书城工业不可思议的新材料
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第51章 有机玻璃

有机玻璃是一种通俗的名称,从这个名称看,你未必能知道它是一种什么样的物质,也无从知道它是由什么元素组成的。这种高分子透明材料的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯,是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。

彩色有机玻璃板1927年,德国罗姆-哈斯公司的化学家在两块玻璃板之间将丙烯酸酯加热,丙烯酸酯发生聚合反应,生成了黏性的橡胶状夹层,可用作防破碎的安全玻璃。当他们用同样的方法使甲基丙烯酸甲酯聚合时,得到了透明度好、其他性能良好的有机玻璃板,它就是聚甲基丙烯酸甲酯。

1931年,罗姆-哈斯公司建厂生产聚甲基丙烯酸甲酯,首先在飞机工业得到应用,取代了赛璐珞塑料,用作飞机座舱罩和挡风玻璃。

如果在生产有机玻璃时加入各种染色剂,就可以聚合成为彩色有机玻璃;如果加入荧光剂(如硫化锌),就可聚合成荧光有机玻璃;如果加入人造珍珠粉(如碱式碳酸铅),则可制得珠光有机玻璃。

有机玻璃的特性主要有以下几点:

(1)高度透明性。有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料,透光率达92%,比玻璃的透光度高。称为人造小太阳的太阳灯的灯管是石英做的,这是因为石英能完全透过紫外线。普通玻璃只能透过0.6%的紫外线,但有机玻璃却能透过73%。

(2)机械强度高。有机玻璃的相对分子质量大约为200万,是长链的高分子化合物,而且形成分子的链很柔软,因此,有机玻璃的强度比较高,抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7~18倍。有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃,其中的分子链段排列得非常有次序,使材料的韧性有显著提高。用钉子钉进这种有机玻璃,即使钉子穿透了,有机玻璃上也不产生裂纹。这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。因此,拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃,也用作军用飞机上的座舱盖。

(3)重量轻。有机玻璃的密度为1.18kg/dm,同样大小的材料,其重量只有普通玻璃的一半,金属铝(属于轻金属)的43%。

(4)易于加工。有机玻璃不但能用车床进行切削,钻床进行钻孔,而且能用丙酮、氯仿等黏结成各种形状的器具,也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖、小到假牙和牙托等形形色色的制品。

有机玻璃具有以上优良性能,使它的用途极为广泛。除了在飞机上用作座舱盖、风挡和弦窗外,也用作吉普车的风挡和车窗、大型建筑的天窗(可以防破碎)、电视和雷达的屏幕、仪器和设备的防护罩、电子仪表的外壳、望远镜和照相机上的光学镜片。

用有机玻璃制造的日用品琳琅满目,如用珠光有机玻璃制成的纽扣,各种玩具、灯具也都因为有了彩色有机玻璃的装饰作用,而显得格外的美观。

有机玻璃在医学上还有一个绝妙的用处,那就是制造人工角膜。如果人眼的透明角膜长满了不透明的物质,光线就不能进入眼内。这就是全角膜白斑病引起的失明,而且这种病无法用药物治疗。

于是,医学家设想用人工角膜代替长满白斑的角膜。所谓人工角膜,就是用一种透明的物质做成一个直径只有几毫米的镜柱,然后在人眼的角膜上钻一个小孔,把镜柱固定在角膜上,光线通过镜柱进入眼内,人眼就能重见光明。

早在1771年,就有眼科医生用光学玻璃做成镜柱,植入角膜,但并未获得成功。后来,用水晶代替光学玻璃,也只用了半年就失效了。但用有机玻璃制造人工角膜,它的透光性好,化学性质稳定,对人体无毒,容易加工成所需形状,能与人眼长期相容。现在用有机玻璃做的人工角膜已经普遍用于临床。

有机玻璃与普通玻璃看来像是一家人,事实上它们是完全不相同的两家。普通玻璃的“父亲”是硅酸盐,但有机玻璃的“父母”却是丙酮、甲醇、硫酸以及氰化氢。

有机玻璃的真名字叫做聚甲基丙烯酸甲酯。这个名字念起来相当别扭,因为它是人工合成的一种高分子聚合物,因此人们笼统地把它叫做有机玻璃。

有机玻璃性格一般比普通玻璃倔强得多。它的密度尽管比普通玻璃小一半,但不像玻璃那样容易破碎。它的透明度十分好,晶莹剔透,并且具有很好的热塑性,把它加热,就能任意把它塑成玻璃棒、玻璃管或玻璃板,正由于它有惹人喜爱的外貌以及性格,所以它的用途很广。

喷气式飞机在云端高速飞行时,经常会遇到剧烈的振动以及温度的突变和气流的压力等特别情况,这对飞机座舱的窗玻璃就是严峻的考验。

谁可以经受这种考验呢?有机玻璃。假如是战斗机,在追击敌人时,有机玻璃被子弹打中,它也不会整块破裂,而只穿一小孔,这样就不会再发生类似玻璃碎片伤人的事故。

普通玻璃的厚度超过15厘米,就会变成翠绿一片,并且隔着玻璃没法看清东西。有机玻璃隔着1米厚,还可以清晰地看清对面的东西。因为它的透光性能相当好,再加上紫外线也可以穿透,所以常用来制造光学仪器。

有机玻璃另外有一个令人惊异的性能:一条弯曲的有机玻璃棒,只要弯度小于48°,光线就可以沿着它,像水通过水管一样投射过来。光线可以走弯路,多么有趣!利用这个绝技,它就变成了制造外科传光玻璃仪器的珍品。因此,医生在手术室动手术的时候,就不用担心看不清楚了。

有机玻璃既轻巧,又坚韧,化学性又相当稳定,受热而且有可塑性,因此它的用途十分广泛。

知识点:泡沫玻璃

泡沫玻璃内部要求要充满气孔,这些气孔应当只有很小的开口,最好都是闭口的气孔;气孔与气孔之间不能互相通奇特的泡沫玻璃气;气孔不能大的大、小的小,而要均匀一致;按体积计算,要求气孔占泡沫玻璃总体积的90%以上。

泡沫玻璃的制造原理很简单,即把玻璃粉与碳酸钙或碳等发泡剂混合起来,放在耐热的模子里烧结,这时碳酸钙就会产生出二氧化碳气体。它们就留在熔化了的玻璃中,待退火后,这件泡沫玻璃制品就算制成了。这种烧结方法,叫粉末法。

泡沫玻璃的特点是导热系数小、强度高、容量轻、耐腐蚀、不怕冻、不怕烧,也比较容易加工。

泡沫玻璃的用途相当广泛。闭口气孔多的泡沫玻璃隔热性能好,是一种物美价廉的轻型保温材料。开口气孔多的泡沫玻璃吸声性能好,可用于防止噪声干扰的场合。此外,泡沫玻璃还可以用作过滤材料,也可以在化学反应中用作催化剂的载体材料。目前,它已在建筑、建材、冶金、化工、石油、造船和国防工业等方面得到广泛应用。