塑料－新材料工程

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。

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