1聚合物改性习题(答案).doc

聚合物改性练习题一、名词解释1. 聚合物共混答：是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。2. 乳液共混答：是指将两种或两种以上的聚合物乳液进行共混的方法。3. 相容性答：是指共混物各组分彼此相互容纳、形成宏观均匀材料的能力。4. 聚合物填充剂答：是指在聚合物基体中添加的与基体在组成和结构上不同的固体添加物。5. 纳米塑料答：是指无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中形成有机/无机纳米复合材料，在纳米复合材料中，分散相的尺寸至少在一维方向小于100纳米。6. 高分子合金答：是指含多种组分的聚合物均相或多相体系，包括聚合物共混物和嵌段、接枝共聚物。而且，高分子合金材料通常具有较高的力学性能，可用作工程塑料。因而，在工业上又常常称之为塑料合金。7. 共混物形态的三种基本类型答：（1）均相体系；（2）“海-岛结构”；（3）“海-海结构”。8. 共混物的相界面答：是指两相（或多相）共混体系相与相之间的交界面。9. “软包硬”规律答：是指共混组分的熔体粘度对共混形态的影响规律；即粘度低的一相总是倾向于生成连续相，而粘度高的一相总是倾向于生成分散相。 10. 两阶共混答：两阶共混分散历程由我国学者提出。方法是将两种共混组分中用量较多的组分的一部分，与另一部分的全部先进行第一阶段共混。在第一阶段共混中，要尽可能使两相熔体粘度相等，且使两组分物料用量也大体相等，在这样的条件下，制备出具有“海-海结构”的两相连续中间产物。11.共混改性共混的本意是指两种或两种以上的聚合物经混合制成宏观均匀材料的过程。广义的共混包括物理共混、化学共混和物理/化学共混。共混改性可以在开炼机、密炼机、挤出机等聚合物加工设备中完成。12. “均一性”和“分散度” “均一性”是指分散相浓度的起伏大小，可以采用数理统计的方法进行定量计算；“分散度”则是指分散相颗粒的破碎情况，以分散相平均粒径来表征。13. 共混工艺因素共混工艺因素包括共混时间、共混温度、加料顺序、混合方式等诸多因素，它们对共混物性能具有重要影响。14. 熔融共混设备 常见熔融共混设备包括开炼机、密炼机、挤出机等。15.塑炼橡胶生胶在混炼之前，不加任何助剂，单纯利用机械力量对生胶进行加工，使生胶大分子断裂，变得柔软，以利于后续的加工和改性工艺的进行的过程。叫塑炼。16.相界面效应相界面效应由分散相巨大的比表面积引起，主要有力的传递效应，光学效应，诱导效应以及其它效应。17.共混物形态共混物形态有三种基本类型。即：均相体系；“海-岛结构”；“海海”结构；18. “等粘点”作用 两相粘度接近相等的一点被称之为“等粘点”。在等粘点附近最有利于获得良好的分散效果。19.聚合物等离子体改性通过等离子体对聚合物表面进行改性，使聚合物表面产生活性交联点，增加表面粘结能力以及湿润性能等。11. 简单混合简单混合是指分散相粒径大小不变，只增加分散相在空间分布的随机性混合过程。在聚合物共混中，采用高速搅拌机对聚合物的粉末原料进行混合，就属于简单混合。12. 亚微观结构指材料中大于分子结构小于宏观结构的结构，通常为纳米至微米级，常常决定材料的力学性能。二、判断正误并简单说明理由（20%）1.“海岛结构”是一种两相体系，且一相为连续相，一相为分散相。“海海结构”其实是均相体系，因为两种聚合物均匀分布，相互贯穿。错。因为“海海结构”也是两相体系，但两相皆为连续相。2.聚合物共混物的均相体系形态结构最好，因为均相体系共混物的性能往往超过各单组分单独存在时的性能。错。均相体系共混物的性能往往介于各组分单独存在时的性能之间。3.塑料的增韧原理之一，是尽量不让塑料在受到应力作用时产生银纹，因为银纹会导致材料被破坏。错。在塑料中的增韧颗粒要引发银纹，以耗散掉外力作用的能量，又要终止银纹，使其不至于对材料产生破坏。4.只能用柔性的橡胶颗粒对塑料基体进行增韧改性，刚性的粒子不能对塑料基体进行增韧。错。刚性的非弹性体可以对有一定韧性的塑料基体进行增韧。5.共混时间、共混温度、加料顺序、混合方式等工艺因素都可能对共混性能产生重要的影响。对。6.在两相共混组分中体积比多的一定是连续相，少的一定是分散相。错。影响共混物形态的因素很多，组分配比只是其中之一。由于影响共混物形态的因素的复杂性，使得在实际共混物中，组分含量多的一相未必就一定是连续相，组分含量少的一相未必是分散相。7.材料样品只有在受到剪切力作用时，才会产生剪切形变。 错。材料样品在受到拉伸力的作用时，也会发生剪切形变。因为拉伸力可分解出剪切应力分量。8.分散混合就是用高速搅拌机对聚合物粉末进行混合。错。采用高速搅拌机的混合只增加分散相在空间分布的随机性，属于简单混合过程。分散混合既要增加分散相分布的随机性，又要减小粒径，改变分散相粒径的分布。熔融共混过程属于分散混合过程。9.高分子薄膜都是不透气的。错。除了具有优良阻隔性的聚合物之外，气体对高分子膜有选择性透过性。10.硅橡胶是指主链以Si-O单元为主，以单价有机基团为侧基的线性聚合物弹性体。硅橡胶耐寒性极好，耐热性则仅次于氟橡胶。对。11. “海-岛结构”由于是两相体系，所以共混物的力学性能比均一体系的要差。答：错。均相体系的力学性能介于两种单一组分之间。而“海-岛结构”共混体系的力学性能可能高于均一体系。12.纳米粒子不但可以使聚合物基体的力学性能增强，而且可以改善粒子在基体中分散性能。答：错。纳米粒子可以增强聚合物基体的力学性能，但是影响聚合物的加工性能。反而使聚合物难以分散。13.在纤维增强聚合物基复合材料的过程中，纤维的表面活性越高，与基体的结合能力越强，其增强效果越好。答：错。纤维表面与基体结合过牢，是得基体与纤维如同同一相，反而失去增强作用。14.分散相总是比基体的强度和硬度高、刚度大。答：错。如果粘度高的一相有足够大的组分含量，也可以形成连续相。这时分散相的强度、硬度和刚度则可能较低。15.两阶共混分散历程可以降低分散相粒径同时也能使分散相粒径分布较窄。答：错。16.纳米塑料是由纳米塑料粉末作为原料制成的。答：错。纳米塑料是指聚合物中含有纳米结构并体现出纳米效应的塑料。17.在两组分熔体粘度接近相等的区域内，容易得到具有“海海结构”的共混物。答：对。18.使用单螺杆挤出机也可以使共混体系实现理想的分散效果。答：错。由于物料分散不充分，存在逆流和漏流，导致部分物料在料筒中停留时间过长，可能产生降解。故而不能获得理想的分散效果。19.将聚四氟乙烯用氢氧化钠进行表面处理，可以使其表面的湿润性和粘合性大大提高。答：错。氢氧化钠反应性不够。需要使用液氨中的钠-氨络合物或钠-萘络合物/THF溶液进行处理才行。20.聚合物共混物的形态可以用其玻璃化转变温度Tg来表征。对。如双组分共混物只有一个Tg为均相体系，各组分Tg基本没有位移为完全不相容型。各组分Tg相对靠近为部分相容。21.为了使“海-岛结构”两相体系共混物具有预期的性能，其分散相的平均粒径应控制在某一最佳值附近。对。分散相粒子接近于球形时，如果分散相粘度与连续相粘度接近相等，则分散相颗粒的粒径可达到一个最小值。通过控制工艺条件，可以控制平均达到最佳值。22.使用纤维增强材料对聚合物进行增强时，希望增强材料与基体产生化学反应，可以增加界面结合能力，提高力学性能。错。增强材料基体产生化学反应会损伤增强材料。而且，基体材料与增强材料之间如果结合能力过强，反而使材料的力学性能下降。23.刚性粒子也可以对塑料基体进行增韧改性。对。有机刚性粒子或者无机刚性粒子都可以对具有一定韧性的塑料基体进行增韧。24.聚合物熔融共混的时间越长，其分散相粒径越小。错。在共混过程的初始阶段占主导地位的是破碎过程，随着分散相粒子的粒径变小，分散相粒子数目增多，积聚过程的速度就会增大。在破碎过程与集聚过程之间，就可以达到一种平衡状态。分散相粒径也达到一平衡值，这就是“平衡粒径”。在此之后，粒径不可能更小。三、请给下列聚合物填上英文缩写名称（10%）(一)1.（PET ） 2.（PP） 3.（PVC） 4.（NBR） 5.（ABS）6.（PMMA） 7.（POM）8.（PS） 9.（SBR） 10.（PC）（二）1.（聚对苯二甲酸乙酯 ） 2.（聚丙烯） 3.（聚氯乙烯） 4.（丁腈橡胶） 5.（丙烯腈-丁二稀-苯乙烯共聚物）6.（聚甲基丙烯酸甲酯） 7.（聚甲醛）8.（聚苯乙烯） 9.（丁苯橡胶） 10.（聚碳酸酯）（三）1. 给下列聚合物选择正确的英文缩写：（1）聚苯乙烯（ b ）；（2）聚硅氧烷（ c ）；（3）聚四氟乙烯（ d ）；（4）涤纶树脂（ a ）；（5）乙丙橡胶（ g ）；(a) PET；(b)PS；(c)SI；(d)PTFE；(e)PVC；(f)ABS；(g)EPM；(h)NBR2. 偶联剂是这样一种试剂（ a, c ）：（此空2分）（A） 它既能与纤维反应，又能与基体反应；（B） 它能与纤维反应，但不与基体反应，也不与基体相容；（C） 它能与纤维反应，不与基体反应，但与基体相容；（D） 它不与纤维反应，但与基体反应或相容；3.通常采用氯含量为（ b ）的CPE作为PVC的增韧改性剂。(a) 14%；(b)36%；(c)48%；(d)62%；(e)84%；4.下列助剂中可以作为增强剂的是（ b ）：(a) 玻璃微珠；(b)炭黑；(c)粉煤灰；(d)氢氧化铝5.经过等离子体处理后聚合物基体不能获得改性效果是（ b ）：表面亲、疏水改性；(b)增强力学性能；(c)增加粘接性；（四）3. 给下列聚合物选择正确的英文缩写：（1）聚氯乙烯（ f ）；（2）聚碳酸酯（ b ）；（3）聚酰胺（ e ）；（4）聚甲基丙烯酸甲酯（ a ）；（5）丁苯橡胶（ h ）；(b) PMMA；(b)PC；(c)NBR；(d)PI；(e)PA；(f)PVC；(g)PEEK；(h)SBR4. 颗粒增强体是这样一种助剂（ b,c ）：（此空2分）（A） 是一种粒状填料；（B） 用于改善基体的力学性能；（C） 可分为刚性和延性两种；（D） 起填充体积作用；3.通常采用（ b ）法测定聚合物的表面自由能。(a) 吸附法；(b)接触角；(c)电化学法；4.下列助剂中不可以作为增强剂的是（ a ）：（a）玻璃微珠；(b)炭黑；(c)白炭黑；5.填充后可增加聚合物导电性的填料是（ b ）：(a) 轻质碳酸钙；(b)炭黑；(c)云母片；（五）1.下面的聚合物中哪一种是人造高分子材料（ a ）？a. 粘胶纤维； b. 尼龙1010； c.凯夫拉纤维；d.腈纶；2.哪一位科学家发现了橡胶硫化交联的改性方法（ d ）？a.Baekeland；b. Caruthers；c. Zieglar-Natta；d. Goodyear；3.下列聚合物中哪一种聚合物阻隔性能最好（ c ）？a. HPVC薄膜； b.ABS薄膜； c.PVDC薄膜； d.HDPE薄膜；4.在聚合物两阶共混的第一阶段中，要尽可能使两相熔体粘度相等，且使两组分物料用量也大体相等，制备出具有“（ b ）结构”的中间产物。a.海岛； b.海海； c.分散； d.均匀；5.下列基体材料中，哪一种是可以作为非弹性体增韧的有一定韧性的塑料基体（ a ）。a.PC塑料； b.PMMA塑料； c.PS塑料； d.PVC塑料；四、举例说明接枝、嵌段共聚改性及互穿聚合物网络等对聚合物的化学法改性。（10%）五、下图是A、B两组分形成的共混组分的溶体粘度与配比对形态的综合影响示意图。请你指出等粘点在什么地方？“海-海结构”在什么区域？在A-2区的阴影部分A组分和B组分哪一相是连续相，那一相是分散相，为什么？（10%）七、CPE是什么聚合物，用来改性PVC起什么作用？CPE在对PVC进行改性时，什么参数对改性效果影响最大？一般控制在什么范围？（10%）CPE即氯化聚乙烯。是一种性能优良的热塑性弹性体，是粉状高密度聚乙烯（HDPE）在水相中悬浮氯化而制得的一种弹性材料。氯含量为25%40%的CPE具有弹性体的性质。以氯含量为36%的CPE与PVC的相容性较好，可用于PVC的共混改性。通常采用氯含量为36%的CPE作为PVC的增韧改性剂。 将CPE和PVC树脂共混，可使PVC硬制品具有优良的耐冲击性、耐寒性、耐候性，此外，制品的耐热性、耐化学药品性也得到较大的改善。八、填料的基本特性有哪些？其中细度和表面性质对填充效果有什么影响？（10%）填料的基本特性包括填料的形状、粒径、表面结构、相对密度等等，这些基本特性对填充改性体系的性能有重要影响。填料的细度是填充剂最重要的性能指标之一。颗粒细微的填充剂粉末，可在聚合物基体中均匀分散，从而有利于保持基体原有的力学性能。而颗粒粗大的填充剂颗粒，则会使材料的力学性能明显下降。填充剂的改性作用，如补强、增韧、提高耐候性、阻燃、电绝缘或抗静电等，也要在填充剂颗粒达到一定的细度且均匀分散的情况下，才能实现。填料的细度可用目数或平均粒径来表征。 譬如，纳米级粒子的表面积可达30/g以上。于超细粉末填料，亦常用比表面积 填料的表面形态也多种多样，有的光滑（如玻璃微珠），有的则粗糙，有的还有大量微孔。填料表面的化学结构也各不相同。譬如，炭黑表面有羟基、内酯基官能团，对炭黑性能有一定作用。填料也常常通过表面处理，使表面包覆偶联剂等助剂，以改善其表面特性。九、简述有机硅偶联剂对聚合物与金属或无机物偶联的作用机理。（10%）十、用界面自由能与共混过程中的动态平衡问题说明平衡粒径的产生过程。（15%）答：在共混过程中，分散相组分是在外力作用之下被逐渐分散破碎的。当分散组分破碎时，其比表面积增大，界面能相应增加。而分散离子相互碰撞而凝聚，则可使界面能下降。也就是说，分散相组分的破碎过程需要外力，而分散相粒子的凝聚则可以自发进行。在刚开始共混时，破碎过程为主。当随着破碎过程的进行，分散相粒子粒径逐渐变小，粒子数逐渐增多，粒子间相互碰撞而发生凝聚的几率增加，导致凝聚速度增加。当凝聚过程与破碎过程的速度相等时，就可以达到一个动态平衡。此时分散相粒径也达到一个平衡值，这以平衡值被称为“平衡粒径”。十一、在弹性体增韧塑料体系中，为什么用颗粒大一些的橡胶颗粒增韧脆性基体，而用粒径小一些的橡胶颗粒增韧韧性基体。（15%）答：对于脆性基体，橡胶颗粒要引发银纹，又要终止银纹，其粒径要大一些。例如，热塑性弹性体SBR增韧PS体系，PS是脆性基体，SBS颗粒的粒径以1m左右为宜。对于韧性基体，橡胶颗粒主要引发剪切带，又不需要其终止银纹，橡胶颗粒的粒径就要小一些。例如，三元乙丙橡胶（EPDM）增韧尼龙(PA)体系，PA是韧性基体，EPDM的粒径可为0.11.0m。 在橡胶增韧塑料体系中，橡胶颗粒的粒径分布宜窄不宜宽。这是因为过小的橡胶粒子不能发挥增韧作用，而过大的橡胶粒子不仅影响体系中的橡胶颗粒总数，而且会对力学性能产生不良影响。十二、用什么方法控制分散相粒径？（15%）答：1.足够的共混时间：分散相粒子破碎的难易与粒子的大小有关。共混过程伴随着分散相粒径的减小和粒径的自动均化过程。因而，为了达到降低分散相粒径和使粒径均化的目的，应该保证有足够的共混时间。 2.控制熔体粘度：提高连续相粘度或者降低分散相粘度，都可以使分散相粒径降低。但是，连续相粘度的提高与分散相粘度的降低，都是有一定限度的，要受到一定的制约。 3.遵循“软包硬”规律：在共混过程中，熔体粘度较低的一相总是倾向于成为连续相，而熔体粘度较高的一相总是倾向于成为分散相。这一规律被形象地称之为“软包硬”规律。 4.利用“等粘点”：在两相粘度接近于相等的情况下，最有利于获得良好的分散效果。两相容体粘度相等的一点，被称为“等粘点”。研究结果表明，在两相粘度相等的情况下，若其它因素不变，可获得最小的分散粒径。5.加入相容剂：与未加相容剂的共混物相比，加入相容剂的共混的分散相粒径明显变小。十三、共混工艺如何影响共混物的性能？（15%）答：影响共混物性能的共混工艺因素有：共混时间、共混温度、加料顺序、混合方式等。1.共混时间的影响。随着混合时间的延长，两相体系中分散相的粒径变小，粒径分布趋于均匀。这些因素可使共混物性能提高。但是，共混时间过长，则会使聚合物降解，反而导致性能下降。2.共混温度的影响。共混温度会影响物料的粘度，进而影响分散相物料的破碎与分散过程，并影响共混体系的形态与性能。对于不同的共混体系，都有特定的较为适宜的混合温度。3.加料顺序的影响。加料顺序是影响共混物性能的重要因素。例如，对于PVC/ABS共混物，混合时应先将PVC与稳定剂、增塑剂混合，在加入ABS，也就是采取“二段加料法”。这是因为ABS与助剂的相容性高于PVC，如果采用一段加料法，PVC相中就分配不到足够的助剂，无法充分塑化。4. 混合方式的影响。包括加料顺序、两阶共混等工艺都影响共混物性能。十四、以双组分共混体系为例，利用共混组分熔体粘度与配比对形态综合影响示意图说明等粘点的重用性，及其与组分含量的关系。（15%）答：说明组分含量在26%至74%之间时软包硬规律的应用以及等粘点的重要性。十五、在进行橡胶混炼时按照塑炼填充剂氧化锌硫化促进剂TT硫磺的顺序进行。能否将按照塑炼硫磺硫化促进剂TT填充剂氧化锌的顺序进行，为什么？（10%）答：不行。硫磺较如过早，会产生早期硫化及焦烧，影响硫化胶的力学性能。十六、弹性体增韧与非弹性体增韧在增韧改性剂、增韧对象、对力学性能的影响等方面有什么不同？两种增韧体系有什么相同之处？（10%）答：非弹性体增韧剂使脆性塑料，弹性体增韧剂是橡胶。非弹性体增韧对象是有一定韧性的基体，弹性体增韧对象可以是韧性基体，也可以是脆性基体。非弹性体增韧在提高材料冲击性能的同时，并不会降低材料的刚性，弹性体增韧会随着弹性体用量的增加而使材料的刚性下降。十七、用一个具体的事例说明聚合物共混改性在实际工作中运用。（15%）答：略。十八、用轮胎作为原料制备的精细胶粉能否成为制备热塑性弹性体？（15%）答：能。使用热塑性树脂作为基体，胶粉作为分散相。只要胶粉具有足够的细度，就可以制成热塑性弹性体。十九、为什么两阶共混法可以有效地提高共混产品的质量。（10%）答： 两阶共混法将两种共混组分中用量较多的组分的一部分，与另一组分的全部先进行第一阶段共混。在这个阶段中，要尽可能使两相粘度相等，且使两组分物料用量也大体相等，在这样的条件下，制备出“海-海结构”的两相连续中间产物。在第二阶段，江组分含量较多物料的剩余部分，加入到“海-海结构”的中间产物中，将“海-海结构”分散，可制成具有较小分散相粒径，且分散相粒径分布较为均匀的“海-岛结构”两相体系。二十、如果用粉煤灰作为塑料填充剂，需要对粉煤灰进行哪些方面的加工处理。（15%）答：首先要分级。因为粉煤灰的粒径分布太宽。然后需要对粉煤灰表面进行处理，因为粉煤灰表面太光滑，没有化学活性。二十一、共混体系熔体黏度在对共混过程和体系形态有什么影响，如何调控共混体系熔体黏度。（10%）对于熔融共混体系，共混组分的熔体粘度是影响共混物形态的重要因素。关于共混组分的熔体粘度对共混物形态的影响，有一个基本规律：粘度低的一相总是倾向于生成连续相，而粘度高的一相则总是倾向于生成分散相。这一规律被形象地称为“软包硬”，意思为粘度低的一相为“软相”，粘度高的一相为“硬相”，软相倾向于包裹硬相。熔体粘度对共混过程及分散相粒径有重要影响。因而，对于熔体粘度进行调控，就成了共混过程的调节中需要考虑的重要因素。粘度调节的方法有温度调节、助剂调节、改变相对分子质量等。温度调节是对熔体粘度进行调控的最有效的方法。利用不同物料对温度变化的敏感性的不同，常常可以找到接近于两相等粘的温度。填充剂、软化剂等助剂可以调节物料的熔体粘度。例如在橡胶中加入炭黑，可以使熔体粘度升高；给橡胶充油，则可以使熔体粘度降低。聚合物的相对分子质量也是影响熔体粘度的重要因素。在其它性能许可的条件下，适当调节共混组成的相对分子质量，将有助于熔体粘度的调控。二十二、举例说明共混体系的相容化过程？（10%）PP与PE相容性不好，应添加相容剂。此外，交联也是改进PP/PE体系性能的方法。可在PP/PE体系中添加三烯丙基异三聚氰酸酯（TAIL），并进行辐射交联。由于TAIC主要分布在PP/PE共混物的相界面，所以交联反应可以改善两相间的界面结合，使PP/PE共混物性能提高。添加相容剂或者辐射交联的过程，使两种组分结合性能变好，就是相容化。 二十三、简论PE、PVC、PP三种类型塑料的特点和主要缺点。（10%）聚乙烯（PE）是产量最高的塑料品种。PE有多种品种，包括高压聚乙烯（LDPE）；以及低压聚乙烯（HDPE）。此外，还有线形低密度聚乙烯（LLDPE）。还有一类超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。PE具有价格低廉、原料来源丰富、综合性能较好等优点。但也有一些缺点，如软化点低、拉伸强度不高、耐大气老化性能差、对烃类溶剂和燃油类阻隔性不足，等等。 聚氯乙烯产量仅次于聚乙烯（PE）占第二位。聚氯乙烯（PVC）树脂来源丰富，而且具有刚性好、强度高、阻燃、耐腐蚀、电气绝缘性能好以及