热时其结构并不被破坏。这类树脂的分子间内聚力是所有高分子中最大的。
　　
　　 合成纤维生产的第一道工序是纺丝。纺丝工序的关键是喷丝头，它一般采用耐高温耐磨的材料制成。在一个喷丝头上钻有几十个到几万个直径为
　　
　　 0。04～1毫米的小孔。熔融纤维从小孔喷出经冷却就得到很细的丝，抽出的丝再经过牵伸和热定型工序就可用于生产各种产品。
　　
　　 合成纤维具有天然纤维所没有的一系列优良性能。它强度高，耐磨、耐虫蛀，比重轻，保暖性好，一般能耐酸碱腐蚀。
　　
　　 合成纤维以六大纶为主：
　　
　　 ①聚酰胺纤维。我国称为锦纶，是最早上市的合成纤维。主要品种有尼龙66，尼龙6，尼龙610等。1940年第一批尼龙丝袜上市，就震动了纺织市场。锦纶纤维耐磨，强度大，回弹性能好，但耐热耐光性能差。锦纶大多用于制造袜子、衬衫等。工业上用作重型汽车和飞机轮胎的帘子线、绝缘材料，也用于制造缆绳、渔网、降落伞、高级地毯等。
　　
　　 ②聚脂纤维。我国又称为涤纶（的确良），早在1940年英国就已能合成，但直到1946年才实现工业生产。涤纶纤维强度高、耐磨，混纺后制成的衣服耐穿，抗皱好洗，因而发展迅速。到70年代初，产量居合成纤维第一位。
　　
　　 ③聚丙烯腈纤维。我国又称为腈纶、合成羊毛。它是1950年问世的，它的耐光性、保温性、弹性都很好，手感柔软，强度比羊毛高，价格比羊毛低，不怕虫蛀，耐晒又耐洗，适宜于制作衣料，针织外衣、毛毯、工业用织物等。
　　
　　 ④聚乙烯醇纤维。我国又称为维纶，它的性能近似于棉纤维，耐磨性强于棉纤维，是合成纤维中吸水性最高的一种，但耐热性和弹性较差。
　　
　　 ⑤聚丙烯纤维。又叫丙纶，比重小，强度较高，耐光照。
　　
　　 ⑥聚氯乙烯纤维。又称氯纶，它耐化学腐蚀力强，保暖性好，难燃烧。
　　
　　 合成纤维主要用于民用消费品，但也有一部分用于工程技术。宇航、冶金、化工等部门，不仅要求纤维综合性能优良，而且需要耐高温和抗强腐蚀。
　　
　　 合成纤维的出现，正好填补了这一空缺。人们经过多年研究，已取得不少成果。
　　
　　 芳纶—1313纤维，能在200℃下长期使用，它的强度是强力锦纶的2倍。
　　
　　 它首先被用于制造宇航服，还大量用作登山索具、高温过滤袋、飞机轮胎帘子线等。
　　
　　 芳纶—1414纤维，能在290℃下长期使用，560℃才分解。它的强度是合成纤维中的冠军，断裂强度是锦纶的3倍，手指粗的一条纤维绳，就可以吊起两辆解放牌汽车。因此多采用它作复合材料的增强纤维，特别适合于生产飞机、导弹的雷达罩。
　　
　　 聚酰亚胺纤维能在-273℃的超低温下使用，也能在400℃的高温中正常工作，能承受冷热剧变而不影响强度。
　　
　　 用聚皿氟乙烯抽丝制得的氟纶纤维，能耐王水的腐蚀。在-160℃～280℃的温度范围内都可使用，用它增强的复合材料作自润滑轴承在飞机上使用非常合适。
　　
　　 （3）合成皮革和合成纸从显微结构看，皮革和纸张都属于平面型的纤维交织物。皮革纤维是强韧的胶原蛋白纤维，经鞣革剂作用而形成强固的网状结构。纸张的纤维是植物性纤维，在造纸过程中，这些植物纤维互相纠结而形成网络结构。
　　
　　 合成革就是把树脂涂在底物布上制造出来的树脂薄膜。但它没有微气孔，不透汗，穿起来不舒服。后来人们在合成革中加入聚氨脂，聚氨脂在凝固过程中就会产生微气孔。这种合成皮革具有像天然皮革一样的透气性，但比天然皮革耐用得多，它又可装饰成各式各样的真皮外表，因而很受欢迎。
　　
　　 普通纸的强度一般不高，且易被虫蛀，又不耐酸碱。人们用人造纤维为原料制成聚合薄膜，再经纸化工艺，就可得到合成纸。目前已有用于描图的描图纸，用于印刷制版的铜版纸，不怕日晒雨淋的广告纸问世，用这种纸生产的军用地图和防水海图，抗折抗皱，不怕水，战场使用很方便。如果用合成纤维为原料，按传统的造纸法就可造出合成纤维纸，它强度高，抗腐蚀，抗撕折，抗霉蛀，用作电池隔膜纸，既能提高电池寿命，又能改进电池性能。