高聚物和金属、陶瓷等材料一样,它们的各种性能都是由不同的化学组成和组织结构决定的。只有从不同的微观层次上正确地了解高聚物的组成和组织结构特征以及性能(包括使用性能和工艺性能)间的关系,才能合理地选用高聚物材料。

1.高分子材料的组织结构

高分子材料的组织结构要比金属复杂得多,其主要特点是：

(1)大分子链是由众多(103～105数量级)简单结构单元重复连接而成的,链的长度是其直径的104倍。

(2)大分子链具有柔性,可弯曲。

(3)大分子链间以分子键(范德华力)结合在一起,或通过链间化学键交联在一起,范氏力和交联情况对性能有很大影响。

(4)高聚物中大分子链聚集态结构有晶态(长程有序结构)和非晶态等等。

2.塑料、橡胶、纤维三大合成材料的特性

高分子合成材料作为高分子材料的主体,品种繁多且性能差异大,人们对它的认识远不如对金属材料那么熟悉。这对于人们正确使用高分子材料是不利的。下面分别对塑料、橡胶、纤维三大合成材料的区别与联系进行简要介绍。

(1)塑料。按高分子化学和加工条件下的流变性能,可分为热塑性和热固性塑料。热塑性塑料是指在特定温度范围内具有可反复加热软化、冷却硬化特性的塑料品种。热固性塑料是指在特定温度下加热或通过加入固化剂发生交联反应,变成不溶、不熔塑料制品的塑料品种。

按性能和用途可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料的价格便宜,大量用在包装、农用等方面,聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等都属于通用塑料。(www.daowen.com)

工程塑料具有相当好的强度和刚度,所以被用作结构材料、机械零件、高强度绝缘材料等。如聚甲醛、聚碳酸酯、尼龙、酚醛树脂等。其中,聚乙烯是世界塑料品种中产量最大的品种,其应用量也最大,约占世界塑料总产量的1/3,目前聚乙烯的产量已达到3000多万吨,其价格便宜,容易成形加工,性能优良,发展速度很快。在我国,聚氯乙烯的产量仅次于聚乙烯塑料,其阻燃性优于聚乙烯、聚丙烯等塑料,可用于建筑材料,如管材、门窗、装饰材料等。

特种塑料具有耐热、自润滑等特异性能。

(2)合成橡胶。合成橡胶可分成通用合成橡胶和特种合成橡胶。通用橡胶主要有丁苯橡胶、I-二烯橡胶、丁酯橡胶等,用于制造软管、轮胎、密封件、传送带等。特种橡胶主要有聚氨酯橡胶、硅橡胶等,广泛用作实心车胎、轮胎、汽车缓冲器及密封材料等。

(3)合成纤维。合成纤维中以聚酯、锦纶、聚丙烯酯三种产量最大,它们主要用于纺织品和编织物等。

塑料、橡胶、纤维三类聚合物的界限很难严格划分。例如聚氯乙烯是典型的塑料,但也可抽成纤维;如氯纶配入适量增塑剂,可制成类似橡胶的软制品;又如尼龙、涤纶是很好的纤维材料,但也可作为工程塑料。

三大合成材料在性能方面各有其不同特点。

橡胶的特性是在室温下弹性高,弹性模量小,E=105～106 N/m2,即在很小的外力作用下能产生很大的变形(可达1000%),外力去除后能迅速恢复原状。

合成纤维的弹性模量较大,E=109～1010 N/m2,受力时变形较小,一般只有百分之几到百分之二十。在较广的温度范围内(-50～150℃),机械性能变化不大。

塑料的弹性模数、黏度和延展性都与温度有直接的关系。温度对高分子材料性能影响较大。例如,在室温下,塑料的柔性远比橡胶类要小,但当把塑料加热到一定温度时,塑料也表现出如橡胶一样的柔性。在-70℃以下的聚丁二烯,就失去了橡胶的那种柔性了。