中山大学塑料胶体考试题答案.docx
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中山大学塑料胶体考试题答案
思考题答案
第三章
1.
(1)溶胀:
溶剂小分子渗透进入聚合物内部,使之体积膨胀。
(出现溶胀的原因:
聚合物分子和溶剂小分子运动速度差别悬殊,小分子扩散快,进入到大分子内部。
)
无限溶胀和有限溶胀。
(2)溶解:
溶质分子分散到了溶剂分子当中,以分子状态存在。
形成的溶液是处于热力学平衡状态的真溶液。
(3)聚合物的溶解过程:
非结晶线形结构的聚合物,先溶胀,再溶解;
结晶聚合物,先熔融,再溶解
对于交联聚合物,只溶胀,不溶解。
2.溶度参数:
,内聚能密度的平方根。
表示:
高分子与溶剂分子之间的相互作用能力大小的参数。
两溶度参数越相近越容易溶解。
如何测定溶度参数:
线性聚合物:
取使溶液特性粘度为极大值的溶剂的溶度参数;(将不同系列的溶剂溶解了高分子后,粘度最大的的溶剂的溶度参数即为聚合物的溶度参数)
交联聚合物:
取平衡溶胀度最大的溶剂的溶度参数为聚合物的溶度参数;(溶胀在一系列溶剂中,用溶胀度最大的溶剂的溶度参数作为它的溶度参数)
3.非晶态高聚物:
先溶胀,再溶解。
非极性晶态高聚物:
先熔融,再溶解。
极性晶态高聚物:
由于高聚物的极性基团与溶剂之间的强相互作用而放热,破坏了晶体结构,然后按非晶态高聚物一样,先溶胀,后溶解。
低交联度的高聚物:
只溶胀,不溶解。
4.溶剂选择原则:
极性相近原则;溶剂化原则;溶度参数相近原则(仅对非极性聚合物有效,对极性无效)。
5.θ温度:
对每一种溶剂,均能找到使高分子与高分子,和高分子与溶剂,和溶剂与溶剂这些作用力达到平衡的温度,此温度即为θ温度;
θ溶剂:
在一定温度下,使高分子与高分子,和高分子与溶剂,和溶剂与溶剂这些作用力达到平衡的溶剂。
6.哈金斯参数,又叫相互作用参数,表示高分子与溶剂混合时相互作用能的变化大小。
和溶液性质和温度关系:
在θ溶剂下,当x1=1/2时,随着T↑,x1↓。
第四章
1.高聚物的转变:
聚合物有运动单元的多重性,当T、频率变化,不同的运动单元开始运动,聚合物的力学性能、电学性能等发生变化。
聚合物的力学状态:
三态:
玻璃态;高弹态;粘流态。
玻璃化转变:
玻璃态和高弹态的转变;粘流转变:
高弹态和粘流态之间的转变。
(如右图)
1区:
玻璃态(刚硬的玻璃体,链段运动被冻结,只有键角、键长变化);
2区:
玻璃态-高弹态转变区(链段开始运动,松弛明显);
3区:
高弹态(柔软的固体,链段运动,整链因缠结而不动);
4区:
高弹态-粘流态转变区(松弛明显);
5区:
粘流态(整链运动,也有链段运动。
分子流动,不可逆形变)。
玻璃化转变温度Tg:
塑料最高、橡胶最低使用温度;
粘流温度Tf:
加工成型的温度Tf-Td
高分子运动的时温等效原理:
升高温度与延长时间对分子运动时等效的;对粘弹行为也是等效的。
低温长时=高温短时。
玻璃化温度:
玻璃化转变对应的温度即为玻璃化温度。
随着温度的升高或降低,链段开始或冻结的温度。
假塑性流体:
是非牛顿流体,不符合牛顿定律。
流动曲线呈凸形。
表观粘度随着应力和应变↑而↓。
WLF方程:
计算2个温度之间的时间移动因子的方程。
2.高分子运动的特点:
(1)高分子运动单元具有多重性
(2)分子运动的时间依赖性,是一个松弛过程(3)分子运动的温度依赖性,升高温度,①增加了热运动的动能,达到所需克服的位垒,激发该运动;②使体积膨胀,运动单元开始自由运动。
3.
非晶态和交联聚合物
晶态聚合物
4.Tg↓,有利于链段运动。
影响高聚物玻璃化温度的因素:
(高分子第9章习题3)
1主链的柔顺性↑;↓。
(饱和单键组成的聚合物,-C-C-,-C-N-,-C-O-,-Si-O-等,柔顺性较好;主链中引入孤立双键,Tg↓;主链中引入共轭双键、芳环或芳杂环,Tg↑)
2取代基;侧基极性弱,位阻小,对称性好,柔性侧链越长→Tg↓。
3分子量↑;↓(当分子量足够大时,分子量与Tg无关)。
4交联度↓,分子链运动受约束的程度↓,分子链柔顺性↑,Tg↓。
5链间的相互作用;
6外力作用,Tg↓
7实验速率慢/外力作用慢,Tg↓
8增塑剂,Tg↓;
9共混,两组分相容——1个Tg;不相容——两个;部分相容——两个Tg接近;
10共聚,无规共聚物——只有1个Tg;
嵌段共聚物和接枝共聚物——两相相容则1个Tg;不相容则2个。
为了满足各种用途对聚合物
的不同要求,除了选择适当
的聚合物外,还可通过增塑、共聚、交联和共混等途径使某种聚合物的
在一定范围内改变。
5.不同方法测得的Tg值不可以互相比较,因为玻璃化温度是链段开始的温度,链段的运动是个松弛过程,并非热力学相变,松弛过程与与升温速度、测量方法有关。
条件不同时,玻璃化温度不同。
6.结晶融化:
是个热力学平衡过程,有相变;与升温速度和测量方法无关。
玻璃化转变:
链段运动,松弛过程。
非热力学平衡过程,无相变;与……有关。
类似二级相变,但是不是。
7.凸型。
先出现玻璃化转变,然后结晶,再溶化。
快速冷却时不结晶。
8.因为PMMA是个极性聚合物,分子间相互作用力强,在高弹态维持的时间长;聚苯乙烯PS是非极性的,时间短,很快就会发生分子链运动,起到物理交联点(极性基团)的作用,限制分子链的运动。
9.增塑降低了链段与链段之间的相互作用,降低了玻璃化温度,使得链段容易运动。
共聚后,难以规整的排列进入晶格。
增塑不会影响熔点,因为它仅仅降低了……作用,让分子更易运动,所以分子更易结晶,则不会影响熔点。
10.在Tg以上,占有体积和自由体积同时膨胀或收缩,在Tg以下,自由体积被冻结,只有占有体积的收缩,斜率发生改变。
体积分数是2.5%。
第五章
1.高聚物的流动机理:
通过链段的逐步位移过程来完成整个分子的位移(只需链段大小的空穴)。
一开始:
相对分子质量↑,Tg↑;分子量增加到一定程度时,玻璃化温度不改变;
相对分子质量↑流动温度一直↑。
2.热机械曲线测粘流温度Tf,若作用力的作用时间不同,Tf值有变化。
原因:
粘流温度是指整个分子链的运动,是个松弛过程,与作用力的作用时间有关。
作用时间长,Tf↓;时间短,Tf↑。
3.聚合物熔体粘性流动的特征:
4个。
(根据右图加以描述)
4.聚合物熔体流动速率指数:
在一定温度,规定负荷下,熔融状态的聚合物在10min内规定直径和长度的标准毛细管中流出的质量。
指数越大,流动性越好。
与熔体的粘度、分子量的关系:
粘度越大,分子量越大,指数越小。
第六章
1.屈服:
课件
冷拉:
脆性断裂:
韧性断裂:
有屈服过程,应变较大,使得应力和应变的面积大
应力集中:
缺陷附近的应力远大于施加
强迫高弹性:
处在玻璃态的聚合物,竟能在外力的作用下,产生百分之几百的大形变。
外力去除后,虽然形变无法恢复,
但加热到Tg以上,形变也可自动回复。
拉伸强度:
2.塑料的最高使用温度:
Tg;最低使用温度:
Tb脆化温度。
3.
(1)
(2)应变速率快,脆性断裂;适当,屈服和冷拉;慢,
4.拉伸弹性模量:
线性……应力和应变之比。
物理意义:
材料的软硬。
(拉伸强度——材料的强弱;断裂功——材料的脆韧)
一种聚合物E=3G的条件是什么(E拉伸,G剪切弹性模量)
5.聚合物屈服的形变机理:
6.聚合物拉伸的应力-应变曲线有几种类型?
相应的拉伸行为如何?
5种。
第七章高聚物的高弹性
1、高弹性的特点是什么?
实质是什么?
如何得到这一认识的?
(1)形变大
实质是分子链由卷曲变为伸展。
(2)
(3)熵增,吸热;熵减,放热
2、试用高弹形变的机理解释高弹性的特点?
分子链的卷曲、伸展、分子运动的剧烈程度、构象熵……
3、交联橡胶弹性统计理论的根据是什么?
写出由它得出的交联橡胶的状态方程,并说明状态方程的意义。
依据理想橡胶的假定,根据高斯链……等假设。
第一次由构象
4、交联橡胶状态方程的物理意义是什么?
如何应用?
宏观的力学性能与微观相关联。
5、由橡胶高弹性热力学和橡胶状态方程解释下列问题:
(1)挂有一个固定重量物体的已拉伸的橡皮带,当温度升高时其长度减小;
(
T↑,l↓)
(2)交联程度不同的同一橡胶品种,它们的模量、拉伸强度、断裂伸长率不相等;
(
,
)
(3)已被溶剂溶涨了的橡胶试样更符合理想橡胶理论方程。
被溶剂溶胀的状态下,橡胶分子的分布更符合高斯分布,符合假定,符合理想的橡胶理论。
6、某种硫化的天然橡胶,已知其网链平均分子量为10000,其密度为1g/cm3,问在298oK时,拉伸一倍需要多大的张力?
(注意单位)
例子:
某硫化橡胶的网链摩尔质量
,密度
现于
时将其拉伸一倍,求试样的回缩应力
(
)与弹性模量
(
)(注意单位)?
答:
拉伸一倍时
,
应力
;
模量
第八章高聚物的粘弹性
1、熵弹性
粘弹性
蠕变
应力松弛
滞后现象
力学内耗
力学松弛
时-温等效原理
2、什么是蠕变现象和应力松弛现象?
其松弛的本质是什么?
这些现象对高聚物的使用性能有什么利弊?
3、若分别对高聚物(线性的和交联的)施加较长时间的恒定应力,将产生一大形变(蠕变),分别讨论:
(1)它可能包含有那几种形变,为什么?
普弹形变,高弹形变,不可逆形变
(2)怎样鉴定这几种形变?
瞬时恢复;e(t)=e∞(1-e-t/τ)逐步恢复;不可恢复
4、交联橡胶在动态应力-应变行为中出现滞后和力学损耗现象,是典型的动态粘弹性力学行为,试说明:
(1)回缩时的应变大于拉伸时的应变的原因;
链段运动有滞后,有个滞后角,……
(2)拉伸、回缩曲线以及滞后圈所包围面积的物理意义;
(3)举例说明力学损耗在实际中的应用,并阐明力学损耗大小与频率及温度的关系?
减震息声
5、某高聚物的蠕变行为可近似用下式表示:
e(t)=e∞(1-e-t/τ)若已知平衡应变值为600%,而应变开始半小时后可达到300%,试求:
(1)高聚物蠕变的推迟时间τ;
(2)应变量达到400%时需要的时间t。
6、写出麦克斯韦尔模型、开尔文模型的运动方程。
这两种模型可以模拟什么样的聚合物的何种力学松弛行为?
7、说明时-温等效原理在研究聚合物力学性能中的作用。
短时间内测试,移动,某一温度较长的曲线。
8、说明利用动态力学试验方法研究聚合物多重转变的基本原理。
高分子材料部分
1、有哪几种主要的通用塑料?
聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC、聚氨酯PU
2、通用塑料与工程塑料的主要区别是什么?
通用塑料:
使用量大,面广、价格便宜、性能一般;
工程塑料:
使用量小、性能优。
力学性能、介电性能、化学性能、电性能、耐热性、耐腐蚀、耐磨性、耐老化性能。
可以利用在很多高端领域,如战略性新兴产业,生物医药、新能源汽车。
通用工程塑料:
PA尼龙、POM聚甲醛、PC聚碳酸酯、PPO聚苯醚、PET聚对苯二甲酸乙二醇酯(热塑性)、PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯。
特种工程塑料:
PI、PSF、PES聚醚砜、PPS聚苯硫醚、PEEK聚醚醚酮、PTFE聚四氟乙烯、PVDF、PBI。
3、LDPE与HDPE在制备方法、结构及性能上的差异?
低密度聚乙烯:
高压自由基聚合;支链结构;熔点低、性能差。
高密度聚乙烯:
低压配位聚合,使用催化剂;线性结构;熔点高,结晶度高,性能好。
4、塑料有几种主要的加工方法?
(注射、挤出、吹塑、压制、模压、浇注等工艺)
5、热塑性塑料与热固性塑料的分子结构上区别是什么?
加工工艺的区别?
前者:
线性聚合物,加热时可以熔化;可溶可熔,可反复加工成型;加工工艺:
注射、挤出、吹塑、压制
后者:
网状聚合物,不溶也不熔;不可反复加工成型;浇注和模压
6、环氧树脂是如何固化的?
胺和酸酐,反应型固化;若加入催化剂,阴离子和阳离子的固化。
7、聚氯乙烯加工时为什么必须加入增塑剂和热稳定剂?
流动温度是160度,分解温度140,不加的话在流动之前就分解。
只有加了才能加工得到。
8、不饱和聚酯如何固化?
自由基机理,加入苯乙烯,DPO引发剂等。
9、写出3种工程塑料的名称?
尼龙、聚碳酸酯、聚苯醚、PET
10、尼龙6和尼龙66是怎样合成的?
尼龙6:
己内酰胺开环聚合;尼龙66:
己二酸和己二胺的缩合,必须先制成己二酸和己二胺的盐,保证比例一致,再经行缩合。
11、芳香族的聚酰胺为什么比脂肪族的性能好?
苯环,力学强度大。
12、PC与PET分子结构的区别是什么?
PC聚碳酸酯
PET聚对苯二甲酸乙二醇酯
13、什么是特种工程塑料,举例说明?
价格贵、聚四氟乙烯,聚苯醚,聚苯硫醚,聚醚砜。
不粘锅,聚苯硫醚
14、聚四氟乙烯的分子结构?
为什么特别耐腐蚀?
为什么具有不粘性?
15、天然橡胶的分子结构?
人工能合成出天然橡胶吗?
单体为异戊二烯。
不能,天然:
聚异戊二烯,合成时会生成1,4;1,2;还有一些非橡胶。
不能模仿出来。
16、写出3种通用合成橡胶的的名称?
顺丁、丁苯、聚异戊二烯
17、写出3种特种合成橡胶的的名称?
丁腈、硅橡胶、氟橡胶
18、橡胶为什么要硫化?
硫化的原理是什么?
硫化:
胶料在一定压力和温度下,橡胶大分子由线性结构变为网状结构的交联过程。
原因:
变成网状结构可以保持弹性和形状。
原理:
硫和生成二硫键,和双键反应,得到网状结构。
19、橡胶的加工工艺是什么?
塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化等工艺
20、氯丁橡胶为什么常用作粘合剂?
可以结晶,可以作为交联点,可以作为粘合剂。
21、丁腈橡胶为什么具有良好的耐油性?
其中的-CN是极性的,和油相斥。
22、乙丙橡胶的分子结构?
为什么PE、PP是塑料,而乙丙是橡胶?
二元乙丙橡胶是完全饱和的,三元乙丙橡胶主链为饱和结构,侧链带不饱和基团。
乙丙橡胶为无定形橡胶,在较宽温度范围内保持良好的柔性和弹性,不结晶。
而PE、PP规整,结晶。
23、简述硅橡胶的分子结构和特性?
由硅氧烷与其他有机硅单体共聚而成,分子链兼有无机和有机性质的高分子弹性体。
Si-O键的键能比C-C键能大得多,所以硅橡胶具有优异的耐高/低温、耐老化性能。
24、什么是热塑性弹性体?
常温下具有橡胶的弹性,高温下具有可塑化成型的一类弹性体.
TPEE是通过对苯二甲酸1,4-丁二醇及聚丁醇共聚而成,其硬段比例增大可增强物理刚性和化学稳定性,软段比例增大可提高柔韧性和低温性能。
25、写出3种通用合成纤维的名称?
尼龙(聚酰胺)、涤纶(PET)、腈纶()
26、写出3种高性能合成纤维的名称?
超高分子量聚乙烯、芳香族聚酯、碳纤维
27、熔融纺丝与溶液纺丝,那个速度快?
熔融快
28、芳香族聚酰胺纤维如何加工?
因为其既不能溶化,也不能熔化,干喷湿纺
液晶纺丝:
对位芳纶可溶解在浓硫酸中,达到临界浓度时,形成高分子液晶溶液,粘度会减小,通过干喷湿纺液晶纺丝技术纺出的纤维强度非常高。
29、举例说明芳纶纤维的应用?
发动机壳体及零部件、导弹外壳、防弹衣、轮胎帘子线、高压气罐
30、维尼纶的分子结构是什么?
聚乙烯醇缩甲醛
31、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)如何纺丝?
可加热到一定程度,凝胶纺丝:
1.把超高相对分子质量的聚合物溶解成半稀溶液,让它依次经过脱泡、过滤、计量、纺丝从凝固浴的冷凝,形成含有大量溶剂的凝胶丝条。
2.将凝胶丝条经受超倍热拉伸(20倍),同时除去溶剂。
32、举例说明超高分子量聚乙烯的用途?
降落伞用绳、头盔、比赛用帆船赛艇、轮胎帘子线、防弹背心等
33、什么纤维具有生物可降解性?
主要为聚酯类纤维:
聚羟基乙酸、聚乳酸、聚己内酯、聚羟基丁(戊)酸酯及其共聚物纤维
ABS树脂:
丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物
SBS组分:
苯乙烯、丁二烯、苯乙烯三元嵌段共聚物
有机玻璃、PMMA:
聚甲基丙烯酸甲酯
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