高分子材料：从天然到合成的制备与应用

高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，而高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的，相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。世界高分子材料的产量（按体积估算）已经与钢产量相当，并正以前所未有的速度发展，其制品已成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少或无法替代的材料。

高分子材料按来源，可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类。天然高分子材料包括来自植物的纤维、淀粉、木材、天然橡胶，以及来自动物的皮、毛、角等；合成高分子材料主要有塑料、合成橡胶、纤维、黏结剂、涂料等。工业上应用的主要是合成高分子材料。

合成高分子化合物都是由一种或几种单体（简单结构的低分子化合物）以重复的方式连接而成的，有时也将高分子化合物称为高聚物、聚合物或树脂，如聚乙烯分子就是由乙烯分子经聚合反应连接而成的。

1.塑料的组成

塑料由树脂与添加剂组成，是目前工业上应用最多的非金属材料。

树脂是组成塑料的基本组成物，属于合成高分子化合物，一般占质量分数的30%～100%。树脂的种类与性能基本决定了塑料的基本性能。树脂在塑料中又起黏结剂的作用，故又称黏料。许多塑料是以树脂的名称来命名的，如聚氯乙烯塑料中的树脂就是聚氯乙烯，聚苯乙烯中的树脂是聚苯乙烯等。

添加剂的作用主要是改善某些性能或降低成本。常用的添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂（又称防老化剂）、润滑剂、固化剂、着色剂等。

2.塑料的分类

常用塑料按其使用范围，可分为通用塑料和工程塑料；按树脂的热性能，可分为热塑性塑料和热固性塑料。常用塑料的类别、特性和代号见表9-1。

表9-1 常用塑料的类别、特性和代号(www.xing528.com)

3.塑料的性能及应用

（1）物理性能和化学性能 塑料的密度小，重量轻，一般塑料的密度仅为钢密度的1/4～1/7，在塑料中加入发泡剂后，泡沫塑料的密度仅为0.02～0.2g/cm³；具有良好的电绝缘性；塑料的耐热性能不如金属，遇热易老化、分解，所以大多数塑料只能在100℃以下使用；塑料的导热性差，热导率仅为金属的1/500～1/600；塑料的线胀系数大，一般为钢的3～10倍，因此，塑料零件的尺寸不稳定。塑料具有良好的耐蚀性能，大多数塑料能耐大气、水、酸、碱、油的腐蚀，因此在化学工业中可用塑料制作耐腐蚀设备和零件。

（2）力学性能 塑料的强度、刚度和韧性都较差，其强度仅为30～150MPa，但塑料的比强度较高；塑料的刚度仅为钢刚度的1/10；塑料具有良好的减摩性和耐磨性，这是因为许多塑料的摩擦因数低，如聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯等都具有小的摩擦因数，同时塑料具有自润滑性，因此，工程上用这类塑料来制造轴承、轴套、衬套、丝杠螺母等摩擦和磨损件。但塑料件易出现蠕变与应力松弛现象。塑料在外力作用下的应变随时间的延长而增加，这种现象称为蠕变，如架空的电线套管会慢慢变弯，这就是蠕变。塑料件还会出现应力松弛现象，如塑料管接头经一定时间使用后，由于应力松弛导致泄漏。此外，塑料还具良好的减振性和消声性，用塑料制作零件可减小机器工作时的振动和噪声。值得一提的是，一般塑料件与金属件比较，加工工艺简便，成本也较低。

常用塑料的名称、特性及应用见表9-2。

表9-2 常用塑料的名称、特性及应用

（续）