合成高分子材料

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简介

所谓的合成高分子材料,是以合成高分子化合物(也即高聚物)为基础组成的材料。

合成高分子材料

分类

高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状,可分为线型聚合物和体型聚合物两类。

线型聚合物

线型聚合物是指各链节连在一起,形成一条长链的分子结构(有时在主链侧带有支链)。这种聚合物可溶解在一定溶剂中,可以软化,甚至溶化。属于线型无支链结构的聚合物有:聚苯乙烯(PS)、用低压法制造的高密度聚乙烯HDPE)和聚酯纤维素分子等。属于线型带支链结构的聚合物有:低密度聚乙烯(LDPE)和聚醋酸乙烯(PVAC)等。

体型聚合物

体型聚合物是指线型大分子链与链间又有化学交联,形成的网状三维结构。这种聚合物制备成型后再加热时不软化,也不能流动。属于体型高分子(网状结构)的聚合物有:酚醛树脂(PF)、不饱和聚酯(UP)、环氧树脂(EP)和脲醛树脂(UF)等。

性能

优点

(1)加工简单方便,可塑性性好。如塑料可以采用较简单的方法就能加工成多种形状的产品。

(2)自重小。如大多数塑料的密度在0.9~2.2g/cm3之间,平均为1.45g/cm3,仅为钢结构的1/5。

(3)导热系数小。如泡沫塑料的导热系数只有0.02~0.046W/(m·K),仅为金属的1/1500,混凝土结构的1/40,砌体的1/20,是理想的绝热材料。

(4)电阻率较大,绝缘性能好。

(5)化学稳定性较好。通常情况下,塑料对酸、碱、盐及油脂均有较好的耐腐蚀能力,特别是聚四氟乙烯,仅能与熔融状态下的碱金属发生反应,与其他化学物质均不起作用。

(6)功能的可设计性较强。可通过改变生产工艺或者组成配方,加工成具有各种特殊性能的工程材料。如碳纤维复合材料,其强度甚至比钢结构还要高,其他工程材料如密封材料、防水材料等都可以设计加工而成。

(7)装饰美观,艺术性强。如各种塑料制品不仅可以着色,而且色彩鲜艳,并能模仿天然材料的纹理(如木纹、花岗石纹、大理石纹等),达到以假乱真的程度。装饰涂料可根据需要调制成各种颜色,光鲜亮丽,有艺术效果。

缺点

(1)易老化。在阳光、空气以及酸、碱、盐的作用下,高分子材料的分子结构会发生变化,这会造成材料性能的改变,甚至是丧失,如失去弹性、出现裂纹、变硬、变脆、变软、发黏等现象。塑料、有机涂料和有机胶黏剂都会出现老化。目前,主要通过改变聚合物的结构、加入防老化剂和涂防护层等的方法来防止高分子材料的老化。

(2)耐热性差。高分子材料的耐热性能普遍较差,如高温下,高分子材料会加速老化,甚至分解;受热时,塑料很容易发生变形。所以在使用高分子材料时,一定要注意对温度的把握和控制。

(3)具有可燃性及毒性。高分子材料属于可燃性材料,可燃性受其组成和结构的影响较大。如聚苯乙烯遇火会很快燃烧起来,聚氯乙烯离开火焰会自动熄灭。另外,大部分高分子材料燃烧时会产生有毒有害气体,这些气体若随意大量排放,会严重污染环境,危害人体健康。针对高分子材料的可燃性及毒性,常采取的措施是改进配方制成自熄和难燃的产品。尽管如此,高分子材料的防火性还是会较无机材料差,所以在工程应用中应予以注意。