塑料橡胶合成纤维都是合成材料吗

合成高分子材料

一般的无机化合物和有机化合物，其分子只包含几个或几十个原子，相对分子质量也在几十到几百之间。如水分子的相对分子质量为18。而高分子化合物却不同，每一个分子所含的原子数可达几千或几万，甚至几百、几千万。也就是说它们的分子量特别大，所以叫做高分子。

高分子化合物是通过化学方法以天然气或石油为原料，经过一系列反应得到的。它的分子链形状细长，或者首尾相连，或者含有小支链，相互交连，吸引力非常强。因此所组成的物质在强度、弹性等方面都比低分子物质优越许多。

长期以来，人类一直依赖着来自动植物的天然高分子物质来满足衣、食、住、行等方面的需要，已经同高分子物质打了几千年的交道。但随着人口的不断增加，人类对物质、文化生活要求的不断提高，自然界的“馈赠”已不再能满足人类的需求。直到近70年来，人工合成高分子材料的成功，把人类物质文明的发展向前推进了一大步。

人工合成高分子材料不仅具有天然高分子材料的优良性能，而且不受地域、气候的限制，因而迅速进入工业、人们日常生活等领域，并取得了突飞猛进的发展，成为对人类最为重要的材料之一。人工合成有机高分子材料的品种很多，目前使用最多的是“三大合成材料”，即合成纤维、合成橡胶和合成塑料，此外还包括合成油漆、涂料、胶粘剂和一部分液晶。

合成纤维、橡胶和塑料都是高聚物，它们在形状和性能上有很大差异，但是，它们三者之间并没有严格的界限。同一种聚合物，由于合成方法和工艺不同，就可以分别制成纤维或塑料，如聚酰胺（尼龙）就有这种特点。又如聚氨酯弹性体，同时具有橡胶和塑料的双重性能。下面分别谈谈合成纤维、橡胶和塑料三大材料。

一、合成纤维

合成纤维是以石油、天然气、煤、水、空气等为原料，经过一系列的化学反应，得到高分子化合物，再经加工而制得的纤维。合成纤维五十年来在全世界得到了迅速的发展，已成为纺织工业的主要原料。它广泛用于服装、装饰和产业三大领域，它的使用性能有的已经超过了天然纤维。合成纤维的主要品种有：绵纶（聚酰胺）、腈纶（聚丙烯腈）、涤纶（聚酯）、维纶（聚乙烯醇）、丙纶（聚丙烯）和氯纶（聚氯乙烯）等六种，其中前三种产量最大，占整个合成纤维产量的90%。它们都具有强度高、耐磨、比重小、弹性大、防蛀、防霉等优点。除做衣服以外，在工业和其他方面也很有用处。但合成纤维也有吸湿性和耐热性较差，不容易染色等缺点。

绵纶是最早出现的合成纤维，早在1939年尼龙66已经开始工业化生产。因为具有比重小、强度高，耐磨性好的特点，大多用于制造丝袜、衬衣、渔网、缆绳、降落伞、宇航服，轮胎帘布等。

腈纶有人造羊毛之称，比重比羊毛轻10%以上，强度是羊毛的3倍。腈纶有不发霉、防虫蛀、对日光的抵抗性好的优点，因此特别适合制造帐篷、炮衣、车篷、幕布、窗帘等室外织物。近年来，复合材料需用的碳纤维数量日增，常常采用腈纶纤维作为原丝。

涤纶俗称“的确良”，它兼有绵纶和腈纶的特点，强度高、耐磨，混纺后的棉涤纶和毛涤纶成为最常用的衣着用料。在工业上，涤纶还可制作轮胎帘布、固定带及运输带等。涤纶纤维出世较晚，但其产量已超过绵纶而居合成纤维首位。

维纶也叫维尼纶。其性能接近棉花，有“合成棉花”之称，是现有合成纤维中吸湿性最大的品种。维纶还可用作外科手术缝线；由于其生产原料易得，制造成本低廉，也常用于衣料和多种工业用途。

除了以上几种大家熟悉的通用合成纤维外，合成纤维还有很多其他的用途。合成纤维可以充当棉絮，且具有重量轻、弹性好、不板结、不变形的优点；制成的被辱、座垫、睡袋、沙发和防寒服等可以整洗，并且不怕霉菌和虫蛀。因此在20世纪80年代合成棉絮的用量已和天然棉絮平分秋色了。

合成纤维棉絮的进一步发展是人造羽绒。取自禽类身上的天然羽毛，由羽片、绒羽和纤羽三部分组成。人们采用粘合法和静电植毛法完全可以仿造出羽毛上的羽轴、羽枝和小羽枝，人造羽绒呈立体结构，富有弹性，蓬松保暖。而随着一种薄型合成絮片的出现，人们对于臃肿的天然羽绒和人造羽绒服的热情，开始慢慢减退。

奥林匹克冬季滑雪运动会上，运动员身穿紧身型滑雪装，人体的曲线美充分显露，而腾飞、滑跑的动作依然潇洒利落，这主要归功于薄型合成纤维絮片。这类絮片由超细纤维或发泡纤维制成，增加了静止空气的储量，减少了热量的对流和传导，只需原羽绒服的一半厚度就足以保暖了。

在尖端工业中起作用的是特种合成纤维，它们的产量不大，品种却不下数十种，它们具有特殊的物理、机械性能，是天然纤维和通用合成纤维无法达到的。

氟纶（聚四氟乙烯），有良好的电绝缘性，耐腐蚀性好，可耐250℃左右的高温。用于制飞机、导弹、汽车等的无油轴承，密封填料，人造血管，心脏档布，军用外衣，弯曲管，弯曲套等。

芳纶（芳香族聚酰胺），是目前有机合成纤维中强度最大、产量最高的纤维，有“合成钢丝”之称。芳纶的比强度（同样重量材料得到的强度）是钢丝的5倍，用手指粗的芳纶绳就可以吊起两辆大卡车！有的品种可以在260℃高温下连续使用上百小时。20世纪60年代芳纶进入航空和航天领域，在飞机上，芳纶被制成降落伞、机轮帘布、电绝缘和过滤结构，或作为增强纤维用于复合材料框架、舱门等；在航天飞机上，芳纶毡毯用于再返大气层时的热防护；宇航员穿的宇航服中有氟纶防火保暖层和芳纶防辐射及防流星层。美国1980年在航空和航天结构上使用了45万公斤的芳纶纤维。

芳纶因其坚韧耐磨、刚柔兼备的特点，现在又作为最有希望的防弹材料被发展起来。过去的防弹材料主要是防弹铝板和钢板，都比较笨重，使用起来不灵活。现在用芳纶编织的防弹背心重量轻、结构紧凑、层数多、防护力强，适合于警察和公安人员日常穿用。士兵在战场上感到威胁最大的是弹片和散弹，穿上一种内衬陶瓷板的芳纶避弹衣，就可以保证肺、胸、脊骨等重要部位的安全。芳纶编织层能吸收弹丸60%的能量，陶瓷板能使弹丸偏离或碰掉。由80%芳纶纤维和20%树脂制成的“钢”盔，在与真正钢盔重量大致相等的情况下，安全性提高了两倍以上。据统计，芳纶防弹衣和钢盔最少能防护人的60%～70%关键部位，使伤亡人数至少降低三分之一。

芳纶陶瓷装甲还普遍应用于坦克、装甲车和直升机，可作为主防护装甲和辅助防护装甲。这些装甲有的单独使用芳纶层压板，有的与铝板复合使用，大大轻于传统的装甲钢板。这种新型复合装甲还可用于民航机上，作为防爆的防护板。此外，芳纶增强塑料还可制造鱼雷发射管、雷达天线罩等。

在康复医学中，使用各种人造合成纤维的数量越来越大。氟纶、涤纶和碳纤维是最常用的，如氟纶人造血、尼龙中空纤维人工肾、碳纤维人工心脏瓣膜等，都具有良好的生物相容性。人工肺的主要部分是数万根空心丙纶纤维管，每根长30厘米，直径250微米，这样小的孔，连血液也不能渗透进去，但却可以让氧气和二氧化碳进行交换，保障人的正常呼吸。可见，合成纤维和人们的关系是越来越密切了。

二、合成橡胶

合成橡胶是将石油中的多种碳氢化合物分离出来，再利用化学方法聚合而得到的。合成橡胶不仅可以制造出许多结构和性能相当于天然橡胶的普通橡胶，而且还能合成许多优于天然橡胶的特种橡胶。

合成橡胶与任何一种新事物一样，都是应社会发展需求而产生的。问世至今已将近一个世纪，在20世纪20年代，人们就已经合成了丁二烯橡胶，它具有很高的弹性和耐寒性；到了30年代，合成橡胶工业开始蓬勃发展。目前，合成橡胶的数量和性能都大大超过了天然橡胶。

合成橡胶有非常显著的经济效益。例如，每生产1000吨天然橡胶需要300万株橡胶树，为此要占用500多名劳动力和数千亩土地，而且也非一年可得。而生产同等数量合成橡胶的小工厂，每年只要数十名熟练工人和一定数量的石油。

通用合成橡胶一般有丁苯、丁基、氯丁、丁腈橡胶等，它们都可以代替天然橡胶制成日常橡胶制品如轮胎、救生艇、密封件、电缆、软管、油箱。丁苯橡胶在合成橡胶中产量最高，主要用于制造汽车和飞机轮胎等；氯丁橡胶弹性和加工性好，可制造密封件和减震零件；丁腈橡胶具有耐热、耐油和耐老化的特点，可制作耐油胶管和油箱。

特种合成橡胶主要用在国防尖端工业中，它们产量不大但品种繁多，包括丁丙橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸橡胶、氯醇橡胶等。

乙丙橡胶是乙烯和丙烯单体共聚制得的橡胶。由于它的分子链基本上是饱和的，所以能耐氧和臭氧老化。乙丙橡胶还具有透气性小、耐化学介质和耐液压油性好的特点，使用温度范围为－60℃～150℃，最高可达170℃，可用于制造汽车散热管及发动机零件。在航空上乙丙橡胶常用作液压系统的密封件和软管、火箭燃料和氧化剂的密封件和容器。

聚硫橡胶是含硫原子的合成橡胶的总称。具有优良的耐油、耐老化及透气小的特性。用于飞机座舱、整体油箱、电器设备的密封，它还可以做成密封腻子，用于建筑物的防水。

氟橡胶由于分子链中有一部分被氟原子取代，形成与碳原子更紧密的结合，因而使其具有耐高温、耐各种油类及腐蚀介质的能力。例如氟—26橡胶的使用温度范围为－40℃～200℃，氟—246橡胶可在250℃高温环境中使用，氟醚橡胶可在300℃油中和液氧、液氢中使用。氟橡胶在飞机上用作耐热、耐油密封零件，在火箭上用作密封件和容器，由于它具有突出的耐热性，在原子能和化工上也有广泛的用途。

硅橡胶由于其主链中具有硅—氧链而获得高的耐热性，是一种使用温度范围最广的橡胶，为－100℃～300℃，加以具有优越的耐大气老化性和电绝缘性，广泛用于航空、造船、化工和建筑，作为密封、减震和电绝缘件。在飞机上，透明硅橡胶用作飞机座舱的多层有机玻璃的中间夹层。正在发展的硅硼橡胶和硅氮橡胶，耐热性可达500℃。

硅橡胶在人体中具有很好的生物相容性，是制造人工器官比较理想的材料，已用于人体内的有人造血管、人造瓣膜和人造心脏等；在体外应用的有人工心肺、人造肾脏、输血导管等。近年来风靡国内外的美容整形手术中，就广泛采用有机硅胶来作填料。

胶粘剂和涂料也是有机高分子化合物的重要应用领域，在许多新型机械、电工和电子产品中都离不开它们。各种胶粘剂不仅可用于木材、皮革、纺织品、塑料、玻璃、陶瓷自身和相互间的胶接，还适用于金属自身和与上述材料相互间的胶接，甚至在医学上划破的伤口、人工骨与天然骨之间也采用了胶接。

结构用胶粘剂主要有改性环氧、改性酚醛及聚酰亚胺。它们的特点是强度、韧性和耐久性良好。上世纪50年代起，在飞机上开始大面积使用胶接蜂窝夹层结构的舵面、安定面、机翼、机身壁板和直升机旋翼等。在推广先进连接工艺方面，胶铆、胶焊、胶接——螺接等复合连接方式大量代替了铆接和焊接，大大提高了疲劳强度和耐久性，减轻了结构重量。这些先进的连接工艺已推广至汽车、自行车、火车车厢和船舶制造业。

某些特殊用途的胶粘剂，如厌氧胶粘剂，在空气和氧气中不固化，一旦隔绝空气和氧气后即固化。它们被用于紧固防松、密封防漏和装配固定。压敏胶粘剂具有类似医用橡皮膏的特性，在室温下长期保持粘性，使用时只要对胶带轻微加压，即能粘附于物体表面，不用时又可撕去而不留痕迹。它们被用于电缆接头的包扎、零件临时定位和防止表面磨损，如直升机旋翼前缘贴上压敏胶带可以防止砂蚀。导电胶粘剂用于导管及导电元件的胶接，无损于电气性能。

有机高分子涂料在国防尖端工业中也获得了广泛的应用。例如，在飞机机头雷达罩、机翼前级和直升飞机旋翼上，涂有合成橡胶和氟弹性体组成的抗侵蚀涂层；在宇宙飞船和航天飞机的座舱内，涂有芳香族聚合物或有机硅—硅酸盐组成的抗辐射涂层；在人造卫星、宇宙飞船和高速飞机上，都必须有硅酸钾二氧化钴或有机硅氧化锌温控涂层。此外，还有防雨涂料、防雷击涂料、雷达吸波涂料等，都是为了满足特定目的而设计的。

三、塑料

塑料是人工合成的有机高分子材料中诞生最早的。1838年，人们就在实验室里合成了聚氯乙烯。到了20世纪40年代以后，塑料进入蓬勃发展阶段。据统计，1930年全世界塑料的年产量为10万吨，1950年达160万吨，1960年达740万吨，1970年达3000万吨、2000年达3．5亿吨。现在人们的日常生活中，到处可见塑料的身影。

塑料具有可塑性和可调性两大显著特点。可塑性是指采用最简单的工艺，就可以在短时间内制造出形状极复杂的塑料制品；可调性是指生产过程中，可以用改变工艺、变换配方等方法来调整塑料的各种性能，以满足不同的需要。此外，塑料还具有重量轻、不导电、不怕酸碱腐蚀、不传热的优点，可做成透明、不透明或各种颜色的制品。

现在的塑料有三四十大类，300多个品种。从使用的角度，可将塑料分为通用塑料和工程塑料两大类。从20世纪70年代中期开始，又逐渐从工程塑料中分出高性能工程塑料。

通用塑料的产量较大，占塑料总产量的80%以上，一般包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。通用塑料的价格低、用途广，通常用在制造生活用品、一般零件和包装材料方面，可代替纸和木材，并部分代替金属。聚乙烯能制造容器、管材和家具；聚丙烯用来制造汽车、电视机零件和食品包装袋；聚氯乙烯可以制成各种硬质、软质的泡沫塑料、农用薄膜等。将来，一张轻巧柔软的薄膜就可以代替装淡水的大容器，使海岛和舰船上的人大受裨益；如果在汽车上装上一层气体分离膜，就可提高发动机功率，节约大量能源。

工程塑料是指机械性能好，可以代替金属制造机械零件，并且能在一些特殊环境，如高温、低温、腐蚀、大负荷载重条件下长期工作的一类塑料。包括聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚酯、改性聚苯醚等。工程塑料的出现使塑料的应用范围更为广泛了，它既可用作电工器材，又可作为钢铁和有色金属的代用品，应用于机械工业。尼龙塑料可以制成有良好润滑性的轴瓦，比铜瓦还耐磨；聚甲醛材料，具有很高的刚性和硬度，耐疲劳性也很好，已用来制造电机、无线电、机械、汽车、原子能、航空航天等方面的一些零件。目前，广泛使用工程塑料的工业部门有机械制造、电子、化工、汽车、飞机制造、原子能和建筑等。例如，在汽车用材中，1978年塑料仅占4%（重量），1985年已达到10%。

但并不是说工程塑料已经发展的非常完美。因为现在生产的工程塑料使用温度在300℃以下，抗拉强度低于20千克每平方毫米，作为结构材料还不能与钢铁等金属相抗衡。国外约60%用于建筑和包装，约20%用于汽车和化工。国内在机械产品中用作轴套、密封件、导管、导轨、罩壳、油箱以及受力小的仪表构件等。因此塑料如果要代替大部分钢材和有色金属，还需要进一步的开发研究。

高性能工程塑料又称特种工程塑料，它同军事工业和尖端技术的发展密切相关。因此，高性能工程塑料虽然只占世界塑料总产量的1%左右，但它们的作用是别的任何材料都无法比拟的，具有不容忽视的地位。现在生产的高性能工程塑料主要有：聚芳醚、聚芳砜、聚芳酯、聚芳杂环类、聚芳酰胺、聚对二甲苯、含氟材料等。

20世纪60年代，特种工程塑料开始进入工业化生产阶段。但这时的特种工程塑料倾向于追求高性能，特别是耐热等级；例如，聚砜的长期使用温度为150℃，短期使用为180℃，能够用于电绝缘而代替云母，增加电机的容量并缩小体积；聚芳砜在－240℃～280℃温度范围内有良好的强度和电性能，可制成连接器、开关部件和印刷电路板；聚苯砜长期使用温度为180℃，是砜族系统中耐热性最好的聚合物。

芳杂环的特点是耐热、耐辐射和具有突出的高温综合机械性能，目前进入商业化生产的有聚酰亚胺、聚海因、聚仲斑酸等，耐热性最高达350℃，而正在研究中的聚苯并咪唑、聚喹垩啉、聚垩二唑等，耐热性可望达到500℃，目前仅限于宇航方面的应用。

直到20世纪70年代，各企业开始注重加工性和降低价格，转而向综合性能和通用用途发展；80年代的主要研究工作是通过化学—物理方法，对现有品种进行改性。在未来的节能型小汽车和旅客飞机上，塑料和树脂基复合材料的用量将大大超过金属材料。

目前，人们已经可以用合成高分子材料制造人工器官，来代替病人的器官。而新技术革命和医学科学的发展，将对塑料提出更多的要求。未来的塑料需具备光、电、磁的特性和人体的某些生理功能。据专家们估计，将来人体至少有一半以上的组织器官可用合成高分子材料代替。