《高分子材料概論》

1、高分子材料概論考試重點(diǎn)考試時(shí)間：第13周周二（2016年11月29日）上午8:00-10:00考試地點(diǎn)：東10B-304考試題型一、名詞解釋 5個(gè)×2分10分二、填空題 20空×1分20分三、不確定項(xiàng)選擇題 20個(gè)×1分20分四、問(wèn)答題 5個(gè)×8分40分五、能力題 1個(gè)×10分10分考試重點(diǎn)內(nèi)容一、概念：高分子化合物：或稱聚合物，是由許多單個(gè)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(yīng)和縮聚物：指所生成的聚合物結(jié)構(gòu)單元在組成上比其相應(yīng)的原單體分子少了一些原子的聚合反應(yīng)和聚合物。這是因?yàn)樵谶@些聚合物反應(yīng)中官能團(tuán)間進(jìn)行聚合

2、反應(yīng)時(shí)失去了某些小分子（如H2O）。玻璃化溫度：定義：高聚物分子鏈開(kāi)始運(yùn)動(dòng)或凍結(jié)的溫度。玻璃化溫度的使用價(jià)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(shí)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(duì)分子質(zhì)量的分子組成的高分子。離子聚合反應(yīng)： 單體在陽(yáng)離子或陰離子作用下，活化為帶正電荷或帶負(fù)電荷的活性離子，再與單體連鎖聚合形成高聚物的化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為離子型聚合反應(yīng)。屬于連鎖聚合反應(yīng)的一種。熱塑性：熱塑性高分子在受熱后會(huì)從固體狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)變理論上可重復(fù)無(wú)窮多次?；蛘哒f(shuō)

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(shù)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?dòng)狀態(tài)，進(jìn)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(guò)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(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、氨基樹(shù)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(zhǎng)度，而以許多不同形狀，即構(gòu)象存在。（2） 支化：使高分子主鏈帶上了長(zhǎng)短不一

4、的支鏈，有梳形、星形、無(wú)規(guī)支鏈等類型。對(duì)材料物理、力學(xué)性能影響很大。（3）交聯(lián)：大分子鏈之間通過(guò)支鏈或某種化學(xué)鏈相鏈接，形成一個(gè)分子量無(wú)限大的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。共聚物結(jié)構(gòu)單元的連接方式答：無(wú)規(guī)連接（無(wú)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(jié)晶結(jié)構(gòu)形式答：（1）曲折鏈結(jié)晶結(jié)構(gòu) （2） 扭曲的曲折鏈結(jié)晶結(jié)構(gòu)（3） 螺旋鏈結(jié)晶結(jié)構(gòu)化學(xué)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(guò)噴絲板或帽擠出形成紡絲液細(xì)流，然后該細(xì)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(xué)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(yīng)的條件：高分子材料的降解反應(yīng)：指在化學(xué)因素或物理因素作用下高聚物分子的聚合度降低的過(guò)程。熱降解：（解聚反應(yīng)，無(wú)規(guī)斷鏈反應(yīng)，取代基脫除反應(yīng)）1.是指高分子材料受熱后，從高分子鏈的末端開(kāi)始，以結(jié)構(gòu)單元為單位進(jìn)行連鎖脫除單體的解聚反應(yīng)。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(yīng)。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(yīng)，并以氯化氫、醋酸、水、氫等形式從

6、主鏈上脫除下來(lái)，同時(shí)在主鏈上形成雙鍵，使產(chǎn)品顏色加深，強(qiáng)度降低氧化降解反應(yīng)：是指高分子材料在加工、使用過(guò)程中受空氣中氧的作用發(fā)生高分子鏈斷鏈的降解反應(yīng)。原理：通過(guò)氫的過(guò)氧化物進(jìn)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(jié)晶度低容易降解 含叔氫原子多容易降解光降解反應(yīng)：（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(yīng)。非光敏降解原理：用相當(dāng)于高聚物分子中化學(xué)鍵吸收波峰波長(zhǎng)的光照射時(shí)，高聚物吸收能量后，而被激發(fā)，則發(fā)生光降解反應(yīng)。光敏降解原理：將鹵代酮或金屬有機(jī)化合物等作為光敏劑撒在高分子材料垃圾上，然后在太陽(yáng)光或紫外線下暴曬，使高分子材料分

7、解為粉末?；瘜W(xué)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(yīng)性基團(tuán)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(xué)反應(yīng)。機(jī)械降解與超聲波降解條件：高分子材料的相對(duì)分子質(zhì)量很大；較強(qiáng)的外力、超聲波作用。添加劑的品種： 普通增塑劑和反應(yīng)性增塑劑 熱、光穩(wěn)定劑 無(wú)機(jī)、有機(jī)填充劑 增強(qiáng)劑、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、阻燃劑、抗氧劑、著色劑、潤(rùn)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(duì)熱敏性塑料（PVC）抗氧劑 包括：防老劑：針對(duì)橡膠（R）；熱氧穩(wěn)定劑：針對(duì)塑料（P）光穩(wěn)定劑：紫外線吸收劑、光屏蔽劑縮聚反應(yīng)按制備方法的分類： 熔

8、融縮聚反應(yīng)：把單體加熱到聚合物的熔點(diǎn)以上（一般大于200），如尼龍和滌綸。 界面縮聚反應(yīng)：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(yīng)時(shí)將兩種溶液倒在一起，反應(yīng)即發(fā)生在兩相界面處，該反應(yīng)可以在常溫或低溫下以極快速度進(jìn)行，如聚酰胺、聚酯。 溶液縮聚反應(yīng)：?jiǎn)误w在溶液中進(jìn)行反應(yīng)，如某些耐高溫的聚合物。 固相縮聚反應(yīng)：使單體在固體狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，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(diǎn)：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(yīng)力的作用下除發(fā)生真正的粘性流動(dòng)外，還發(fā)生了高彈形變，大分子線團(tuán)在外力作用下，沿外力方向發(fā)生取向，導(dǎo)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(rèn)為是在剪切力下可能形成新的聚集結(jié)構(gòu)，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(duì)高分子具有溶劑化作用，一般要求高分子和溶劑在分子結(jié)構(gòu)上應(yīng)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(duì)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(shí)可以發(fā)生溶解。高聚

10、物熔體在加工過(guò)程中的幾種特殊現(xiàn)象：可回復(fù)性切變形變即：高聚物熔體在流動(dòng)時(shí)所發(fā)生的形變由兩部分組成，一是可回復(fù)性形變，二是由黏性流動(dòng)產(chǎn)生的形變，其中前者所占的比例較大。法向應(yīng)力效應(yīng)在攪動(dòng)過(guò)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(kāi)來(lái)，相當(dāng)于受到拉伸而使鏈段取向，熔體出現(xiàn)各向異性。當(dāng)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(fù)，分子鏈又恢復(fù)到大體無(wú)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(dòng)高聚物熔體在擠出時(shí)，如果切應(yīng)力超過(guò)一定極限時(shí)，熔體將出現(xiàn)不穩(wěn)

11、定流動(dòng)，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(guò)程包括哪些步驟：答：<1>、原料：固態(tài)的彈性體<2>、步驟：素?zé)?、混煉、成型、硫化?）素?zé)挘翰患尤胩砑觿?，僅將純膠（生膠）在煉膠機(jī)上滾煉，為了使生膠受機(jī)械、熱、化學(xué)三種作用而使分子質(zhì)量降低，達(dá)到適當(dāng)?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?zé)挼哪z（包括混用合成膠）與添加劑（配合劑）混合均勻的過(guò)程。在開(kāi)放式煉膠機(jī)或密煉機(jī)中進(jìn)行。(3)成型：將混

12、煉膠通過(guò)壓延機(jī)、擠出機(jī)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(lái)，或在成形機(jī)上定形，得到成型品。(4)硫化：將成型品置于硫化設(shè)備中，在一定溫度、壓力下，通過(guò)硫化劑使橡膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，獲得符合實(shí)用強(qiáng)度和彈性的制品的過(guò)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(guò)程中加入抗氧劑（防老劑）和光穩(wěn)定劑來(lái)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(guò)程中加入什么物質(zhì)來(lái)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(diǎn)：線形高分子的分子間沒(méi)有化學(xué)鍵結(jié)合，在

13、受熱或受力時(shí)可以互相移動(dòng)，因而線形高分子在適當(dāng)溶劑中可以溶解，加熱時(shí)可以熔融，易于加工成型。    交聯(lián)高分子的分子間通過(guò)支鏈聯(lián)結(jié)起來(lái)成為了一個(gè)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(dòng)彈”。因而不溶解也不熔融，當(dāng)交聯(lián)度不大時(shí)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(diǎn)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(guò)程，溶劑分子緩慢滲透進(jìn)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(jié)晶高聚物的溶

14、解非極性結(jié)晶高聚物的溶解條件：足夠量的溶劑，一定量的非極性結(jié)晶高聚物，并且加熱到熔點(diǎn)附近。溶解過(guò)程：加熱使結(jié)晶熔化，再溶脹、溶解。極性結(jié)晶高聚物的溶解條件：足夠量的強(qiáng)極性溶劑，一定量的極性結(jié)晶高聚物，不用加熱。溶解過(guò)程：通過(guò)溶劑化作用溶解。高聚物溶液的一般特性1. 高聚物溶解過(guò)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(xué)規(guī)律影響聚合物熔體粘度的因素 （1）高聚物分子鏈的結(jié)構(gòu) （2）高聚物相對(duì)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(xué)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(shù)脂、氨基樹(shù)脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂等?？梢酝ㄟ^(guò)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(guān)鍵是提高材料的玻璃化溫度Tg、熔點(diǎn)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(jié)構(gòu)。2）提高分子鏈的規(guī)整性，提高結(jié)晶度，或引入極性基團(tuán)，使分子間產(chǎn)生H鍵，增強(qiáng)分子間作用力，提高Tg。3）采用交聯(lián)法，限制分子鏈運(yùn)動(dòng)，既提高耐熱性，又提高物理、力學(xué)性能。4）采用復(fù)合方法，如尼龍66與30玻璃纖維復(fù)合后，不僅強(qiáng)度提高，熱變形溫度由80升高到250。5

16、）關(guān)于橡膠的耐熱性，為保證其高彈性，只能從提高分子化學(xué)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(yīng)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(xué)結(jié)構(gòu)和組成，降低玻璃化溫度，降低結(jié)晶能力，主要方法有：1）增塑法：采用凝固點(diǎn)低、粘度大、沸點(diǎn)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(jié)構(gòu)，降低結(jié)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(jiǎn)要說(shuō)明自由基聚合反應(yīng)的特征：整個(gè)聚合過(guò)程分為鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止、鏈轉(zhuǎn)

17、移，各步反應(yīng)速率和活化能相差很大，可概括為慢引發(fā)、快增長(zhǎng)、速終止；引發(fā)是控制總聚合速率的關(guān)鍵；絕大多數(shù)反應(yīng)是不可逆的；絕大多數(shù)是連鎖反應(yīng)，只有增長(zhǎng)反應(yīng)才使聚合度增加，一個(gè)單體分子轉(zhuǎn)變成大分子時(shí)間極短，反應(yīng)混合物僅由單體和聚合物組成，在全過(guò)程中，聚合度變化較??；在聚合過(guò)程中，單體濃度逐漸減小，聚合物濃度相應(yīng)提高，延長(zhǎng)聚合時(shí)間主要提高轉(zhuǎn)化率，對(duì)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(yīng)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(guò)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(kuò)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(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，從而達(dá)到防止脆性破壞的目的。（4）提高玻璃態(tài)聚合物的沖擊強(qiáng)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(guó)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(jié)合的產(chǎn)物ABS4、一般塑料PMMA聚甲基丙烯酸甲