2012川大考研复试 高分子材料类.doc

1高分子结构与性能的关系 ： 以高分子化合物为基础的材料。包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。分类 高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。此外，高分子材料按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。加工工艺 高分子材料的加工成型不是单纯的物理过程，而是决定高分子材料最终结构和性能的重要环节。除胶粘剂、涂料一般无需加工成形而可直接使用外、橡胶、纤维、塑料等通常须用相应的成形方法加工成制品。一般塑料制品常用的成形方法有挤出、注射、压延、吹塑、模压或传递模塑等。橡胶制品有塑炼、混炼、压延或挤出等成形工序。纤维有纺丝溶体制备、纤维成形和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等。在成型过程中，聚合物有可能受温度、压强、应力及作用时间等变化的影响，导致高分子降解、交联以及其他化学反应，使聚合物的聚集态结构和化学结构发生变化。因此加工过程不仅决定高分子材料制品的外观形状和质量，而且对材料超分子结构和织态结构甚至链结构有重要影响。2功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。按照功能来分类1化学功能 离子交换树脂、螯合树脂、感光性树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、高分子增感剂、分解性高分子等. 2.物理功能 导电性高分子（包括电子型导电高分子、高分子固态离子导体、高分子半导体）、高介电性高分子（包括高分子驻极体、高分子压电体）、高分子光电导体、高分子光生伏打材料、高分子显示材料、高分子光致变色材料等. 3.复合功能 高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等. 4.生物、医用功能 抗血栓、控制药物释放和生物活性等 . 按照功能特性通常可分成以下几类（1）分离材料和化学功能材料 （2）电磁功能高分子材料 （3）光功能高分子材料 （4）生物医用高分子材料3高分子材料在各领域的应用及前景1 高分子材料的发展现状与趋势高分子材料作为一种重要的材料, 经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说, 人类已进人了高分子时代。高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。鉴于此, 我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向：工程塑料，复合材料，液晶高分子材料，高分子分离材料，生物医用高分子材料。近年来,随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进 步的发展, 高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃,并取得了重大突破。2 高分子材料各领域的应用高分子材料在机械工业中的应用高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛, “ 以塑代钢” 、“ 塑代铁” 成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围,使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出, 在某些有机溶剂 如煤油、砂浆混合液中, 其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板, 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 对金属的同比磨耗量比尼龙小, 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学润滑等改性, 其摩擦系数和磨耗量更小, 由于其良好的机械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属, 还能取代铸铁和钢冲压件。2 高分子材料在燃料电池中的应用高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响, 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻, 获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是电池运转时保水率降低, 又要影响电解质膜的导电性, 所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术, 保证了膜的优良导电性, 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。PEFC的发展离不开新材料的发现及其在燃料电池中的应用, 今后随着高性能、低成木的高分子材料开发研究, 有希望促进实现商业应用, 成为新的产业增长点。现在一批新的高分子材料如增强型全氟磺酸型高分子质子交换膜耐高温芳杂环磺酸基高分子电解质膜纳米级碳纤维材料新的一导电高分子材料等等, 已经得到研究工作者的关注。3 高分子材料在现代农业种子处理中的应用及发展高分子材料在现代农业种子处理中的应用：新一代种子化学处理一般可分为物理包裹利用干型和湿形高分子成膜剂, 包裹种子。种子表面包膜利用高分子成膜剂将农用药物和其他成分涂膜在种子表面。种子物理造粒将种子和其他高分子材料混和造粒, 以改善种子外观和形状, 便于机械播种。/fzkxygc/2012/0320/lw201203201538562988.html高分子材料在现代农业种子处理中研究开发进展：种子处理用高分子材料已经从石油型高分子材料逐步向天然型以及功能型高分子材料的方向发展。其中较为常见和重要的高分子材料类型包括多糖类天然高分子材料, 具有在低温情况下维持较好膜性能的高分子材料, 高吸水性材料, 温敏材料, 以及综合利用天然生物资源开发的天然高分子材料等, 其中利用可持续生物资源并发的种衣剂尤为引人关注。4 高分子材料在智能隐身技术中的应用智能隐身材料是伴随着智能材料的发展和装备隐身需求而发展起来的一种功能材料,它是一种对外界信号具有感知功能、信息处理功能、自动调节自身电磁特性功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料/系统。区别于传统的外加式隐身和内在式雷达波隐身思路设计,为隐身材料的发展和设计提供了崭新的思路,是隐身技术发展的必然趋势 ,高分子聚合物材料以其可在微观体系即分子水平上对材料进行设计、通过化学键、氢键等组装而成具有多种智能特性而成为智能隐身领域的一个重要发展方向，在这里只对雷达波智能隐身材料作说明：雷达是迄今为止最为主要和有效的远程电子探测设备,随着雷达技术的改进和发展,现代雷达对各种军用目标构成了致命的威胁,雷达波隐身仍然是目前隐身技术发展的重点,雷达波智能隐身是雷达波隐身发展的一个重要方向,据报道，用智能纤维增强的一种导电聚合物作为隐身的结构材料在雷达波智能隐身中得到了应用,不仅降低了雷达散射的截面,同时还把飞机的质量减轻了50% ,雷达波智能隐身的一大热点是动态适应雷达吸波材料，该种材料能够感应入射的电磁波,实时调节材料的电磁参数,使材料吸收峰处在入射波电磁频谱,以对特定频率电磁波的强吸收。银和AgBF4对声波也具有良好的隐身效果(12% ,质量分数)和AgBF4 的导电聚合物 ,对于含40% PANi. HBF4 的导电聚合物,该导电聚合物能够作为动态自适应雷达吸波材料,其本质在于对其施加电压后其电磁参数可以调节,其原理是一旦对导电聚合物施加电压后会发生如下反应: PANi. HBF4 +AgPANi.H0 +AgBF4其中左边易导电,右边不易导电,施加电场后向易导电的方向发展。通过施加电压不同,调节了导电聚合物的电磁参数,从而能够使电磁波在聚合物内的波长发生改变,用两层导电聚合物配置成Jaumann雷达吸收体 ,上层厚度为d1 ,下层厚度为d2 ,每层导电聚合物的电磁参数都可以调节,这样可使该吸收体具备了宽频下强吸收的能力。高分子的发展前景高分子材料技术的创新研究 1.高分子材料的化学合成多品种的合成高分子材料虽然体现了多用途的使用价值，但却增加了材料合成与制备的复杂性和材料回收再利用的难度。因为不同品种的高分子材料是由不同的原料单体采用不同的合成技术制得的，要采用不同的技术进行分类后才能回收再利用。如果能开发一种化学合成技术，实现分子结构和立体结构的调控，达到由一种或有限的几种原料单体，制得具备不同性质、满足多种需求的高分子材料.2.高分子材料的物理合戍高分子材料的作用和功能的发挥，不仅取决于化学合成形成的分子链的化学结构，还取决于分子链间的非化学成键的相互作用的支撑和协调。分子链间的非化学成锭的相互作用的形成，可以通过所谓的物理合成方法来实现。利用外场的物理作用，在一确定的空间或环境中像搬运积木块一样地移动分子链，采用自组合、自合成或自组装等方法，靠分子链间的相互作用，构建具有特殊结构形态的分子链聚集体。如果再在分子链聚集体中引发化学成键，则能得到具有高度准确的多级结构的高分子材料。这种物理合成的方法对获得大面积高分子功能薄膜材料和器件很有意义。3.高分子材料的仿生合成和生命活性化日光、二氧化碳和水经过植物的合成，成为可以使用的高分子材料（如天然橡胶等）。柔蚕将桑叶合成蚕丝，蜘蛛将体液合成蜘蛛网，可以得到别具特色的纤维材料。自然界中生物体的这种活性反应器和活性催化剂的功能和作用，正是高分子材料的仿生合成可惜鉴之处。传递着所有生命过程的生物大分子，与合成高分子一样都是长链分子，但由于难以在合成高分子的分子链上接上确定的序列结构，难以形成精确的链折叠和链间组装，合成高分子表现不出生命活性。生命大分子结构的精确、活性的专一和功能的多元，对合成高分子材料的生物应用提出了挑战。合成高分子材料与生物工程学和生命科学的结合，不仅能开发出更多的生物医用高分子材料，还能制备出与生物高分子一样精确的序列结构，组装成类似细胞那样能控制生命过程的生物活性合成高分子材料，也能得到连接细胞与计算机、沟通生命与信息的合成高分子材料。4.高分子材料的智能化材料的智能化是未来各类材料发展的一个方向。智能化是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节、修饰和修复。高分子材料中长链分子的丰富构象变化及较弱的分子链间相互作用，赋予高分子材料以自适应性。高分子表现出的其结构、作用和功能随外界环境而变化的软物质特征，是高分子材料作为智能材料应用的基础。高分子材料的发展前景1.改善高分子材料对资源的依赖当代合成高分子材料主要依赖石油这种化石资源。石油的生成是一个浸长的地质过程，石油资源正日益减少而又无法及时再生，因此，有必要寻找可以替代石油的其他资源来作为合成高分子材料的原料来源。解决的途径可以是天然高分子的利用，也可以探索无机高分子材料的合成。结合基因工程的方法，促使植物产生出更多的可直接利用的天然高分子，或可供合成高分子材料需要的原料单体。无机高分子泛指主链原子是除碳以外的其他原子形成的长链分子。无机高分子的原料来源丰富且多样，已知约有四五十种无机元素可以形成长链分子。如地球上储量最丰富的硅元素，可以合成得到主链全部是硅原子且具有有机侧链的聚硅烷材料。这种聚硅烷既可用作结构材料又可用作功能材料，还可以制得氮化硅结构陶瓷材料。2.加强高分子材料与环境的协调合成高分子材料的生产要尽可能实现绿色化学过程，高分子材料的应用耍体现绿色材料的概念。研究高分子材料的环境同化，强化环境友好的特征，实现高分子材料的生物降解、无害焚烷或循环再生。增加高分子材料的循环和再生使用的价值和效率，减少对环境的污染乃至用高分子材料治理环境污染。探索化学合成、物理合成或仿生合成的新概念、新方法，利用植物或微生物比如生物催化剂或菌种，进行有实用价值的高分子的合成，在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行台成，甚至利用日光、二氧化碳和水合成高分子材料等等。研究高分子材料与生态环境的相互影响，实现高分子材料与生态环境的和谐等。当代材料领域的科技研究和产业开发具有以下特点：传统材料（钢铁、陶瓷和有机高分子）之间的界限变得越来越模糊而融合变得更明显，如无机高分子材料和有机无机杂化材料的应用等；通用材料与功能材料之间的相互渗透越来越明显，更多的通用材料会同时具有某些功能特性，而功能材料也会显现通用性；材料中原子和分子组合配置的精确设计和精确制备，以及纳米尺度上其结构、性质的观察和测量变得更重要，如化学制备智能材料、生命材料和单分子薄膜器件等；材料的传统研究方法与当代信息社会提供的新技术的结合变得更为必要，如计算材料科学等。这些特点表明一个材料发展的新时代已经到来。二、塑料加工工业与科技的发展趋势对于高分子科学的今后发展趋势，有人认为可能是生物高分子的发展时期。在这期间：一方面继续对原有的高分子材料开发新的用途，如建筑和包装材料的新用途，并对原有的生产和加工技术继续改进。为宇航技术的需要探索开发耐高温、高强度及高模量的新材料；另一方面，为工、农业生产和医学上的特殊需要，向功能高分子、生物化学高分子方面开拓发展，如生物膜、高分子催化剂、半导体、超导体，医用生物构件(假牙、仿生血管及心瓣)等。此外在探索生命起源、控制遗传机理等领域，生物高分子的研究已与生物和遗传工程结合在一起，成为一个十分重要的科学领域，并且正向高分子材料的分子设计方向发展。对现有的各种聚合物进行改性仍是目前和今后一段时间内对高分子材料进行开发和应用研究的主要任务。从发展趋势看，主要是致力于提高聚烯烃类和苯乙烯类通用热塑性弹性体的性能，以及推出使用互溶的各种聚合物合金型和采用动态硫化技术的新型热塑性弹性体。聚合物加工工业今后的任务除了继续扩大和完善新的聚合物高分子材料品种之外，对各种添加剂继续向低毒、高效和非污染的方向发展。另外是积极开发橡胶配合剂的造粒和复配技术，特别是正在大力开发加工型助剂，如分散剂、均匀剂、增塑剂、脱模剂、抗硫化返原剂、增粘刑、塑解剂，阻燃剂和防焦剂等，以改善胶料的工艺加工性能，节约能耗、提高产品质量、满足高速加工设备和高效加工工艺的要求，并减少环境污染、提高配料的准确性和发挥助剂的协同效能。1. 试述热固性塑料成型时，压缩粉中的水分对预压和模压的影响。2. 单螺杆挤出机与双螺杆挤出机在固体物料的输送上有何不同？3. 挤出管材制品时表面粗糙的原因是什么？如何克服？4. 简要分析保压时间对注塑收缩率的影响，实际操作中如何控制保压时间？5. 什么是退火处理？注射制品进行热处理的目的是什么？6. 为什么聚乙烯泡沫塑料中不易产生高发泡倍率的制品，一般通过什么方法来生产高发泡倍率制品？7. 树脂和增塑剂的相容性的定义什么？如何确定他们的相容性？8. 分析热固性塑料的固化速率对模压成型制品质量和生产率的影响（考虑制品厚度）9. 如何从工艺和设备方面提高单螺杆挤出机的固体输送能力？10. 是比较开炼机，密炼机，单螺杆挤出机的混炼特点11. 在分散体中有溶胶和凝胶之分，请说明两者的区别？12. 注射成型时模具温度选择的原则是什么？温度对流动性，制品密度，结晶度，内应力和收缩率有什么影响/13. 以硬质PVC透明片材为例，说明压延成型的工艺过程。14. 生产挤出制品时，应考虑哪些问题？15. 生产模压制品，应怎样确定模压温度，模压温度对成型有什么影响？16. 根据挤出理论，怎样才能提高熔体输送率和提高基础稳定性？17. 什么是吹塑薄膜冷冻线？哪些因素影响冷冻线的位置？18. 单螺杆挤出机的螺杆第一段的作用是什么？挤出公式中各符号的意义是什么？如何从工艺和设备上提高Qs?19. 某一注射成型制品呈现缺料，凹痕等缺陷，你认为是什么原因造成的？试结合尼龙原料的特点，说明尼龙在注射成型时应注意哪些问题，你在工艺上应采取哪些有效的措施？20. 如何提高PVC泡沫塑料发泡率？21. 压缩模塑时原料的硬化速率对模压过程和制品有什么影响？22. PE,PVC哪一种在吹塑过程中出现冷冻线？为什么？23. 分析挤出管材制品式冷却定型方式对管材制品外观的影响？24. 模腔未充满，制品缺料是什么原因？25. 注射制品后处理的方式和目的是什么?GC ：Gas Chromatography 气相色谱法 用气体作为移动相的色谱法。根据所用固定相的不同可分为两类：固定相是固体的，称为气固色谱法；固定相是液体的则称为气液色谱法 气相色谱系统由盛在管柱内的吸附剂或惰性固体上涂着液体的固定相和不断通过管柱的气体的流动相组成。将欲分离、分析的样品从管柱一端加入后，由于固定相对样品中各组分吸附或溶解能力不同，即各组分在固定相和流动相之间的分配系数有差别，当组分在两相中反复多次进行分配并随移动相向前移动时，各组分沿管柱运动的速度就不同，分配系数小的组分被固定相滞留的时间短，能较快地从色谱柱末端流出液质联用(LC-MS)主要可解决如下几方面的问题：不挥发性化合物分析测定；极性化合物的分析测定；热不稳定化合物的分析测定；大分子量化合物（包括蛋白、多肽、多聚物等）的分析测定；一般没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或自己解析谱图。 所以目前液质联用在环境领域主要应用于有标准IR，红外光谱 当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法 应用： 红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能应用，无机、有机、高分子化合物都可检测。此外，红外光谱还具有测试迅速，操作方便，重复性好，灵敏度高，试样用量少，仪器结构简单等特点，因此，它已成为现代结构化学和分析化学最常用和不可缺少的工具。红外光谱在高聚物的构型、构象、力学性质的研究以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域也有广泛的