高分子材料改性技术复习题.doc

第一章、1.聚合物共混改性的本意是指俩种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀的新材料的过程。2.聚合物的填充改性是指在聚合物机体中添加于机体在组成和结构上不同的固体添加物，以降低成本，或是使聚合物制品的性能有明显改变，即在牺牲某些方面性能的同时，使人们所希望的另一些方面的性能得到明显提高。3.聚合物增强改性，是使玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等具有较大长径比的填料（增强性填料或增强材料），使聚合物的力学性能和耐热性能有明显提高，这种方法称为增强改性。第二章、1.接枝共聚反应的原理是什么？ 答:接枝共聚反应首先要形成活性接枝点,各种聚合的引发剂或催化剂都能为接枝共聚提供活性种,而后产生接枝点.活性点处于链的末端,聚合后将形成嵌段共聚物;活性点处于链的中间,聚合后才形成接枝共聚物.2.接枝共聚方法有哪几种？阐述之。 答:接枝方法主要有三种:链转移法、活性基团引入发和功能基反应法.一、链转移法：利用反应体系中的自由基夺取聚合物主链上的氢而链转移,形成链自由基,进而引发单体进行聚合,产生接枝;二、活性基团引入法：首先在聚合物主干上导入易分解的活性基团，而后在先、热作用下分解成自由基与单体进行接技共聚。三、功能基反应法：含有侧基功能基的聚合物，可加入端基聚合物与之形成接技共聚物。四、其他方法:大单体技术合成接技共聚物，采用大分子单体单相与小分子共聚物合成。3.为什么说接枝共聚物俩种组分的相容性决定了接枝共聚物的相态变化？ 答：接枝共聚物由两种不同的组份构成，这两种组份的相容性决定了接枝共聚物的相态变化，如果两组份的相容性好或支链不能形成微区，接枝共聚物只有一个相态，只有一个玻璃化温度；相反，两组份的相容性不好，则表现出两个玻璃化温度。4嵌段共聚物有哪几种结构结构形式？ 答:两嵌段聚合物，三嵌段聚合物，多嵌段聚合物，放射状嵌段聚合物。5. 从嵌段共聚物的角度说明热塑性弹性体的组成是什么？各组成的作用是什么？ 答：热塑性弹性体是由大量的软嵌段和少量的硬嵌段组成的两相嵌段共聚物。软嵌段提供柔韧的弹性，硬嵌段则提供物理交联点并起填料的功能。6. 单相嵌段共聚物和两相嵌段共聚物的含义是什么？Tg的含义是什么？热性能有何特点？ 答：单相嵌段共聚物中两种能成相容性好，形成均一相；两相嵌段的共聚物两组分相容性差，形成微区。两相嵌段的共聚物保持了两种嵌段固有的性质，所以明显有两个玻璃化温度，单相只有一个。Tg是链段能够自由运动的最低温度。7.简述反应挤出的基本过程及优点。 答：反应挤出是在聚合物和/或可聚合单体的连续挤出过程中完成一系列化学反应的过程。在此操作过程中，以螺杆和料筒组成的塑化挤压系统作为连续反应器，将欲反应的各种原料组份，如单体、引发剂、聚合物、助剂等一次或分次由相同或不同的加料口加入到螺杆中，在螺杆转动下实现个原料之间的混合、输送、塑化、反应和经模口挤出的过程。 优点：（1）适合于高粘度的聚合物熔体聚合（2）反应可控性好（3）缩短反应时间，提高生产效率（4）生产灵活性强（5）环境污染小（6）成本低，产率高。8. 反应挤出过程对于工艺条件的要求是什么?为什么? 答：工艺要求如下：1、高效率的混合功能：挤出机应有良好的分布混合和分散混合功能；应有良好的径向混合和纵向混合；应有良好的宏观混合和良好的微相混合。原因：反应挤出往往要对粘度差异；较大的物料进行混合，混合难度大。在反应挤出中，只有当各组分混合均匀时，才能在短时间内充分反应，并使反应产物趋于一致。2、高效率的脱挥功能 原因：在挤出反应中，聚合熔体内常伴随着一些挥发性组分产生，要使挤出反应稳定进行和完成，挤出机应具有良好的排气、脱水功能。3、高效率的向外排热功能 原因：在反应中，一方面不同阶段反应本身要放热或吸热；另一方面，高粘度物料间的相对剪切运动会产生粘性耗散热。同时，由于粘性聚合物的传热系数非常小，导热性差，不利于反应体系的温度控制。4、合理的物料停留时间 原因; 挤出反应时间有限，空间有限，为在挤出过程中使反应充分进行，挤出操作保证足够的反应空间，适宜的停留时间及停留时间分布。5、强输送能力和强剪切功能 原因：反应挤出时，参与反应的物料粘度往往较大，物料的流动阻力大，要使物料从机头挤出，就要求挤出机具备较强的输送能力，能够连续而稳定地将物料向机头推进，并在排料段建立起足够高的压力，以便将物料由机头挤出，进行造粒。同时强烈的剪切作用有助于化学反应的进行。9.对于反应挤出共混聚合物组分和增溶剂的要求是什么？ 答：对于反应挤出共混物组份，一般要求共混物中一相本身必须带反应性官能团如PAPBTPET，另外一相是化学惰性不与带反应性官能团聚合物反应的如PEPSPP等，但该相聚合物必须经增容剂官能化，这些高聚物在混炼过程中必须稳定、不降解、不变色。 所用增容剂为反应性增容剂，它能与共混组份形成新的化学键，属于一种强迫增容，含有与共混组份反应的官能团。第三章、1.什么是聚合物共混改性？共混的目的？答：聚合物共混是指将俩种或俩种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀而且力学、热学、光学极其他性能得到改善的新材料的过程，这种混合过程称为聚合物共混改性。聚合物共混改性的主要目的是改善聚合物的综合性能和加工性能，降低成本，以获得性能优异、功能齐全的新型高分子材料，主要体现在以下几个方面：1、综合均衡各聚合物性能以改善材料的综合性能；2、改善聚合物的加工性能；3、提高性价比。2.什么是共混物的形态结构？有几种类型？ 答：共混物的形态结构是指各聚合物相态情况，各相态颗粒分散的均匀性，粒径及粒径分布和界面的结合情况。 共混物的形态首先划分为均相体系和两相体系。两相体系又进一步划分为“海-岛”与“海海”结构。3. 什么是热力学相容性和工艺相容性？为什么说工艺相容性比热相容性应用更普遍？ 答：聚合物的热力学相容性是两种高聚物在任何比例时都能形成稳定的均相体系的能力，即指聚合物在分子尺度上相容，形成均匀共混体系。从热力学上讲，目前绝大多数聚合物共混都不相容，即很难达到分子或链段水平的混合。但由于附近的相对分子质量很高，粘度特别大，靠机械力场将两种混合物强制分散混合后，各相自动析出或凝聚的现象也很难产生，故仍可长期处于动力学稳定状态，并可获得综合性能良好的共混体系，这称为工艺相容性。 工艺相容性仅仅是一个工艺上相对比较的概念。对聚合物而言，相容性的含义是指可以混合均匀的程度；另一方面是混合物分子间的作用力，越相近相容性越好。所以它比热 力学相容性应用更为普遍。4. 什么是相界面和过渡层？过渡层厚度与两聚合物相容性关系如何？答：共混物的相界面是指两相（或多相）共混体系相与相的交界面。 过渡层是相界面上存在的两相相互渗透的界面层。 过渡层的厚度取决于两聚合物的相容性。5. 控制分散相粒径的主要方法是什么？ 答：1、共混时间的影响：大粒子易于破碎，小粒子较难破碎。为达到降低分散粒径和使粒径均匀化的目的，应该保证有足够的共混时间。2、共混组分熔体粘度的影响：（1）分散相粘度与连续相粘度的影响：降低分散相物料的熔体粘度，提高连续相的粘度，有助于降低分散相粒径。（2）“软包硬规律”（3）等粘点的作用：两相粘度相等的情况下，可获得最小的分散相粒径。3、界面张力与相容剂的影响：若降低界面张力，可以使分散相粒径减小。4、剪切力：增大剪切力，分散相粒径变小。6. 剪切力是如何影响分散过程的？ 答：分散相颗粒在外界剪切应力的作用下，首先会发生形变，由于近似于球形，变为棒形，与此同时粒子发生转动。如果粒子变形足够大，就会发生破碎，分散为小粒子。为了使分散相粒子进行有效的破碎，首先应施加足够的剪切应力。随着剪切应力的增大分散相粒径就会降低。此外，剪切应力的作用方向也很重要。如果剪切应力是单一方向，那么沿剪切应力发现取向的分散相粒径就难以被进一步分散破碎。7. 什么是银纹剪切带理论 答：在橡胶增韧塑料的两相体系中，橡胶是分散相，塑料是连续相。橡胶颗粒在增韧塑料中发挥两个重要作用。其一、作为应力集中中心诱发大量银纹各剪切带;其二、控制银纹的发展度使银纹及时终止而不发展成破坏性裂纹。银纹末端的应力场可以诱发剪切带面使银纹终止，银纹扩展遇到已有的剪切带也可阻止银纹的进一步发展。大量银纹和剪切带的产生和发展，要消耗大量能量，因而可显著提高增韧塑料的韧性。银纹和剪切带所占比例与形变速率有关，形变速率越大，银纹化所占比例越高。同时也与基体性质有关，基体韧性越高，剪切带所占比例越大。即对于脆性基体，橡胶颗粒主要是在塑料基体中诱发银纹，而对于一定韧性的基体，橡胶颗粒主要是诱发剪切带。8. 什么是等粘点？它的作用是什么？ 答：当值接近于1时，即当分散相粘度与连续相粘度接近时，k值可达到一个极小值，这个点就叫做等粘点。 当A组份为连续相向B组份为连续相转变的时候，即在转变区内，当A组份与B组份熔体粘度接近相等时，可以较为容易地得到具有“海-海”结构的共聚物。9. 如何划分弹性体增韧体系与非弹性体增韧体系？并比较他们。 答： 弹性体增韧体系是以弹性体为分散相，以塑料为连续相的两相共混体系。非弹性体增韧体系是以刚性有机填料粒子来对韧性塑料基体进行增韧的方法。（以增韧剂划分）不同之处：1、增韧剂改性：非弹性体增韧的增韧改性剂是脆性材料，而弹性体增韧的增韧改性剂是橡胶或热塑性弹性体；2、增韧对象：非弹性体增韧的对象是有一定韧性的基体，而弹性体增韧的对象可以是韧性基体也可以是脆性基体：3、增韧机理：弹性体增韧的机理主要是由橡胶分散相引发银纹或剪切带，橡胶颗粒本身并不消耗多少能量：而非弹性体增韧则是依赖脆性塑料的塑性形变，将外界作用的能量耗散掉；4、增韧剂用量：对于弹性体增韧体系，共混物的抗冲击性能会随弹性体用量增大而增加；而对于非弹性体增韧，脆性塑料的用量却有一个范围再次范围内，可获得良好的抗冲击效果，超过此范围抗冲击性能却会急剧下降；5、性能影响：以非弹性体对塑料基体进行增韧的最大优越性就在于脆性在提高材料抗冲击性能的同时，并不会降低材料的刚性。而弹性体增韧体系却会随弹性体用量的增大而使材料的刚性下降；6、加工流动性的影响：脆性塑料一般具有良好的加工流动性。因而非弹性体增韧体系也可以使加工流动性获得改善。而弹性体增韧的体系其加工流动性往往要受到橡胶加工流动性差的影响。10. 提高相容性的主要方法有哪些？ 答：（1）对聚合物进行化学改性（2）加入增容剂（3）改善共混加工工艺（4）在共混物组份间交联（5）共溶剂法和IPN法。第四章、1. 填料聚合物界面的作用机理主要有哪5种？简述浸润理论及化学理论。 答：主要有：浸润性理论，化学键理论，界面酸碱作用是谁，过渡层理论，摩擦理论。（1）浸润理论：当两个理想清洁表面靠物理作用结合时，要使树脂对填料紧密接触，就必须使树脂对填料表面有很好的浸润。当这两者有很好的浸润时，则物理吸附所提供的粘结强度能超过树脂的内聚能。在聚合物基复合材料界面改性时所加的界面改性剂就是要改变填料的表面状态，使之能被树脂很好浸润，从而使填料表面与树脂表面获得良好的界面粘性。（2）化学键理论：要使两相之间实现有效粘结，基体树脂中应有能与填料表面发生化学反应的活性基团，通过活性基团的反应以化学键结合形成相界面，若两相之间至不能直接进行化学反应，也可以通过基体与填料的架桥剂-偶联剂的媒介作用，以化学键结合。2.聚合物填充效果通过哪几方面来评价？为什么？ 答：（1）聚合物填充改性的经济效果。 利用填料实现聚合物的填充改性，其目的 是降低成本或改善材料的某些性能。（2）填充聚合物的力学性能 作为材料使用是，强度是应用的基础。（3）填充聚合物的热性能。3. .简述纳米粒子的特性 答：纳米粒子的主要特性在于表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应。表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。小尺寸效应是指纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普遍粒子发生了很大的变化。当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的/最高被占据的分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级而使能隙变宽现象称为量子尺寸效应。4. 为什么纳米粒子易团聚？如何阻止？ 答：固体颗粒微细化后，表面原子所占比例随粒径减少而迅速增加，表面自由能增大，表面活性增强，纳米粒子的表面原子极其活泼，易与其他原子结合使其稳定，这就是纳米微粒化。内部原子受来自周围原子的价键力和稍远原子的远程范德华力受力对称，其价键是饱和的，有与外界原子键全的倾向。 由分散状态变为团聚状态总表面自由能的变化为G=Gc-Gd=Ro（Ac-Ad），显然AcAd，所以G0,表明团聚状态比分散状态更为稳定，分散的粒子一有条件就团聚。因此，在制备和应用过程中，要对纳米粒子的表面进行处理改性，以减少或阻止其团聚。5.简述蒙脱土的特征。 答：高分散性、悬浮性、鹏润性、黏结性、吸附性、阳离子交换性。第五章、1. 纤维增强聚合物复合材料有哪些特性？ 答：（1）比强度和比模量高。（2）抗疲劳性提高（3）耐热性高（4）减震性好。（5）线膨胀系数小。2.纤维增强聚合物复合材料的基本单元有哪些？并简要说明他们的作用。 答：有（1）基体（2）增强材料。基体是构成复合材料连续相的材料，增强材料则是构成复合材料的分散相。第六章、1. PET化学共聚改性的基本原理 答：化学共聚改性中，在聚合物主链上引入第三、第四组份，部分或全部破坏聚合物的结晶性能，改变大分子链的刚性，提高分子链间相互作用力，或是在大分子结构中引入一定的极性基团，改善聚酯对燃料的亲和力。2.抗静电改性、阻燃改性、抗起球改性、吸湿排汗、抗紫外线改性等功能化聚酯改性的基本原理？答：抗静电改性：可通过共混添加抗静电剂制备抗静电聚酯纤维产品在聚合阶段用共聚方法引入抗静电单体或通过化学方法引入吸湿性抗静电基团，制的抗静电纤维。阻燃改性：在聚酯的合成阶段将阻燃单体与聚酯组分进行缩聚以制备阻燃共聚酯，另一种为添加改性，所用添加剂包括卤素、磷系及无机纳米氧化物等。抗起球改性：方法有低粘度树脂直接纺丝法，通过第三、第四组分共缩聚并引入抗起球剂来制备抗起球聚酯；复合纺丝法、低粘度树脂增粘法、普通树脂法、织物或纤维表面处理等。吸湿排汗改性：采用异形截面，部分配合用成孔剂，实用纤维异形化和表面的微孔化处理，在大分子结构内引入亲水基团，采用复合纺丝在皮层引入具有吸湿功能的聚合物。抗紫外线改性：有机类紫外屏蔽剂通过分子中具有吸收波长小于400nm紫外光的发色团吸收紫外线；无机类紫外屏蔽剂利用无机氧化物对紫外线的反射实现阻挡紫外线作用，或者采用有机/无机复合方法或多种无机粉体共用方式。3新型聚酯的结构特征？答：有以下三种；1.PBT 大分子基本链节上的柔性部分较PET长，Tg,Tm较PET低。PBT比PET多两个亚甲基，可使内旋转增多，在应变过程中产生A，B型晶型的可逆转变。2.PTT 分子构象为螺旋形状，有“奇碳数效应”，PTT聚合物的杨氏模量较低，与PET相比具有较柔软的手感。PTT的分子构象为“Z”弹簧特征。3.PEN 与PET 相比分子链中引入刚性更大的萘环结构，萘易呈平面状，阻隔性好。4.什么是CC纤维？ 答：CC纤维是纤维素氨基甲酸酯纤维，是另一种纤维素纤维的制备方法-碱溶剂法成型工艺，即在纤维的制备过程中采用尿素为溶剂，无毒无污染，完全避免了环境污染问题，与传统粘胶纤维生产相似，仅需对常用生产设备稍作改动便可实现。5.再生纤维素纤维改性的基本原理。答：指纤维素分子链中的羟基与化合物发生酯化或醚化反应后的生成物，包括纤维素醚类，纤维素酯类以及酯醚混合衍生物。第七章、1. 化学改性是聚合物表面结构发生了那些变化？ 答：化学改性使聚合物表面形成一定的粗糙结构，或是在其表面产生羧基、羟基、氨基、磺酸基、不饱和基团，或是在聚合物表面接枝一定的改性链段，从而改性聚合物的表面，提高其与其他物质的粘结能力，赋予聚合物材料一定的表面特性。2.塑料表面要进行化学镀金属，对塑料表面处理的主要作用是什么？ 答：塑料经金属处理后，在利用化学镀或电镀进行二次加工，可得到耐磨性、耐热性、热稳定性