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第3章高分子材料的合成、加工和應(yīng)用
第3章 高分子材料的合成、加工和應(yīng)用
商用宏觀高分子材料是必須由相關(guān)的低分子材料經(jīng)過合成而得到的，這個(gè)形成高分子材料的過程稱為高分子聚合過程。另外，高聚物的性能可以通過在其中添加其它填充物質(zhì)來加以改善。最后，相應(yīng)的材料要經(jīng)過成型過程，成為一定形狀合乎使用目的的產(chǎn)品。在以下的篇幅中，我們準(zhǔn)備對(duì)這幾個(gè)因素進(jìn)行討論。
3.1 聚合反應(yīng)
合成大分子量的高分子材料的過程稱為聚合過程，它是由單體一個(gè)個(gè)地結(jié)合在一起，并形成巨大的分子的過程。通常原料來源于煤和石油產(chǎn)品，其中含有可聚合的低分子物質(zhì)。聚合發(fā)生的反應(yīng)可分為兩類，一類稱為加聚反應(yīng)，另一類稱為縮聚反應(yīng)。以下我們分別加以論述。
3.1.1 加聚反應(yīng)
加聚反應(yīng)指的是雙向功能（鍵）的單體一對(duì)一的連接，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)合而聚合成鏈狀高分子材料的過程，得到的高分子材料的化學(xué)成分和單體成分相加在一起完全一樣。
在加聚反應(yīng)中整個(gè)過程分為：過程的初始、過程的傳播和過程的結(jié)束等三個(gè)階段。 在過程的初始階段，一個(gè)可傳播的激活中心由一個(gè)觸媒或催化基和一個(gè)單體反應(yīng)產(chǎn)生。用聚丙烯的反應(yīng)說明如下：
+
H C CH3 C 圖3.1 加聚反應(yīng)過程（a）
H
R
C CH3 C 上式中R?表示的是激活基，
加聚過程的傳播過程是一個(gè)個(gè)基元加入到激活鏈上的過程，激活端不斷加長，用聚丙烯的例子可描寫為： R
H C CH3 C H + C
CH3 C
圖3.1 加聚反應(yīng)過程（b）
H R
C CH3 C H C CH3 C
鏈的生長速率非�？欤谐砂�1000個(gè)基元的鏈的時(shí)間僅為10-2至10-3加聚過程的結(jié)束可以是各種各樣的，其中一種情況就是兩個(gè)激活鏈的連接，用聚丙烯的例子說明如下： R
R H C CH3 C H C H C CH3 C CH3 C H C CH3 C +
CH3 C H CH3 C H CH3 C H C CH3 C C H
R R
圖3.1 加聚反應(yīng)過程（c）
也可以是以一個(gè)激活鏈和一個(gè)激活基元的結(jié)合而完成加聚，用聚丙烯的例子可表述為：
H C CH3 C H C CH3 C 圖3.1加聚反應(yīng)過程（d）
H
+
R
C CH3 C H C CH3 C R
分子的分子量由初始聚合速率、聚合傳播速率和聚合結(jié)束的速率的相對(duì)比值來確定。通常將三個(gè)速率控制在一定范圍，使分子的分子量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以滿足特定的要求。
由于聚合的結(jié)束方式各異，結(jié)束或多或少地由隨機(jī)因素所決定，這就是分子量有一個(gè)分布的潛在原因。
加聚反應(yīng)常用于聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯、聚苯烯和其余許多共聚物的聚合反應(yīng)中。
3.1.2 縮聚反應(yīng)
縮聚反應(yīng)有時(shí)也稱為分步反應(yīng)，是由兩個(gè)以上的單體產(chǎn)生分階段的化學(xué)反應(yīng)，生成高聚物材料的過程，通常反應(yīng)后有一定量的附產(chǎn)物如水等將被排除。反應(yīng)物中沒有基元的化學(xué)結(jié)構(gòu)，每個(gè)基元的生成都需要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來生成，我們以乙二醇和己二酸縮聚生成聚酯基元的反應(yīng)為例來加以說明： HO
H CH3 C HO O
H C CH3 C H C CH3 C OH
圖3.2 縮聚反應(yīng)過程
這種階段性的反應(yīng)不斷進(jìn)行，形成一個(gè)直鏈，其中某個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)并不重要，重要的是縮聚過程。
縮聚反應(yīng)所需時(shí)間比加聚反應(yīng)要長，要產(chǎn)生足夠的分子量的高分子，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)得到充分保證，轉(zhuǎn)變成基元的反應(yīng)充分進(jìn)行。和加聚反應(yīng)一樣，在反應(yīng)過程中形成一定的分子量分布。
縮聚反應(yīng)常產(chǎn)生三功能鍵的單體，因此極易形成網(wǎng)絡(luò)型高分子材料。熱固性聚酯材料、酚醛樹脂、尼龍和聚碳酸酯等都通過縮聚反應(yīng)生成。有些高分子材料可用不同方法合成，如尼龍就是一個(gè)這樣的代表。
3.2高分子添加劑
前面所討論的高分子材料的性質(zhì)都是對(duì)純粹的單一的高分子材料而言，它們都和結(jié)構(gòu)有關(guān)，但是為了大大加強(qiáng)和改善高分子材料的性能，結(jié)構(gòu)的改變往往還不能滿足需要，必需在其中加入其余的添加劑，以便使性能大幅度改善，更能夠符合實(shí)用的需要。添加劑的種類有：填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、染色劑和阻燃劑等。
3.2.1 填料
填料通常是加到高分子材料中用以改變高分子材料的抗拉和抗壓強(qiáng)度，耐磨性能，韌性，尺寸和熱穩(wěn)定性以及其它性能。用作顆粒填料的物質(zhì)有：鋸末粉（木粉）、二氧化硅粉和砂粒、玻璃、粘土、滑石粉、石棉、石灰石甚至是一些高分子合成材料。顆粒大小可以從納米級(jí)到宏觀尺寸等不等的級(jí)別。因?yàn)檫@些廉價(jià)的填料（它們的成本一般比聚合物材料的要低）的加入，使得最終塑料產(chǎn)品的成本降低。
3.2.2增塑劑
加入增塑劑可以使高分子材料的柔軟性、韌性和沖擊韌性，它們的加入通常降低硬度和剛性。增塑劑一般是一些具有較低蒸汽壓和分子量較小的液態(tài)材料。它們占據(jù)了大分子間的位置，使分子間距增加，分子間的鍵力減小。增塑劑通常用于在室溫下呈脆性的高分子材料的改性，這類材料如聚氯乙烯和乙酸基聚合物。實(shí)際上，增塑劑使玻璃轉(zhuǎn)變溫度降低，以便在室溫下使這些材料獲得一定的可折疊性或柔韌性，從而使它們能用于薄板、薄膜、管道、雨衣和簾布等需要有柔性的應(yīng)用領(lǐng)域。
3.2.3穩(wěn)定劑
有些高分子材料在常規(guī)環(huán)境條件下就會(huì)分解，而機(jī)械性能遭到破壞。通常這是因?yàn)橹苯颖┞对陉柟庀拢貏e是在紫外線的照射下，同時(shí)產(chǎn)生氧化。紫外線輻照使有些分子鏈的共價(jià)鍵鍵斷開，氧化是通過氧和分子鏈上的原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生破壞。加入的能阻止這些作用發(fā)生的填加劑就稱為穩(wěn)定劑。
3.2.4染色劑
染色劑給予最終高分子產(chǎn)品一個(gè)適當(dāng)?shù)念伾鼈兛梢砸灶伭匣蛏氐姆绞郊尤�。顏料分子在高分子化合物中溶解，并成為高分子材料的一部分；而色素則不溶解，而是以一個(gè)單獨(dú)的相存在于高分子材料中；通常它們的粒子較小，呈透明狀，和基體的反射系數(shù)差不多。其余的可能性是它們導(dǎo)致不透明性并給高分子材料一特定顏色。
3.2.5 阻燃劑
高分子材料的易燃性在用以制造化纖產(chǎn)品或玩具時(shí)應(yīng)得到充分的注意。高分子材料一般是高度可燃的，因此，除了一些如含氯和氟較多的高分子材料（如聚氯乙烯和聚四氟乙烯）外，都應(yīng)注重它的可燃性帶來的危險(xiǎn)。阻燃劑的加入就可以降低這種危險(xiǎn)。阻燃劑一般是以在燃燒時(shí)釋放出阻燃?xì)怏w，或是反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大幅度的降溫，由此兩種機(jī)制來阻止燃燒的繼續(xù)。
3.3高分子材料的種類
高分子材料的種類繁多，分類方法也不同。但我們傾向于通過用途或按化學(xué)主鏈的分子種類不同來加以分類。按用途可分類如圖3.3。
高分子材料
圖3.3 高分子按用途分類
按化學(xué)主鏈分子不同可分類如圖3.4。
圖3.4 高分子按化學(xué)主鏈
以下我們的講授主要以用途分類。
3.4塑料
3.4.1 塑料的特性和應(yīng)用
從高分子材料來說，最大的一類莫過于塑料。如聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，碳氟塑料，樹脂，酚醛樹脂，聚酯類等都屬于塑料這一類高分子材料。它們有各種互補(bǔ)的綜
合性能，有些硬而脆，有些韌而堅(jiān)，在拉伸時(shí)或多或少地顯現(xiàn)出彈性和塑性變形，有些時(shí)候在拉伸量非常大時(shí)才發(fā)生斷裂。
這類高分子材料都可以有不同程度的結(jié)晶有序度，分子結(jié)構(gòu)可以是各種類型的（直鏈、支鏈、等規(guī)結(jié)構(gòu)等）。也可以是熱塑性或是熱固性的，通常也是根據(jù)這個(gè)原則把它們化分成為兩大類塑料。
有些塑料具有非常好的性能。在對(duì)光學(xué)方面如透明性等有特殊要求時(shí)，聚苯乙烯和有機(jī)玻璃是比較好的候選者，但要求必須處于非晶態(tài)。碳氟塑料具有很低的磨擦系數(shù)，并且化學(xué)腐蝕性能優(yōu)良，在高壓下還具有較好的性能，能夠在極端惡劣的環(huán)境下工作。它們用來涂層，制成不粘鍋，軸承和軸瓦，還可用于高溫電子元件。下三個(gè)表中列出部分塑料的特性。
3.4.2、塑料的成型技術(shù)
塑料的成型技術(shù)有許多種，但它們都有一些在確定所用技術(shù)前必須了解的重要信息，主要有以下幾點(diǎn)：
（1）塑料是熱塑性的還是熱固性的；（2）如果是熱塑性塑料，那么它軟化的溫度是多少；（3）使材料成型的外部氣氛；（4）產(chǎn)品的幾何外形和尺寸。在塑料成型中有不少的技術(shù)和手段都和金屬和陶瓷的成型方法一樣。
在塑料成型過程中，通常需要在較高溫度進(jìn)行成型和壓力加工。熱塑性塑料成型一般需要加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上，然后加以一定壓力進(jìn)行加工，并且要將壓力保持一段時(shí)間，直到產(chǎn)品重新冷卻到玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，以便當(dāng)壓力除去后，產(chǎn)品保持它的形狀。用熱塑性塑料的一個(gè)極大的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品利于回收利用，因?yàn)橐粋�(gè)廢塑料產(chǎn)品只要加以粉碎就可以用于回收利用。
熱固性塑料的生產(chǎn)通常分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段先準(zhǔn)備一個(gè)直鏈狀聚合物，通常是液體狀的，分子量不高；第二階段是將這個(gè)聚合物在模子中進(jìn)一步變?yōu)閯傂缘挠幸欢ㄐ螤畹墓腆w成品。這個(gè)第二階段通常稱為固化，可能是通過加熱或者是通過加入催化劑并在加壓條件下反應(yīng)來達(dá)到。在此過程中，發(fā)生了化學(xué)分子結(jié)構(gòu)變化，高聚物中形成了網(wǎng)絡(luò)和交聯(lián)。在過程結(jié)束時(shí)，可以在高溫下脫模，因?yàn)楫a(chǎn)品的熱固性，它們不會(huì)再發(fā)生形體變化，因此呈惰性。
模制法可能是最有代表性的熱塑性塑料的成型方法。如壓制、澆鑄壓制、吹制、注塑和擠壓模制都是這個(gè)方法的變種。對(duì)各種方法而言，塑料都是軟化后進(jìn)入型腔，然后加壓成型。
表3.1 常用熱塑性塑料（1）
表3.2 常用熱固性塑料
3.4.3 壓制和澆鑄壓制
壓制法是將塑料放入模內(nèi)，模分陰陽，都一起加熱，但只有一個(gè)模是可動(dòng)的。合上模后一邊加壓一邊加熱，塑料軟化流動(dòng)，并充滿型腔，使材料成型。在模制前，塑料經(jīng)過混料，壓成一般情況稱為胚料，對(duì)胚料進(jìn)行加熱可減少模壓時(shí)間和壓制抗力，從而延長模子壽命。壓制法可用于熱塑性和熱固性塑料，但用以生產(chǎn)熱塑性塑料時(shí)更費(fèi)時(shí)費(fèi)工。
澆鑄壓制法和以上不同的是胚料事先已經(jīng)處在液態(tài)，它澆入型腔后流動(dòng)均勻，受壓均勻，因此成品質(zhì)量高。
3.4.4 注塑法
注塑法和金屬成型的模鑄法相仿，它是塑料成型的主要方法。圖3.5中繪制出該法的草圖�？梢�，造粒原料從料斗加入，螺旋推料桿把料從后端向前推進(jìn)，料不斷向前送，不斷在加熱料腔中受到加熱，由于推料桿的作用，液態(tài)料最終通過出料口注入型腔中，料在模腔冷卻，然后脫模，壓力一直保持。待冷卻后脫模，然后又關(guān)上模子，上述過程周而復(fù)始，不斷重復(fù)。這個(gè)過程最優(yōu)越的地方就是它的快速成型，對(duì)熱塑性塑料，冷卻過程可以說是瞬時(shí)完
圖3.5 注塑法示意圖
3.4.5擠壓成型
擠壓成型的工藝和金屬的擠壓成型大體相似，所不同的是，塑料粒不斷加入，不斷的由一個(gè)螺旋送料桿送到加熱部分，并從裝有成型模的�？谧杂蓴D出，從而成為所需材料。在出料口，料的降溫用空氣流和水霧加以冷卻，然后輸入切割和輸運(yùn)線上。該法適用于生產(chǎn)連續(xù)的長材，如棒、管、帶、軟管和絲等等。
3.4.6 吹制法
該法和我們講過的玻璃吹制法大致相同，只不過是將一個(gè)一定的胚料放入模中，然后用壓縮氣體使它吹成模子的形狀，再經(jīng)過脫模，就可獲得成型產(chǎn)品。當(dāng)然，配料和模子的溫度控制十分關(guān)鍵，必須精心調(diào)控。
3.4.7 澆鑄法
和金屬材料同出一轍，塑料也可通過澆鑄的方法成型。只要將熔料加入模中，讓它成型，然后冷卻脫模即可。熱塑性和熱固性塑料均可通過澆鑄成型，只不過在熱塑性塑料時(shí)，澆鑄后是冷卻和脫模；而熱固性塑料則是在熱模中保溫固化，然后才冷卻脫模。
3.5 彈性體
在前幾節(jié)的講課中我們已經(jīng)講解了彈性體的結(jié)構(gòu)和有關(guān)力學(xué)性能，現(xiàn)在我們的目的主要集中在加工和應(yīng)用方面。
3.5.1 硫化
我們知道，彈性體的結(jié)構(gòu)要求是高度交聯(lián)的分子結(jié)構(gòu)，交聯(lián)的過程在橡膠和彈性體中稱為硫化，是一個(gè)不可逆的化學(xué)反應(yīng)，在硫化反應(yīng)中，通常在加熱的橡膠中加入硫化物，反應(yīng)后硫原子把分子鏈連在一起形成較牢固的交聯(lián)鍵。硫化反應(yīng)在異戊間二烯橡膠中的作用可以用如下反應(yīng)式表示：
H C H H C H
CH3 H H H H H
+
2S
H C H H C H
CH3 H S
S
H H H H
CH3 H
CH3 H
未硫化的橡膠又軟又粘，耐腐蝕性差。硫化后彈性模量、抗拉強(qiáng)度和抗氧化性能都得到提高，彈性模量的提高和交聯(lián)鍵數(shù)量成正比上圖繪出的是未硫化的橡膠和硫化后的橡膠的拉伸曲線。為了獲得變形量大的橡膠，交聯(lián)鍵要少而分散，通常用處較多的橡膠是在原膠中加入1-5wt%,的硫來獲得，硫的含量增加，橡膠越來越硬，也就逐步失去彈性，而變成為熱固
性高分子化合物。
3.5.2 主要彈性體
表3.3中列出了通常的彈性體，它們的性能很特別，并且與硫化與否和是否有增強(qiáng)劑加入有關(guān)。
天然橡膠至今還廣泛運(yùn)用，這是因?yàn)樗胁豢商娲木C合性能。但是最重要的彈性體還要數(shù)丁苯膠，它廣泛應(yīng)用于汽車輪胎，可用碳黑增強(qiáng)。丁腈橡膠抗分解，抗振性能很好，也是用途較廣的橡膠。
在許多諸如車胎等應(yīng)用上，硫化橡膠都不能滿足抗拉、耐磨、抗撕裂和相當(dāng)?shù)捻g性等需要，這就需要求助于碳黑和其它增強(qiáng)材料的加入，形成復(fù)合材料。橡膠的加工工藝方法完全和塑料一樣，在此不一一贅述。
最后值得一提的是硅膠，這類橡膠主鏈上的碳原子被硅原子和氧原子交替替代，如聚二甲基硅烷。當(dāng)然，作為彈性體它們是交聯(lián)結(jié)構(gòu)的。
硅膠彈性體在-90℃還保持著非常好的韌性，還可以在250℃的環(huán)境下保持穩(wěn)定。另外它們抗環(huán)境和潤滑油的腐蝕，另外有些硅膠在室溫下就可以硫化。
表3.3常用橡膠
3.6 纖維
3.6.1 性能和應(yīng)用
纖維高聚物是能夠拉成為100：1以上長徑比的聚合物。絕大部分纖維高聚物用于紡織等用途,用以織布、和其余織物。要作為紡織用品，纖維必須要有一系列的物理化學(xué)特性。在應(yīng)用時(shí)，纖維要遇到拉、剪、扭轉(zhuǎn)和摩擦等力學(xué)作用，因此必須要有在一定溫區(qū)內(nèi)的抗拉強(qiáng)度、高的彈性模量和摩擦性能。這些性能決定于高聚物的分子鏈結(jié)構(gòu)和拉絲的過程。
纖維高分子材料的分子量通常很大，由于結(jié)晶度越大則抗拉性能越高，因此分子的結(jié)構(gòu)和構(gòu)型應(yīng)有利于提高結(jié)晶度，這就是說需要有線性的非交鏈的對(duì)稱分子鏈，它由固定的有序的單元重復(fù)而成。也就導(dǎo)致大多數(shù)纖維高分子是熱塑性的。
衣服，布料的洗滌和保養(yǎng)性能和它的熱性能有關(guān)，即和熔融點(diǎn)和玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)有關(guān)。另外纖維高分子材料需要對(duì)各種環(huán)境因素穩(wěn)定，如對(duì)酸、堿、漂白、干洗劑和陽光的穩(wěn)定性。并且還必須要有難燃和易干性。
3.6.2、成型工藝
從一個(gè)體材料制得纖維材料的工藝稱為紡纖，通常纖維材料是通過熔融液態(tài)材料制得的，因此稱之為熔態(tài)紡纖。在過程中，材料首先被熔融，然后強(qiáng)制通過一個(gè)被稱為紡絲頭的底板，板上有若干小圓孔，熔融的液體一流出紡絲板就凝結(jié)成纖維。纖維的結(jié)晶度受控于拉絲時(shí)的過冷度，而絲的強(qiáng)度可用拉拔技術(shù)得以加強(qiáng)。拉拔就是簡單地將纖維絲沿它的軸向拉伸，在此過程中分子鏈延軸向取向，因此，抗拉強(qiáng)度、彈性模量和剛度得到提高，雖然拉伸后的纖維在徑向的機(jī)械力學(xué)性能略有下降，但是纖維使用時(shí)常常在其軸向，因此便不礙事。拉出的纖維截面近于圓形，并且在橫截面方向性能是均勻的。
3.7高分子的其余應(yīng)用
3.7.1 表面涂層
涂層技術(shù)通常是施于材料表面，以期獲得以下所列的一些效果：（1）保護(hù)基體材料以免
除腐蝕性環(huán)境條件的侵害；（2）增強(qiáng)或改變外觀效果；（3）加強(qiáng)絕緣效果。很多用來作表面涂層的材料都是高分子材料，制這些材料又可以細(xì)分為：漆、清光漆、瓷釉漆、硝基漆、蟲膠等。
3.7.2 粘結(jié)劑
粘結(jié)劑指的是用來涂覆并粘結(jié)兩個(gè)固體，使之成為一體并能低抗很大的切應(yīng)力的材料。粘結(jié)材料粘結(jié)的化學(xué)鍵通常認(rèn)為是靜電作用即范德瓦爾斯結(jié)合，和熱塑性塑料的分子鍵一樣，雖然粘結(jié)材料的內(nèi)秉強(qiáng)度不如被粘結(jié)材料，但只要是粘結(jié)層薄而連續(xù)，那么粘結(jié)面強(qiáng)度還是很高的。只要好的粘結(jié)層一旦形成，材料可能在粘結(jié)層斷裂之前斷裂。
屬于熱塑性、熱固性樹脂、彈性化合物和天然粘結(jié)劑（動(dòng)物膠質(zhì)、干酪素膠、漿糊、樹脂等）都可作粘結(jié)劑用。高分子粘結(jié)劑可用于用途廣泛的許多粘結(jié)，如金屬-金屬，金屬-塑料，金屬-陶瓷等等。高分子粘結(jié)劑的缺陷是使用溫度的局限性。有機(jī)高分子只在很低的溫度下保持力學(xué)完整性，隨溫升力學(xué)性能下降。
3.7.3 薄膜
在近期內(nèi)，高分子薄膜得到了廣泛的應(yīng)用，被制成0.025到0.125毫米的薄膜被廣泛應(yīng)用于提袋、食品、紡織物和其余商品的包裝，以及一些其它用途。這些用以制造薄膜的材料通常具有良好的抗拉、抗撕裂、柔軟、和抗化學(xué)氣氛和蒸汽腐蝕等性能。符合這些要求的常用材料有聚乙烯、聚丙稀、賽珞玢和乙酸纖維素等。
薄膜通常過擠壓生產(chǎn)，料從一個(gè)一定大小的�？跀D出，并經(jīng)過壓制，可以增加其強(qiáng)度和其余力學(xué)性能。薄膜也可以通過吹制得到，首先擠出一個(gè)管，然后控制加壓大小，可以使管壁不斷減薄，用此方法可以獲得圓柱形薄膜。它可以被放平并制成各種制品。更新的一些技術(shù)是幾種性能不同的薄膜同時(shí)擠出或形成復(fù)合薄膜。
3.7.4 泡沫塑料
多孔的塑料制品可用所謂的發(fā)泡技術(shù)制得。熱塑性和熱固性的塑料都可以用在其中加入發(fā)泡劑制成泡沫塑料，發(fā)泡劑在加熱過程中分解并放出大量氣體。氣泡在近液體狀態(tài)的物體中產(chǎn)生，并在隨后的冷卻中被保留下來，制得海棉狀的塑料產(chǎn)品。也可用在熔體中泵入惰性氣體而達(dá)到發(fā)泡的目的。常用于泡沫生產(chǎn)的塑料有：聚氨基甲酸乙酯，橡膠，聚苯乙烯，聚氯乙烯等。泡沫通常用于汽車和家具的襯墊，也用于包裝和絕熱材料。
總結(jié)
用力學(xué)拉伸曲線，我們可以將高分子材料分為脆性、塑性和彈性材料三類，這些材料強(qiáng)度和剛度都不如金屬材料，它們的力學(xué)性能隨溫度有較大變化。
也討論了具有晶球結(jié)晶的半晶態(tài)高分子的力學(xué)性能，拉伸時(shí)可以分為若干階段分別對(duì)應(yīng)于材料的非晶態(tài)鍵結(jié)的打開、晶態(tài)折疊鏈的打開和延拉伸應(yīng)力方向取向。這些材料的強(qiáng)度可用輻射產(chǎn)生的鍵交聯(lián)、晶化度和分子量的增加得到提高。
熔點(diǎn)和玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)是兩個(gè)重要的物理量，可以標(biāo)定出高分子材料的可用區(qū)域。由于熔點(diǎn)和玻璃轉(zhuǎn)變溫度的大小標(biāo)志著分子鏈的整體振動(dòng)和協(xié)作運(yùn)動(dòng)，溫度升高振動(dòng)增加。分子鏈影響力學(xué)性能的因素都會(huì)影響這兩個(gè)溫度值。
高分子材料對(duì)高溫的不同反映把高分子材料分為熱塑性和熱固性兩組，前一組高溫軟化低溫固化，性能對(duì)溫度可逆，后一組高溫固化，性能對(duì)溫度不可逆。
大多數(shù)高分子材料顯出有一定的粘彈性，這是完全粘性和完全彈性間的過渡狀態(tài)，粘彈性可用粘彈性模量這個(gè)和溫度有關(guān)的彈性模量來表述。粘彈性模量對(duì)溫度很敏感，對(duì)彈性體的性能有關(guān)鍵作用的就是這種溫度敏感性。
對(duì)彈性體材料變形可以很顯著，彈性材料必須是非晶態(tài)和高交聯(lián)的，延伸性是分子鏈打開的緣故，交聯(lián)可用硫化方法獲得。彈性體多為共聚物，而硅膠彈性體不能稱為嚴(yán)格意義上的有機(jī)材料。
高分子材料的合成有兩種方法，加聚和縮聚反應(yīng)；高分子材料的性能可以通過添加劑得到進(jìn)一步加強(qiáng)。其中包括填料、穩(wěn)定劑、增塑劑、染料和阻燃劑。
塑料可以說是用得最廣泛的高分子材料，制造通常采用高溫塑性變形，用不同的模制方法制備，也可用澆鑄的方法制備。
許多高分子材料都可成纖，用于紡織業(yè)。力學(xué)和熱學(xué)性能對(duì)纖維的使用很重要。許多纖維都是通過熔體成纖法制備，在成纖過程中可以通過拉制提高力學(xué)性能。
其余高分子材料應(yīng)用的范圍有成膜、粘結(jié)劑、薄膜材料和泡沫材料等。
習(xí)題和思考題
1． 什么是高分子材料的制備？主要制備方法有哪些？
2． 什么是加聚反應(yīng)？什么是縮聚反應(yīng)？各有什么特點(diǎn)？
3． 高分子添加劑可分為哪些類型？各有何用途？
4． 高分子如何分類？
5． 什么是塑料？什么是熱固性塑料？什么是熱塑性塑料？
6． 塑料的成型前必須事先清楚的四個(gè)問題是什么？
7． 簡述熱塑性塑料的成型方法？
8． 簡述熱固性塑料的成型方法？
9． 彈性體的強(qiáng)化方法是什么？
10．各列舉至少三種熱塑性塑料和熱固性塑料的用途。
【第3章高分子材料的合成、加工和應(yīng)用】相關(guān)文章：
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