基礎:什麼是材料科學
高分子(聚合物)
高分子就是日常生活中的塑膠、橡膠與纖維:聚乙烯袋、寶特瓶、尼龍、橡膠輪胎、保麗龍。這個名字的意思是「許多部分」:每個分子都是把成千上萬個相同的小單元(單體單位,mer)首尾相連而成的巨大鏈條,像一長串迴紋針或一串珠子。它們多半以碳為骨架,來自石油。
一條鏈之內,原子由強的共價鍵維繫,但相鄰的鏈之間只靠微弱的次級力(凡得瓦力)維繫。這種落差解釋了高分子的行為:鏈條容易滑動與伸展,所以高分子軟、有彈性、熔點低;它們輕(密度約 0.9 到 1.4 g/cm^3,接近水)、便宜、易於模製。熱塑性高分子受熱會軟化並可重新熔融(鏈只是滑動);熱固性高分子交聯成一整張巨網,受熱會碳化而非熔化;彈性體(橡膠)則是輕度交聯,能大幅伸展再彈回。
高分子在輕量、耐蝕、電絕緣、色彩以及便宜的大量成形(射出成型)上勝出。它的限制:剛性與強度低、會潛變(在持續負載下緩慢下垂)、遇到不高的熱就軟化,並在陽光下劣化。熱塑性回收容易,但熱固性難以回收,因為無法重新熔融。
塑膠牛奶瓶(聚乙烯)是熱塑性——擠它會彎,加熱會軟,還可以熔化重新塑形。汽車輪胎是彈性體——輕度交聯的橡膠,能伸展並彈回,卻無法重新熔融。
兩種高分子,兩種行為,取決於鏈條如何連接。
「塑膠」與「高分子」並不完全同義:常見的塑膠都是高分子,但高分子這個家族還包括橡膠、棉與絲等天然纖維,以及蛋白質與 DNA 等生物分子。
又称
另见