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合成材料

补充:0  浏览:5317  发布时间:2013-10-11


  合成材料又称人造材料,是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料,其特质与原料不同,如塑料、合金(部分合金)等。 塑料、合成纤维和合成橡胶号称20世纪三大有机合成技术。它的登台大大地提高了国民生活水平,对国计民生的重要性是不言而喻的。


  1概念


  合成材料又称人造材料,是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料,其特质与原料不同,如塑料、玻璃等。


  合成材料包括塑料、纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料。合成纤维和人造纤维统称为化学纤维。合成塑料、合成纤维和合成橡胶号称20世纪三大有机合成材料。 它的登台大大地提高了国民生活水平,对国计民生的重要性是不言而喻的。


  合成材料


  三大合成材料是指定塑料、合成橡胶和合成纤维。它们是用人工方法,由低分子化合物合成的高分子化合物,又叫高聚物,相对分子量可在10000以上。天然高聚物有淀粉、纤维素、天然橡胶和蛋白质等。三大合成材料则是人工合成的高聚物。高聚物正在越来越多地取代金属,成为现代社会使用的重要材料。


  2塑料


  最早发现到塑料存在的是19世纪末叶的德国化学家拜耳,他曾将苯酚跟甲醛化合,得到一种树脂般的物质。可惜,他不知道它能派什么用场。


  1907年,美国工业化学家贝克兰再次研究苯酚与甲醛反应,并加入适量的填充剂,结果发现产品有韧性而且绝缘性能良好。于是,在1910年建成了年产1000吨的历史上第一家 塑料制品厂。到1939年,产品发展到20多万吨。虽然氯乙烯是1912年发现的,但使它成为塑料却是在1932年,是由英国卜内门公司生产的。1947年,美国化学家杰勒留和孔宁合成了聚苯乙烯。到本世纪50年代,德国化学家齐格勒和意大利化学家纳培发明了新的催化聚合剂,才把塑料制造业推向高峰。此后高性能的塑料品种如雨后春笋般出现,常见的有聚丙烯、ABS、聚砜、聚碳不下数百种之多。全世界年产量已超过6000万吨,等于木材和水泥的总产量。


  3纤维


  至于合成纤维,最早是在改造天然纤维的基础上发展起来的。


  1855年,德国化学家安地玛首先用浓硝酸处理桑树枝得到一种纤维,可惜它易爆燃,未能应用。1884年,英国化学家斯温曾用硝酸与纤维合成得到“安全人造丝”,并于1889年在巴黎博览会展出,曾轰动一时。


  1935年,美国化学家卡罗泽斯以已二醇和己二酸首先合成尼龙—66,推出世界上第一个人工合成的纤维。1937年,德国有机研究所又合成尼龙—6。


  1939年,日本化学家楼田一郎合成了能耐水耐热的尼龙纤维。1940年,英国化学家狄克逊合成涤纶纤维,当年即投产,产量达5万吨。如今,合成纤维产量日增,全世界年产量已达1500万吨,超过天然纤维的产量。



  4橡胶


  合成橡胶也是从模仿和改造天然橡胶开始的。


  1838年,美国工人古德意用松节油、硫磺、碳酸钙在高温下与生橡胶加热,获得性能优良的橡胶。从此,橡胶名声大噪,广泛地用作车胎、绝缘线等。由于汽车、飞机工业的迅猛发展,天然橡胶的产量有限,不能满足日益增长的需求。特别是第一次世界大战期间,德国受英国海军封锁,得不到东南亚、南美洲的橡胶,急需以代用品来解燃眉之急,因而,合成橡胶就应运而生了。当时,德国 化学家首先用乙炔和丙酮合成2,3—二甲基丁二烯橡胶2350吨以解战争的急需。战后30年代,科学家们又合成了丁苯橡胶和西腈橡胶,虽成本高于天然橡胶,但质量已基本接近天然橡胶。1932年,美国化学家纽兰德先用乙炔氯化、聚合得到a一氯—1,3丁二烯单体,再聚合成氯丁橡胶。它有耐氧、抗震、抗热等优点,性能已超过天然橡胶了。50年代以来,合成橡胶产量已超过天然橡胶2倍,年产量达到600万吨。


  5有机合成


  合成材料品种很多,塑料、合成纤维、合成橡胶就是我们通常所说的三大合成材料. 主要是指通过化学合成将小分子有机物如烯烃等合成大分子聚合物。现在人们用的很多东西都是有机合成材料,比如很多眼镜都是用有机玻璃做的,当然汽车上的窗,轮胎都是,生活中用的塑料袋,电磁炉上的底盘等.可以说有机合成材料在很多方面已经能够代替一些金属的耐高温的功能作用!


  有机合成材料不是纯净物,而是混合物,主要原因是有机物在发生聚合反应时,一些分子链较长的分子往往会被拉断,从而形成结构相似、分子量却不同的分子,这样的若干分子聚合在一起,即使是同种类型结构,化学、物理性质相似,也不能叫做纯净物。举个简单的例子,在烷烃这种简单有机物中,分子量越大,越不容易达到“纯净”的水平,液化己烷中难免不混有丁烷、戊烷、庚烷等同类有机物。


  合成纤维和合成橡胶等是重要的有机合成材料.有机合成材料的出现是对自然资源的一种补充,化学在有机合成材料的发展中起着重要的作用.新型有机合成材料必将为人类创造更加美好的未来.使用有机合成材料会对环境造成影响,如"白色污染". 用有机高分子化合物制成的材料就是有机高分子材料。棉花 羊毛 和天然橡胶等都属于天然有机高分子材料,而日常生活中用的最多的塑料,合成纤维和合成橡胶等则属于合成有机高分子材料,简称合成材料。


  有机合成材料的出现是材料发展史上的一次重大突破,从此,人类摆脱了只能依靠天然材料的历史,在发展进程中大 大前进了一步,合成材料与天然材料相比具有许多优良的性能,从我们的日常生活到现代工业,农业和国防科学技术等领域,都离不开合成材料。由于高分子化合物大部分是由小分子聚集而成的,所以也常被称为聚合物。例如,聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。当小分子连接构成高分子时,有的形成很长的链状,有的由链状结成网状。链状结构的高分子材料加热熔化,冷却后变成固体,加热后又可以熔化,因而具有热塑性,这种高分子材料可以反复加工,多次使用,能制成薄膜,拉成丝或压制成所需的各种形状,用于工业 农业和日常生活等。


  6土工合成


  简介


  土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种土木工程材料,它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料,制成各种类型的产品,置于土体内部、表面或各种土体之间,发挥加强或保护土体的作用。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成,如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料(排水带、排水管)等。



  种类


  1、土工织物


  土工织物的制造过程是首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带,然后再制成平面结构的土工织物。土工织物按制造方法可分为有纺(织造)土工织物和无纺(非织造)土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成。无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列,再经过加工而成。按照联结纤维的方法不同,可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种联结方式。


  土工织物突出的优点是重量轻,整体连续性好(可做成较大面积的整体),施工方便,抗拉强度较高,耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理,抗紫外线能力低,如暴露在外,受紫外线直接照射容易老化,但如不直接暴露,则抗老化及耐久性能仍较高。


  2、土工膜


  土工膜一般可分为沥青和聚合物(合成高聚物)两大类。含沥青的土工膜目前主要为复合型的(含编织型或无纺型的土工织物),沥青作为浸润粘结剂。聚合物土工膜又根据不同的主材料分为塑性土工膜、弹性土工膜和组合型土工膜。大量工程实践表明,土工膜的不透水性很好,弹性和适应变形的能力很强,能适用于不同的施工条件和工作应力,具有良好的耐老化能力,处于水下和土中的土工膜的耐久性尤为突出。土工膜具有突出的防渗和防水性能。


  3、土工格栅


  土工格栅是一种主要的土工合成材料,与其他土工合成材料相比,它具有独特的性能与功效。土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为玻璃纤维类和聚酯纤维类两种类型。


  1)塑料类


  它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔,然后在加热条件下施行定向拉伸。单 向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成,而双向拉伸 格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。由于土工格栅在制造中聚合物的高分子会随加热延伸过程而重新排列定向,加强了分子链间的联结力,达到了 提 高 其强度的目的。其延伸率只有原板材的10%~15 %。如果在土工格栅中加入炭黑等抗老化材料,可使其具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗老化等耐久性能。


  2)玻璃纤维类


  此类土工格栅是以高强度玻璃纤维为材质,有时配合自粘感压胶和表面沥青浸渍处理,使格栅和沥青路面紧密结合成一体。由于土石料在土工格栅网格内互锁力增高,它们之间的摩擦系数显著增大(可达0?8~1?0),土工格栅埋入土中的抗拔力,由于格栅与土体间的摩擦咬合力较强而显著增大,因此它是一种很好的加筋材料。


  同时土工格栅是一种质量轻,具有一定柔性的平面网材,易于现场裁剪和连接,也可重叠搭接,施工简便,不需要特殊的施工机械和专业技术人员。


  7六大纶


  在合成纤维中,绦纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶被称为“六大纶”。


  “六大纶”都具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优点,而且每一种还具有各自独特的性能。它们除了供人类穿着外,在生产和国防上也有很多用途。例如,锦纶可制衣料织品、降落伞绳、轮胎帘子线、缆绳和渔网等。


  聚酰胺纤维(锦纶):强度与耐磨性能好。制作针织品、混纺织物、工业用布、轮胎帘子线、渔网、缆绳。


  聚酯纤维(涤纶):弹性好、强度高、吸水性差。做纺织材料、电绝缘材料、渔网、绳索、轮胎帘子线、降落伞、宇航服等。也可做成薄膜,制作电影胶片、录音录像带、磁卡等。


  聚丙烯腈纤维(腈纶):质轻、弹性好,人称“人造羊毛”。可与羊毛、棉等混纺,制作毛线、毛织物、棉织物、人造毛皮、地毯、窗帘等。


  聚乙烯醇纤维(维纶):吸湿性优良,有“合成棉花“之称。 可与棉花混纺,做维棉混纺织物,做滤布、帆布、传送带等


  聚氯乙烯纤维(氯纶):难燃、耐酸、碱,吸湿性差。可编织窗纱、筛网、网袋与绳子,制毛线、毛毯、棉絮、滤布等。


  聚丙烯纤维(丙纶):耐麻磨、强度高,耐酸碱,耐老化性能差。制作地毯、编织袋、绳索、滤布、包装材料等。


  8参考资料


  1、地质出版社《技术与设计》1


  2、世界科技全景百科全书


  9发展


  据《2013-2017年中国合成材料行业产销需求与投资预测分析报告》数据显示,合成材料产品市场与房地产市场有着非常紧密的联系。在房地产建筑中,合成材料材料用途广泛,其中以型材、门窗、塑料管等硬制品最为常见。以北美市场为例,建筑房屋方面的合成材料用量占总量的75%以上,而国内应用于管材、型材、门窗等领域的合成材料约占总体需求的65%左右。


  进入21世纪后,中国合成材料产业呈加速发展态势,取得了令世人惊叹的成绩。


  2005年,中国合成材料工业企业实现累计工业总产值332,040,068千元,同比增长26%;实现累计产品销售收入335,085,415千元,同比增长27.07%;实现累计利润总额17,817,592千元。


  2006年,中国合成材料工业企业实现累计工业总产值335,263,987千元,同比增长24.33%;实现累计产品销售收入333,852,575千元,同比增长23.95%;实现累计利润总额5,313,594千元。


  2007年1-2月,中国合成材料工业企业实现累计工业总产值62,535,246千元,同比增长35.99%;实现累计产品销售收入58,045,168千元,同比增长35.56% ;实现累计利润总额1,840,789千元。


  中国合成材料在发展的同时,一些问题也日益显露出来。特别是企业创新能力不强,产业结构不合理,资源短缺与环境压力突显,有的行业盲目投资,产能过剩,导致经营效益大幅衰退等因素,严重制约了行业的进一步发展和品质的提高。


  因此,中国合成材料行业企业必须抓住新的发展形势,加大科技创新,落实科学的发展观,借鉴国外先进经验,加强自主研发能力,走集约化规模经营之路,这也是行业未来发展的必然选择。

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