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《材料化学导论》第五章高聚物材料第七节高聚物的应用
5.7 高聚物的应用
高分子生产的迅速发展,说明社会对它需要量的迅速增加。
高聚物合成材料按照性质和用途大致可分为塑料、合成橡胶(或弹性体)、合成纤维三大
类。高聚物材料具有原料来源丰富、种类繁多、加工简易、性能优良等优点,其用途之广、
发展之快是其它材料所不及的,今后更会是如此。
一、塑料(plastics )
三大合成高聚物材料中以塑料的产量最大,约占总量的70~75%,增长速度最快,广泛地
应用于制作工业、农业和生活用品。许多合成高分子可用作塑料。按高聚物受热后的行为可
分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
热塑性塑料具有线型高分子链结构,在受热、受压时能保持其化学本性,例如聚乙烯、
聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。它们具有多种用途,可制成板材、管材、薄膜,包装材料
等,所以又称为通用塑料。
热固性塑料在加工过程中从线型高分子变成交联的体型高分子,具有不溶、不熔的特性,
例如酚醛树脂、脲醛树脂等。
按聚合物的不同性能和用途,塑料还可以分为工程塑料、高分子合金和增强塑料等。例
如,聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚和聚对苯二甲酸二丁酯等可以代替金属使用,
称为工程塑料;不同的聚合物通过混合改进物性,称为高分子合金;塑料用玻璃纤维、碳纤
维等来提高刚性和耐热性的,称为增强塑料。
二、合成橡胶(synthetic rubbers )
合成橡胶是一类合成弹性体,广泛地用于轮胎和橡胶制品等工业。世界合成橡胶产量已
大大超过天然橡胶。其中产量最大的是丁苯橡胶,约占合成橡胶的50%;其次是顺丁橡胶,
约占 15%。它们都是通用橡胶。另外,还有产量较小,具有特殊性能的合成橡胶,如耐老化
的乙丙橡胶、耐油的丁腈橡胶、不燃的氯丁橡胶、透气性小的丁基橡胶等。还有不用化学方
法交联,而是利用高分子链间的作用力交联的热塑性弹性体,如 SBS 橡胶(苯乙烯-丁二烯-
苯乙烯三嵌段共聚物),它可用塑料加工方法模塑制成各种形状的橡胶制品。
三、合成纤维(synthetic fibres )
合成纤维是用化学合成方法制成的纤维。世界合成纤维产品也超过了人造纤维的产量。
重要的合成纤维大多数是由逐步聚合反应合成的,如聚对苯二甲酸乙二酯纤维(商品名涤纶)、
聚酰胺纤维(如耐纶66、耐纶6 );其次是由加成聚合反应合成的,如聚丙烯腈纤维(人造羊
毛、即腈纶)、聚丙烯纤维(丙纶)。另外,还有弹性纤维,如聚氨酯纤维。
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《材料化学导论》第五章高聚物材料第七节高聚物的应用
近年来发展的聚芳酰胺纤维(芳纶),具有超高强度、高模量等特性;碳纤维(碳化高分
子)具有耐高温、高强度等特性。
四、高聚物复合材料(polymer composites )
高聚物复合材料是由高聚物与一种或数种异质、异形、异性的材料复合粘结而成的多相
材料。它综合了原有各种材料的性质,具有质轻、强度高、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性
质。还可以根据需要进行材料设计,使构成的复合材料具有最佳性能,以满足特殊要求。
高聚物复合材料分为高聚物结构复合材料和高聚物功能复合材料两类。目前以前者为主,
后者尚在发展中。
1.高聚物结构复合材料
高聚物结构复合材料由高强度的承力增强材料(增强剂)和较柔韧的起传递力和粘合作
用的基本材料所组成,二者之中至少有一种是高聚物。其中发展最快的、产量最大的是纤维
增强塑料,所用增强剂为高强度、高模量、耐热的纤维,如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、聚
芳酰胺纤维等和上述纤维的混杂品或织物。基材有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、
聚酰亚胺等热固性树脂和聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚砜、聚碳酸酯、ABS 树脂等热塑性树脂。
高聚物复合材料的比强度和比模量,可比金属材料高几倍。
以玻璃纤维为增强剂的复合材料称为玻璃纤维增强塑料(glass fiber reinforced plastics ),
又叫玻璃钢。玻璃纤维是用玻璃球熔融后经多孔漏板拉制而成的,为了改善其与树脂的粘合,
应用硅烷类偶联剂进行处理。玻璃钢的基本性能视所用玻璃纤维规格而定,玻璃纤维的规格
分为E (优质通用型)、S (高强型)、D (低密度型)、C (低能量普通型)、L (抗辐射型)和
M (高模量型)。
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