技术与材料之四·塑料

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你知道塑料这种材料为什么叫“塑料”吗？其实塑料就是“塑性材料”的意思，因为它有很强的可塑性。

人类首次使用塑性材料是在几千年前，那些都是自然生成的塑料。比如树木产生的树胶类——琥珀，被古埃及和其他文明古国用来制造珠宝；动物犄角被用来制作饮水容器和简单工具。

当然，如今人们已拥有的塑料品种繁多。有些仍是取自于天然材料，但大多数完全是由原油提取的化学物制成的，还有一小部分来自于煤。

塑料的结构

气态乙烯是从原油中获得的化学物之一，用它可以制作大家都熟悉的塑料——聚乙烯。

右上图是乙烯分子的模型。乙烯气体就是由几百万个这样的无规则自由运动的分子组成的，它们彼此间没有多大的吸引力。

像气态乙烯那样，以单个小分子存在的方式被称做单体，连接分子的过程被称做聚合，聚合的产品如聚乙烯被称做聚合物，聚合物为固态。塑料就是一种聚合物。

例如，聚乙烯是通过“束缚”自由徘徊的乙烯分子集结起来形成的长链状的聚乙烯分子（左下图）而制成的，这种“束缚”工作是由被称为催化剂或引发剂的化学物质完成的。

塑料的性质

塑料可分为许多不同的种类，但主要可分为两种类型：热塑性塑料和热固性塑料。

热塑性塑料 聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等都属于热塑性塑料。它们加热时变软，可以塑形，冷却时又变硬。因为加热时，分子得到能量，移动分开，使分子间的作用力变弱，分子可以自由地滑动，在压力下形成新的形状。冷却后分子间的作用力又恢复强大，从而使塑料变硬。这种软化和硬化的过程可以一次次地重复。

高密度聚乙烯是以直链方式使分子密集在一起的一种高密度材料。由于这些直链靠得很近，它们彼此牢固地吸引，缺少可移动的自由度，结果就产生了刚性、强度很大的塑料，它的韧性也很大。在相当高的温度（120～130℃）下才能软化，并能抗化学腐蚀。高密度聚乙烯可以制造大量的生活用品，如塑料水桶、管道零件等。

低密度聚乙烯是通过在分子链上产生分叉的过程制成的。这些分叉防止了分子链的集结，结果使它们彼此间的吸引不再牢固，产生的聚合物比高密度聚乙烯弱、软，可塑性更大。不需要多大的力量就可以使分子链分开，所以该聚合物在较低的温度（大约85℃）下就能软化。它可以是透明的，也可以是不透明的。它是非常好的电绝缘体。低密度聚乙烯在我们的生活中有更多的用途，如塑料袋、雨衣、电缆绝缘层、水杯、洗衣盆、儿童玩具等。

聚丙烯与聚乙烯属于塑料的同一家族，但是它比高密度聚乙烯更韧、更刚，更抗加热，大约在150℃时软化。聚丙烯在热塑性塑料中密度最小，还具有很高的撞击强度。它的另一个极有价值的特性是能弯折上千次而不断裂。聚丙烯可以用来做成折叠椅、安全头盔、餐具、玩具车等。

聚氯乙烯即PVC。PVC可以有不同的性质，用来制作排水系统的PVC材料比较刚性、不易磨损。如果在PVC中加入可塑剂，就可以得到柔软、富弹性的材料。可塑剂的分子远小于聚合物的分子，它们的作用是拆开聚合物的链，使彼此的吸引力减小，结果使聚合物变得更加柔韧。这种软质的PVC适用于电缆的绝缘介质以及某些防雨物品的制造。含有更高可塑剂成分的PVC在人造革的生产中用来作为织物的涂层，人造革这种柔韧的材料可以用来制作一些汽车的座套、家具及手提包等。

丙烯酸树脂就是大家熟知的有机玻璃。它可以像玻璃一样透明，也可以不透明，可以用颜料上色。它相当耐磨，并且不会粉碎，但可能破裂或产生划痕。在加热到165～175℃时可以成型、弯曲和扭转。在寒冷状态下，有机玻璃是很脆的。有机玻璃可以用来生产荧光灯管罩、汽车灯罩、眼镜片、手表玻璃壳，也可以做成浴缸和脸盆等。

尼龙也是一种聚乙烯。最为人熟知的是尼龙纤维，它被广泛用于织物的生产，例如地毯和毛刷。尼龙是一种相当硬的材料，非常耐磨，具有很高的防腐蚀性能。固态尼龙多用于工程，它特别适合制造快速运动的部件，如齿轮和轴承。它具有很高的熔点，相当经久耐用。

常见的聚苯乙烯是水晶般透明的固体，多被用来制作灯具、玩具和餐具。还有一种呈海绵状的聚苯乙烯，被称为发泡聚苯乙烯的泡沫塑料，它在生产过程中会产生一种气体，这些气体被封包在其蜂状结构中，使材料具有良好的绝热性能。聚苯乙烯是一种低密度材料，并由于它的多孔性能可以非常好地承受冲击，常被作为隔离材料用于建筑业，还被广泛用于包装。

热固性塑料 它的性质与热塑性塑料有很大不同。在第一次加热时，聚合物软化，在压力下可进行塑形。但是加热会引起聚合物发生化学反应，使分子永久性地锁定在一起。这种反应被称做交联反应，之后再也不能通过加热来软化了，热固性塑料是一种很好的绝热材料。

酚醛又称电木，是第一种用化学方法人工制造的热固性塑料，又硬又脆，带有自然的黑亮色，是一种很好的绝热绝缘材料。

尿素甲醛是一种无色的聚合物，可以用颜料进行人工上色来制造各种颜色的物品。它的绝热和电绝缘性能都很好。密胺与尿素甲醛具有相似性质，被用于制造高质量的餐具、厨具和灶台等。

聚酯树脂是在室温下就能聚合的热固性材料。树脂在使用前需与硬化剂一起混合。在原始状态下，这种塑料很硬也很脆，为了增加它的强度和聚合性能，常用玻璃纤维对它进行强化从而制成玻璃钢。聚酯树脂可以制作成汽车车体、泳池、皮划艇、房顶等。

（江苏省新海高级中学 董洪福）