高分子材料思考題答案

1、高分子材料導(dǎo)論思考題第一章材料科學(xué)概述1試從不同角度把材料進(jìn)行分類，并闡述三大材料的特性。按化學(xué)組成分類：金屬材料無機(jī)材料.有機(jī)材料（高分子材料）按狀態(tài)分類:氣態(tài)。固態(tài)：單晶.多晶.非晶.復(fù)合材料.液態(tài)按材料作用分類:結(jié)構(gòu)材料，功能材料按使用領(lǐng)域分類：電子材料。耐火材料。醫(yī)用材料。耐蝕材料。建筑材料三大材料：（1）金屬材料富于展性和延性，有良好的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性、較高的強(qiáng)度及耐沖擊性。（2）無機(jī)材料一般硬度大、性脆、強(qiáng)度高、抗化學(xué)腐蝕、對電和熱的絕緣性好。（3）高分子材料的一般特點(diǎn)是質(zhì)輕、耐腐蝕、絕緣性好、易于成型加工，但強(qiáng)度、耐磨性及使用壽命較差。2說出材料、材料工藝過程的定義。材料具有滿足指定

2、工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。由化學(xué)物質(zhì)或原料轉(zhuǎn)變成適用于一定用場的材料，其轉(zhuǎn)變過程稱為材料化過程或材料工藝過程。3原子之間或分子之間的結(jié)合鍵一般有哪些形式？試論述各種結(jié)合鍵的特點(diǎn)。離子鍵：無方向性，鍵能較大。由離子鍵構(gòu)成的材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高、硬度大、膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)。共價(jià)鍵：具有方向性和飽和性兩個(gè)基本特點(diǎn)。鍵能較大，由共價(jià)結(jié)合而形成的材料一般都是絕緣體。金屬鍵：無飽和性和方向性。具有良好的延展性，并且由于自由電子的存在，金屬一般都具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。4何為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)？非晶態(tài)結(jié)構(gòu)材料有何共同特點(diǎn)？原子排列近程有序而遠(yuǎn)程無序的結(jié)構(gòu)稱為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)或無定形結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)又稱

3、玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)。共同特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)長程無序，物理性質(zhì)一般是各向同性的；沒有固定的熔點(diǎn)，而是一個(gè)依冷卻速度而改變的轉(zhuǎn)變溫度范圍；塑性形變一般較大，導(dǎo)熱率和熱膨脹性都比較小。5材料的特征性能主要哪些方面？熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等性能6什么是材料的功能物性？材料的功能物性包括哪些方面？功能物性，是指在一定條件下和一定限度內(nèi)對材料施加某種作用時(shí)，通過材料將這種作用轉(zhuǎn)換為另一形式功能的性質(zhì)。包括：1熱電轉(zhuǎn)換性能2光熱轉(zhuǎn)換性能3光電轉(zhuǎn)換性能4力電轉(zhuǎn)換性能5磁光轉(zhuǎn)換性能6電光轉(zhuǎn)換性能7聲光轉(zhuǎn)換性能7材料工藝與材料結(jié)構(gòu)及性能有何關(guān)系？材料工藝，包括材料合成工藝及材料加工工藝，影響材料的組織結(jié)構(gòu)，因而對材

4、料的性能有顯著的影響。材料的原始組織結(jié)構(gòu)及性能又常常決定著采用何種方法將材料加工成所需要的形狀。所以，材料工藝、材料結(jié)構(gòu)及材料性能之間具有相互依賴、相互制約的密切關(guān)系，了解并利用這種關(guān)系是材料科學(xué)的關(guān)鍵問題之一。第二章高分子材料的制備反應(yīng)1了解均聚物、共聚物、多分散性和柔順性的定義。由一種單體聚合而成的聚合物稱為均聚物，由兩種或兩種以上單體共聚而成的聚合物稱為共聚物。聚合物材料的強(qiáng)度與分子量密切相關(guān)。聚合物是分子量不等的同系列物的混合物，分子量或聚合度是一平均值。這種分子量的不均一性亦稱為多分散性。高分子化合物的分子鏈內(nèi)，存在許多單鍵，每一個(gè)鍵都可以旋轉(zhuǎn)，大部分高分子鏈呈曲卷狀。這種由于單鍵自

5、由旋轉(zhuǎn)而使分子在空間產(chǎn)生不同排布、有曲卷傾向的性能稱為鏈的柔順性。2試論述高聚物的結(jié)構(gòu)特性及均聚物與共聚物的不同點(diǎn)。3工業(yè)上對聚合物的分類方法有哪些？按聚合物大分子鏈主鏈結(jié)構(gòu)可將聚合物分為哪幾種類型？試各舉一例。按大分子主鏈結(jié)構(gòu)分類：碳鏈聚合物、雜鏈聚合物、元素有機(jī)聚合物4何為加聚反應(yīng)？何為縮聚反應(yīng)？單體加成而聚合起來的反應(yīng)稱為加聚反應(yīng)。若在聚合反應(yīng)過程中，除形成聚合物外，同時(shí)還有低分子副產(chǎn)品形成，則此種聚合反應(yīng)稱為縮聚反應(yīng)5連鎖聚合反應(yīng)與逐步聚合反應(yīng)有何不同？連鎖聚合反應(yīng)，其特征是整個(gè)反應(yīng)過程可劃分成相繼的幾步基元反應(yīng)。反應(yīng)無法停留在中間階段，也無法分離出穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，反應(yīng)是不可逆的。逐步

6、聚合反應(yīng)其特征是在低分子單體轉(zhuǎn)變成高分子的過程中，反應(yīng)是逐步進(jìn)行的。反應(yīng)可以停留在任何階段，也可以分離出穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，反應(yīng)具有可逆性。第三章高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能1聚合物的結(jié)構(gòu)常指哪些方面？大分子鏈的組成和構(gòu)造包括哪些方面？試加以論述。聚合物結(jié)構(gòu)：大分子本身的結(jié)構(gòu)、大分子之間的排列大分子鏈的組成和構(gòu)造：大分子鏈的化學(xué)組成：碳鏈大分子、雜鏈大分子、元素有機(jī)大分子等。大分子鏈的化學(xué)組成不同，聚合物的性能也不相同。結(jié)構(gòu)單元的連接方式：大分子鏈?zhǔn)怯稍S多結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵連接起來的鏈狀分子。在縮聚過程中， 結(jié)構(gòu)單元的連接方式比較固定。但在加聚過程中，單體構(gòu)成大分子的連接方式比較復(fù)雜，存在許多可能的連接

7、方式，如頭尾、頭頭或尾尾連接等。結(jié)構(gòu)單元的空間排列方式：幾何異構(gòu)體和旋光異構(gòu)體。大分子鏈骨架的幾何形狀：線型、支鏈型、網(wǎng)狀、梯形。序列結(jié)構(gòu)：交替型、嵌段及接枝型、無規(guī)型2試論述聚合物各種不同的大分子鏈骨架的幾何形狀使材料具有那些不同性能。3共聚物大分子鏈的序列結(jié)構(gòu)有哪些基本類型？序列結(jié)構(gòu)：交替型、嵌段及接枝型、無規(guī)型4聚合物分子量有何特點(diǎn)？試分析數(shù)均分子量和重均分子量對材料性能的影響。兩個(gè)基本特點(diǎn)，一是分子量大，二是分子量具有多分散性。5何為大分子鏈的構(gòu)象？大分子鏈的形態(tài)有哪些基本類型？大分子鏈具有很大的柔曲性，可采取各種可能的形態(tài)，每種形態(tài)所對應(yīng)原子及鍵的空間排列稱為構(gòu)象。形態(tài)基本類型：伸直

8、鏈、折疊鏈、螺旋形鏈、無規(guī)線團(tuán)6聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)有哪些不同于低分子物凝聚態(tài)的特點(diǎn)？一是聚合物晶態(tài)總是包含一定量的非晶相；二是聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈地依賴于外界條件。7聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)與低分子晶體比較有何特點(diǎn)？目前解釋聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)有何基本模型？與一般低分子晶體相比，聚合物晶體具有不完善性、無完全確定的熔點(diǎn)和結(jié)晶速度較慢的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)來源于大分子的結(jié)構(gòu)特征。一種是纓狀膠束模型，是由非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的無規(guī)線團(tuán)模型衍生出來的。另一種是折疊鏈模型，是從局部有序的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型衍生出來的。8試論述聚合物的結(jié)晶過程，并分析結(jié)晶速率對成型產(chǎn)品性能的影響。結(jié)晶過程可分為主、次兩個(gè)階段。次期結(jié)晶是主期結(jié)晶完成后，某些殘

9、留非晶部分及結(jié)晶不完整部分繼續(xù)進(jìn)行的結(jié)晶和重排作用。次期結(jié)晶速率很慢，產(chǎn)品在使用中常因次期結(jié)晶的繼續(xù)進(jìn)行而影響性能。在生產(chǎn)上可通過調(diào)整成核速率和生長速率來控制晶粒的大小，從而控制產(chǎn)品的性能。結(jié)晶可提高聚合物的密度、硬度及熱變形溫度，溶解性及透氣性減少，斷裂伸長率下降，拉伸強(qiáng)度提高但韌性減少。9試分析聚合物取向機(jī)理及取向?qū)Σ牧闲阅艿挠绊憽?0試從聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析聚合物分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。（1）聚合物的分子運(yùn)動(dòng)具有多重性（2）聚合物的分子運(yùn)動(dòng)具有明顯的松弛特性11非晶態(tài)聚合物有哪幾種力學(xué)狀態(tài)？試分析這些力學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變條件。玻璃態(tài)聚合物受熱時(shí)，經(jīng)高彈態(tài)最后轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度稱為流動(dòng)

10、溫度或粘流溫度Tf。液體冷卻時(shí)，分子來不及作規(guī)則排列，體系的粘度已變大，凍結(jié)成無定型狀態(tài)的固體。這種狀態(tài)又稱為玻璃態(tài)。玻璃態(tài)-玻璃化溫度高彈態(tài)粘流溫度粘流態(tài)12牛頓型流體有什么特點(diǎn)？試寫出牛頓型流體的流動(dòng)方程，并畫出其流動(dòng)曲線圖。特征是：切應(yīng)力與切變速率成正比。牛頓型流體的粘度在一定溫度下為常數(shù)，它與流體的性質(zhì)有關(guān)，其流動(dòng)曲線是一條通過原點(diǎn)的直線。13非牛頓型流體有何特點(diǎn)?通?？蓪⒎桥ｎD型流體分為哪幾類？分為：純粘性流體、粘彈性流體、有時(shí)間依賴性的流體14什么是假塑性流體？試畫出其流動(dòng)曲線。15聚合物熔體流動(dòng)有哪些特點(diǎn)？粘度大，流動(dòng)性差。聚合物熔體是假塑性流體，粘度隨剪切速率的增加而下降聚合物

11、熔體流動(dòng)時(shí)伴有高彈形變，即表現(xiàn)為彈性行為。16什么是聚合物的牛頓粘度、表觀粘度、零切粘度和極限粘度？17了解材料受力的三種基本類型及相應(yīng)的彈性模量。（1）簡單拉伸（2）簡單剪切（3）均勻壓縮18了解硬度、強(qiáng)度的含義，了解高彈性的特點(diǎn)。特點(diǎn)：彈性模量小，形變大。彈性模量與絕對溫度成正比。形變時(shí)有熱效應(yīng)。高彈形變表現(xiàn)明顯的松弛現(xiàn)象。19什么是蠕變和應(yīng)力松弛？蠕變：在一定的溫度、一定的應(yīng)力作用下，材料的形變隨時(shí)間的延長而增加的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛：在溫度、應(yīng)變恒定的條件下，材料的內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間延長而逐漸減小的現(xiàn)象。松弛現(xiàn)象是熱運(yùn)動(dòng)對聚合物分子取向的影響。20了解屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、抗張強(qiáng)度、抗沖

12、擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等概念。21高分子材料通常會出現(xiàn)哪些老化的現(xiàn)象？有哪些預(yù)防措施？現(xiàn)象：塑料制品外觀發(fā)生變化：例如表面變暗、變形、有裂紋或發(fā)霉等；物理與化學(xué)性能發(fā)生變化，例如溶解度、Tg、熔體指數(shù)等；力學(xué)性能發(fā)生變化：例如拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率等；電性能發(fā)生變化：例如絕緣電阻、介電常數(shù)、擊穿電壓等。措施：為延緩或防止聚合物的光氧化過程，需加入光穩(wěn)定劑。為了獲得對熱、氧穩(wěn)定的高分子材料制品，常需加入抗氧劑和熱穩(wěn)定劑。第四章通用高分子材料1掌握塑料的定義和分類。塑料是以聚合物為主要成分，在一定條件（溫度、壓力等）下可塑造成一定形狀，并在常溫下能保持其形狀不變的高分子有機(jī)材料。（1）按塑料的物

13、理化學(xué)性能分：熱塑性塑料、熱固性塑料（2）按塑料用途分：通用塑料、工程塑料、特種塑料（3）按塑料成型方法分：注射、擠出和吹塑塑料、模壓塑料、層壓塑料2塑料有什么特點(diǎn)？（1）質(zhì)輕、比強(qiáng)度高（2）優(yōu)異的電絕緣性能（3）優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能（4）減摩、耐磨性能好（5）透光及防護(hù)性能（6）減震、消音性能優(yōu)良。不足：耐熱性差、易老化、易燃3了解塑料的組分及其作用。4塑料常用的成型方法有哪些？擠出成型、注射成型、壓延成型、模壓成型、吹塑成型、滾塑成型5掌握常用熱塑性塑料的縮寫代號、分子式以及基本性能。（1）聚乙烯PE（CH2-CH2n化學(xué)性能：聚乙烯在室溫下耐酸、堿和鹽類的水溶液，常溫下不溶于任何已知溶劑中

14、，有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。電性能：聚乙烯是碳?xì)渚酆衔?，分子結(jié)構(gòu)沒有極性基團(tuán)，具有優(yōu)異的電性能，體積電阻率高。力學(xué)性能：聚乙烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能，有很高的強(qiáng)度、柔性和彈性。衛(wèi)生性能：PE分子鏈主要碳、氫構(gòu)成，本身毒性極低，被認(rèn)為是衛(wèi)生性最好的塑料品種。成型加工性能：聚乙烯粘度低，流動(dòng)性好，無需加入增塑劑就有很好的成型加工性能。（2）聚丙烯PP（CH2-CH）nCH3力學(xué)性能：PP在室溫以上有較好的抗沖擊性能，且低溫沖擊強(qiáng)度較PE低。熱f能：PP分子鏈上甲基的存在及甲基在空間規(guī)整的排列，使大分子鏈柔性下降，因而其耐熱性比PE好得多.化學(xué)性能：PP具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。對于大多數(shù)極性有機(jī)溶劑，PP是穩(wěn)定

15、的。電性能：具有優(yōu)良的電絕緣性，電絕緣性不受環(huán)境濕度的影響，可在較高溫度和頻率下使用。衛(wèi)成型加工性能：PP有較好的流動(dòng)性，可采用擠出、注射、吹塑等成型加工方法，具有優(yōu)良的成型加工性能。（3）聚苯乙烯PS力學(xué)性能：剛性較大、抗彎能力較強(qiáng)的塑料品種。但它的沖擊強(qiáng)度較低，常溫下脆性大.熱性能：PS的導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度而改變，是良好的絕熱材料。化學(xué)性能：具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，PS在熱、氧大氣條件下易發(fā)生老化現(xiàn)象。電性能：PS具有優(yōu)異的電絕緣性，體積電阻和表面電阻高，是良好的高頻絕緣材料。光學(xué)性能：具有優(yōu)良的光學(xué)性能，可用于制造光學(xué)零部件。6掌握常用工程塑料、熱固性塑料的縮寫代號和基本性能。聚酰胺（PA）

16、俗稱尼龍，是結(jié)晶型聚合物，具有良好的力學(xué)性能，雖然剛性遜于金屬，但比抗拉強(qiáng)度高于金屬，比抗壓強(qiáng)度與金屬相近，因此代替金屬材料。尼龍有吸濕性，隨著吸濕性的增加，屈服強(qiáng)度下降、屈服伸長率增大。尼龍的抗沖強(qiáng)度比一般塑料高得多，疲勞強(qiáng)度為抗張強(qiáng)度的2030。尼龍具有優(yōu)良的耐摩擦性和耐磨耗性。尼龍是一種自潤滑材料。尼龍的使用溫度一般為40100，具有良好的阻燃性，較好的電絕緣性，耐油、耐溶劑性良好。缺點(diǎn)是吸水性較大，影響尺寸穩(wěn)定性。聚碳酸酯（PC）具有優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度和耐蠕變性，拉伸強(qiáng)度和彈性模量也較高，具有良好的尺寸穩(wěn)定性。但PC的疲勞強(qiáng)度和耐磨性較差，無自潤滑性，較易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起應(yīng)力開裂。PC既有良好的耐寒性，又有良好的耐熱性，耐油性優(yōu)良，PC對熱、氧、