塑料、纤维和橡胶
实验室k / 2019-05-20
看到这文章的标题时，你一定会马上联想起周围的许许多多东西。例如：塑料制的粪勺、锦纶渔网、拖拉机的轮胎，以及育秧用的塑料薄膜、塑料雨衣、家里的收音机壳、电灯开关、灯头，还有日常穿的锦纶袜、“的确良”和“维尼纶”村衣、雨鞋等，所有这些大都是由人工合成的塑料、合成纤维、合成橡胶制成的。为了与天然的材料加以区别，我们就统称为三大合成材料。
然而，三大合成材料在国民经济和人民生活中的地位远不止如此。由于它们的品种多，原料来源丰富，加工简便，成本低，不仅可以代替木材、橡胶、棉、毛、丝等许多天然材料，而且具有这些材料所没有的许多优异性能，在某些方面还能代替金属、玻璃、陶瓷的用途，因此其发展也越来越快，应用也越来越广。
拿塑料来说，一般塑料的比重是0．9～2．2，其重量只是同体积铝的1／2、钢的1／5、铅的1／8，这对要求全面减轻重量的运输机械如：飞机、舰艇、宇宙飞船等作结构材料或零部件，有特别重要的意义。塑料具有高强度、优良的自润滑、耐磨和电气绝缘性能，故可用来代替金属（如青铜、钢材）制成各种轴承套、凸轮、齿轮、各种远距离通讯器材上的电绝缘材料。如果塑料用玻璃纤维增强后，其强度甚至可以超过金属，而用作受力结构材料。此外，塑料的突出性能是耐腐蚀，对一般酸、碱、盐溶液和有机溶剂都有不同程度的抵抗能力，其中尤以聚四氟乙烯、聚苯醚等更为突出，可以用来代替不锈钢材。用塑料制成的泡沫塑料，不但轻巧，而且还很柔软，可以代替棉花、羊毛来缝制棉衣、被，或作防湿、防震、隔音、隔热的材料。
再看合成纤维。过去中国有句俗话：“三天打鱼，两天晒网。”就是说鱼网要经常晒。因为以前的鱼网大都用棉纱织成，上面涂了桐油、猪血等，如用后不晒就要发霉腐烂。而今使用锦纶（或涤纶）等合成纤维做成的鱼网，不怕海水和微生物的侵蚀，就不会有这种麻烦。我国自行设计制造、完全用国产设备装备起来的万吨远洋货轮“风庆”号上的缆绳就是用锦纶纤维制成的。正因为各种合成纤维具有天然纤维所没有的优良性能——即强度高、耐磨、耐腐蚀、吸水率低、比重轻等优点，故在国防、尖端科学技术等领城中用来制作特种合成材料，制作飞行服、降落伞、轮胎帘子线、特种过滤材料、传动带等。
橡胶是一种战略物资。某些合成橡胶具有耐油、耐热、耐老化等天然櫲胶所不及的优点，故在工农业生产及国防尖端技术中提供了具有特殊性能的橡胶。同时，发展合成橡胶可以克服天然橡胶的数量和生产地区的局限性，以代替部分天然橡胶生产各种车轮的轮胎、工厂矿山的运输带、胶管、机械备件以及胶鞋、球类、热水袋等日常用品。
但是，在解放前，我国三大合成材料工业完全处于极端落后的状态，只能做一些简单的成型加工，制造少得可怜的几种塑料制品，塑料的原料完全依赖进口，真所谓“一穷二白”。“只有社会主义能够救中国。”特别是经过一九五八年大跃进和伟大的无产阶级文化大革命，促进了三大合成材料向深度和广度发展。外国有的品种，我们也有了；国外没有的，我们独创了。在毛主席的无产阶级革命路线指引下，我国工人阶级发扬“独立自主、自力更生”的革命精神，以大庆为榜样，建立了一系列以炼油为核心的石油综合利用化工厂，同时，小型化工厂在全国亦是星罗棋布。现在，我们不但从炼厂气，而且还通过石油的裂解及重整得到各种烯烃及芳香烃，为进一步合成各种塑料、纤维、橡胶提供了越来越广的原料来源，如下表所示。
塑料、纤维、橡胶在国民经济和人民生活中之所以具有这样重要的意义，是由其高弹性、高强度、耐磨、耐腐蚀、电绝缘性等优越的机械、化学、电气性能所决定的。从其内部分子结构来看，则是因为它们都是一类叫做高分子的化合物。这类高分子化合物和前面学的低分子有机物不同，而是象淀粉、纤维素等天然高分子化合物一样，其分子量特别大，而且都是由小分子以一定方式重复连接起来。例如，聚氯乙烯就是由氯乙烯聚合而成：
我们把用来合成高分子化合物的低分子物（如氯乙烯）称为单体；而得到的高分子化合物（如聚氯乙烯）又叫做高聚物；高聚物中的基本单位如：.jpg "结构式")
称为链节；n就称为聚合度。整个高分子链就相当于由n个链节按一定方式重复连接起来成为一根又细又长的链条一样，这些高分子链柔顺、蜷曲、彼此纠缠、钩绕在一起，有的高聚物分子链之间还会通过化学键而形成体型或网状的结构（好象丝瓜筋一样）如图5－1所示，因此：
高聚物的分子量＝聚合度×链节的分子量
然而，在聚合过程中，每一条分子链接上去的链节并不是一样多，生成的聚氯乙烯分子链也并不都是一样长。所以高分子化合物的分子量（或聚合度）实际上只是一个平均值。假定生产的聚氯乙烯，其平均分子量为十万，那末在这个产品中就有比十万大些或小些的聚氯乙烯分子链存在，而十万只是一个平均值。这一点显然是和低分子化合物的分子量概念不同的。这种现象称为高聚物的多分散性。高聚物的平均分子量和多分散性对塑料、纤维、橡胶制品的性能有着十分密切的关系。
高分子化合物表现有这样优越的性能正是因为这种特殊的内部矛盾运动的结果。例如，柔顺又互相缠绕在一起的长链分子，分子链上的基团就会互相作用，分子间作用力比较大，就产生了较高的强度，如果形成了交联网状结构，强度就更大。同时，分子链上的许多官能团包在里面，不易与化学试剂发生反应，故对化学药品比较稳定。又由于分子中化学键大多为共价键，难于电离和传递电子，因此具有对电的绝缘性。有时分子链上没有极性基团，则链与链之间的作用力就较小，这样在外力作用和一定的温度条件下，会使链中某些链段很容易发生运动，因而表现出较高的弹性。
目前，一般的塑料、纤维、橡胶等品都是先将单体聚合成线型的高分子化合物，这些线型的高分子化合物具有可塑性，和天然树脂（例如松香、虫胶等植物、动物分泌出来的物质）有某些相似的性质，所以我们又把这个过程叫做树脂的合成。这种线型的高分子化合物就叫做合成树脂。
然后，以合成树脂为基本原料，在一定条件下加工成不同的制品。同是一种聚氯乙烯树脂，可以通过压延制成聚氯乙烯薄膜，或者模塑成一双聚氯乙烯凉鞋，也可以经过纺丝、拉伸等后处理制成氯纶短纤维，用来针织氯纶棉毛衫，因此作为塑料、纤维、橡胶来说，本身都不是绝对的。从某种意义上看，这样的分类主要是由树脂的不同加工方式和使用高聚物的条件所决定。
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