为什么某些聚合物强度超过最坚固的合金

为什么某些聚合物强度超过最坚固的合金

在人们的眼中，塑料制品是软的，在强度上也不大；如果和坚固的合金比强度，那可是小巫见大巫，不能同日而语了。科学就是在创造奇迹，同样是芳香族聚酰胺纤维、有序聚乙烯和聚丙烯有机聚合物，现在可今非昔比，一改旧颜，其强度可以和金属相比，有的甚至可大大超过最坚固的合金，成为机器制造业和宇航技术中不可缺少的材料。究竟是什么样的魔法使它们发生了天翻地覆的变化？回答这个问题，我们需从聚合物本身谈起。聚合物强度不大，其关键在于组成聚合物的高分子结构上。原因是组成它们的高分子是属于不够牢固的单体直线链———软链聚合物。打个比方，把单体比作珠子，那么这种聚合物的分子链就仿佛是用长线串起来的珠子的珠串。可以想见，这样的珠串显然是很柔软的，珠子与珠子之间活动余地较大，因此就决定聚合物硬度也是比较低的。针对软链聚合物的弱点，科学家合成了硬链聚合物。这种硬链聚合物的高分子链彼此之间十分团结，需要强大的外力才能破坏它们之间的团结。硬链聚合物在一定温度下，还会转化为液晶状态，各高分子之间彼此的位置变得非常有规则。这种情况好像是金属分子排列为点阵晶体，各分子团结一致成为三维晶格，比粉末状金属更能耐受高温，具有超强能力。由此可见超强度聚合物是在聚合物分子形成液晶状态指引下制造出来的。另外，一般软链聚合物和液晶硬链聚合物强度的差异亦可从它的制造过程中找到原因。当聚合物从抽丝模孔挤出时，纤维丝会受到两种力：纵向顶伸和横向挤移。顶伸的拉伸力能使高分子定向，获得排列有序的结构，而挤移的平移力则会破坏这种有序性。普通的软链聚合物，由于在抽丝模中挤出时受到平移力较大，纤维结构呈一定向状，因此耐热性强度都比较低。然而液晶硬链聚合物则由于在“出世”时受到的拉伸力，所以纤维高分子呈有序排列，显得异常牢固。继之，抽丝在通风道里又受到灼热气流的洗涤，使溶剂蒸发、纤维变硬呈晶体状态。因此，它们具备了超强度的特性。