2025年高一上學(xué)期化學(xué)塑料纖維橡膠知識考查一、塑料的分類與性質(zhì)塑料是由合成高分子材料制成的可塑性材料，根據(jù)受熱行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC），其分子結(jié)構(gòu)呈線性排列，加熱時可軟化塑形，冷卻后固化成型，這種過程可反復(fù)進(jìn)行，因此具有良好的加工性和回收性。聚乙烯根據(jù)密度差異又分為高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE），前者因分子鏈排列緊密，硬度和熔點(diǎn)較高，常用于制作水桶、管道等承重制品；后者分子鏈支化度高，柔韌性好，適用于生產(chǎn)薄膜和塑料袋。熱固性塑料如酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂，則具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，一旦成型便無法通過加熱重新塑形，其耐熱性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著優(yōu)于熱塑性塑料，廣泛應(yīng)用于電器絕緣件和耐高溫部件制造。從化學(xué)結(jié)構(gòu)看，塑料的基本單元是聚合物鏈，通過單體的加聚或縮聚反應(yīng)形成。聚乙烯由乙烯單體通過加聚反應(yīng)生成，分子鏈中僅含碳?xì)湓?，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異；聚氯乙烯則因分子鏈中含有氯原子，具有良好的阻燃性，但在高溫下易釋放氯化氫氣體。塑料的物理性質(zhì)與其分子量、結(jié)晶度密切相關(guān)，如聚丙烯的結(jié)晶度可達(dá)60%-70%，使其具有較高的剛性和抗張強(qiáng)度，而無定形結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯（PS）則透明度高但脆性大。二、纖維的種類與應(yīng)用纖維材料按來源可分為天然纖維和化學(xué)纖維兩大類。天然纖維包括植物纖維（如棉、麻）、動物纖維（如羊毛、蠶絲）和礦物纖維（如石棉），其中棉纖維的主要成分為纖維素，分子鏈中含有大量羥基，因此具有良好的吸濕性和透氣性，是服裝面料的理想選擇?；瘜W(xué)纖維又分為人造纖維和合成纖維，人造纖維以天然高分子為原料，如粘膠纖維由纖維素經(jīng)堿化、黃化后紡絲制成，性能接近棉纖維；合成纖維則通過化工合成獲得，主要品種包括聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（尼龍）和聚丙烯腈纖維（腈綸）。聚酯纖維是當(dāng)前產(chǎn)量最高的合成纖維，其分子結(jié)構(gòu)中含有酯基，具有高強(qiáng)度、耐磨損和抗皺性等特點(diǎn)，廣泛用于服裝、家紡和工業(yè)濾布。尼龍66由己二胺和己二酸縮聚而成，分子鏈間存在氫鍵作用，使其具有優(yōu)異的韌性和彈性回復(fù)率，常用于制作運(yùn)動服、絲襪和漁網(wǎng)。腈綸的化學(xué)組成與羊毛相似，分子鏈中含氰基，保暖性和耐光性突出，被稱為"合成羊毛"，適用于針織品和戶外服裝。在工業(yè)應(yīng)用中，纖維常作為增強(qiáng)材料與樹脂復(fù)合，如玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）已成為汽車輕量化和建筑加固的關(guān)鍵材料，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)3000MPa以上，是普通鋼材的3-4倍。三、橡膠的特性與加工橡膠材料以其獨(dú)特的高彈性區(qū)別于其他高分子材料，其分子鏈具有柔性長鏈結(jié)構(gòu)，在外力作用下可產(chǎn)生100%-1000%的形變，去除外力后能迅速恢復(fù)原狀。天然橡膠來源于橡膠樹汁液，主要成分為聚異戊二烯，分子鏈中含有不飽和雙鍵，通過硫化反應(yīng)與硫磺形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可顯著提升其耐磨性和抗老化性能。合成橡膠按用途分為通用合成橡膠和特種合成橡膠，丁苯橡膠（SBR）由丁二烯和苯乙烯共聚而成，成本低廉且耐磨性好，占全球合成橡膠產(chǎn)量的50%以上，主要用于輪胎胎面；順丁橡膠（BR）則具有優(yōu)異的彈性和耐寒性，玻璃化溫度低至-105℃，常與丁苯橡膠并用改善輪胎彈性。特種橡膠展現(xiàn)出獨(dú)特的功能特性，硅橡膠分子鏈中含硅氧鍵，耐高溫性能可達(dá)250℃，同時具有優(yōu)良的電絕緣性，廣泛應(yīng)用于航空密封件和醫(yī)療導(dǎo)管；氟橡膠（FKM）因分子鏈中含氟原子，耐油、耐化學(xué)腐蝕性能突出，可在200℃下長期使用，是石油化工設(shè)備的關(guān)鍵密封材料。橡膠加工通常包括塑煉、混煉、硫化三大環(huán)節(jié)，塑煉通過機(jī)械剪切降低分子量以改善加工性能，混煉則將橡膠與炭黑、硫化劑等配合劑均勻混合，硫化過程使線性分子鏈形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予橡膠最終使用性能。四、高分子材料的環(huán)境影響塑料、纖維和橡膠等高分子材料在推動社會進(jìn)步的同時，也帶來了嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)。全球每年生產(chǎn)約4億噸塑料，其中一次性塑料制品占比超過40%，這些材料在自然環(huán)境中降解周期長達(dá)數(shù)十年至數(shù)百年，導(dǎo)致嚴(yán)重的"白色污染"。微塑料污染已滲透至全球生態(tài)系統(tǒng)，從深海沉積物到極地冰層均檢測出微塑料顆粒，其直徑小于5mm，易被生物誤食并通過食物鏈累積。合成纖維在洗滌過程中會釋放大量微纖維，研究表明每件聚酯衣物每洗滌一次可釋放超過100萬個微塑料顆粒，這些顆粒通過污水處理系統(tǒng)進(jìn)入水體環(huán)境。為應(yīng)對環(huán)境問題，可降解高分子材料成為研究熱點(diǎn)。聚乳酸（PLA）由玉米淀粉發(fā)酵制成，在堆肥條件下6個月內(nèi)可完全降解為二氧化碳和水；聚羥基脂肪酸酯（PHA）則由微生物合成，具有良好的生物相容性，已用于醫(yī)療縫合線和包裝材料?；厥绽眉夹g(shù)也在不斷發(fā)展，化學(xué)解聚法可將PET塑料分解為單體重新聚合，物理回收則通過熔融再造粒生產(chǎn)再生塑料。歐盟已實(shí)施"循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動計劃"，要求2030年塑料包裝回收率達(dá)到70%，我國也出臺《"十四五"塑料污染治理行動方案》，明確禁止生產(chǎn)厚度小于0.025mm的塑料袋。五、材料鑒別與實(shí)驗(yàn)探究在實(shí)驗(yàn)室中，可通過燃燒法初步鑒別高分子材料。塑料燃燒時表現(xiàn)出不同特征：聚乙烯燃燒時火焰呈藍(lán)色，熔融滴落并釋放石蠟氣味；聚氯乙烯燃燒冒黑煙，產(chǎn)生刺激性氯化氫氣味，且離火即滅；聚苯乙烯燃燒時伴隨濃烈黑煙和苯乙烯單體氣味。纖維的鑒別可采用顯微鏡觀察法，棉纖維呈扁平帶狀并有天然扭曲，羊毛纖維表面有鱗片結(jié)構(gòu)，滌綸纖維則為光滑圓柱體?；瘜W(xué)溶解法也是有效手段，如尼龍可溶于濃甲酸，而滌綸在熱二甲苯中溶解。橡膠的交聯(lián)度測定通常采用溶脹法，根據(jù)Flory-Rehner方程計算交聯(lián)密度，天然橡膠的交聯(lián)密度一般在1×10^-4mol/cm3左右。拉伸試驗(yàn)可表征高分子材料的力學(xué)性能，塑料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線通常呈現(xiàn)彈性變形、屈服、塑性變形和斷裂四個階段，而橡膠在拉伸過程中因分子鏈取向會出現(xiàn)"應(yīng)力硬化"現(xiàn)象。熱分析技術(shù)如差示掃描量熱法（DSC）可測定材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），聚乙烯的Tg約為-120℃，聚苯乙烯的Tg為100℃，這一參數(shù)直接影響材料的使用溫度范圍。六、行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新趨勢高分子材料行業(yè)正朝著高性能化、功能化和綠色化方向發(fā)展。在汽車領(lǐng)域，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用使車身重量減輕40%以上，配合生物基塑料保險杠，可使整車碳排放降低15%-20%。智能纖維材料展現(xiàn)出巨大潛力，形狀記憶纖維可通過溫度或pH刺激改變形態(tài)，已用于智能溫控服裝；導(dǎo)電纖維則將碳納米管或金屬絲混入紡絲液，制成可穿戴電子設(shè)備的柔性電極。3D打印技術(shù)為高分子材料的成型提供了新途徑，光敏樹脂通過光固化快速成型，已用于個性化醫(yī)療器件和航空航天零部件制造。生物基高分子材料的研發(fā)取得突破，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的長鏈二元酸，可替代石油基原料合成尼龍510，其性能與尼龍66相當(dāng)?shù)寂欧沤档?0%。自修復(fù)材料通過在分子鏈中引入可逆共價鍵或非共價相互作用，實(shí)現(xiàn)損傷后的自主修復(fù)，如Diels-Alder反應(yīng)交聯(lián)的橡膠材料，在120℃下加熱30分鐘即可修復(fù)裂縫。我國在高分子材料領(lǐng)域的專利申請量已居世界首位，2024年全球高分子材料市場規(guī)模達(dá)6500億美元，預(yù)計2030年將突破1萬億美元，其中生物基材料占比將提升至25%。高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系是理解其應(yīng)用的關(guān)鍵，從分子設(shè)計到宏觀性能的跨越體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的核心思想。通過控制聚合反應(yīng)條件，可精確調(diào)控分