材料科学基础高分子材料习题综述.docx

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材料科学基础高分子材料习题综述

一、解释概念：

高分子材料：

是由高分子化合物或以高分子化合物为主、辅以各种添加剂和填料等物质经加工而成的一种材料。

均聚物：

均聚物是指由一种单体通过共价键连接起来构成的聚合物.

共聚物：

由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物。

共混物：

由两种或两种以上聚合物通过机械或溶液混合在一起的物质。

取向：

在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。

氧指数：

在规定条件下，固体材料在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧含量。

热塑性材料：

受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成型。

它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

热固性塑料：

在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生。

具有更好耐热性和抗蠕变能力。

常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。

挤出成型：

聚合物（一般为热塑性）与各种助剂混和均匀后，在挤出机料筒内受到螺杆机械剪切力作用产生摩擦热和外热的作用使之熔融塑化，再在螺杆的推送下，通过过滤网、多孔板，进入口模成型连续制品的方法。

注射成型：

又称注射模塑或注塑，是将塑料加热熔融塑化后，在螺杆（或柱塞）加压下，物料通过机筒前端的喷嘴快速注入温度较低的闭合模具内，经过冷却定型后，开启模具即得制品的方法。

简述塑料的基本特点：

质轻,相对密度0.9-2.3,泡沫塑料0.01-0.05

电绝缘好,体积电阻率1016-18,介电损耗10-4

力学强度范围宽

防腐

隔热

成型加工性能好

减震,消音,透光

不足：

耐热差,力学强度小于金属,导热差,膨胀系数大,易变形,易燃,蠕变,冷流,疲劳等。

简述塑料的组成与作用：

I树脂（60-100%）

决定塑料基本性能

粘结作用

II助剂（提高性能、降低成本）

A热稳定剂:

金属盐类,皂类,有机锡,环氧化油

光稳定剂:

UV吸收剂,光屏蔽剂,猝灭剂,自由基捕捉剂

B增塑剂:

邻苯二甲酸酯,磷酸酯类

C润滑剂:

硬脂酸（酯）,石蜡

D填充剂/增强剂:

碳酸钙,滑石粉,木粉,短纤维

E偶联剂:

ACR,MBS

F固化剂:

胺类

G其他：

如发泡,阻燃,抗静电,着色等

树脂:

塑料的主要组分。

增塑剂:

用于提高塑料的可塑性和柔软性。

填充剂（填料）:

用于提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。

稳定剂:

用于提高塑料对热、光、氧等的稳定性，延长使用寿命。

增色剂:

用于赋予塑料制品各种色彩。

润滑剂:

提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。

固化剂:

与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。

其它:

还有发泡剂、抗静电剂、阻燃剂等。

简述通用塑料的结构与性能：

PE:

聚乙烯是线性聚合物，由于C-C链是柔性链，因而PE是柔性很好的热塑性聚合物。

性能:

③韧性、耐寒性好；呈半透明或不透明状，且随结晶度提高而下降。

④良好的电绝缘性和介电性能，耐化学腐蚀；较低的摩擦系数；

⑤不易吸水但透气性好，适合防潮包装；

⑥不耐热，不耐大气老化，易燃，氧指数17.4。

PP:

聚丙烯ch2chch3，聚丙烯有等规聚丙烯（IPP）、无规聚丙烯（APP）和间规聚丙烯（SPP）三种。

性能：

无毒、无味、无嗅、半透明蜡状固体。

密度小，力学性能高于聚乙烯；耐热性、耐水性良好，化学稳定性好；但不耐芳香族和氯化烃溶剂，耐寒性差，易老化。

质轻、在高温下的流动性好、薄膜在定向拉伸后的强度很高，伸长率变小、具有良好的化学稳定性和耐热性、有较高的强度、具有良好的电绝缘性。

PVC：

聚氯乙烯ch2chcl

性能:

较高的力学性能、耐热性能不高、较好的电性能、优良的化学性能、阻燃性能

PS：

聚苯乙烯ch2ch+苯环

性能：

良好的透明度和表面光泽，易加工、较好的刚性、耐腐蚀、优良的电性能，低吸湿性。

简述工程塑料的结构与性能：

PA：

聚酰胺树脂

性能：

优良的力学性能、自润性、耐摩擦性好、优良的耐热性、优异的电绝缘性能、耐气候性、吸水性。

PC：

聚碳酸酯

性能：

透光性好、具有很高的抗冲性、较宽的使用温度

简述热固性塑料的结构与性能：

PF：

酚醛树脂

性能：

成型性较好、模温对流动性影响较大、硬化速度一般比氨基塑料慢。

二、解释概念

再生胶：

是废硫化橡胶经化学、热及机械加工处理后所制得的，具有一定可塑性，可重新硫化的橡胶材料。

橡胶的老化：

橡胶在加工、贮存和使用过程中，由于受到各种外界因素（如热、氧、臭氧、金属离子、电离辐射、光、机械力等）的作用，而逐步失去其原有的优良性能，以至最后丧失了使用价值。

热塑性橡胶：

指在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料。

其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方更、加工方式广的特点。

简述橡胶的共性：

具有橡胶状弹性、有缓冲减震作用、对温度依赖性大、具有电绝缘性、有老化现象、需进行硫化、必须加入配合剂。

简述橡胶结构与性能的关系：

1、弹性和强度

分子链柔顺性越大，橡胶的弹性就越大。

分子量越高，橡胶的弹性和强度越大。

交联使橡胶形成网状结构，可提高橡胶的弹性和强度。

2、耐热性和耐老化性能

橡胶的耐热性主要取决于主链上化学键的键能。

不饱和橡胶主链上的双键易被臭氧氧化，因而耐老化性差。

3、耐寒性

当温度低于玻璃化温度（Tg）时，或者由于结晶，橡胶将失去弹性。

因此，降低其Tg或避免结晶，可以提高橡胶材料的耐寒性。

4、化学反应

一是可进行有利的反应，如：

交联反应或进行取代等改性反应；

另一是有害的反应，如：

氧化降解反应等。

5、加工性能

橡胶的分子量分布一般较宽，其中高分子量部分提供强度，而低分子量部分起增塑剂作用，可提高胶料流动性和粘性，增加胶料混炼效果，改善混炼时胶料的包辊能力。

简述橡胶的原料和工艺：

原材料

1、生胶和再生胶

生胶包括天然橡胶和合成橡胶。

再生胶是废硫化橡胶经化学、热及机械加工处理后所制得的，具有一定可塑性，可重新硫化的橡胶材料。

配合剂

A、硫化剂目的：

在一定条件下使橡胶发生交联。

B、硫化促进剂目的：

降低硫化温度，缩短硫化时间，改善硫化胶的物理机械性能。

C、补强剂目的：

提高硫化橡胶的拉伸强度、定伸强度、耐磨性等物理机械性能。

D、填充剂目的：

增加胶料的容积，从而降低生产成本或改善加工性能。

E、软化剂和增塑剂目的：

改善橡胶的加工和成型性能，增加橡胶的塑性。

F、防老剂目的：

抑制橡胶的老化现象。

加工工艺：

A、硫化体系：

硫化体系是以橡胶（生胶）为主体，加以多种辅助材料而成的合成体、（辅助材料有几大体系、填充补强、硫化、防护、增塑、特殊物质加入剂），而硫化是包覆绝缘层或护套层以后的一种处理方法、其目的就是让辅助体系里的硫化体系发生作用，使橡胶永久交联、增加弹性、减少塑性。

B、塑炼：

1）塑炼目的

生胶具有很高的弹性，不便于加工成型。

经塑炼后可获得适宜的可塑性和流动性，有利于后工序的进行。

如：

混炼时配合剂易于均匀分散，压延时胶料易于渗入纤维织物等。

（2）塑炼机理

生胶塑炼获得可塑性的原因是橡胶大分了链断裂，平均分子量降低之故。

3）混炼

（1）混炼目的

混炼是橡胶加工工艺中最基本和最重要的工序之一。

其目的是得到符合性能要求的混炼胶。

（2）混炼方法

由于生胶粘度很高，因此使配合剂掺入生胶中并存其中均匀混合与分散，必须借助于炼胶机的强烈机械作用进行混炼。

4）压延和压出

5）成型

6）硫化

简述天然橡胶的结构与性能：

天然橡胶：

是从橡胶类的树汁中提炼出的一种天然高分子材料。

其主要化学组成为聚异戊二烯，且顺式1,4-聚异戊二烯的量大于99%，反式1,4-聚异戊二烯的量小于1%，由于这种组成，它具有优异的弹性。

综合性能好。

简述通用橡胶的结构与性能：

凡是性能与天然橡胶相近，物理机械性能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其他一般橡胶制品的，称为通用合成橡胶。

BR：

聚丁二烯橡胶

弹性高、耐低温性能好、耐磨、生热性低、耐屈挠性好、与其它橡胶的相容性好。

IR:

聚异戊二烯橡胶

具有优良的弹性、耐磨性、耐热性、抗撕裂及低温屈挠性。

与天然橡胶相比，又具有生热小、抗龟裂的特点，且吸水性小，电性能及耐老化性能好。

缺点：

硫化速度较天然橡胶慢，此外，炼胶时易粘辊，成型时粘度大，而且价格较贵。

SBR:

丁苯橡胶

耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。

高温耐磨性好，适用于乘用胎。

侧基上带有苯环，因而弹性低，耐寒性也稍差。

收缩大，生胶强度低，粘着性差。

双键少，硫化速度慢。

耐屈挠龟裂性比天然橡胶好，但裂纹扩展速度快，热撕裂性能差。

简述特种橡胶的结构与性能：

凡是具有特殊性能，专门用于制作耐热、耐寒、耐化学物质腐蚀、耐溶剂、耐辐射等特种橡胶制品橡胶称为特种合成橡胶。

丁腈橡胶（NBR）：

丁腈橡胶具有优良的耐油性和耐非极性溶剂性能。

丁腈橡胶的耐热性、耐老化性、耐磨性、耐腐蚀及气密性均优于天然橡胶。

缺点：

丁腈橡胶的耐臭氧性能，电绝缘性能和耐寒性比较差。

硅橡胶（SIR）：

极高的耐热耐寒性能、优良的导电性、低导热系数、自熄性、但耐磨、耐油性不好。

3、解释概念

纤维：

是指长度比其直径大很多倍（>1000:

1），并具有一定柔韧性的纤细物质。

支度：

单位重量（以克计）的纤维所具有的长度称支数。

如1g重的纤维长100m，称100支。

纤度：

一定长度的纤维所具有的重量称为纤度。

纤维愈细，纤度愈小。

纤度的单位特，是1000m长纤维的重量克数。

集束：

是将纺制出的若干丝束合并成一定粗细的大股丝束，然后导入拉伸机进行拉伸。

加捻：

是长丝后加工的特有工序，目的是增加单根纤维间的抱合力，避免在纺织加工时发生断头或紊乱现象，同时提高纤维的断裂强度。

熔融纺丝法：

将高聚物加热熔融制成融体，并经喷丝头喷成细流，在空气或水中冷却而凝固成纤维的方法称熔融纺丝法。

溶液纺丝法：

将高聚物溶解于溶剂中制得粘稠的纺丝液，由喷丝头喷成细流，通过凝固介质使之凝固而形成纤维，这种方法称为溶液纺丝法。

简述纤维的分类：

①天然纤维：

如棉花、羊毛、蚕丝和麻等。

②化学纤维：

用天然或合成高分子化合物经化学加工而制得的纤维。

又分为：

人造纤维：

是用天然纤维经化学加工制成，如：

“人造丝”、“人造棉”。

合成纤维：

是以石油、煤、天然气为原料制成的，发展很快。

合成纤维三大类：

这三大类纤维的产量占合成纤维总产量90％以上。

聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）

简述纤维的性能：

1、细度：

纤维细度是表示纤维的粗细程度。

2、断裂强度：

单位纤度的纤维在连续增加的负荷作用下，被拉伸断裂时所承受的最大力称为断裂强度。

3、断裂伸长率：

是指纤维或试样在拉伸至断裂时长度比原来长度增加的百分数。

4、初始模量：

把纤维拉伸至比原长增加1％时所需的应力，称纤维的初始模量，也称杨氏模量。

5、回弹率：

将纤维拉伸至产生一定伸长，然后撤去负荷，经松弛一定时间后（30s或60s，视测试器而定），测定纤维弹性回缩后的剩余伸长。

6、吸湿性：

是指在标准温度和湿度（温度20±3℃、相对湿度65±3％）条件下纤维的吸水率。

简述纤维的加工过程：

1、工业上常用的纺丝方法主要是熔融纺丝法和溶液纺丝法。

2、化学纤维的后加工

①短纤维的后加工：

包括集束、牵伸、水洗、上油、干燥、热定形、卷曲、切断、打包等一系列工序。

②长丝的后加工：

包括拉伸，加捻、复捻、热定型、络丝、分级、包装等工序。

简述成纤高聚物具备的特征：

A.具有线型的可伸展大分子链，没有庞大的侧基，且大分子之间无化学健。

B.分子中有极性基团存在，使大分子间的相互作用增大，可提高纤维的强度和熔点，并对纤维的吸水性、吸湿性等有很大影响。

C.高分子链立体结构具有一定的规整性。

D.具有相当高的分子量和比较窄的分子量分布。

简述锦纶、腈纶、涤纶的结构与性能：

1、聚酰胺纤维（锦纶）：

是指分子主链含有酰胺基团的一类合成纤维

性能：

耐磨性好、强度高、弹性高、密度小

2、聚酯纤维（涤纶）是由聚酯树脂经熔融纺丝和后加工处理制成的一种合成纤维。

性能：

弹性好、强度大、吸水性小、耐热性好

3、聚丙烯腈纤维（腈纶）是以丙烯睛为原料合成的纤维。

性能：

化学稳定性好、耐光性与耐气候性能好、弹性模量高、保暖性和弹性好。