塑料、纖維和橡膠
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-05-20
看到這文章的標(biāo)題時(shí)，你一定會(huì)馬上聯(lián)想起周圍的許許多多東西。例如：塑料制的糞勺、錦綸漁網(wǎng)、拖拉機(jī)的輪胎，以及育秧用的塑料薄膜、塑料雨衣、家里的收音機(jī)殼、電燈開關(guān)、燈頭，還有日常穿的錦綸襪、“的確良”和“維尼綸”村衣、雨鞋等，所有這些大都是由人工合成的塑料、合成纖維、合成橡膠制成的。為了與天然的材料加以區(qū)別，我們就統(tǒng)稱為三大合成材料。
然而，三大合成材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中的地位遠(yuǎn)不止如此。由于它們的品種多，原料來源豐富，加工簡(jiǎn)便，成本低，不僅可以代替木材、橡膠、棉、毛、絲等許多天然材料，而且具有這些材料所沒有的許多優(yōu)異性能，在某些方面還能代替金屬、玻璃、陶瓷的用途，因此其發(fā)展也越來越快，應(yīng)用也越來越廣。
拿塑料來說，一般塑料的比重是0．9～2．2，其重量只是同體積鋁的1／2、鋼的1／5、鉛的1／8，這對(duì)要求全面減輕重量的運(yùn)輸機(jī)械如：飛機(jī)、艦艇、宇宙飛船等作結(jié)構(gòu)材料或零部件，有特別重要的意義。塑料具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的自潤(rùn)滑、耐磨和電氣絕緣性能，故可用來代替金屬（如青銅、鋼材）制成各種軸承套、凸輪、齒輪、各種遠(yuǎn)距離通訊器材上的電絕緣材料。如果塑料用玻璃纖維增強(qiáng)后，其強(qiáng)度甚至可以超過金屬，而用作受力結(jié)構(gòu)材料。此外，塑料的突出性能是耐腐蝕，對(duì)一般酸、堿、鹽溶液和有機(jī)溶劑都有不同程度的抵抗能力，其中尤以聚四氟乙烯、聚苯醚等更為突出，可以用來代替不銹鋼材。用塑料制成的泡沫塑料，不但輕巧，而且還很柔軟，可以代替棉花、羊毛來縫制棉衣、被，或作防濕、防震、隔音、隔熱的材料。
再看合成纖維。過去中國(guó)有句俗話：“三天打魚，兩天曬網(wǎng)。”就是說魚網(wǎng)要經(jīng)常曬。因?yàn)橐郧暗聂~網(wǎng)大都用棉紗織成，上面涂了桐油、豬血等，如用后不曬就要發(fā)霉腐爛。而今使用錦綸（或滌綸）等合成纖維做成的魚網(wǎng)，不怕海水和微生物的侵蝕，就不會(huì)有這種麻煩。我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造、完全用國(guó)產(chǎn)設(shè)備裝備起來的萬噸遠(yuǎn)洋貨輪“風(fēng)慶”號(hào)上的纜繩就是用錦綸纖維制成的。正因?yàn)楦鞣N合成纖維具有天然纖維所沒有的優(yōu)良性能——即強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕、吸水率低、比重輕等優(yōu)點(diǎn)，故在國(guó)防、尖端科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)城中用來制作特種合成材料，制作飛行服、降落傘、輪胎簾子線、特種過濾材料、傳動(dòng)帶等。
橡膠是一種戰(zhàn)略物資。某些合成橡膠具有耐油、耐熱、耐老化等天然櫲膠所不及的優(yōu)點(diǎn)，故在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國(guó)防尖端技術(shù)中提供了具有特殊性能的橡膠。同時(shí)，發(fā)展合成橡膠可以克服天然橡膠的數(shù)量和生產(chǎn)地區(qū)的局限性，以代替部分天然橡膠生產(chǎn)各種車輪的輪胎、工廠礦山的運(yùn)輸帶、膠管、機(jī)械備件以及膠鞋、球類、熱水袋等日常用品。
但是，在解放前，我國(guó)三大合成材料工業(yè)完全處于極端落后的狀態(tài)，只能做一些簡(jiǎn)單的成型加工，制造少得可憐的幾種塑料制品，塑料的原料完全依賴進(jìn)口，真所謂“一窮二白”。“只有社會(huì)主義能夠救中國(guó)。”特別是經(jīng)過一九五八年大躍進(jìn)和偉大的無產(chǎn)階級(jí)文化大革命，促進(jìn)了三大合成材料向深度和廣度發(fā)展。外國(guó)有的品種，我們也有了；國(guó)外沒有的，我們獨(dú)創(chuàng)了。在毛主席的無產(chǎn)階級(jí)革命路線指引下，我國(guó)工人階級(jí)發(fā)揚(yáng)“獨(dú)立自主、自力更生”的革命精神，以大慶為榜樣，建立了一系列以煉油為核心的石油綜合利用化工廠，同時(shí)，小型化工廠在全國(guó)亦是星羅棋布?，F(xiàn)在，我們不但從煉廠氣，而且還通過石油的裂解及重整得到各種烯烴及芳香烴，為進(jìn)一步合成各種塑料、纖維、橡膠提供了越來越廣的原料來源，如下表所示。
塑料、纖維、橡膠在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中之所以具有這樣重要的意義，是由其高彈性、高強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕、電絕緣性等優(yōu)越的機(jī)械、化學(xué)、電氣性能所決定的。從其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)來看，則是因?yàn)樗鼈兌际且活惤凶龈叻肿拥幕衔?。這類高分子化合物和前面學(xué)的低分子有機(jī)物不同，而是象淀粉、纖維素等天然高分子化合物一樣，其分子量特別大，而且都是由小分子以一定方式重復(fù)連接起來。例如，聚氯乙烯就是由氯乙烯聚合而成：
我們把用來合成高分子化合物的低分子物（如氯乙烯）稱為單體；而得到的高分子化合物（如聚氯乙烯）又叫做高聚物；高聚物中的基本單位如：.jpg "結(jié)構(gòu)式")
稱為鏈節(jié)；n就稱為聚合度。整個(gè)高分子鏈就相當(dāng)于由n個(gè)鏈節(jié)按一定方式重復(fù)連接起來成為一根又細(xì)又長(zhǎng)的鏈條一樣，這些高分子鏈柔順、蜷曲、彼此糾纏、鉤繞在一起，有的高聚物分子鏈之間還會(huì)通過化學(xué)鍵而形成體型或網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)（好象絲瓜筋一樣）如圖5－1所示，因此：
高聚物的分子量＝聚合度×鏈節(jié)的分子量
然而，在聚合過程中，每一條分子鏈接上去的鏈節(jié)并不是一樣多，生成的聚氯乙烯分子鏈也并不都是一樣長(zhǎng)。所以高分子化合物的分子量（或聚合度）實(shí)際上只是一個(gè)平均值。假定生產(chǎn)的聚氯乙烯，其平均分子量為十萬，那末在這個(gè)產(chǎn)品中就有比十萬大些或小些的聚氯乙烯分子鏈存在，而十萬只是一個(gè)平均值。這一點(diǎn)顯然是和低分子化合物的分子量概念不同的。這種現(xiàn)象稱為高聚物的多分散性。高聚物的平均分子量和多分散性對(duì)塑料、纖維、橡膠制品的性能有著十分密切的關(guān)系。
高分子化合物表現(xiàn)有這樣優(yōu)越的性能正是因?yàn)檫@種特殊的內(nèi)部矛盾運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。例如，柔順又互相纏繞在一起的長(zhǎng)鏈分子，分子鏈上的基團(tuán)就會(huì)互相作用，分子間作用力比較大，就產(chǎn)生了較高的強(qiáng)度，如果形成了交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度就更大。同時(shí)，分子鏈上的許多官能團(tuán)包在里面，不易與化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)，故對(duì)化學(xué)藥品比較穩(wěn)定。又由于分子中化學(xué)鍵大多為共價(jià)鍵，難于電離和傳遞電子，因此具有對(duì)電的絕緣性。有時(shí)分子鏈上沒有極性基團(tuán)，則鏈與鏈之間的作用力就較小，這樣在外力作用和一定的溫度條件下，會(huì)使鏈中某些鏈段很容易發(fā)生運(yùn)動(dòng)，因而表現(xiàn)出較高的彈性。
目前，一般的塑料、纖維、橡膠等品都是先將單體聚合成線型的高分子化合物，這些線型的高分子化合物具有可塑性，和天然樹脂（例如松香、蟲膠等植物、動(dòng)物分泌出來的物質(zhì)）有某些相似的性質(zhì)，所以我們又把這個(gè)過程叫做樹脂的合成。這種線型的高分子化合物就叫做合成樹脂。
然后，以合成樹脂為基本原料，在一定條件下加工成不同的制品。同是一種聚氯乙烯樹脂，可以通過壓延制成聚氯乙烯薄膜，或者模塑成一雙聚氯乙烯涼鞋，也可以經(jīng)過紡絲、拉伸等后處理制成氯綸短纖維，用來針織氯綸棉毛衫，因此作為塑料、纖維、橡膠來說，本身都不是絕對(duì)的。從某種意義上看，這樣的分類主要是由樹脂的不同加工方式和使用高聚物的條件所決定。
.jpg "塑料")
.jpg "纖維")
.jpg "原料來源")
.jpg "反應(yīng)式")
.jpg "高聚物結(jié)構(gòu)示意圖")
.jpg "橡膠")
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