《高分子材料概論》

1、高分子材料概論考試重點考試時間：第13周周二（2016年11月29日）上午8:00-10:00考試地點：東10B-304考試題型一、名詞解釋 5個×2分10分二、填空題 20空×1分20分三、不確定項選擇題 20個×1分20分四、問答題 5個×8分40分五、能力題 1個×10分10分考試重點內(nèi)容一、概念：高分子化合物：或稱聚合物，是由許多單個高分子（聚合物分子）組成的分子質(zhì)量很大（104107）的物質(zhì)。縮聚反應和縮聚物：指所生成的聚合物結構單元在組成上比其相應的原單體分子少了一些原子的聚合反應和聚合物。這是因為在這些聚合物反應中官能團間進行聚合

2、反應時失去了某些小分子（如H2O）。玻璃化溫度：定義：高聚物分子鏈開始運動或凍結的溫度。玻璃化溫度的使用價值：玻璃溫度是非晶態(tài)高聚物作為塑料使用的最高溫度；是作為橡膠使用的最低溫度。觸變性流體：在恒定的將切速率和剪切力作用下，一些流體的粘度隨時間的增加而降低，這種流體稱為觸變性流體。多分散聚合物：由許多不同相對分子質(zhì)量的分子組成的高分子。離子聚合反應： 單體在陽離子或陰離子作用下，活化為帶正電荷或帶負電荷的活性離子，再與單體連鎖聚合形成高聚物的化學反應，統(tǒng)稱為離子型聚合反應。屬于連鎖聚合反應的一種。熱塑性：熱塑性高分子在受熱后會從固體狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)。這種轉(zhuǎn)變理論上可重復無窮多次。或者說

3、，熱塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和滌綸樹脂等均為熱塑性高分子。 熱固性：（熱固性高分子）在受熱后先轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)，進一步加熱則轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。換言之，熱固性高分子是不可再生的。通過加入固化劑使流體狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀的高分子，也稱為熱固性高分子。典型的熱固性高分子如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、硫化橡膠等。二、掌握：高分子材料的分類答：可分為合成高分子和天然高分子兩大類。高分子材料分子鏈的幾何形狀 答：（1）線型鏈狀：由于c-c鏈旋轉(zhuǎn)，很難伸展到完全伸直長度，而以許多不同形狀，即構象存在。（2） 支化：使高分子主鏈帶上了長短不一

4、的支鏈，有梳形、星形、無規(guī)支鏈等類型。對材料物理、力學性能影響很大。（3）交聯(lián)：大分子鏈之間通過支鏈或某種化學鏈相鏈接，形成一個分子量無限大的三維網(wǎng)狀結構。共聚物結構單元的連接方式答：無規(guī)連接（無規(guī)共聚物） 交替連接（交替共聚物） 嵌段連接（交替共聚物） 分叉連接（接枝共聚物）聚合物的結晶結構形式答：（1）曲折鏈結晶結構 （2） 扭曲的曲折鏈結晶結構（3） 螺旋鏈結晶結構化學纖維的紡絲方法答：(1)熔融紡絲:適用于凡能加熱熔融或轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)而不發(fā)生顯著分解的成纖聚合物。(2)溶液紡絲:將聚合物制成溶液，經(jīng)過噴絲板或帽擠出形成紡絲液細流，然后該細流經(jīng)凝固裕凝固以形成絲條的紡絲方法。按凝固浴不同分

5、為濕法紡絲和干法紡絲。濕法紡絲：凝固浴為水、溶劑或溶液等介質(zhì)，如晴綸、粘膠。干法紡絲：凝固浴為熱空氣大多數(shù)聚合物在不同溫度下的力學狀態(tài)、答：線型非晶高聚物的物理狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)聚合物發(fā)生降解反應的條件：高分子材料的降解反應：指在化學因素或物理因素作用下高聚物分子的聚合度降低的過程。熱降解：（解聚反應，無規(guī)斷鏈反應，取代基脫除反應）1.是指高分子材料受熱后，從高分子鏈的末端開始，以結構單元為單位進行連鎖脫除單體的解聚反應。2.是指高分子材料受熱后，在高分子主鏈上的任意位置發(fā)生的斷鏈反應。3.聚合度不變，只是取代基與鄰近的氫在溫度低的情況下發(fā)生消除反應，并以氯化氫、醋酸、水、氫等形式從

6、主鏈上脫除下來，同時在主鏈上形成雙鍵，使產(chǎn)品顏色加深，強度降低氧化降解反應：是指高分子材料在加工、使用過程中受空氣中氧的作用發(fā)生高分子鏈斷鏈的降解反應。原理：通過氫的過氧化物進行降解影響氧化降解的因素：外界條件 光、熱、金屬氧化物加速降解 內(nèi)部因素：支鏈多、結晶度低容易降解 含叔氫原子多容易降解光降解反應：（非光敏降解，光敏降解）指高分子材料受日光的照射而發(fā)生的分解反應。非光敏降解原理：用相當于高聚物分子中化學鍵吸收波峰波長的光照射時，高聚物吸收能量后，而被激發(fā)，則發(fā)生光降解反應。光敏降解原理：將鹵代酮或金屬有機化合物等作為光敏劑撒在高分子材料垃圾上，然后在太陽光或紫外線下暴曬，使高分子材料分

7、解為粉末?；瘜W降解與生化降解：是指大分子中含有酯鍵、酰胺鍵、醚鍵等反應性基團的高分子材料，在受到酸、堿、酶及其他因素的作用下發(fā)生的大分子斷鏈的化學反應。機械降解與超聲波降解條件：高分子材料的相對分子質(zhì)量很大；較強的外力、超聲波作用。添加劑的品種： 普通增塑劑和反應性增塑劑 熱、光穩(wěn)定劑 無機、有機填充劑 增強劑、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、阻燃劑、抗氧劑、著色劑、潤滑劑、抗靜電劑、增粘劑、脫模劑、賦香劑、防霉劑、抗粘劑、表面處理劑等。穩(wěn)定劑的分類： 熱穩(wěn)定劑：對熱敏性塑料（PVC）抗氧劑 包括：防老劑：針對橡膠（R）；熱氧穩(wěn)定劑：針對塑料（P）光穩(wěn)定劑：紫外線吸收劑、光屏蔽劑縮聚反應按制備方法的分類： 熔

8、融縮聚反應：把單體加熱到聚合物的熔點以上（一般大于200），如尼龍和滌綸。 界面縮聚反應：將兩種單體分別溶解在兩種互不相溶（如水和烴）的溶劑中，反應時將兩種溶液倒在一起，反應即發(fā)生在兩相界面處，該反應可以在常溫或低溫下以極快速度進行，如聚酰胺、聚酯。 溶液縮聚反應：單體在溶液中進行反應，如某些耐高溫的聚合物。 固相縮聚反應：使單體在固體狀態(tài)下進行反應，如聚酰胺、聚苯并咪唑。熱塑性塑料和熱固性塑料成型加工的方法：熱塑性塑料：壓制成型、注塑成型、擠出成型、吹塑成型、壓延成型、發(fā)泡成型、人造革制造、層壓熱固性塑料：注塑成型、模壓成型、層壓成型假塑性流體與脹流性流體的特點：假塑性流體：指流體粘度隨剪切

9、速率增加而減小，稱剪切變稀。是由于高分子流體在剪應力的作用下除發(fā)生真正的粘性流動外，還發(fā)生了高彈形變，大分子線團在外力作用下，沿外力方向發(fā)生取向，導致粘度下降。脹流性流體：指流體粘度隨剪切速率增加而增加，稱剪切增稠。一般認為是在剪切力下可能形成新的聚集結構，使粘度升高。高分子溶液的溶劑選擇原則：極性相似原則：即極性大的溶質(zhì)溶于極性大的溶劑，反之亦然。溶劑化原則：即溶劑對高分子具有溶劑化作用，一般要求高分子和溶劑在分子結構上應分別具有親電子體和親核體。溶解度參數(shù)相近原則：溶解度參數(shù)為內(nèi)聚能密度的平方根，對于非極性高分子，溶劑與高分子的溶解度參數(shù)差小于3.5（J/CM3)1/2時可以發(fā)生溶解。高聚

10、物熔體在加工過程中的幾種特殊現(xiàn)象：可回復性切變形變即：高聚物熔體在流動時所發(fā)生的形變由兩部分組成，一是可回復性形變，二是由黏性流動產(chǎn)生的形變，其中前者所占的比例較大。法向應力效應在攪動過程中，低分子液體的液面中間低，四周高；而高聚物熔體或溶液卻是中間高，而四周低。擠出物膨大現(xiàn)象高分子鏈在管道內(nèi)處于高速剪切，鏈段被舒展開來，相當于受到拉伸而使鏈段取向，熔體出現(xiàn)各向異性。當熔體突然放大或從管道中流出而使高分子鏈突然“自由化”，至使在管道中形成高彈形變立即得以回復，分子鏈又恢復到大體無序的平衡狀態(tài)，鏈間距離增大，以至出現(xiàn)流束膨脹。不穩(wěn)定流動高聚物熔體在擠出時，如果切應力超過一定極限時，熔體將出現(xiàn)不穩(wěn)

11、定流動，其現(xiàn)象是擠出物表面不光滑、不規(guī)范。什么是合成高聚物：答：由單體聚合人工合成的高分子。HDPE、LDPE 和交聯(lián)聚乙烯性能及用途比較：答： 自由基聚合的方法：干膠制品的原料是固態(tài)彈性體，其生產(chǎn)過程包括哪些步驟：答：<1>、原料：固態(tài)的彈性體<2>、步驟：素煉、混煉、成型、硫化（1）素煉：不加入添加劑，僅將純膠（生膠）在煉膠機上滾煉，為了使生膠受機械、熱、化學三種作用而使分子質(zhì)量降低，達到適當?shù)目伤芏?，使之易與添加劑混合均勻。主要用于天然橡膠。（2）混煉：將已經(jīng)素煉的膠（包括混用合成膠）與添加劑（配合劑）混合均勻的過程。在開放式煉膠機或密煉機中進行。(3)成型：將混

12、煉膠通過壓延機、擠出機等制成一定截面的半成品，如膠管、胎面膠、內(nèi)胎膠坯等，然后將半成品按制品的形狀組合起來，或在成形機上定形，得到成型品。(4)硫化：將成型品置于硫化設備中，在一定溫度、壓力下，通過硫化劑使橡膠發(fā)生交聯(lián)反應，形成一定的網(wǎng)狀結構，獲得符合實用強度和彈性的制品的過程。防止高聚物老化的辦法是：答：防止高分子材料老化的辦法是在高分子材料合成或成型加工過程中加入抗氧劑（防老劑）和光穩(wěn)定劑來防止高分子材料的氧化降解和光降解。在高聚物合成或成型加工過程中加入什么物質(zhì)來防止高聚物的氧化降解和光降解：答：抗氧劑（防老劑）和光穩(wěn)定劑線型高聚物和交聯(lián)高聚物的特點：線形高分子的分子間沒有化學鍵結合，在

13、受熱或受力時可以互相移動，因而線形高分子在適當溶劑中可以溶解，加熱時可以熔融，易于加工成型。    交聯(lián)高分子的分子間通過支鏈聯(lián)結起來成為了一個三維空間網(wǎng)狀大分子。高分子鏈好像被“五花大綁似的不能動彈”。因而不溶解也不熔融，當交聯(lián)度不大時只能在溶劑中溶脹。    支化高分子的性質(zhì)介于線形高分子和交聯(lián)(網(wǎng)狀)高分子之間，偏向哪種情況取決于支化程度。四高分子溶解的特點答：非晶態(tài)高聚物的溶解 高分子溶解緩慢，分兩階段：（1）溶劑化溶脹過程，溶劑分子緩慢滲透進入高分子中，使高分子脹大；（2）是線型和支化高分子就溶解，而交聯(lián)高分子仍保持溶脹，不溶解。結晶高聚物的溶

14、解非極性結晶高聚物的溶解條件：足夠量的溶劑，一定量的非極性結晶高聚物，并且加熱到熔點附近。溶解過程：加熱使結晶熔化，再溶脹、溶解。極性結晶高聚物的溶解條件：足夠量的強極性溶劑，一定量的極性結晶高聚物，不用加熱。溶解過程：通過溶劑化作用溶解。高聚物溶液的一般特性1. 高聚物溶解過程比小分子物質(zhì)慢得多2. 高聚物溶液黏度比同濃度的小分子溶液黏度大得多3. 多數(shù)高聚物溶液都能抽絲成膜4. 多數(shù)高聚物溶液遵循宏觀熱力學規(guī)律影響聚合物熔體粘度的因素 （1）高聚物分子鏈的結構 （2）高聚物相對分子質(zhì)量（3）溫度 （4）壓力什么是熱塑性塑料和熱固性塑料：成型后再加熱重新軟化加工而化學組成不變的一類塑料 可溶

15、可熔 如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。 成型后不能再加熱重新軟化加工的一類塑料不溶不熔 如酚醛樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。可以通過什么途徑改善塑料制品的耐熱性以及橡膠制品的耐寒性：提高材料耐熱性的關鍵是提高材料的玻璃化溫度Tg、熔點Tm和分解溫度Td，主要方法有：1）提高分子鏈的剛性，在主鍵中減少單鍵，引入共軛雙鍵或環(huán)狀結構。2）提高分子鏈的規(guī)整性，提高結晶度，或引入極性基團，使分子間產(chǎn)生H鍵，增強分子間作用力，提高Tg。3）采用交聯(lián)法，限制分子鏈運動，既提高耐熱性，又提高物理、力學性能。4）采用復合方法，如尼龍66與30玻璃纖維復合后，不僅強度提高，熱變形溫度由80升高到250。5

16、）關于橡膠的耐熱性，為保證其高彈性，只能從提高分子化學鍵鍵能著手，使之不易發(fā)生熱降解或熱交聯(lián)。改善橡膠材料的耐寒性，應增大分子鏈柔順性，減少分子間作用力，削弱分子鏈中規(guī)整部分的化學結構和組成，降低玻璃化溫度，降低結晶能力，主要方法有：1）增塑法：采用凝固點低、粘度大、沸點高、蒸氣壓低的增塑劑，降低玻璃化溫度。2）改性法：改變橡膠分子鏈結構，降低結晶度 如硅橡膠（聚二甲基硅氧烷）既耐熱又耐寒，使用溫度為70250，是由于Si-O鍵能大（大于C-C），不易熱分解，其內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘低，分子鏈柔順性好。（耐寒性增塑劑，耐熱性增塑劑）簡要說明自由基聚合反應的特征：整個聚合過程分為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止、鏈轉(zhuǎn)

17、移，各步反應速率和活化能相差很大，可概括為慢引發(fā)、快增長、速終止；引發(fā)是控制總聚合速率的關鍵；絕大多數(shù)反應是不可逆的；絕大多數(shù)是連鎖反應，只有增長反應才使聚合度增加，一個單體分子轉(zhuǎn)變成大分子時間極短，反應混合物僅由單體和聚合物組成，在全過程中，聚合度變化較??；在聚合過程中，單體濃度逐漸減小，聚合物濃度相應提高，延長聚合時間主要提高轉(zhuǎn)化率，對分子質(zhì)量影響較??；少量（0.010.1）阻聚劑足以使自由基聚合反應終止。 連鎖聚合的單體通常是含有不飽和鏈的單體，如單烯類、共軛二烯類、炔類、羰基化合物及一些環(huán)狀化合物。為什么在高聚物加工過程中要添加增塑劑: 改善聚合物的加工性，增加、改善、提高其制品性能，

18、擴大其使用范圍。（1）降低塑性變形的溫度或給定溫度下的有效粘度，從而改善其加工性能。（2）把聚合物在使用溫度范圍內(nèi)由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，提高其可逆變形能力。（3）降低聚合物的松弛轉(zhuǎn)變能力以減少形變時所產(chǎn)生的應力，從而達到防止脆性破壞的目的。（4）提高玻璃態(tài)聚合物的沖擊強度，降低彈性體的玻璃化溫度以提高耐寒性。四大通用塑料和五大工程塑料分別指哪些: 四大通用塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS),五大工程塑料：聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、熱塑料性聚酯(PBT)(ABS)、聚苯醚(PPO)塑料制品用途和我國塑料制品產(chǎn)區(qū)情況: 1、通用塑料PE、PP、PVC2、砸不碎的工程塑料PC聚碳酸酯3、塑料與橡膠結合的產(chǎn)物ABS4、一般塑料PMMA聚甲基丙烯酸甲