高分子材料基礎(chǔ)1

1、名詞解釋高分子化合物：簡(jiǎn)稱(chēng)高分子，是有成百上千個(gè)原子組成的大分子。均聚物：有一種單體聚合而成的聚合物。共聚物：有兩種或兩種以上的單體共聚而成的聚合物。碳鏈聚合物：大分子主鏈完全由碳原子構(gòu)成的聚合物。雜鏈聚合物：大分子主鏈中除了碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子的聚合物。元素有機(jī)聚合物：大分子主鏈中沒(méi)有碳原子，主要由硅、硼、鋁、氧、氮、硫等原子組成但 側(cè)基卻由有機(jī)基團(tuán)如甲基、乙基、芳基等組成的聚合物?；衔锏膬r(jià)鍵有兩種斷裂方式：均裂：構(gòu)成共價(jià)鍵的一對(duì)電子拆成兩個(gè)帶一個(gè)電子基團(tuán)的斷裂方式。R： R-2R-異裂：構(gòu)成共價(jià)鍵的電子對(duì)對(duì)屬于某一基團(tuán)，形成負(fù)離子，另一基團(tuán)稱(chēng)為正離子的斷 裂方式。R1： R2

2、-R1+R2-自動(dòng)加速效應(yīng)：轉(zhuǎn)化率提高后，引發(fā)劑濃度和單體濃度都下降，聚合速度應(yīng)下降，但事實(shí)相 反，當(dāng)轉(zhuǎn)化率較高時(shí)，聚會(huì)速率反而大幅增大。聚合實(shí)施方法：本體聚合：?jiǎn)误w在不加溶劑以及其它分散劑的條件下，由引發(fā)劑或光、熱、輻射作用下 自身進(jìn)行聚合引發(fā)的聚合反應(yīng)。溶液聚合：?jiǎn)误w、引發(fā)劑溶于適當(dāng)溶劑中進(jìn)行聚合的過(guò)程。懸浮聚合：?jiǎn)误w在機(jī)械攪拌或振蕩和分散劑的作用下，單體分散成液滴，通常懸浮于水中 進(jìn)行聚合的過(guò)程。乳液聚合：在乳化劑的作用下并借助于機(jī)械攪拌，使單體在水中分散成乳狀液，又引發(fā)劑 引發(fā)二進(jìn)行的聚合反應(yīng)。連鎖聚合：概念：活性中心引發(fā)單體，迅速連鎖增長(zhǎng)的聚合。逐步聚合：概念：由單體所帶的兩種不同的

3、官能團(tuán)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行的聚合。通式：na-R-a+nb-R / -b = a-(R-R)n-b+(2n-1)ab聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)：指在分子間力作用下大分子相互斂集在一起所形成的組織結(jié)構(gòu)。彈性模量：?jiǎn)挝粦?yīng)變所需應(yīng)力的大小，是材料剛性的表征。力學(xué)屈服：應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)之后，在應(yīng)力基本不變的情況下產(chǎn)生較大的形變，當(dāng)除去應(yīng)力后， 材料也不能恢復(fù)到原樣。疲勞現(xiàn)象：聚合物材料在周期性交變應(yīng)力作用下會(huì)在低于靜態(tài)強(qiáng)度的應(yīng)力下破裂。介電強(qiáng)度：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，電介質(zhì)就喪失其絕緣性能，這成為電擊穿，發(fā)生 電擊穿的電壓稱(chēng)為擊穿電壓。擊穿電壓與擊穿處介質(zhì)厚度之比稱(chēng)為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。 介電強(qiáng)度的上限是由聚合

4、物結(jié)構(gòu)內(nèi)共價(jià)鍵電離能所決定的。高分子材料的老化：聚合物及其制品在使用或儲(chǔ)存過(guò)程中由于環(huán)境的影響，性能逐漸變壞的 現(xiàn)象氧指數(shù)：在規(guī)定的條件下，試樣在氧氣和氧氣的混合氣流中維持穩(wěn)定燃燒所需的最低氧氣濃 度。氧指數(shù)是衡量聚合物燃燒難易的重要指標(biāo)，氧指數(shù)越小越易燃。聚合物的力化學(xué)性能：在機(jī)械力作用下所產(chǎn)生的化學(xué)變化。力降解：聚合物在塑煉，破碎，擠出，磨碎，拋光，一次或多次變形以及聚合物溶液的強(qiáng)力 攪拌中，由于受到機(jī)械力的作用，大分子鏈斷裂，分子量下降的力化學(xué)現(xiàn)象稱(chēng)為力降解。 力化學(xué)合成：聚合物一聚合物，聚合物一單體，聚合物一填料等體系在機(jī)械力作用下生成均 聚物及共聚物的化學(xué)合成過(guò)程。熱塑性塑料：受熱后

5、軟化，冷卻后又變硬，這種軟化和變硬可重復(fù)循環(huán)，即可反復(fù)成型熱固性塑料：是由單體直接形成網(wǎng)狀聚合物或通過(guò)交聯(lián)線型預(yù)聚體而形成，一旦形成交聯(lián)聚 合物，受熱后不能再回復(fù)到可塑狀態(tài)液晶：既有液體的流動(dòng)性又有晶體的各向異性特征的液態(tài)晶體離子交換樹(shù)脂：亦稱(chēng)離子交換劑，是由交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子骨架與可電離的基團(tuán)兩個(gè)部分組成 的不溶性高分子電解質(zhì)高分子的感光現(xiàn)象：高分子吸收光能量后，分子內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)的或結(jié)構(gòu)的變化。高分子催化劑：對(duì)化學(xué)反應(yīng)有催化作用的高分子物質(zhì)。小尺寸效應(yīng)：隨著顆粒尺寸減小到與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)、激子波爾半徑、超導(dǎo)相干長(zhǎng) 度等物理量相當(dāng)，甚至更小。表面效應(yīng)：微粒的表面積增大和所包含的表面原子數(shù)增

6、多現(xiàn)象。宏觀量子隧道效應(yīng)：微觀粒子具有穿越勢(shì)壘的能力。填空題大分子鏈骨架的幾何形狀分為：線性，支鏈型，網(wǎng)狀和梯形。共聚物大分子的序列結(jié)構(gòu)可分為三種基本類(lèi)型：有交替型，嵌段及接枝型，無(wú)規(guī)型。聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)分為：晶態(tài)結(jié)構(gòu)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)規(guī)則，簡(jiǎn)單的以及分子間作用力強(qiáng)的 大分子易于形成晶態(tài)結(jié)構(gòu)。一次結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜和不規(guī)則的大分子則往往形成無(wú)定形即非晶態(tài) 結(jié)構(gòu)。力學(xué)性能的基本指標(biāo)：應(yīng)力、應(yīng)變、彈性模量、硬度、強(qiáng)度。聚合物的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)：玻璃態(tài)、橡膠態(tài)、黏流態(tài)、結(jié)晶高聚物中非晶區(qū)。非晶態(tài)聚合物的三種力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)。三者的轉(zhuǎn)化：在玻璃化溫度以下 時(shí)處于玻璃態(tài)。玻璃態(tài)聚合物受熱時(shí)，經(jīng)高彈態(tài)

7、最后轉(zhuǎn)變成黏流態(tài)。圖課本87頁(yè)。（橫坐標(biāo) 是溫度，有Tg玻璃化溫度，Tm熔點(diǎn)，Tf黏流溫度。縱坐標(biāo)是形變。）高分子材料的燃燒過(guò)程包括:加熱，熱解，氧化，著火。離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)以及各自的交換基：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（交換功能基-SO3H）陰離子交換樹(shù)脂（離子交換基團(tuán)三N+X-,三P+X-,三S+X-）特殊的離子交換樹(shù)脂感光高分子作為光致抗飩材料最重要的應(yīng)用是制成大規(guī)模集成電路。高分子功能膜（按被分離物質(zhì)的粒度大小）可分為：微濾膜，超濾膜，超細(xì)濾膜，密度膜，電透析膜，液體膜膜分離的作用形式：過(guò)篩作用和溶解擴(kuò)散作用離子交換樹(shù)脂的合成方法：在交聯(lián)的高分子骨架上通過(guò)高分子反應(yīng)引入交換基團(tuán)；帶有離子交換基團(tuán)的

8、單體聚合或縮聚反應(yīng)。納米微粒的制備方法：a.物理方法：真空冷凝法、機(jī)械球磨法、噴霧法、冷凍干燥法；b.化 學(xué)方法：氣相沉積法、化學(xué)沉淀法、水熱合成法、原位生成法。聚乙烯（PE）：?jiǎn)误w乙烯，分子式一（CH2-CH2） n聚丙烯（PP）:單體丙烯，分子式一（CH2-CH（CH3） n聚苯乙烯（PS）：?jiǎn)误w nAr-CH=CH2f（CH（Ar）-CH2）n聚氯乙烯（PVC） :（CH2CHCl） n聚酰胺（PA）:俗稱(chēng)尼龍，主鏈上含有酰胺（一NHCO）集團(tuán)的聚合物聚碳酸酯（PC）:分子主鏈中含有OROCO一基團(tuán)的線型聚合物酚醛塑料：酚類(lèi)化合物和醛類(lèi)化合物縮聚而成，主要為苯酚和甲醛的縮聚物（PF）聚丁

9、二烯橡膠：?jiǎn)误w為1,3-丁二烯，為合成橡膠。聚異戊二烯橡膠：簡(jiǎn)稱(chēng)異戊橡膠，其分子結(jié)構(gòu)和性能與天然橡膠相似，故也稱(chēng)作合成天然橡 膠。制備方法：nCH2-CCH3-CH=CH2f（CH3）2C=CHCH2-CH2CCH3=CH-CH2n （順式聚1，4-異戊二烯）丁苯橡膠：結(jié)構(gòu)式為-(CH2-CH=CH-CH2) x-(CH2-CH(CH=CH2)y-(CH2-CH(C6H5)-)z-以T二烯和 苯乙烯為單體丁腈橡膠：?jiǎn)误w為丁二烯和丙烯睛，結(jié)構(gòu)式為：-(CH2-CH=CH=CH2-) x-(CH2-CH(CN)y-硅橡膠：由環(huán)狀有機(jī)硅氧烷開(kāi)環(huán)聚合或以不同硅氧烷進(jìn)行共聚而制得的彈性共聚物，主鏈含 有

10、硅氧結(jié)構(gòu)為-Si-O-聚酰胺纖維：聚酰胺纖維是世界上最早投入工業(yè)化生產(chǎn)的合成纖維。聚酰胺纖維是指分子主 鏈含有酰胺鍵(-CO-NH-)的一類(lèi)合成纖維。中國(guó)商品名稱(chēng)為錦綸。國(guó)外商品名稱(chēng)有尼龍、 耐綸、卡普隆。聚酰胺分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為-HN(CH2)xNHCO(CH2)yCOn-(由一元胺和二元胺 縮聚而得)一類(lèi)為：-NH(CH2)xCOn-(由w-氨基酸縮聚)聚酯纖維：由二元酸和二元醇經(jīng)縮聚而制的大分子主鏈中含有酯基-(-COO-)-,故稱(chēng)聚酯纖 維。中國(guó)聚酯纖維的商品名稱(chēng)滌綸，俗稱(chēng)的確良聚丙烯腈纖維:是以丙烯月青(CH2=CHCN)為原料聚合而成聚丙烯月青，而后紡織成合成纖維， 中國(guó)商品名稱(chēng)為

11、月青綸。有“合成羊毛”之稱(chēng)耐高溫纖維：芳香族聚酰胺纖維(芳綸)、碳纖維(是用再生纖維素或聚丙烯睛纖維高溫碳 化而制的的)環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑它對(duì)大部分材料如金屬、木材、玻璃、陶瓷、橡膠、纖維、塑料、皮革等都 有良好的粘合能力，故有“萬(wàn)能膠”之稱(chēng)。水性樹(shù)脂涂料：制備方法：帶有氨基的聚合物以羧酸中和成鹽；帶有羧基的聚合物用胺貨堿 (如NaOH)中和成鹽：破壞氫鍵，例如使纖維素甲基化制成甲基纖維素，破壞了纖維素分 子之間的氫鍵，從而制成可溶于水的甲基纖維素：皂化，例如從聚醋酸乙烯酯制備可溶于水 的聚乙烯醇等簡(jiǎn)答題連鎖聚合(1)和逐步聚合(2)區(qū)別：?jiǎn)误w轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系：1單體隨時(shí)間逐漸消失，2單體很

12、快消失，與時(shí)間關(guān)系 不大聚合物分子量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系：1大分子迅速形成，不隨時(shí)間變化，2大分子逐步形 成，分子量隨時(shí)間增大?；磻?yīng)及增長(zhǎng)速率：1引發(fā)、增長(zhǎng)、終止等基元反應(yīng)的速率和機(jī)理截然不同，增長(zhǎng)反 應(yīng)活化能較小，增長(zhǎng)速率極快。2無(wú)所謂引發(fā)、增長(zhǎng)、終止等基元反應(yīng)，反應(yīng)活化能較高， 形成大分子的速率慢。熱效應(yīng)及反應(yīng)平衡：1反應(yīng)熱效應(yīng)大，聚合臨界溫度高，在一般溫度下為不可逆，平衡 主要依賴(lài)溫度。2反應(yīng)熱效應(yīng)較小，聚合臨界溫度較低，在一般溫度下為可逆反應(yīng)，平衡不 僅依賴(lài)溫度，也與副產(chǎn)物有關(guān)。大分子鏈的柔順性的原因：由于分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在自然狀態(tài)下，大分子鏈以卷曲狀態(tài)存在， 這時(shí)相應(yīng)的構(gòu)象數(shù)最多。在外

13、力的作用下，大分子鏈可以伸展開(kāi)來(lái)。構(gòu)象數(shù)減少，當(dāng)外力去 除后，大分子鏈又回復(fù)到原來(lái)的卷曲狀態(tài)，這就是大分子鏈的柔順性。高彈性變的本質(zhì)：大分子鏈在自然狀態(tài)下處于無(wú)規(guī)線團(tuán)狀態(tài)，這時(shí)構(gòu)象數(shù)最大，因此熵值最 大。當(dāng)處于拉伸應(yīng)力作用下時(shí)，拉伸形變是大分子鏈被伸展的結(jié)果。大分子鏈被伸展時(shí)，構(gòu) 象數(shù)減少，熵值下降。熱運(yùn)動(dòng)可使大分子鏈恢復(fù)到熵值最大，構(gòu)象數(shù)最多的卷曲狀態(tài)，因而 產(chǎn)生彈性回復(fù)力，這就是高彈形變的本質(zhì)。，聚合物實(shí)際強(qiáng)度低于理論強(qiáng)度的原因：在于結(jié)構(gòu)的不完全均勻。聚合物結(jié)構(gòu)中存在各種大 小不一的缺陷，這就引起了應(yīng)力的局部集中。應(yīng)力集中到少數(shù)化學(xué)鍵上，使這些鍵斷裂，最 后導(dǎo)致材料的破裂。也就是說(shuō)，由于結(jié)

14、構(gòu)上存在缺陷，造成材料破壞時(shí)各個(gè)擊破的局面。這 就是根本的原因。在結(jié)構(gòu)上符合哪些要求，才能充分表現(xiàn)橡膠材料的高彈性能：a、大分子鏈具有足夠的柔潤(rùn)性，玻璃化溫度應(yīng)比室溫低得多。這就要求大分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)位 壘較小，分子間作用力較弱，內(nèi)聚能密度較小b、在使用條件下不結(jié)晶或結(jié)晶很小。c、在 使用條件下無(wú)分子間相對(duì)滑動(dòng)，即無(wú)冷流，因此大分子鏈上應(yīng)存在可供交聯(lián)的位置以進(jìn)行交 聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)劑有哪幾種？各自的作用及特點(diǎn)？a.玻璃纖維：玻璃纖維是纖維增強(qiáng)塑料中最有代表性的增強(qiáng)材料，玻璃纖維增強(qiáng)塑料發(fā)展很 快，產(chǎn)量高，用途廣。其耐火性、耐有機(jī)溶劑性、硬度、機(jī)械強(qiáng)度、電性能等大大優(yōu)于普通 增強(qiáng)塑料。玻璃纖維

15、增強(qiáng)熱固性塑料的抗張強(qiáng)度可達(dá)到400兆帕，與一般鋼材相接近，其耐 水、耐候、耐化學(xué)藥品腐蝕性能較好。它的比重小、絕緣性能好，具有很高的拉伸強(qiáng)度，但 其模量不高。b.碳纖維：碳纖維是有機(jī)纖維在惰性氣體中經(jīng)高溫碳化制得的，碳纖維顯示了 碳結(jié)構(gòu)，耐熱性提高，具有導(dǎo)電性，特點(diǎn)是密度比玻璃纖維小，在2500C無(wú)氧氣氛中模量 不降低，普通碳纖維的強(qiáng)度與玻璃纖維相近，而高棋量碳纖維的模量為玻璃纖維的數(shù)倍c. 硼纖維及陶瓷纖維：硼纖維是良好的增強(qiáng)材料，可與金屬、塑料或陶瓷復(fù)合，制成高溫結(jié)構(gòu) 用復(fù)合材料。特點(diǎn)：硼纖維強(qiáng)度高、耐高溫、高模量和低密度；陶瓷纖維是目前除納米材料 以外，導(dǎo)熱率最低、絕熱節(jié)能效果最好的耐火材料。特點(diǎn)：重量輕、耐溫高、保溫效果好、 施工方便，是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)爐襯里材料。d.芳綸纖維：芳綸纖維是重要的國(guó)防軍工材料，除了軍事上的應(yīng)用外，現(xiàn)已作為一種高技術(shù) 含量的纖維材料被廣泛應(yīng)用于航天航空、機(jī)電、建筑、汽車(chē)、體育用品等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方 面，特點(diǎn)：力學(xué)性能好，熱穩(wěn)定性高，耐化學(xué)腐蝕。f.其他纖維：其他金屬纖維，特別是不 銹鋼纖維也可用作聚合物基復(fù)合材