高分子材料思考题答案.pdf

1 LDPE LLDPE HDPE 的分子结构和物理机械性能有何不同 P24 表 2 1 高密度聚乙烯 HDPE 又称低压聚乙烯 因为在低压下生产 含有较多长键 因 此密度高 低密度聚乙烯 LDPE 用高压法 147 17 196 2MPa 生产 支链较多 强度低 线性低密度聚乙烯 LLDPE 是通过在聚乙烯的主链上共聚一些具有短支链的共聚物 生成的 热导率 HDPE 高 LLDPE 线 LDPE 低 线膨胀系 数 LDPE LLDPE HDPE 2 聚丙烯有三种不同的立构体 试分析一下哪种结构能结晶 为什么 聚丙烯存在等规 间规 无规三种立体结构 P40 聚合物结晶的必要条件是分子结构的对称性和规整性 这也是影响其结晶能力 结晶速度的 主要结构因素 分子链的对称性越高 规整性越好 越容易规则排列形成高度有序的晶格 等规聚丙烯的结构规整性好 具有高度的结晶性 无规聚丙烯为无定形材料 结构的对称性 和规整性差 因此不结晶 间规聚丙烯的结构对称性和规整性介于两者之间 结晶能力较 差 3 热固性酚醛树脂与热塑性酚醛树脂的合成条件及分子结构有何不同 热固性酚醛树脂的 固化历程如何 1 热塑性酚醛树脂 合成条件 甲醛 苯酚摩尔比 1 0 8 0 86 酸催化 pH1 1 1 1 5 碱催 化 pH 8 11 分子结构 体型结构 2 热固性酚醛树脂是体型缩聚控制在一定反应程度的产物 因此 在合适的条件 下可使体型缩聚继续进行 固化成体型缩聚物 固化机理 P67 68 热固性酚醛树脂是多元酚醇的缩聚物 因为加成反应结果 单元酚醇与多元酚 醇的混合物 酚醇之间的反应与温度有关 以 170 为分界线 低于 170 主要是分子链 的增长 主要发生两类反应 a 酚核上的羟甲基与其他酚核上的邻 对位的 H 发生反应 生成亚甲基键 b 两个酚核上的羟甲基相互反应 生成二苄基醚 苄基醚不稳定 能否形成与体系的酸碱性有很大关系 中性条件下 160 醚键易分解 形成 CH2 碱和酸都是有效的 CH2 形成的催化剂 热固化实质 体型 缩聚的继续进行 在两酚环间形成亚甲基键和醚键 4 比较聚酰胺 聚甲醛 聚碳酸酯 聚苯醚各自的特点和主要用途 物质特点主要 用途 1 1 聚酰胺 制品坚硬 表面有光泽 为白色至淡黄色 无毒 无臭 无 味 吸水性大 具有优良的力学性能 拉伸强度 刚性强度 冲击韧性较好 具有优良的耐 摩擦性和耐磨耗性 并有自润滑性 具有良好的化学稳定性 在干燥和低温的条件下具有良 好的电绝缘性 一 在机械工业领域 广泛用来代替铜及气体有色金属制造机械 化工 电器零件 如柴油发动机燃油泵齿轮 水泵 高压密 封圈 轴承 轴套 齿轮等 二 在汽车工业上 被广泛应用于车顶 前防冲板 挡泥板 保险杠等结构件 还有滤油器 散热器栅栏 冷却风扇 燃料油管等气体零件上 三 在交通运输业 电器工业 家具制造业已经日用品等领域上也越来越广泛的使用聚酰胺 塑料 2 2 聚甲醛 表面光滑 有光泽的硬而致密的材料 淡黄或白色 着色性好 吸水性小 尺寸稳定性好 高刚性 高硬度 高的弹性模量 良好的冲击强度 耐磨性好 耐疲劳强度高 自润滑性优 异 热变形温度较高 短期使用可达到 140 长期使用不超过 100 但热稳定性不 高 室温下耐化学性能非常好 尤其是有机溶剂 还具有抗菌 抗霉特性 一 在汽车业 聚甲醛主要用于汽车发动机燃油系统部件 各种传动部件 耐磨件 汽车的 电气设备和汽车车身部结构件 二 在机械工业中 聚甲醛代替有色金属制造各种结构件 特别适合制作耐摩擦及承受高负荷的零件 如齿轮 轴承 滑块 外壳等 三 在电子电器 业中 聚甲醛主要用来制作精密件 耐磨件 如电话机 相机中的控制部件 3 3 聚碳酸酯 透明 呈轻微淡黄色 透光率很高 可达 90 无毒 无味 无臭 高刚性 良好的冲击强 度 是一种既刚又韧的材料 具有高度的尺寸稳定性 被誉 一 汽车照明系统 使用聚碳酸酯代替玻 璃 大大简化工艺 二 电子电器领域 大量用于制造办公设备 通讯设备和电器设备的外壳和元件 如计算机外壳 底盘和冰箱抽 屉等 可制作耐高击穿典雅和高为 透明金属 但缺点是耐磨性 耐疲劳性不好 易产生 应力开裂现象 具有很高的耐热性和耐寒性 极性小 吸水率低 具有良好的电性能 具有 一定的抗化学腐蚀性 卫生性良好 与咖啡 茶等接触不会污染 也不影响容器内食物的色 和味 绝缘性零件 如垫圈 垫片等 可做仪表电讯器材上的标准件 装饰件 如开关 旋钮 螺 钉 螺帽 产品标牌等 三 航空 航天领域 用于制作飞机的座舱罩和挡风玻璃 以及宇 宙飞船的零部件和宇航员防护用品等 四 其他领域 可制作摄像器材镜头 眼镜镜片 透 明医疗器材 透明包装容器 光盘材料 高层建筑采光屋顶等 4 4 聚苯醚 PPO 无毒 透明 相对密度小 具有优良的机械强度 抗蠕变性 具有很高的拉伸强度和抗 冲击性能 刚度和硬度都比较大 尺寸稳定性优良 有良好的耐热性 耐水性 耐水蒸汽 性 具有优异的电绝缘性 具有优良的耐化学药品行 对稀酸 稀碱 盐及洗涤剂等的稳定 性好 成型收缩率较低 废料可重复使用三次作业 用于制造性能要求不高的产品 1 适用于制造办公设备 家用电器 计算机等箱体 底盘及精密部件 2 适用于 电气工业 宜于制作用在潮湿而有载荷条件下的电绝缘部件 如线圈骨架 管座 控制轴 变压器屏蔽套 继电器盒 绝缘支柱等 3 适用于制造水表 水泵 纺织厂用的纱管需耐蒸煮 用 MPPO 制的纱管使用寿命长 4 由于电子工业及通讯产业的发展 手机 便携式电脑 高性能照相机 摄像机等都需要 锂离子电池 因此锂离子电池市场大有发展前景 锂离子电池用有机电解液的包装材料过去 用 ABS 或 PC 最近国外开发出电池用的 MPPO 其性能优于前两者 6 MPPO 在汽车工业有广泛用途 如仪表盘 防护杠等 PPO 与 PA 合金 尤其是高耐冲击性 能的规格品种用于外装部件发展比较快 7 用于医疗器械 可在热水贮槽和排风机混合填料阀中代替不锈钢和其他金属 5 分析聚酰胺加工前原料必须干燥的原因 聚酰胺分子链段中重复出现的酰氨基是一个带极性的基团 这个基团上的氢 不但能够与另 一个分子的酰胺基团链段上的羰基上的氧结合形成相当强大的氢键 而且易与水分子形成氢 键 因此亲水性强 吸水后尺寸稳定性差 不利于加工 所以聚酰胺加工前原料必须进行干 燥 6 聚酰胺 涤纶 腈纶的主要用途是什么 物质主要用途 聚酰胺聚酰胺 一 在机械工业领域 广泛用来代替铜及气体有色金属制造机械 化工 电器零件 如柴油 发动机燃油泵齿轮 水泵 高压密封圈 轴承 轴套 齿轮等 二 在汽车工业上 被广 泛应用于车顶 前防冲板 挡泥板 保险杠等结构件 还有滤油器 散热器栅栏 冷却风扇 燃料油管等气体零件上 三 在交通运输业 电器工业 家具制造业已经日用品等领域上也 越来越广泛的使用聚酰胺塑料 涤纶涤纶 制作薄膜 感光膜 如电影胶片片基 照相胶片膜 作为食品 药品 纺织品 精密仪器 电器元件等包装 其制作的中空容器强度高 透明 性好 无毒无味 是碳酸饮料 啤酒 食用油等广泛应用的塑料包装材料 电气材料 用于制作各种电器绝缘材料 如电线 开关 电器外壳等 腈纶腈纶 腈纶是聚丙烯腈纤维 素有 合成羊毛 之美称 主要特点 蓬松 柔软 比羊毛轻 有 良好的保暖性 易洗 易干 不怕虫蛀和霉烂 适于编织毛衣 毛料 毛毯 也可加工成人 造毛皮等 腈纶的耐晒性很高 因此适于制作窗帘 幕布 帐蓬 船帆等室外使用的织物 7 干法 湿法 干湿法的纺丝工艺特征是什么 方法工艺特征 干法干法 从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液进入纺丝甬道 通过甬道中热空气的作用 使溶液细流 中的溶剂快速挥发 溶液细流在逐渐脱去溶剂的同时发生浓缩和固化而成为初生纤维的过 程 目前干法纺丝速度一般为200 500m min 高者可达1000 1500m min 但由于受溶 剂挥发速度的限制 干纺速度还是比熔纺低 而且还需要设置溶剂回收等工序 故辅助设 备比熔体纺丝多 干法纺丝一般适宜纺制化学纤维长丝 主要生产的品种有腈纶 醋酯纤维 氯纶 氨纶等 湿法湿法 从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液细流进入凝固浴 聚合物在凝固浴中析出而形成初生纤维 的过程 湿法纺丝中的扩散和凝固不仅是一般的物理和化学过程 对某些化学纤维如粘胶纤 维同时还发生化学变化 因此 湿法纺丝的成形过程比较复杂 纺丝速度受溶剂和凝固剂的 双扩散 凝固浴的流体阻力等因素限制 所以纺丝速度比熔体纺丝低的多 纺丝速度为 5 100m min 而熔体纺丝的卷绕速度为每分钟几百米至几千米 采用湿法纺丝时 必须配 备凝固浴的配置 循环及回收设备 工艺流程复杂 厂房建筑和设备投资费用都较大 纺丝 速度低 成本高且对环境污染较严重 目前腈纶 维纶 氯纶 氨纶 纤维素纤维以及某 些由刚性大分子构成的成纤聚合物都需要采用湿法纺丝 干湿法干湿法 从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液先经过一段空气层 然后进入凝固浴凝固成形的过程 与 普通湿法纺丝相比 纺丝速度提高5 10 倍 8 橡胶高弹性的定义是什么 试从分子链结构 聚集态结构分析橡胶具有高弹性的本质原 因 定义 橡胶弹性是由熵变引起的 在外力作用下 橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态 熵 减小 当外力移去后 由于热运动 分子链自发地趋向熵增大的状态 分子链由伸展再回复 卷曲状态 因而形变可逆 材料之所以呈现高弹性 是由于链段运动能比较迅速的适应所受外力而改变分子链的构象 这就要求链在常温下能够充分显示出柔性 橡胶在 Tg Tf 间可表现出一定的高弹性 橡胶的 高弹性本质是由大分子构象变化而来的熵弹性 这种高弹性表现为 在外力作用下具有较大 的弹性变形 最高可达 1000 除去外力后变形很快恢复 9 试从分子链结构 聚集态结构比较分析天然橡胶 丁苯橡胶 顺丁橡胶的性能各有哪些 优缺点 物质结构优点缺点 天然橡胶P181P182P182 丁苯橡胶P183P184P184 185 顺丁橡胶P186P186 187P187 10 热塑性弹性体的定义是什么 相比传统热固性橡胶 热塑性弹性体在性能上有什么优 缺点 定义 热塑性弹性体是指在常温下具有橡胶的弹性 高温下具有可塑化成型的一类弹性体材 料 优点 1 良好抗冲击和抗疲劳性能 高冲击强度和良好的低温柔韧性 温度上升时 保持良好的性能 良好的耐化学性 高抗撕裂强度及高耐摩擦性能 易加工且具 经济性 良好的可回收性 P208缺点 P208 11 导电聚合物结构与导电性的关系 物质的导电性是由于物质内部的载流子 带电粒子 的移动引起的 载流子 高分子材料中 的自由电子或空穴 电子存在形式 1 内层电子 紧靠原子核的内层 在正常电场下没有迁移能力 2 电子 形成 C C 单键的电子 处在成键原子的中间 3 n 电子 与杂原子结合 孤立时没有离域性 4 电子 p 电子重叠产生 孤立存在时具有有限离域性 电子可在原子核周围运 动 随着共轭体系的增大 离域性增加只有具有共轭 电子体系 高分子材料才可能具有 导电性 非充分而是必要条件 带隙为零是高分子材料成为导体的另一必要条件 聚乙炔的结构 如果聚乙炔中所有的碳原子是等距离的 成键轨道和反键轨道的能隙为零 电子可以自由运 动 聚乙炔是导体 如果聚乙炔中的 C C 单键的长度大于 C C 双键 则聚乙炔是半导体 12 超分子聚合物所用单体的结构特点是什么 P285 286 13 高分子相容性的表征方法 P295 296 1 热力学方法 2 形态学方法 3 分子运动的方法 4 界面相方法 5 动力学方法 6 物理 机械性能测试方法 14 增容剂和界面相的作用是什么 增容剂的作用相当于是表面活性剂 可降低界面张力和增加界面层的厚度 嵌段共聚物和 接枝共聚物常用作增容剂 增容剂也可以在共混过程中原位生成 P296P331 界面相不仅是连接基体和增强体的纽带 也是应力传递 阻止裂纹扩展和缓解应力集中的 桥梁 因此对复合材料的性能产生重要的影响 15 试叙述导电和导热复合材料的形态特征 P318 321 1 导电复合材料 当导电相物质分散在聚合物基体中生成填充型聚合物基导电复合材料 1 密度低 2 可供选择的导电性范围大 体积电阻率范围为 10 3 1010 3 耐腐蚀性强 4 优良的加工性能 容易加工成各种复杂结构形状 的零件 可大批量生产 5 成本较低 2 导热复合材料 高分子材料的热传导率较低 可加入热导率高的填料 如金属或碳材料 制备导热复合材料 导热复合材料的制备和导电复合材料一样 填料含量对热导率的影响与对电导率的影响有很大的区别 不存在渗逾阈值 热导率的 提高幅度远小于电导率 银纹现象时聚合物在张应力作用下 于某种材料某些薄弱部位出现应力集中而产生局 部的塑性形变和取向 以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为 100 m 宽度 为 10 m 左右 厚度为 1 m 的微细凹槽或 裂纹 现象 银纹现象是高聚物在溶剂 紫外光 机械力和内应力等作用下引起的形同微裂纹状的 缺陷 光线照射下呈现银白色光泽 长度可达 100 m 厚约 1 10nm 由银纹质 高度取向 的高分