下面以合成高分子材料三大主要用途即塑料、橡胶以及纤维为例来进一步介绍一下常用的高分子材料:
人们常用的塑料主要是以合成树脂为基础,在加入塑料辅助剂(如填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、交联剂及其他添加剂)制得的。按照塑料的受热行为和是否具有反复成型加工性,可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。前者受热时熔融,可进行各种成型加工,冷却时硬化,再受热,又可熔融、加工,即具有多次重复加工性。后者受热熔化成型的同时发生固化反应,形成立体网状结构,再受热不熔融,在溶剂中也不溶解,当温度超过分解温度时将被分解破坏,即不具备重复加工性。按照塑料的使用范围和用途来分,可分为通用塑料和工程塑料。通用塑料的产量大、用途广、价格低、但是性能一般主要用于非结构材料,如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等。工程塑料具有较高的力学性能,能够经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件,并且能在此条件下长时间使用,且可作为结构材料。对于工程塑料而言,人们一般把长期使用温度在100-150℃范围内的塑料称为通用工程塑料,如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、热塑性聚酯等;把能够在150℃以上使用的塑料称为特种工程塑料,如聚酰亚胺、聚芳酯、聚苯酯、聚砜、聚醚醚铜、氟塑料等。
橡胶是一类线型柔性高分子聚合物,其分子链柔性好,在外力作用下可产生较大的形变,除去外力后能迅速恢复原状。它的特点是在很宽的温度范围内具有优异的弹性,所以又称为弹性体。橡胶的来源分为天然橡胶和合成橡胶。合成橡胶按其性能和用途又可分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。用于代替天然橡胶制造轮胎及其他常用橡胶制品的合成橡胶称为通用合成橡胶,如丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶等;用于各种耐寒、耐热、耐油、耐臭氧等特种环境的橡胶制品称为特种合成橡胶,如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶等。橡胶的结构应具有如下特征:(1)大分子链具有足够的柔性;(2)玻璃化温度应该比室温低得多;(3)在使用条件下不结晶或结晶较少,比较理想的情况是在拉伸时可结晶,除去外力之后结晶消失。
纤维是指长度比直径大很多倍并且有一定柔韧性的纤细物质。人类早期使用的纤维主要是天然高分子,如蚕丝、棉花、麻等。合成纤维是由合成的聚合物制得,它种类繁多,已经投入工艺生产的有40余种。合成纤维可分为通用合成纤维、高性能合成纤维和功能合成纤维。涤纶、锦纶、腈纶和丙纶是四大通用合成纤维。高性能合成纤维是指强度大于18 cN/dtex (1cN/dtex=91MPa)、模量大于440cN/dtex的纤维,可由刚性链聚合物(芳香聚酰胺、聚芳酯和芳杂环聚合物)和柔性聚合物(聚烯烃)纺丝制备;功能合成纤维是具有除力学和耐热性能外的特殊性能,如光、电、化学(耐腐蚀、阻燃)、高弹性和生物可降解等性能。现使用较广泛的高性能合成纤维有超高分子量聚乙烯纤维、芳香聚酰胺纤维(芳纶)、聚酰亚胺(PI)纤维;