第四节 塑料、纤维和橡胶

第四节塑料、纤维和橡胶
教案
课题：第四节塑料、纤维和橡胶（一）授课班级
课时
教学目的
知识
与
技能
1、了解常见的塑料的化学成分、性质和用
途等
2、了解合成纤维和橡胶的种类、性能及天
然橡胶的化学组成。

过程
与
方法
通过热塑性资料和热固性资料等实例，认识材料的组成、结构和性能之间的关系
情感
态度
价值观
通过了解塑料、纤维和橡胶等材料的应用，认识化学是材料科学发展的基础，以及
化学科学的发展对提高人类生活质量所起
的积极作用，激发学生学习兴趣
重点热塑性塑料和热固性塑料，难点橡胶的硫化
知识结构与板书设计第四节塑料、纤维和橡胶
一、合成材料
1、塑料(plastic)
（1）成分主要反应类型单体概念
（2）热塑性和热固性
①热塑性：有机高分子化合物（如聚乙稀）受热熔化成流动的液体，冷却后成固体，这种现象叫热塑性。

②热固性：有些有机高分子化合物加工成型后受热不会熔化，这种现象叫热固性。

如酚醛塑料。

（3）线型结构和体型结构
2、纤维和橡胶
（1）合成纤维原料：石油、天然气、煤等
（2）6大纶：锦纶(尼龙)、涤纶(的确良)、腈纶(人造羊毛)、维纶、氯纶、
丙纶。

(3) 天然橡胶的化学组成是聚异戊二烯：
(4) 硫化橡胶具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性等。

教学过程
教学步骤、内容
教学方法、手段、
师生活动[投影]
[引入]你能找出有那些物品是合成材料
吗？
[板书] 第四节塑料、纤维和橡胶
一、合成材料
[讲]日常生活中我们接触到的塑料、合
成纤维、黏合剂、涂料等都是合成高分
子材料，简称合成材料。

随着社会的发
展和科技的进步，合成材料的运用越来
越广泛，它们在社会生活中起了越来越
重要的作用。

可以说人工合成材料的出现是材料史上的一次飞跃，推动人类社会的进步。

今天，我们将来学习合成材料的三大主要成员：塑料、合成纤维、合成橡胶。

[板书]1、塑料(plastic)
（1）成分主要反应类型单体概念
[科学探究]在一支试管中放入聚乙烯塑料碎片约3g，用酒精灯缓缓加热，观察塑料碎片软化和熔化的情况。

熔化后立即停止加热以防分解。

等冷却后固化后再加热，观察现象。

仔细观察实验，描述实验现象：熔化成可流动液体，遇冷后又变成固体。

[板书]（2）热塑性和热固性
①热塑性：有机高分子化合物（如聚乙稀）受热熔化成流动的液体，冷却后成固体，这种现象叫热塑性。

②热固性：有些有机高分子化合物加工成型后受热不会熔化，这种现象叫热固性。

如酚醛塑料。

[投影]热塑性和热固性塑料用途
[问]教师用力拉一下食品袋或橡皮筋，然后放松，问学生观察到什么现象？（弹
性），又问为什么会具有弹性呢？
在高分子化合物的结构中原子间、链节间是以共价键结合。

淀粉、纤维素是C—C、C—O单键，蛋白质是C—C，C—N单键，聚乙烯是C—C单键，这些键可以自由旋转，所以高分子是蜷曲的长链，弹性就可以证明了这一点，小分子短就不会具备这种性质。

[问]长链分子又怎样组成物质的呢？橡皮筋和硬橡皮的区别？
[讲]①线型结构（直链或带支链），如淀粉、纤维素、聚乙烯等。

它们分子间主要是靠分子间作用力结合。

其强度是化学键和分子间力的共同表现。

因此相对分子质量越大，链越长，这些作用力也越大，强度就强。

这是它们不同于小分子物质的特点。

②体型结构（网状结构），这种结
构表现为链上有能够反应的官能团。

高分子链之间除分子间力外，还可以产生化学键（产生交联），因而使得这类化合物具有强度高、耐磨、不易溶解等不同于线型结构高分子的性质。

橡皮筋是橡胶中（主要成份是聚异戊二烯）加了少量3％的硫，由于交联较少，仍保留有线型结构的特点，而硬橡皮则是在橡胶中加入了30％的硫，由于交联多，因而具有了典型的网状结结构。

此外如酚醛树脂也是体型结构的高分子化合物。

[投影]塑料的线型结构和体型结构
[板书]（3）线型结构和体型结构
[学与问]从塑料结构分析，塑料一般情况下会导电吗？
塑料中原子是以共价键结合的，没有自由电子和能够自由移动的离子。

因
此，在一般情况下塑料不易导电，是良好的电绝缘材料。

[投影]科学视野---导电聚合物
导电聚合物是一种高分子物质，它的导电能力很强，几乎可以达到金属导电的性能。

聚合物是由简单分子联合形成的大分子物质。

聚合物要能够导电，其内部的碳原子之间必须交替地由单键和双键连接，同时还必须经过掺杂处理，即通过氧化或还原反应移去或导入电子。

导电聚合物的研究兴起于本世纪70年代，80年代达到高潮，目前则趋于消沉。

导电聚合物已广泛地用于许多工业领域，如抗电磁辐射的计算机视力保护屏幕、能过滤太阳光的"智能"玻璃窗等。

除此之外，导电聚合物还在发光二极管、太阳能电池、移动电话和微型电视显示装置等领域不断找到新的用武之地。

导电聚合物的研究成果，还对分子电子学的迅速发展起到推动作用，从而为人类
在未来制造由单分子组成的晶体管和其它电子元件奠定了基础。

这不仅可以大大提高计算机的运算速度，而且还能缩小计算机的体积。

2000年度诺贝尔化学奖即奖给对导电聚合物的发现和发展做出贡献的科学家艾伦.黑格、艾伦.克迪尔米德与白川英树。

［投影］
[阅读]课本63页表3－1“几种常见塑料的性能和用途”
化学成
分
性能用途制
品聚乙烯
(PE)
电绝缘性
好，耐化学
腐蚀，耐
寒，无毒
可制成薄膜
食品、药物
的包装材
料，以及日
常用品、绝
缘材料、管
食
品
保
鲜
膜
道等
聚氯乙烯电绝缘性
好，耐化学
腐蚀，耐有
机溶剂，耐
磨，热稳定
性差，遇冷
变硬，透气
性差
可制薄膜、
软管、日常
用品，以及
管道、绝缘
材料等，薄
膜不能用来
包装食品
电
线
外
面
的
绝
缘
层
聚丙烯(PP) 机械强度
好，电绝缘
性好，耐化
学腐蚀，质
轻，无毒。

耐油性差，
低温发脆，
容易老化
可制薄膜、
日常用品、
管道、包装
材料等
饮
料
瓶
箱
聚苯乙烯(PS) 电绝缘性
好，透光性
好，耐化学
腐蚀，无
毒，室温下
可制高频绝
缘材料，电
视、雷达部
件，医疗卫
生用具，还
包
装
材
料
硬、脆，温度较高时变软，耐油性差可制成泡沫塑料用于防震、防湿、隔音、包装垫材等
聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃，PMMA) 透光性好，
质轻，耐
水，耐酸，
碱，抗霉，
易加工，耐
磨性较差，
能溶于有
机溶剂
可制飞机，
汽车用玻
璃，光学仪
器，医疗器
械，广告牌
等
广
告
牌
脲醛塑料(电玉) 绝缘性好，
耐热，抗
水，易于着
色
可制电工器
材，汽车部
件，日常用
品等
聚四氟乙烯(PTFE) 耐低温，高
温，耐化学
腐蚀，耐溶
剂性好，电
绝缘性好，
可制电气、
航空、化学、
医药、冷冻
等工业的耐
腐蚀、耐高
不
粘
锅
加工困难温，耐低温
的制品
[板书]2、纤维和橡胶
[科学探究]
1、取一小快纯棉布、羊毛织物、尼龙布，分别在酒精灯火焰上灼烧，观察现象。

2、取上述材料各一小块，分别浸入10%硫酸溶液和3%氢氧化钠溶液，微热5～6分钟，取出后，用水漂洗，烘干，观察有什么变化？
［投影］
灼烧情况受
酸
溶
液
的
影
响受碱溶液的影响
纯棉布容易燃烧，有烧纸的气
味，灰烬用手一触即破
碎
轻
微
轻
微
羊接近火焰先卷缩，有烧受部
毛毛发的焦糊味，灰烬为黑色、膨胀易碎的颗粒腐
蚀
分
溶
解
尼龙布接近火焰时迅速卷缩，燃烧缓慢，有特殊的气味，趁热可以拉成丝，灰烬为灰褐色玻璃球状，不易破碎
[讲]合成纤维是用石油、天然气、煤等为原料，经一系列的化学反应，制成合成高分子化合物，再经加工而制得的纤维。

它广泛用于服装、装饰和产业三大领域，它的使用性能有的已经超过了天然纤维。

合成纤维缓解了粮棉争地的矛盾，满足人们对纺织品日益增长的需要，在国民经济发展中发挥愈来愈大的作用。

合成纤维的耐化学性能要比天然纤维强，如丙纶和氯纶的耐酸、耐碱性能都非常优良。

目前主要有6大纶，按合成的年代先后为氯纶、锦纶、维纶、腈纶、涤纶、丙纶。

广泛应用于工农业生
产和日常生活.
[板书]（1）合成纤维原料：石油、天然气、煤等
（2）六大纶：锦纶(尼龙)、涤纶(的确良)、腈纶(人造羊毛)、维纶、氯纶、丙纶。

［投影］
[讲]橡胶是制造飞机、汽车和医疗器械所必须的材料,是重要的战略物资,最初人们是从橡胶树中获得天然橡胶.但天然远远不能满足要求,于是科学家就开始研究用化学方法合成橡胶.
[板书](3) 天然橡胶的化学组成是聚异戊二烯：
［讲］合成橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。

通用橡胶：如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。

特种橡胶：如耐热和耐酸碱的氟橡胶、耐高温和耐严寒的硅橡胶等。

［问］为什么橡胶硫化后，其性能改变
很大？
［投影］
［讲］橡胶未硫化以前，单个分子间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大。

当橡胶配以硫化剂经过硫化（交联）以后，由于立体结构的形式从而使性能大大改善，尤其是橡胶的定伸强度、弹性、硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大幅度提高，成为具有宝贵作用价值的硫化胶。

[板书](4) 硫化橡胶具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性等。

[投影]
［小结］合成橡胶与天然橡胶相比，具
有高弹性，绝缘性、耐油和耐高温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。

硫化后的橡胶适合制造汽车轮胎，加入炭黑可增强轮胎的耐磨性
教学回顾：
教案
课题：第四节塑料、纤维和橡胶（二）授课班级
课时
教学目的
知识
与
技能
了解有关复合材料的知识
过程
与
方法
举例生活中常用合成高分子材料化学成分及其性能，评价高分子材料的使用对人类
生活质量和环境质量的影响
情感
态度
价值观
了解居室装修材料的主要成分及其作用
重点物质的结构对性能和用途的影响，化学在提供生活材料方面的重要作用
难点认识物质的组成、结构与性能和用途的关系
知识结构与二、复合材料 (composite)
1．复合材料的定义：复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。

其中一种材料作为基体，其他的材料作为增强剂。

2．优异的性能：强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀，在综合性能上超过了单
板书设计一材料。

3．应用：宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面。

教学过程
教学步骤、内容
教学方法、手段、
师生活动
[学与问]每种材料都有它的优缺点，金属材料强度大，但易被腐蚀。

陶瓷材料强度大，耐高温，但脆性大。

合成材料密度小，但不耐高温。

航天工业需要强度大、耐高温、密度小的材料。

海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的材料。

怎样获得这些材料呢？
要获得性能全面的特殊材料，一方面是在原有的材料的基础上发展创新，发挥其优势，努力克服其不足。

例如，研制一些新型的合金、陶瓷和合成材料等；另一方面是将不同性能的材料组合起来，制成复合材料，使各组分材料在性能上进行互补，同时产生某些特殊性能。

由于复合材料的设计自由度很大：不仅可以选择不同的组分材料，而且可通过改变各组分材料的含量来满足不同的需求。

因此，复合材料是材料科学发展的必然趋势。

(书后习题P68-6) [板书]二、复合材料 (composite)
1．复合材料的定义：复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。

其中一种材料作为基体，其他的材料作为增强剂。

[投影]
[讲]玻璃钢是一种以高分子树脂为基体，以玻璃纤维为增强体，经过复合工艺而制成的复合材料。

通常具有耐腐蚀，抗老化，绝缘性好等特点，在管道、造船、汽车制造等领域有广泛应用。

玻璃钢坚韧，比钢材轻得多。

喷气式飞机上用它作油箱和管道，可减轻飞
机的重量。

登上月球的宇航员们，他们身上背着的微型氧气瓶，也是用玻璃钢制成的。

玻璃钢加工容易，不锈不烂，不需油漆。

我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇及游艇。

节约了不少钢材。

化工厂也采用酚醛树脂的玻璃钢代替不锈钢做各种耐腐蚀设备，大大延长了设备寿俞。

玻璃钢元磁性，不阻挡电磁波通过。

用它来做导弹的雷达罩，就好比给导弹戴上了一副防护眼镜，既不阻挡雷达的“视线”，又起到防护作用。

[板书]2．优异的性能：强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀，在综合性能上超过了单一材料。

3．应用：宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面。

[投影]
[思考与交流]居室装修材料
随着经济的发展和生活水平的提高，
人们对室内环境的要求越来越高，因此对居室和办公室进行装修非常普遍。

居室装修所用的材料中，既有金属材料，又有硅酸盐材料；既有天然材料，又有合成材料。

请查阅相关资料，就居室装修材料的主要成分、作用，以及可能对居室环境造成的影响进行交流。

［讲］居室中的每个部位装修时可能用到多种材料。

例如，地面装修可以用复合地板，可以用实木地板，还可以用大理石或瓷砖等；卫生间和厨房装修时可能要用到水泥、玻璃、陶瓷、PVC板、铝合金板、不锈钢和大理石等材料。

下表只举了一两个例子作简单说明，仅供参考。

［投影］
部位可能用
到的装
修材料
装修材料的主
要成分
装
修
材
料
的
作
可能
对居
室环
境的
影响
用
地面复合地
板
复合地板一般
由底层、基材
层、装饰层和
耐磨层等四层
复合而成。

底层：一般由
聚酯材料制
成，起防潮作
用；
基材层：以木
质纤维等为原
料，用脲醛树
脂或糖醛类树
脂等黏合剂制
成的人造板材
装饰层：将印
有特定图案的
特殊纸放入三
聚氰氨溶液中
浸泡后形成；
耐磨层：在地
装
饰、
防
潮
和
耐
磨
等
复合
地板
制造
过程
中用
到的
黏合
剂会
释放
出甲
醛
板的表层上均
匀压制一层由
氧化铝组成的
耐磨剂
墙
面
、
顶
棚
(包括灯饰) 涂料
涂料一般由膜
物质、溶剂、
颜料和助剂四
部分组成。

一
些新型涂料则
不含溶剂
成膜物质：包
括植物油、天
然树脂和各种
合成树脂等
溶剂：包括有
机溶剂(如甲
苯、二甲苯)
和水，用于稀
释成膜物质
颜料：分散成
涂料中的、不
溶的微细有色
装
饰、
保
护
墙
面
等
挥发
性的
有机
溶剂
(如甲
苯、二
甲
苯)、
颜料
中的
重金
属(如
Pb、
Cr)等
都会
对人
体造
成危
固体颗粒
助剂：赋予涂料某些特殊功能害。

水溶性涂料(用水作溶剂)对人体的危害较小
卫生间陶瓷
(包括
洁具和
瓷砖)
硅酸盐
装
饰、
防
水
可能
产生
放射
性
铝合金
板(顶
部)
铝合金
装
饰、
防
水
厨房天然大
理石
碳酸钙
防
水、
耐
磨
可能
产生
放射
性
PVC板
(顶部)
聚氯乙烯门
窗(包括窗帘) 塑钢
以聚氯乙烯为
基材，外加填
充剂等
装
饰、
密
封玻璃
普通玻璃的成
分是Na
2
SiO
3
，
CaSiO
3
和SiO
2
[总结]今天我们就合成材料进行了学习，通过学习，我们可以说不仅认识到合成材料的利弊，而且同学们在近两个星期的对白色污染的调查中，很好地培养了自己的环保意识，老师希望你们人人都能成为一名优秀的“环保卫士”。

［知识拓展］战争的产物——合成橡胶现在的橡胶，大部分已不再是从橡胶树中流出来的胶液制成的，而是用石油或天然气做原料用人工制造出来的，因为天然橡胶已远远不能满足人们的需要。

现在全世界生产的橡胶中，天然橡
胶只占1/3，人工合成橡胶占2/3。

人造橡胶发展这么快，是由于战争的原因。

第一次世界大战期间，汽车轮胎、火炮轮胎、飞机轮胎、坦克轮胎等都离不开橡胶。

协约国为了打败同盟国，对德国进行封锁，切断了海上运输线，德国人得不到天然橡胶，急得像热锅上的蚂蚁。

因为打坏的轮胎使飞机无法起飞，火炮拉不动，汽车跑不了。

德国人为了摆脱困境，决心制造人造橡胶。

但这并不那么容易，因为从树上流出来的这种特殊东西不是想造就能造出来的。

但德国有一批很有才华的科学家，也非常会利用前人的科研成果。

他们经过不断探索，硬是用煤做原料把橡胶造出来了。

虽然性能比天然橡胶差得多，但也能应急对付一阵。

这些德国科学家是怎样造出人工橡胶的呢？原来早在这之前约一个世纪，即1826年，英国著名科学家法拉第不仅对电磁有兴趣，对橡胶这东西也发生了兴趣，并弄清了天然橡胶中有由5个碳原子和8个氢原子组
成的原子团，它的化学名称是异戊二烯，分子式是C5H8；而且弄清了橡胶分子并不是仅由一个这样的原子团组成的，其分子结构比这要复杂得多。

这样，德国人就知道天然橡胶的基本成分了。

他们又查到，1860年时有一位叫威廉斯的科学家曾经从天然橡胶的热裂解产物中分离出异戊二烯，它在空气中会氧化成白色的有弹性的东西。

他们还查到，1879年时，法国化学家布查德也研究过天然橡胶分子，并搞清了它
是由成百上千个C
5H
8
原子团聚合成的，也
就是这种原子团一个接一个地串成“链条状”的大分子。

布查德还提出过，可能正是这些长链分子相互连接在一起，才使橡胶有了弹性。

因此他曾想如果把这些原子团连成一长串变成长链大分子，就可能制造出有弹性的人造橡胶来。

但布查德还没有来得及合成人工橡胶就去世了。

1884年，英国科学家契尔顿在布查德设想的基础上进一步试验，用从树脂中提取出的异戊二烯成功地合成长
链分子，生产出了和天然橡胶一样的人工橡胶。

1909年，德国化学家霍夫曼想按契尔顿的方法成批生产人工橡胶，但结果不理想。

不久即爆发了第一次世界大战，战争中要消耗大量橡胶，国外又进行封锁，德国人走投无路，于是组织一大批科学家再次研究人造橡胶，并最终用煤做原料，成功地研究出人造橡胶的生产方法。

在第一次世界大战结束前，一共生产了2350吨人造橡胶供战争急需。

当然，这些人造橡胶不可能挽救德国失败的命运，但从此却开创了制造人工橡胶的先河。

［书后习题］P68
1、如果只考虑受热特性，有人将塑性塑料比作蜡，将热固性塑料比作鸡蛋。

你认为这种比喻恰当吗？为什么？
热塑性塑料受热时可以熔化和塑造成型，冷却后变成固体，加热后又可以熔化，这个过程可以重复多次，这种受热
特性和蜡相似。

热固性塑料在制造过程中受热时能变软，可以塑制成一定的形状，但加式成型后就不会受热熔化，这种受热特性和鸡蛋相似。

2、当用聚乙烯制成的塑料袋提重物时，塑料袋会变形，为什么？找一块塑料薄膜，从两个不同的方向开始撕，所用的力相同吗？为什么？
聚乙烯塑料属于热塑性塑料，具有长链状的线形结构，长链之间是以分子间作用力结合在一起的。

当提重物(或被拉扯)时，链与链之间的分子间作用力减弱，长链能够移动。

因此，塑料袋会变形。

塑料薄膜也属于热塑性塑料，从两个不同的方向开始撕，所用的力是不同的。

因为从一个方向撕时，破坏的可能是塑料内链和链之间的弱的分子间作用力，所用的力大小一些；从另一个方向撕时，破坏的可能是塑料中长链内原子之间的
强的共价键，所用的力大一些。

3、现在许多汽车的保险杠是用塑料制造的，取代以前的钢制的保险杠。

这种改变对下列人士来说，可能有什么好处？
现在许多汽车的保险杠是用聚酯塑料或聚丙烯塑料制造的，用来取代以前的钢制的保险杠。

塑料保险杠具有较高的强度和刚性，以及良好的装饰性。

从安全性来看，汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后气体；从外观来看，可以很自然地与车体结合在一起，具有良好的装饰性(钢制保险杠与车身有一段较大的间隙，好像是一件附加上去的部件，不太美观)。

另外，用塑料制造保险杠还可以减轻车的重量，同时降低成本。

(1) 汽车制造商：车的外形变得美观，能够提高销量；易于加工，降低成本；意外撞击时减震作用增强，车的安全性能提高等。

(2) 车主：车的重量减轻，油耗降低；汽车价格便宜；车的安全性能提高。

(3) 意外被保险杠接到的行人：具有缓冲作用，减轻伤害等。

5、为什么橡胶硫化以后，其性能改变很大？
橡胶硫化以后，由线型结构变成体型结构，从而具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性等，也更具有实用价值。

教学回顾：。