三大合成材料

天然高聚物有淀粉、纖維素、天然橡膠和蛋白質(zhì)等。三大合成材料則是人工合成的高聚物。高聚物正在越來越多地取代金屬，成為現(xiàn)代社會使用的重要材料。

三大合成材料是指定塑料、合成橡膠和合成纖維。它們是用人工方法，由低分子化合物合成的高分子化合物，又叫高聚物，相對分子量可在10000以上。天然高聚物有淀粉、纖維素、天然橡膠和蛋白質(zhì)等。三大合成材料則是人工合成的高聚物。合成材料正在越來越多地取代金屬，成為現(xiàn)代社會使用的重要材料。

最早發(fā)現(xiàn)到塑料存在的是19世紀末葉的德國化學家拜耳，他曾將苯酚跟甲醛化合，得到一種樹脂般的物質(zhì)。可惜，他不知道它能派什么用場。

1907年，美國工業(yè)化學家貝克蘭再次研究苯酚與甲醛反應，并加入適量的填充劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有韌性而且絕緣性能良好。于是，在1910年建成了年產(chǎn)1000噸的歷史上第一家 塑料制品廠。到1939年，產(chǎn)品發(fā)展到20多萬噸。雖然氯乙烯是1912年發(fā)現(xiàn)的，但使它成為塑料卻是在1932年，是由英國卜內(nèi)門公司生產(chǎn)的。1947年，美國化學家杰勒留和孔寧合成了聚苯乙烯。到本世紀50年代，德國化學家齊格勒和意大利化學家納培發(fā)明了新的催化聚合劑，才把塑料制造業(yè)推向高峰。此后高性能的塑料品種如雨后春筍般出現(xiàn)，常見的有聚丙烯、ABS、聚砜、聚碳不下數(shù)百種之多。全世界年產(chǎn)量已超過6000萬噸，等于木材和水泥的總產(chǎn)量。

至于合成纖維，最早是在改造天然纖維的基礎上發(fā)展起來的。

1855年，德國化學家安地瑪首先用濃硝酸處理桑樹枝得到一種纖維，可惜它易爆燃，未能應用。1884年，英國化學家斯溫曾用硝酸與纖維合成得到"安全人造絲"，并于1889年在巴黎博覽會展出，曾轟動一時。

1935年，美國化學家卡羅澤斯以已二醇和己二酸首先合成尼龍-66，推出世界上第一個人工合成的纖維。1937年，德國有機研究所又合成尼龍-6。

1939年，日本化學家樓田一郎合成了能耐水耐熱的尼龍纖維。1940年，英國化學家狄克遜合成滌綸纖維，當年即投產(chǎn)，產(chǎn)量達5萬噸。如今，合成纖維產(chǎn)量日增，全世界年產(chǎn)量已達1500萬噸，超過天然纖維的產(chǎn)量。

在合成纖維中,絳綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸和氯綸被稱為"六大綸"。

"六大綸"都具有強度高、彈性好、耐磨、耐化學腐蝕、不發(fā)霉、不怕蟲蛀、不縮水等優(yōu)點，而且每一種還具有各自獨特的性能。它們除了供人類穿著外，在生產(chǎn)和國防上也有很多用途。例如，錦綸可制衣料織品、降落傘繩、輪胎簾子線、纜繩和漁網(wǎng)等。

聚酰胺纖維(錦綸):強度與耐磨性能好。制作針織品、混紡織物、工業(yè)用布、輪胎簾子線、漁網(wǎng)、纜繩。

聚酯纖維(滌綸):彈性好、強度高、吸水性差。做紡織材料、電絕緣材料、漁網(wǎng)、繩索、輪胎簾子線、降落傘、宇航服等。也可做成薄膜，制作電影膠片、錄音錄像帶、磁卡等。

聚丙烯腈纖維(腈綸):質(zhì)輕、彈性好，人稱"人造羊毛"?？膳c羊毛、棉等混紡，制作毛線、毛織物、棉織物、人造毛皮、地毯、窗簾等。

聚乙烯醇纖維(維綸):吸濕性優(yōu)良，有"合成棉花"之稱。 可與棉花混紡，做維棉混紡織物，做濾布、帆布、傳送帶等

聚氯乙烯纖維(氯綸):難燃、耐酸、堿，吸濕性差?？删幙棿凹?、篩網(wǎng)、網(wǎng)袋與繩子，制毛線、毛毯、棉絮、濾布等。

聚丙烯纖維(丙綸):耐麻磨、強度高，耐酸堿，耐老化性能差。制作地毯、編織袋、繩索、濾布、包裝材料等。

合成橡膠也是從模仿和改造天然橡膠開始的。

1838年，美國工人古德意用松節(jié)油、硫磺、碳酸鈣在高溫下與生橡膠加熱，獲得性能優(yōu)良的橡膠。從此，橡膠名聲大噪，廣泛地用作車胎、絕緣線等。由于汽車、飛機工業(yè)的迅猛發(fā)展，天然橡膠的產(chǎn)量有限，不能滿足日益增長的需求。特別是第一次世界大戰(zhàn)期間，德國受英國海軍封鎖，得不到東南亞、南美洲的橡膠，急需以代用品來解燃眉之急，因而，合成橡膠就應運而生了。當時，德國 化學家首先用乙炔和丙酮合成2，3-二甲基丁二烯橡膠2350噸以解戰(zhàn)爭的急需。戰(zhàn)后30年代，科學家們又合成了丁苯橡膠和西腈橡膠，雖成本高于天然橡膠，但質(zhì)量已基本接近天然橡膠。1932年，美國化學家紐蘭德先用乙炔氯化、聚合得到a一氯-1，3丁二烯單體，再聚合成氯丁橡膠。它有耐氧、抗震、抗熱等優(yōu)點，性能已超過天然橡膠了。50年代以來，合成橡膠產(chǎn)量已超過天然橡膠2倍，年產(chǎn)量達到600萬噸。

有機合成材料不是純凈物，而是混合物，主要原因是有機物在發(fā)生聚合反應時，一些分子鏈較長的分子往往會被拉斷，從而形成結(jié)構(gòu)相似、分子量卻不同的分子，這樣的若干分子聚合在一起，即使是同種類型結(jié)構(gòu)，化學、物理性質(zhì)相似，也不能叫做純凈物。舉個簡單的例子，在烷烴這種簡單有機物中，分子量越大，越不容易達到"純凈"的水平，液化己烷中難免不混有丁烷、戊烷、庚烷等同類有機物。

合成纖維和合成橡膠等是重要的有機合成材料.有機合成材料的出現(xiàn)是對自然資源的一種補充,化學在有機合成材料的發(fā)展中起著重要的作用.新型有機合成材料必將為人類創(chuàng)造更加美好的未來.使用有機合成材料會對環(huán)境造成影響,如"白色污染". 用有機高分子化合物制成的材料就是有機高分子材料。棉花 羊毛 和天然橡膠等都屬于天然有機高分子材料，而日常生活中用的最多的塑料，合成纖維和合成橡膠等則屬于合成有機高分子材料，簡稱合成材料。

有機合成材料的出現(xiàn)是材料發(fā)展史上的一次重大突破，從此，人類擺脫了只能依靠天然材料的歷史，在發(fā)展進程中大 大前進了一步，合成材料與天然材料相比具有許多優(yōu)良的性能，從我們的日常生活到現(xiàn)代工業(yè)，農(nóng)業(yè)和國防科學技術(shù)等領域，都離不開合成材料。由于高分子化合物大部分是由小分子聚集而成的，所以也常被稱為聚合物。例如，聚乙烯分子是由成千上萬個乙烯分子聚合而成的高分子化合物。當小分子連接構(gòu)成高分子時，有的形成很長的鏈狀，有的由鏈狀結(jié)成網(wǎng)狀。鏈狀結(jié)構(gòu)的高分子材料加熱熔化，冷卻后變成固體，加熱后又可以熔化，因而具有熱塑性，這種高分子材料可以反復加工，多次使用，能制成薄膜，拉成絲或壓制成所需的各種形狀，用于工業(yè) 農(nóng)業(yè)和日常生活等。

土工合成材料是土木工程應用的合成材料的總稱。作為一種土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纖、合成橡膠等)為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各種土體之間，發(fā)揮加強或保護土體的作用?！锻凉ず铣刹牧蠎眉夹g(shù)規(guī)范》將土工合成材料分為土工織物、土工膜、土工特種材料和土工復合材料等類型。土工特種材料包括土工膜袋、土工網(wǎng)、土工網(wǎng)墊、土工格室、土工織物膨潤土墊、聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)等。土工復合材料是由上述各種材料復合而成，如復合土工膜、復合土工織物、復合土工布、復合防排水材料(排水帶、排水管)等。

1、土工織物

土工織物的制造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結(jié)構(gòu)的土工織物。土工織物按制造方法可分為有紡(織造)土工織物和無紡(非織造)土工織物。有紡土工織物由兩組平行的呈正交或斜交的經(jīng)線和緯線交織而成。無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列，再經(jīng)過加工而成。按照聯(lián)結(jié)纖維的方法不同，可分為化學(粘結(jié)劑)聯(lián)結(jié)、熱力聯(lián)結(jié)和機械聯(lián)結(jié)三種聯(lián)結(jié)方式。

土工織物突出的優(yōu)點是重量輕，整體連續(xù)性好(可做成較大面積的整體)，施工方便，抗拉強度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點是未經(jīng)特殊處理，抗紫外線能力低，如暴露在外，受紫外線直接照射容易老化，但如不直接暴露，則抗老化及耐久性能仍較高。

2、土工膜

土工膜一般可分為瀝青和聚合物(合成高聚物)兩大類。含瀝青的土工膜目前主要為復合型的(含編織型或無紡型的土工織物)，瀝青作為浸潤粘結(jié)劑。聚合物土工膜又根據(jù)不同的主材料分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。大量工程實踐表明，土工膜的不透水性很好，彈性和適應變形的能力很強，能適用于不同的施工條件和工作應力，具有良好的耐老化能力，處于水下和土中的土工膜的耐久性尤為突出。土工膜具有突出的防滲和防水性能。

3、土工格柵

土工格柵是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨特的性能與功效。土工格柵常用作加筋土結(jié)構(gòu)的筋材或復合材料的筋材等。土工格柵分為玻璃纖維類和聚酯纖維類兩種類型。

1)塑料類

它是在經(jīng)擠壓制出的聚合物板材(原料多為聚丙烯或高密度聚乙烯)上沖孔，然后在加熱條件下施行定向拉伸。單 向拉伸格柵只沿板材長度方向拉伸制成，而雙向拉伸 格柵則是繼續(xù)將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸制成。由于土工格柵在制造中聚合物的高分子會隨加熱延伸過程而重新排列定向，加強了分子鏈間的聯(lián)結(jié)力，達到了 提 高 其強度的目的。其延伸率只有原板材的10%~15 %。如果在土工格柵中加入炭黑等抗老化材料，可使其具有較好的耐酸、耐堿、耐腐蝕和抗老化等耐久性能。

2)玻璃纖維類

此類土工格柵是以高強度玻璃纖維為材質(zhì)，有時配合自粘感壓膠和表面瀝青浸漬處理，使格柵和瀝青路面緊密結(jié)合成一體。由于土石料在土工格柵網(wǎng)格內(nèi)互鎖力增高，它們之間的摩擦系數(shù)顯著增大(可達0?8~1?0)，土工格柵埋入土中的抗拔力，由于格柵與土體間的摩擦咬合力較強而顯著增大，因此它是一種很好的加筋材料。

同時土工格柵是一種質(zhì)量輕，具有一定柔性的平面網(wǎng)材，易于現(xiàn)場裁剪和連接，也可重疊搭接，施工簡便，不需要特殊的施工機械和專業(yè)技術(shù)人員。