3.從家具到活動房屋
高分子材料與“住”的關係倍加密切。我們的祖先早就懂得用木料、竹子、草來蓋房子和製造家具,知道用天然漆裝飾和保護家具、房屋,並將豬血—老粉膩子(即血朊膠粘劑)和桐油—石粉—竹纖維用到建築和家具的製造中。近幾十年來,隨著高分子材料工業的迅速興起,高分子材料以其漂亮美觀、經濟實用而在建築業中又開辟了廣闊的應用領域。用於建築中的高分子材料既包括取代金屬、木材、水泥等的框架結構材料,也包括牆壁、地麵、窗戶等裝飾材料以及衛生潔具、上下水管道等配套材料和消聲、隔熱保溫、防水等各種材料。
隨便走進一間高級星級賓館或寫字樓,利用高分子材料使之增光添色的例子比比皆是。舉頭可以看見塑料壓製的美觀大方的吊燈和鍍塑燈具;俯首是色彩鮮豔、不怕蟲蛀的丙綸地毯或人造大理石;牆外、室內大量使用水溶性塗料或花色豐富的壁紙;坐下來是美觀的人造革內包彈性良好的聚氯酯泡沫塑料;隨手觸摸到的是塑料壓製的家具;抬眼看到的是合成纖維編織的金絲絨垂地窗簾;在衛生間看到的是美觀的人造大理石梳妝台(由不飽和聚酯加石灰石和顏料製成)和玻璃鋼浴缸,牆內還有看不到的保溫隔熱泡沫塑料;房頂有質輕防雨的波形瓦。
在建築中,除了這些大量使用的不同檔次的高分子材料之外,還有由酚醛或脲醛樹脂壓製成板材而便於拆裝運輸的活動房、以充氣頂棚構成的整體式展覽館、由玻璃增強纖維與樹脂製成的整體模塑住房等。這些輕巧實用,便於快速拆裝的房屋,為搭製臨時展覽場館、施工現場用房、救災及野外考察用房等提供了極大的方便。
4.從自行車到汽車輪船
至於高分子材料與“行”的關係就更加重要了。高分子複合增強材料的自重小,比強度、比模量高,而且可設計性強,首先成為飛機中許多部件的首選材料,例如,碳纖維複合材料以其比強度、比模量高,質輕,且在高溫(2000℃以上)情況下強度不降的優異特性而被選作宇宙飛船的結構材料和戰略導彈戰鬥部的穩定裙。
在飛機中,1千克碳纖維複合材料可以代替3千克傳統的鋁合金結構材料,因而目前由碳纖維複合材料製造的飛機零部件已有上千種。20世紀90年代,民航機中金屬結構材料的65%已被碳纖維及芳綸纖維複合材料所代替,對要求自重更輕的戰鬥機,金屬材料的取代率則將高達90%,屆時,飛機的航程和航速將得到明顯增加。
在造船工業中,玻璃纖維複合材料以其質輕、高強、耐腐蝕、抗微生物附著、非磁性、可吸收撞擊能、設計成形自由度大等一係列優點而被廣泛用於製造汽艇、遊艇、救生艇、漁船、氣墊船以及各種軍用艦艇。
美國Derektor 造船廠大量使用碳纖維複合材料建造的長達22.5米的飛艇,其質量比鋁合金艦艇輕3噸,時速達120千米/小時。
在汽車製造業中,各種高分子材料也大顯神通,其作用首先是減輕車輛的自重,改善運行性能,提高燃油效率。現在一部分高級轎車所用的高分子材料部件多達數百件,包括保險杠、防衝撞護條板、發動機散熱風扇、通風空調、音響、電器及儀表盤、方向盤、座椅、車內裝飾等。這些高分子材料部件的應用,不但顯著減輕了轎車的自重,降低了每公裏的耗油量,而且使轎車變得更舒適美觀,例如1990年美國高級轎車卡迪拉克內使用的塑料製品就達136千克,而且這些汽車零部件的加工大量采用了目前塑料加工中的先進技術,如片狀模塑、增強反應注射模塑、反射注塑模塑等。汽車工業的迅速發展還得益於製作輪胎的合成橡膠和作為輪胎簾子的合成纖維的發展。由於作為能源的石油日趨短缺,各個國家都致力於降低汽車百公裏耗油量。而高分子材料在汽車中的應用,除了可以減輕車身自重外,還能減少輪胎對地麵的滾動阻力以及提高輪胎的抗濕滑性(增加對路麵的抓著力,以提高牽引力),使滾動阻力減少5%~7%,節油1%。人工合成的順丁橡膠的出現,以及尼龍、卡夫拉等高強纖維簾子線的應用,解決了輪胎既要滾動阻力小,又要耐滑耐磨的矛盾。將順丁橡膠或丁苯橡膠與天然橡膠並用,可提高胎麵膠的耐磨性和耐溝裂性,以及胎側膠的耐屈撓龜裂性。在轎車輪胎中合成橡膠的含量占35%~50%,載重車胎的胎麵膠中,順丁膠為30%~50%,最高達70%。20世紀70年代解決了不鏽鋼簾子線與橡膠的牢固粘結後,進一步解決了汽車在高速行駛中的操作穩定、耐磨與低油耗問題。
應該說,各種車輛之所以能在高速路上穩定安全地飛馳,在很大程度上是依賴於高分子材料技術的發展。
5.從體育用品到宇宙飛船
上麵所敘述的隻是我們現代生活中衣食住行四個重要環節與高分子材料的關係,除了這幾個環節以外,在能源、通訊甚至日常生活的文娛、體育等各個方麵都與高分子材料息息相關。
燃料、水力和核能是目前廣泛利用的能源,高分子材料良好的絕緣性能是電力工業、電子和微電子工業必不可少的絕緣材料,廣泛應用於發電機、電動機、電纜、導線和各種儀器儀表中。各種塑料、橡膠、纖維、薄膜和膠粘劑為能源工業做出了重要的貢獻。具有記憶功能的塑料導線使儀器儀表和車輛中的布線大大簡化。核電站所用的放射性鈾在海水中的含量據估計有45億噸,遠遠高於陸地上的鈾礦的含量,但濃度很低,每噸海水隻有3克左右,但采用離子交換纖維提取和濃縮則可以源源不斷地獲得核電站所需的燃料。此外,采用碳纖維製作的高速離心轉筒,可以比氣體擴散法高1倍的效率分離U235和U238。在石油工業中所用的泥漿,需要用水溶性高分子羧甲基纖維素(CMC)來調節它的濃度。