1.1 高分子材料（上）塑料 橡胶 纤维在线视频

同学们好，今天我们来学习

神奇的材料世界中高分子材料部分

从某种角度上说

人类文明发展的历史

也是材料文明发展的历史

人类社会的发展经历了石器时代

青铜器时代，铁器时代

那么接下来是不是高分子的时代呢

我们可以从货币材料的发展以管窥豹

早期的人类使用以物易物

货币是羊皮兔子等生物材料

往后人们发现贝壳可以作为货币

那么货币就变成了无机非金属材料

在后来经营同货币出现

这也标志着货币发展到了金属材料时代

而最近货币变成了银票，纸币和银行卡

这些货币有一个共同的特点

它们都是高分子材料

那么什么是高分子材料呢

从定义上来说

它肯定是有别于小分子的一类材料

它的分子量远远高于小分子物质

同时还需要具备三个特征

第一，由重复单元相互连接构成

第二，有链状分子的基本结构

第三，有足够长的分子链

因为这三个特征高分子材料千变万化

丰富多彩，高分子材料有多丰富呢

我们看看数千种高分子材料中的一种聚氨酯

早餐，你洗漱完毕走到厨房

准备从冰箱里面拿出今天的早餐

不妨想一想，厚厚的冰箱门里面是什么

答案是聚氨酯泡沫

里面的冷空气出不来

外面的热空气又进不去

他们竭尽全力阻止冰箱内外的热量交换

若是没有聚氨酯

冰箱的压缩机恐怕要永无休止地轰鸣

而你也不得不为冰箱的巨大耗电量而发愁了

接下来请你把目光

移到冰箱旁边的胶合板做的橱柜上

胶合板是将许多层的薄木板

用胶黏剂连接而成

酚醛树脂和脲醛树脂曾经是胶合板的主力

但是这两类材料

会释放出强烈致癌作用的甲醛

因此近些年已经被聚氨酯所取代

最后再请你把视线移到墙角

聚氨酯密封剂正在忠实地履行着职责

把墙角的缝隙牢牢封死

早餐过后，你开车来到单位

把车停在了停车场

你会发现停车场地上有一层胶

它是什么呢？它是聚氨酯递交

晚上回到家中，您在小区跑步锻炼身体

这时候您可以发现您的鞋底

是聚氨酯的发泡材料

运动服是聚氨酯纤维

回到家中，您躺在沙发上

沙发之所以柔软

是因为它有聚氨酯的泡沫内衬

根据高分子链结构的特征

我们可以把高分子材料分为

塑料、纤维和橡胶三大类

现在我们一起来看看

这三种高分子材料的日常应用

塑料中最常见的是聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯

1927年，聚氯乙烯首次被合成并产业化

说起聚氯乙烯同学们可能比较陌生

但是身边这种材料非常多

比如家中的下水管道

电缆线外皮，还有塑料玩具

1937年罗门哈斯的科学家合成出有机玻璃

说是玻璃其实是塑料

因为它很透明像玻璃一样

但是又不会像玻璃一样的易碎

用有机玻璃可以坐什么呢

坐过飞机的同学可以回想一下飞机的窗户

感觉上是不是又像塑料又像玻璃

我们常用的电脑光盘也是有机玻璃

1938年，普伦凯特合成出聚四氟乙烯

聚四氟乙烯号称塑料王

为什么是塑料王呢

因为聚四氟乙烯抗酸、抗碱、抗各种有机溶剂

几乎不溶解于所有的容剂

同时聚四氟乙烯具有耐高温的特点

被用于不粘锅的涂层，生料带等

还在水立方的外层膜

还有北京南站的顶楼广泛使用

卡罗瑟斯1935年合成出尼龙

标志着高分子材料发展的第三次里程碑

卡罗瑟斯是一个实验精神很强的工程师

他所做的工作就是好奇

这个原料和那个原料加在一起

会有什么样的效果

当时财大气粗的杜邦公司

提供了他进行实验的机会

他就创造出了性能异常优异的尼龙材料

尼龙材料的力学性能

大大优于之前的合成高分子材料

今天尼龙材料也广泛应用

不过尼龙材料的价格较贵

1951年ABS被合成出来

ABS是三种单体共聚得到的

一个三嵌段共聚物

ABS的价格低廉

但是在性能上和理论相差不大

我们身边有许多这样的材料

比如汽车保险杠

旅行时的行李拖杆箱，家电的外壳

飞机上的行李舱门等等

都是这种ABS材料制得

高分子材料的第二大类是橡胶

提到橡胶，第一个想到的就是天然橡胶

东南亚各国充足的水热资源和肥沃的土壤

十分有利于橡胶树的生长

天然橡胶比人工合成橡胶的性能优异

但是想要完全弄清楚

天然橡胶的结构还需时日

丁苯橡胶和顺丁橡胶是二次世界大战的厂

当时日本占领了东南亚的橡胶园

要打仗就要有橡胶，没有天然橡胶怎么办

只能靠自己合成

当时合成最大的品种就是丁苯橡胶

它不是天然的

但是却是人类目前合成最大的橡胶品种

橡胶的特点是强度好柔性好

但是怕油，为了让橡胶不怕油怎么办

最有效的办法就是给橡胶中加入急性的单体

有了这些急性的单体油就进不去了

于是就产生了两大类耐油的橡胶

一类叫做丁晴橡胶，一类叫做氯丁橡胶

还有一类乙丙橡胶乙烯和丙烯共聚而成

他们又有强度，弹性又好

于是就产生了一个新的品类

就是乙丙橡胶

我们校园里的塑料跑道

很多时候用的就是乙丙橡胶颗粒制的

还有一类独特的橡胶，称为硅橡胶

硅橡胶是柔性之王

它的柔性能好到什么程度呢

它的柔性能保持到零下120度

他是唯一可以在南极和北极使用的橡胶

其他品种的橡胶

在温度的时候已经非常的脆柔

柔性好还可以用来吸收能量

比如我们途中网球拍上有一个橙色的小球

这个小球就是硅橡胶球

它可以用来吸收振动波

防止手腕受伤

高分子材料的第三大类是纤维

纤维的种类也很多

下面我们来看一下日常生活中

比较常见的几种纤维

第一类是锦纶

大部分的纤维总是以什么伦什么伦命名

锦纶就是尼龙纤维，它的强度很高

常常用于降落伞的绳子

渔网袜子等另一种是涤纶提起涤纶

大名鼎鼎的的确良衣服

就是涤纶纤维纺织而成

涤纶纤维的材料

和我们平时喝的矿泉水瓶一样

是一种叫做PPT的高分子材料

涤纶纤维强度好，易洗快干

深受户外装备的青睐

丙纶是所有合成纤维中最轻的一种

它就是著名的聚丙烯纺丝而成

丙纶的耐磨和弹性好

可以用于制造人造草坪和地毯

相比天然草坪和羊毛，它的费用极低

晴纶是在所有的合成纤维中

最像天然羊毛的材料

所以晴纶广泛地用于制造毛衣和羊毛大衣

质感相同，但是成本只有后者的十几分之一

用最少的钱就可以穿上最舒服的衣服

这就是晴纶的作用

以上说的几种纤维都是常见的合成纤维

但是在生活和生产的过程中

要求有其他性能的纤维

因此产生了酚醛纤维

这种纤维具有阻燃、耐晒、耐腐蚀的特性

在救火员的衣服里

我们就用到了这种纤维

对强度的追求

是人们对材料孜孜不倦的研究方向

于是就出现了超高分子量聚乙烯纤维

这种纤维有什么特点呢

我们看看右上角的表格

表格中是超高分子量

聚乙烯纤维的强度模量和密度

括号中是钢丝的对应值，超高分子量

聚乙烯的强度和模量是3.4和160

钢丝只有1.8和48

密度超高分子量只有1.04

钢丝是7.8，这就是比钢还强，比钢还轻

在登山的时候我们就需要这样的纤维

因为它又轻又强，航海时的拉索

吊桥时的吊装工程等

我们都常常要用到这样的纤维

另一种超高强度的纤维是芳纶

提到它另一个名字，或许大家都认识

就是大名鼎鼎的凯芙拉纤维

著名的防弹衣材料，其强度可想而知

目前在一些高档的体育用品

和电子产品上都有所使用