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合成材料及其发展——课外阅读(4)

2013-05-30 字号:[ ] 编辑:56hx 来源:未知 浏览:

 
塑料代钢铁
    工程塑料指可作为结构材料的塑料,主要产品有聚酰胺(即尼龙)、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、ABS树脂、聚酯、聚氨酯、聚砜、聚苯硫醚等。工程塑料的主要特性是:①密度小,一般为钢铁的1/4,铜的1/9~1/5,铝的1/2,这对全面减轻车辆和飞行器的重量具有特殊意义;②比强度高;③化学稳定性好,对酸、碱以及一般有机溶剂都有良好的耐腐蚀性;④电绝缘性优良;⑤耐磨,具有自润滑性,可以降低摩擦力;⑥耐热必和尺寸稳定性高;⑦抗冲击、抗疲劳性能优良。
    用工程塑料代替钢铁和其他金属的潜力是很大的。例如颁在城市里的纵横交错的自来水管和煤气管,乃至上万米长的输油和输气管道,各种机床乃至机器设备的零件,小到如门把手等一类五金产品,只要有一部分能被塑料代替,其节约的效果也会相当显著。
   工厂中的噪声令人烦躁,例如磨床开动时的噪声就很大,它的噪声主要是由于调整盍的滚动轴承中的钢球和金属保持架之间的摩擦和碰撞产生的。如果磨床采用工程塑料做保持架,则塑料具有优良的吸震和消声作用,它与其他物体摩擦和碰撞时,可将大部分能量吸收,而不会发出噪声。
    纺织厂织布机的巨大噪声是打击织梭和传动机械摩擦造成的。如果利用尼龙浇铸成的齿轮代替金属齿轮,在传动装置互相摩擦时,也会起减震和消声作用。
    许多工厂都需要将产品磨细,要使用大大小小的球磨机,机器中用大量的钢球将物料磨细,钢球和球磨机的壳体之间的摩擦和碰撞,产生的噪声,比磨床大很多倍。如果用工程塑料的板材代替球磨机壳体的钢板,塑料与我风球之间的摩擦和碰撞声将会大大地降低。
 
几种工程塑料
    聚碳酸酯是一种透明度可以达到85%~90%的工程塑料,它也和有机玻璃一样,用来制造超音速飞机的风挡和座舱罩。聚碳酸酯做的薄膜大量用于电子工业,用来制造各式电容器。这些电容器具有体积小,绝缘性好的优点,而且制造工艺十分简单。只要在一定厚度的两层聚碳酸酯薄膜之间夹上两片铝箔,引出接头,然后紧紧地卷在一起,送进烘箱加热到把铝稍包封在电容器中,制得的电容器晶莹透明、美观耐用,性能优良。
    聚甲醛也是一种重要的工程塑料,它的抗张强度高于黄铜和锌,聚甲醛经过拉伸处理后,一根直径为3毫米的细丝可承受1×104牛的拉力,因此其抗张强度都可与钢材比美。聚甲醛还具有摩擦系数小、耐磨性好的特点,可以在不用润滑油的情况下进行自润滑,还能耐有机溶剂腐蚀,吸水性也很小。聚甲醛可以用注射、挤出、吹塑等成型方法加工,也可进行机械加工,焊接和电镀等二次加工。聚甲醛主要用在电子、汽车、建材、轻工等部门,作为密封圈、卷轴、齿轮、轴承、滑块、阀门、键盘、开关、拉链和把手等零件。
    聚苯醚具有优良的综合性能,最大的特点是在长期负荷下,具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性,使用温度范围广,可在-127~-121℃长期使用。还具有耐水、耐水蒸气性能,并具有较好的耐磨性和抗冲击强度。聚苯醚主要用于代替不锈钢制造外科医疗器械,在机电工业中用做齿轮、鼓风机叶片、管道、阀门、螺钉和其他紧固件及连接件,还用作电子和电气工业中的零部件,如线圈骨架、印刷电路板等。改性聚苯醚广泛用来代替青铜和黄铜,制作各类机械零件。
    聚砜具有优良的力学性能,硬度高,耐磨性好,并具有较高的玻璃化转变温度,可在150~200℃温度范围内长期使用,对酸、碱、盐稳定。聚砜用于制作电性能优良的电子器件和印刷电路基材,还可用于汽车中的特殊零件的制造和需耐温180℃的自动传动装置。
 
无意间发现的“塑料王”
    塑料可以代替钢铁,但是,它能不能代替不锈钢呢?这是摆在高分子化学家面前的又一个艰巨的任务,他们不但要合成出不锈钢的代用品,而且还要求代用品比不锈钢更好。因为不锈钢并非真正不锈,它在许多腐蚀性很强的介质中,同样会被腐蚀。
    不锈钢是在钢铁中加入一定量的铬、镍、铝、钛等金属炼成的,它的表面上生成了一层惰性的铬、镍等金属氧化物的薄膜,保护了钢不被腐蚀。这样,不锈钢对氧化性酸(如浓硝酸、浓硫酸)的耐腐蚀性能都很强,但对于非氧化性的酸(如盐酸),或者盐水和海水,不锈钢经这些酸和盐的长期作用,也会被腐蚀。
 
实验事故中的新发现
    在比较稳定的和耐腐蚀的化合物中,含氟的化合物可以算是性能优良的,因此,高分子化学家开始研究含氟高分子。1938年,在美国俄亥俄州大学获得博士学位的化学家普鲁姆凯特开始研究四氟乙烯的聚合反应,以便制取聚四氟乙烯。
    四氟乙烯的沸点很低,不能在常温下保存,普鲁姆凯特便把四氟乙烯贮存在钢瓶里,再把钢瓶放在冷藏箱中,箱内四周还放有干冰(固体二氧化碳)。
    有一次,普鲁姆凯特和他的助手雷博克开始做实验,他们从冷藏箱中取出贮存四氟乙烯的钢瓶,接通钢瓶和反应器之间的管道,以便把四氟乙烯气体输送到反应器中,使它发生普鲁姆凯特预先设想好的聚合反应。但没想到实验刚刚开始就发生了故障,雷博克发现并没有四氟乙烯气体通到反应器中,这一点,只要一看钢瓶上的气压表和连接胡反应器上的流量计就知道了。当时,气压表上指示的气体压力是零,流量计上也没有指示有气体流过。那么,钢瓶中的四氟乙烯气体都到哪里去了?他们又仔细检查了阀门,哪现完好无损。最后他们只好把钢瓶拿到磅秤上去称量,结果表明钢瓶中的气体一点也没有少。于是他们把反应器拆开,里面是空的,这说明反应器里根本没有发生任何化学反应。他们又打开钢瓶的阀门,也没有四氟乙烯气体逸出,这时,普鲁姆凯特无意之中摇动了几下钢瓶,里面发出了响声,钢瓶里面好像有什么东西。他们立刻从钢瓶上卸下气压表和阀门,从钢瓶里倒出了很多白色粉末。
    这时,普鲁姆凯特突然意识到,四氟乙烯气体已经在加压和氧气存在的条件下在钢瓶中发生了聚合反应:

    在反应中,空气中的氧气起着引发剂(引发聚合反应的化合物)的作用。经过鉴定,普鲁姆凯特确证这种白色粉末就是聚四氟乙烯。1945年,美国杜邦公司在工业规模上生产聚四氟乙烯。
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