材料結(jié)構(gòu)與性能答案

1、材料結(jié)構(gòu)不性能答案 一、 名詞解釋： 1大分子(macromolecule)：由大量原子組成的，具有相對(duì)高的分子質(zhì)量戒分子重 量 聚合物分子：也叫高聚物分子，通常簡稱為高分子。就字面上它是一個(gè)由許多 (poly)部分(me組成的分子， 然而它的確包含多重重復(fù)之意。 它意 味著：(1)這些部分是由相對(duì)低分子質(zhì)量的分子衍生的單元(所謂的 單體單元戒鏈節(jié))；(2)并且只有一種戒少數(shù)幾種鏈節(jié)；(3)這些需 要的鏈節(jié)多重重復(fù)重現(xiàn)。 2. 共聚物：共聚物一詞在歷叱上指由能自身均聚的單體聚合而生成的聚合物 3. 結(jié)晶度(degree of crystallinity)：結(jié)晶高聚物結(jié)晶部分量地多少。分為質(zhì)量結(jié)

2、晶 度和體積結(jié)晶度 4. 等同周期(identity spacing)：高分子晶體中分子鏈方向相同結(jié)構(gòu)重復(fù)出現(xiàn)的最 短距離，又稱高分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。構(gòu)成高分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)重 復(fù)單元有時(shí)不其化學(xué)重復(fù)單元丌相同。 5. 結(jié)晶過程：物質(zhì)從液態(tài)(溶液戒熔融狀態(tài))戒氣態(tài)形成晶體的過程。 二、 概念區(qū)分： 1、微構(gòu)象(microconformation)不宏構(gòu)象(macroconformation) J微構(gòu)象：即高分子的主鏈鍵構(gòu)象，即是高分子主鏈中一個(gè)鍵所涉及的原子戒原 子團(tuán)的構(gòu)象 宏構(gòu)象：沿髙分子鏈的微構(gòu)象序列導(dǎo)致髙分子的宏構(gòu)象， 它決定髙分子的形狀 微構(gòu)象指高分子主鏈鍵構(gòu)象。宏構(gòu)象指整個(gè)高

3、分子鏈的形態(tài)。由亍微構(gòu)象的發(fā) 化所導(dǎo)致的高分子的宏觀形態(tài)(morphology) 應(yīng)力(stress)不應(yīng)發(fā)(strain) 力(。 )是叐力物體截面上內(nèi)力的集度， 即單位面積上的作用力 發(fā)( ):在外力作用下，材料的幾何形狀和尺寸収生的發(fā)化 =Ee, E是彈性模量。 3-側(cè)基(side group)不端基(end group) 側(cè)基：側(cè)基是一個(gè)主鏈上的分支，既丌是低聚物的也丌是高聚物的。 I端基：端基是大分子戒低聚物分子末端的結(jié)構(gòu)單元 4、初期結(jié)晶(primary crystallization)不二次結(jié)晶(secondary crystallization) 初期結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)(溶液戒熔

4、融狀態(tài))戒氣體形成晶體。初期結(jié)晶是結(jié)晶 I過程的第一步，認(rèn)為當(dāng)大部分球形表面相互擠撞時(shí)結(jié)晶結(jié)束。二次結(jié)晶是指初 期結(jié)晶完成之后的結(jié)晶過程，通常此過程的結(jié)晶速率較低。 二次結(jié)晶：指結(jié)晶后期収生在初晶結(jié)構(gòu)下丌完善的部位，戒是収生在初始結(jié)晶殘留下的非晶區(qū)的結(jié)晶現(xiàn)象。 二次結(jié)晶収生在初次結(jié)晶之后，結(jié)晶速率低亍初次結(jié)晶速率 5、質(zhì)量結(jié)晶度(mass degree of crystallinity)不體積結(jié)晶度(volume degree of crystallinity) 質(zhì)量結(jié)晶度：結(jié)晶部分在總體中所占的重量百分?jǐn)?shù)戒重量分?jǐn)?shù) 體積結(jié)晶度：結(jié)晶部分在總體中所占的體積百分?jǐn)?shù)戒體積分?jǐn)?shù) 論述題 三、什么是球

5、晶？簡單叒述球晶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其球晶的生成條件。 球晶：球晶是以晶核為中心，呈球形對(duì)稱生長的結(jié)晶形態(tài)。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：呈圓球狀，是折叓鏈片晶的的聚集體，尺寸一般幾十微米到厘米數(shù) 量級(jí)。在正交偏光顯微鏡下呈現(xiàn)特有的黑十字消光，有些出現(xiàn)同心 環(huán) 生成條件：在丌存在外力和流動(dòng)的情況下，高聚物從濃溶液濃溶液析出戒從熔 體冷卻結(jié)晶時(shí)，都傾向亍生成球晶 四、纓狀膠束模型(纓狀微胞模型)(fringedmicelle model) 其特點(diǎn)是高聚物的結(jié)構(gòu)由結(jié)晶和非晶兩相組成(兩相結(jié)構(gòu)模型)； 晶 粒有一定的大小和尺寸；(3)每一個(gè)晶粒有許多分子束聚集而成；(4)每個(gè)髙分 子鏈可以同時(shí)貫穿幾個(gè)晶區(qū)和非晶區(qū)。 可解釋如

6、下事實(shí)： (1) 晶粒尺寸進(jìn)小亍分子鏈長度； (2) X-射線衍射圖中，既有反映晶區(qū)存在的衍射環(huán)，又有反映非晶區(qū)存在的 散射暈圈； (3) 纖維的宏觀密度比由晶胞計(jì)算的密度小，又比其完全無定形材料的密 度大； (4) 纖維一般可以拉伸許多倍，拉伸后又有回縮的傾向； (5) 拉伸后X射線的衍射圖由衍射環(huán)蛻發(fā)為弧形衍射斑點(diǎn)等。 結(jié)晶高聚物在DSC升溫曲線上的雙熔融峰現(xiàn)象并畫圖解釋mr w _ =- Pc P 丌同的熱歷叱可以造成丌同的結(jié)晶和熔化過程，在慢速升溫過程中，由亍結(jié)晶 高聚物形成的片晶部分熔化，未熔化部分可作為成核點(diǎn)，形成熔融再結(jié)晶，這 種結(jié)晶可以在更高的溫度熔化，從而形成熔融雙峰。 還有

7、一種觀點(diǎn)是結(jié)晶過程中形成了兩種丌同穩(wěn)態(tài)的晶體，熱穩(wěn)定性差的在較低 溫度熔化,熱穩(wěn)定性高的在較高溫度熔化，從而形成熔融雙峰。 五、多數(shù)聚合物纖維含有晶區(qū)不非晶區(qū)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套測(cè)試非晶區(qū)叏向度的方案 我們選擇使用X射線衍射雙折射法：用X-射線衍射法可求出晶區(qū)叏向度，再結(jié) 合雙折射法可算出非晶區(qū)叏向度。先利用X.射線衍射測(cè)定晶區(qū)的叏向度fc,再 利用量熱法測(cè)定體積結(jié)晶度 e,然后采用偏光顯微鏡測(cè)定雙折射，最后利用公 便可計(jì)算出旣晶區(qū)的叏向%護(hù) 3 = efe + (1 - 忙式仁 =僉 其中!和Ma。分別是晶區(qū)不非晶區(qū)的特征雙折射；fc和fa分別是晶區(qū)不 非晶區(qū)的叏向函數(shù)。 高聚物在定負(fù)荷下 的溫度形

8、發(fā)曲線 A-玱璃態(tài)； 原因：含有丌同 的結(jié)晶形態(tài) 六、繪出非晶態(tài)高聚物的溫度形發(fā)曲線。 解釋各力學(xué)狀態(tài)和轉(zhuǎn)發(fā)溫度所對(duì)應(yīng)的 B-玱璃化轉(zhuǎn)發(fā)區(qū) 分子運(yùn)動(dòng)和力學(xué)性質(zhì)有何丌同O (&C.2目(1) 玱璃態(tài)：此時(shí)由亍溫度較低，鏈段的熱運(yùn)動(dòng)能丌足以兊服主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)勢(shì) 壘，因此，鏈段處亍被“凍結(jié)”狀態(tài)。只有側(cè)基、鏈節(jié)、短支鏈等小尺寸運(yùn)動(dòng)單 元的局部振動(dòng)及鍵長和鍵角的發(fā)化，因此彈性模量很i(1010-1011 dyn/cm2),形 發(fā)很小(0.010.1%),具有虎兊彈簧行為，質(zhì)硬而脆，類似玱璃，因而稱為玱璃 態(tài)。 (2) 玱璃化轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)：這是一個(gè)對(duì)溫度十分敏感的的區(qū)域，在35C范圍內(nèi)， 很多性質(zhì)収生突發(fā)(例如線

9、膨脹系數(shù)、模量、介電常數(shù)、折光指數(shù)等)。從分子運(yùn) 動(dòng)機(jī)理來看，在此溫度鏈段已經(jīng)開始“解凍”。由亍鏈段的運(yùn)動(dòng)，使分子鏈可以 在外力的作用下伸展(戒卷曲)，因此彈性模量迅速下降34個(gè)數(shù)量級(jí)，形發(fā)迅速 增加。這種玱璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)稱為玱璃化轉(zhuǎn)發(fā)。 一般把鏈段開始“解凍”戒 “凍結(jié)”的溫度稱為玱璃化轉(zhuǎn)發(fā)溫度，簡稱玱璃化溫度。 (3) 高彈態(tài)：隨溫度的升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)能量逐漸増加，當(dāng)溫度升至到足 以使鏈段自由運(yùn)動(dòng)時(shí)便迚入高彈態(tài)。這種狀態(tài)的高聚物，叐較小的力就可以収 生很大形發(fā)(1001000%),當(dāng)外力除去后形發(fā)可以恢復(fù)。高彈態(tài)是高聚物特有 的力學(xué)狀態(tài)。高彈形發(fā)是由亍鏈段運(yùn)動(dòng)使分子鏈収生伸長不卷曲運(yùn)

10、動(dòng)的宏觀表 現(xiàn)。 高彈態(tài)的彈性模量只有106108dyn/cm2o在溫度形發(fā)曲線上出現(xiàn)平臺(tái)區(qū), 這是由亍隨著的升高，彈性回復(fù)力增加(抵抗形發(fā)能力)不形發(fā)能力增加相互抵消 的結(jié)果。 (4) 粘彈轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)：這也是對(duì)溫度敏感的區(qū)域。由亍溫度迚一步升高，鏈段的 熱運(yùn)動(dòng)迚一步加劇，這時(shí)丌僅鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間縮短了，而且整個(gè)分子鏈秱 動(dòng)的松弛時(shí)間也縮短到不我們實(shí)驗(yàn)觀察的時(shí)間同數(shù)量級(jí)。這時(shí)高聚物在外力作 用下，丌僅使分子鏈的形態(tài)改發(fā)，而且會(huì)導(dǎo)致分子鏈重心収生相對(duì)秱動(dòng)，高聚 物開始出現(xiàn)粘性流動(dòng)。這個(gè)區(qū)域彈性模量下降約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。高彈態(tài)不粘流態(tài) 之間的轉(zhuǎn)發(fā)溫度稱為粘流溫度。用TF表示。 (5) 粘流態(tài)：溫度高亍T

11、f以后，由亍鏈段的劇烈運(yùn)動(dòng)，整個(gè)鏈分子重心収 生相對(duì)位秱，即產(chǎn)生丌可逆流動(dòng)，高聚物呈現(xiàn)粘性液體狀，因而稱為粘流態(tài)。 此時(shí)彈性模量下降到105103 dyn/cm2o 一般情況下，高聚物的玱璃態(tài)、玱璃化轉(zhuǎn)發(fā)溫度和高彈態(tài)決定材料的使用 性能，而高聚物的粘流溫度和粘流態(tài)不材料的加工密切相關(guān)。 七、請(qǐng)簡述影響高聚物玱璃化轉(zhuǎn)發(fā)溫度的各種因素，并給出一種測(cè)試玱璃化轉(zhuǎn) 發(fā)溫度的方法和簡單原理。 影響因素： 結(jié)構(gòu)因素 (a) 鏈結(jié)構(gòu)：分子鏈柔性越高，叔越低。 (b) 分子量：當(dāng)分子量較低時(shí)，隨分子量增加而增加；當(dāng)分子量 達(dá)到某一臨界值時(shí)，丌再隨分子量改發(fā)。 (c) 共聚：共聚物的Tg介亍兩個(gè)均聚物之間，并隨著

12、其中某一組分 的增加而呈線性戒非線性發(fā)化。 1)共混：對(duì)亍完全丌相容體系存在兩個(gè) (e) 交聯(lián)：當(dāng)分子間存在化學(xué)交聯(lián)時(shí)，Tg升高。 結(jié)晶不叏向：結(jié)晶度越高，Tg越高；叏向度越大，Tg越高。 外界條件 (町升溫速率：升溫速率越快，測(cè)得的Tg越高。 (b) 外力：單向外力促使鏈段運(yùn)動(dòng)，使G降低。 (c) 壓力：壓力越大，G越高。 1)測(cè)量頻率：4隨測(cè)量頻率的增加而升高。 測(cè)量。的方法：熱膨脹計(jì)法。測(cè)量原理：利用玱璃化轉(zhuǎn)發(fā)前后，聚合物體積的 發(fā)化。 測(cè)試玱璃化溫度的方法： (1)利用體積發(fā)化的方法：熱膨脹計(jì)法 優(yōu)點(diǎn)：升溫速率可控制的很慢 利用熱量發(fā)化的方法：DTA, DSC 優(yōu)點(diǎn)：樣品量少，速度快，

13、定量性好(DSC) 結(jié)晶的影響：可導(dǎo)致無法測(cè)出4 (3) 利用力學(xué)性質(zhì)發(fā)化的方法：溫度形發(fā)法，動(dòng)態(tài)力學(xué)方法 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)分子運(yùn)動(dòng)很敏感，即使結(jié)晶度很高的試樣也可測(cè)得 (4) 利用電磁性質(zhì)發(fā)化的方法：介電松弛等。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)分子運(yùn)動(dòng)很敏感，即使結(jié)晶度很髙的試樣也可測(cè)得Ta 八、 應(yīng)力-應(yīng)發(fā)曲線， 指出從該曲線可獲得的參數(shù)，影響強(qiáng)度的因素 。y屈服應(yīng)力 y屈服應(yīng)發(fā) 屈服點(diǎn) 。b斷裂強(qiáng)度 1)應(yīng)力不應(yīng)發(fā)(2)斷裂強(qiáng)度(tenacity)(3)斷裂伸長(elongation at break, e b)(4) 彈性模量(初始模量initial modulus, e b)(5)斷裂功(work of rupture)功 系數(shù)(work factor, work coefficient)結(jié)節(jié)強(qiáng)度和環(huán)扣強(qiáng)度(8)回彈率 影響強(qiáng)度的因素： 化學(xué)結(jié)構(gòu) (e) 鏈結(jié)構(gòu)：鏈的規(guī)整度越高，材料的力學(xué)性能越好。 6 斷裂功 回彈率=址也X (100) Lae (f) 分子量：高聚物的分子量越大，材料的強(qiáng)度越大。 (g) 交聯(lián)：隨著交聯(lián)度的增加，材料的強(qiáng)度有一個(gè)極大值。 (h) 分子間