高分子材料与加工考题知识点

复习课主要内容1 在工业上获得成功应用的“高分子材料”在概念上要具有哪些方面的特点或要求？（重要）a有一定的力学性能；b兼或同时具有一定的功能特性；c具有一定的可加工性；d市场价值（经济价值）；e环保、节能、安全特征（社会价值）。要求：可满足生产或生活中的某种需要，并能够参与社会经济发展的循环过程。2为什么聚合物流体通常被认为是软物质或复杂流体？（理解，不需掌握）软物质：即复杂流体，主要特征是易形变，弱力引起大形变。聚合物流体同软物质都是多层次多尺度，小刺激产生大变化。3如何理解“流动”？（重要）流动：运动单元在外场作用下相对运动并损耗能量。聚合物流体的流动现象：聚合物流体某尺寸水平上的运动单元在外场作用下相互间产生相对运动并损耗能量的现象。4 为什么高分子材料往往需要在加工成型过程中对其流动性进行必要的调控？甚至有些高分子材料流动性的调控非常困难以至难以规模化工业生产？（了解）高分子材料通常不具有所需要的流动性，因此需要对其进行调控以实现材料的工业化生产。而高分子材料不具有所需要的流动的原因有：1时间尺度不匹配：基于聚合物流体在不同空间结构尺度上的相对运动而形成的聚合物流体流动往往超出高分子材料成型加工生产实际所需要的时间尺度要求，太慢或者太快。2分子链间的相互作用的影响：影响分子链间的相对运动，影响凝聚态结构及超分子结构的稳定性（破坏或重建）及其不同运动单元的相对运动。3分子链间相互作用形式：分子链间的相互作用是形成高聚物多姿多彩的凝聚状态的内在原因，是指大分子间存在的形式多样的次价键作用力分子间作用力，它们具有不同的强度、方向性及对距离和角度的依赖性，是材料结构自组织形成并发生演变的基础；包括： Van de Waals力、氢键及分子间配键作用。5为满足成型和加工的需要，通常如何获得或调控某些特定的高分子材料的流动性？（没记）a、主要调整温度压力等外在工艺技术条件，包括： Van de Waals力、氢键及分子间配键作用；b、主要对分子结构进行化学改性（如纤维素），或将化学结构控制和工艺技术条件控制相结合，如对一些天然高分子材料。c、主要优选并引入增塑剂等低分子物或超临界流体等介质，如对淀粉、PVC等聚合物材料。6 聚合物材料的可加工性通常包含哪些方面？（没记）1. 可模塑性：Mouldability 2. 可挤压性：Extrudability 3. 可纺性：Spinnability 4. 可延性：Stretchability7 熔融指数？熔融指数在实际的成型加工过程中有什么样的应用？其局限性？（重要）熔融指数（MI），全称熔液流动指数，或熔体流动指数，是在一定温度和压力作用下，10min内从特定毛细管中流出聚合物熔体的克数。应用：用MFI确定HDPE用途 ；利用MFI确定PP用途描述的是特定温度、流场条件下聚合物流体的流动性，并以此确定聚合物的牌号。其对聚合物流体流动性的表征具有局限性，熔融指数概念更多局限于PE、PP。8 什么是可挤压性？可模塑性？（明确定义或公式）可挤压性：聚合物通过挤压作用产生形变并由此获得形状和保持形状的能力。可模塑性：材料在一定温度和压力作用下产生形变并在模具中获得特定的形状、保持该形状的能力。9 什么是流变？什么是流变学？（明确定义或公式）流变：流动和变形，在本质上是材料某尺度上的运动单元在外场作用下产生相对运动，同时伴随因材料结构变化引起材料形变响应的现象或过程。流变学：研究流变的科学，即研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。10 什么是静态流变学？（明确定义或公式）又称稳态流变，研究单一方向稳态剪切作用下聚合物流体的流动和变形。11 什么是动态流变学？（明确定义或公式）研究周期性动态作用下聚合物流体的流动和形变。12什么是剪切速率？（明确定义或公式）剪切应力：单位面积上剪切力的大小。=F/A剪切速率：单位时间内，流体在剪切作用下流体产生的剪切应变。=d(dx/dy)/dt剪切速率的含义：(1)流体流动速度的梯度;(2)距离dy的液层在dt时间内相对移动的距离；(3)单位时间内，流体在剪切作用下流体产生的剪切应变。13什么是牛顿流体？其在结构上有什么特点？（没记）牛顿流体：满足牛顿定律（=）的流体。黏度不随剪切条件的改变而改变；剪切应力和剪切速率始终呈正比关系；流体内部结构不随剪切条件改变而变化。14 什么是牛顿粘度？（没记）=/15什么是表观粘度？（没记）不满足牛顿定律的流体为非牛顿流体，其粘度定义为表观粘度。是指在一定速度梯度下，用流速梯度除以相应的切力所得的商。16什么是假塑性流体？什么是涨塑性流体？什么是宾汉流体？分别具有什么样的结构特点？（没记）幂律定义为=Kn，n1微涨塑性流体，n1微涨塑性流体，n100时可忽略，不适于粘弹性特性很强的流体测定。3落球黏度计：主要用于测定流体的零切粘度，所得到的结果与分子结构及测定温度有关，得不到通常所言的流动曲线关系。4转矩流变仪：研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备，该流变仪提供了更接近于实际加工的动态测量方法，可以在类似实际加工的情况下，连续、准确可靠地对材料的流动性能进行测定。其两个转速不同，转向相反形成复杂的转子，在物料混合过程中能进行转矩大小的测定，反映物料混合情况及其能耗。36毛细管流变仪和旋转流变仪在用途上为什么分别适用于分别为聚合物流体的加工和聚合物流体的结构研究服务？毛细管流变仪在流体结构研究上有何不足？旋转流变仪为何不适用于为加工成型提供工艺条件上的依据？（了解）37乌氏粘度计在用于测试聚合物的相对分子质量大小时需要注意什么哪些方面？为什么？（重要）1浓度要在稀溶液范围内；2测出时间导出剪切速率，要求需在零剪切条件下，因此时间不可以太短，以减小误差；3要很好的清洗，因为易出现吸附作用而使毛细管内径相对减小，使测量不准确。38落球粘度计一般适用什么样的流体？为什么？（了解）主要用于测定流体的零切粘度，所得到的结果与分子结构及测定温度有关，得不到通常所言的流动曲线关系。39在使用旋转流变仪进行测试的时候，使用椎板和使用平行板存在什么不同？（重要）椎推板：使用椎板时剪切速率在样品各位置等同；平行板：剪切速率在板中位置为线性关系。40在高分子材料的成型与加工过程中，通常涉及的物理和化学变化有哪些？聚合物的加热、冷却、交联、结晶。（取向、降解）41在聚合物成型加工过程中有哪些加热方式？（1）外加热方式蒸汽加热：效率较低但不易过热；电加热：效率高、易控制、清洁，但易过热焦化；微波加热：清洁、高效、对反应有促进，但对设备依赖性大(微波焊接)；其它外加热方式：煤火加热(用于回收)。（2）内摩擦热：基于聚合物流体剪切变稀特性，由粘度反馈控制的结果使体系不易过热焦化，但容易引起部分聚合物的降解或交联。42什么是内摩擦热？其特点？内摩擦热：基于聚合物流体剪切变稀特性，由粘度反馈控制的结果使体系不易过热焦化，但容易引起部分聚合物的降解或交联。43环氧树脂常作为电子器件的封装材料，使用过程中的相应电子产品的寿命通常取决于封装材料的应力开裂，分析原因，并提出解决措施？44聚合物结晶度的测定方法有哪些？测定结晶动力学的方法有哪些？1，结晶度的测定方法：量热法、射线衍射法、密度法、红外光谱法、核磁共振波谱法。2，结晶动力学测定方法：用膨胀计测量聚合物在结晶过程中的体积变化45请分别列出你所知道的结晶聚合物和无定形聚合物品种？1，结晶聚合物：聚乙烯、等规聚丙烯、聚甲醛2，无定形聚合物：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、有机玻璃46什么是二次结晶？什么是后结晶？什么是后收缩？二次结晶：在成型加工过程中，结晶聚合物材料在一次结晶完成后，其中的非晶部分或结晶不完整的区域再次缓慢结晶的过程，通常很慢，可达几年甚至几十年。后结晶：成型加工过程完成后，制品中来不及结晶的部分继续结晶的过程。 后收缩：制品脱模后室温下放置1小时后所发生的收缩。如PP注射件后收缩约1-2%。后收缩的90%部分一般发生在脱模后的6小时以内，余下的10%约在10天之内完成，在脱模24小时后一般认为制品基本定型。47聚丙烯材料的尺寸稳定性一般较差，热收缩较大，不适合精密器件的加工制造，其原因是什么？如何改进？48聚丙烯通常容易在成型加工过程中出现真空泡，形成原因是什么？如何才能避免？49什么是取向？是指在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构。50在聚合物加工和成型过程中，聚合物流体一般存在两种流动形式，剪切流动和拉伸流动，两种流动形式可分别引起剪切取向和拉伸取向，请简单分析两种取向产生的温度条件？两种取向过程的主要特点分别是什么？给定拉伸比和定温下，温度越低越好（不低于玻璃化温度）；给定拉伸比和定温下，拉伸速度越快所得分子定向程度越高；给定拉伸比和定温下，拉伸比越大，定向程度越高；不管拉伸情况如何，通常对温敏的聚合物材料而言，其冷却速率越大，能保持定向程度越高。51聚合物产生降解的机理有哪几种？请分别举例说明？(1)热氧降解作用(2)力化学降解作用(3)光化学降解作用(4)发生水解、酸解等逆化学反应(5)催化降解作用（催化剂残留等）(6)生物降解作用等52 一般避免聚合物降解的措施要从哪些方面考虑？聚合物制品产生降解的表现或后果有哪些？判断聚合物制品中的聚合物组分是否发生降解的依据或方法有哪些？主要措施：(1)原料控制：聚合物工业合成或改性过程中引入的催化剂、引发剂、酸、碱等杂质的控制；聚合物分子链结构中双键、支链结构等的控制。(2)使用之前严格干燥：特别是对于聚酯、聚醚、聚酰胺等经缩合反应得到的聚合物。(3)确定合理的加工工艺技术和条件：T、P。(4)改善加工设备和模具结构：主要消除死角、缝隙、减少过长的流道、提高温度控制精度和冷却系统的工作效率。(5)适当引入稳定剂等加工助剂：提高聚合物分子量结构的稳定性（如PP），或改善聚合物流体流动性（如PVC）降解现象的主要后果：(1)聚合物制品的外观变坏，如颜色变黄(2)聚合物制品内在质量下降，如力学强度或依存于聚合物分子链的功能性特征减弱(3)聚合物制品的使用寿命缩短判断聚合物制品中的聚合物组分是否发生降解的依据或方法涉及聚合物材料的老化行为演变特征，与其降解的机理相对应，需要提供相应的技术条件进行老化处理，然后采用阿累尼乌斯方程进行预测。例如：UL746B注意：对于各种聚合物产品，在其使用过程中都需要保证性能的可靠性，但对于性能演变过程的模拟与预测始终基于聚合物流体的复杂性而难于精准实现。53什么是聚合物的交联？聚乙烯的交联方式有哪些？交联反应：在聚合物材料的成型加工过程中，由于力学或化学等作用，使线型或轻度支化型的高分子之间通过自带的反应基团的作用或自带反应活点与交联剂的作用而以化学键合的形式，形成体型结构高分子材料或制品的现象。方式：加热交联、辐射交联、添加交联剂交联 (1)热塑性树脂的交联高活性中心+桥接分子(2)热固性树脂的交联多官能团反应(3)橡胶的硫化（熟化）高活性中心+桥接分子或者多官能团反应54试分析聚合物制品内产生应力集中的因素有哪些？55一般在反应加工过程中聚合物交联反应难以反应完全的原因主要是什么？（1）随反应进行，体系内逐渐形成体型结构，体系的粘度增加，导致官能团或者活性中心和桥联分子的活动能力降低，化学键合过程受到抑制。（2）反应过程中产生的气体等产物可能对反应具有阻碍作用。56聚合物交联一般可对聚合物制品的哪些性能有改善作用？（1）物理机械性能：拉伸强度、抗撕裂强度、回弹性、硬度、定伸强度、伸长率、永久变形性（2）耐热性（3）高温尺寸稳定性（4）耐化学药品性（5）加工性能：不利于资源的回收再利用（经济大循环）57什么是材料设计？在材料设计过程中有哪些基本设计原则？1，材料设计：简单而言，即配方设计；广义而言，包含与材料配方相关的配套技术。如:拜耳材料科技。2，基本设计原则：(1)制品的最终性能要求：实用、合理、美感是否有用？(2)成型加工性能要求：流变性能、材料稳定性能否做出来？(3)成本控制对选材的要求：选材来源易、产地近、质量稳定、价格合理有无合适原料？(4)产品的经济性能要求：性价比合适是否有市场空间？(5)产品的环保性能要求：包括产品生产过程及销售后所带来的各种环境问题(社会效益)是否符合法律法规政策？(6)其它需要遵循的基本原则58在工业生产中常用的材料设计体系的表示方法有哪两种？(1)以聚合物基体组分作为100份，其它组分则以相对于聚合物基体的质量分数表示，便于计量，在科研和生产中广泛使用。(2)以材料体系总量作为100份，材料体系中各组分占总量的质量分数即其含量，便于材料消耗计算及财务成本核算。59材料设计体系的基本组成包括有哪些组分？聚合物基体：热塑性材料、热固性材料（聚合物种类很多）添加剂(助剂):增塑剂：改善流动性；稳定剂：光稳定剂、热氧稳定剂、抗老剂；填充剂：填充材料、补强材料、增韧增强；润滑剂：改善流动性，增塑剂的补充；着色剂：色母料，各种颜色调配；防静电剂：导电组分或小分子表面活性剂；阻燃剂：阻燃防火；抗菌剂：抗菌功能；脱模剂：利于制品从模具中脱出，提高生产效率60在进入混合设备之前，一般如何实现少量液体或粉末添加剂与大量颗粒或粉料聚合物材料的预混合？（1）在聚合物块料或粒料中添加少量液体添加剂时：液体浸润并粘附在块料或粒料的表面上（2）在聚合物块料或粒料中添加少量粉体添加剂时：一般采用少量惰性液体将粉体粘附在块料或粒料表面上（3）在聚合物粉料中添加少量液体添加剂时：用适量惰性溶剂稀释添加剂后与聚合物粉料混合（4）在聚合物粉料中添加少量粉体添加剂时：61添加剂有时被成为工业上的味精，其在材料体系中的作用或使用目的？ 改善加工性能 提高制品的使用性能 改善制品性能以扩大使用范围，如PVC 降低制品生产成本 获得制品的特殊性能，如导电、抗菌等62什么是增塑剂？基本原理？为了改进聚合物材料在成型加工过程中的流动性，或同时增进制品的柔顺性，常在聚合物中加入的一类物质，借以降低聚合物分子之间的相互作用力，这种物质称为增塑剂。基本原理：聚合物大分子链通常通过分子间相互作用而形成许多聚合物链缠结点，从而使聚合物流体具有一定的刚性，这些缠结点可以在分子热运动中解脱和复结，并处于一种相对稳定的平衡状态，增塑剂分子以溶剂化及偶极力作用而插入聚合物分子链之间，并与聚合物分子链形成相互间的联结点，这种联结点的数目在一定温度和浓度条件下变化不大，但破坏了聚合物分子之间的相互缠结作用，从而赋予聚合物流体良好的流动性及相应性能的改变。63聚合物制品抗臭氧破坏的防护方法有哪些？物理防护方法：添加蜡或制品表面涂覆烷基树脂、酚醛树脂、PVC树脂、聚氨酯等，适用于静态环境防护化学防护方法：添加抗臭氧剂，如醛胺、酮胺缩合物、喹啉类衍生物等，适用于动态环境下的防护64混合的定义？分散混合与非分散混合的差异？混合的定义：混合是一种操作，是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作。混合是一个过程，是材料体系各组分按照一定的配方和比例，在其基本单元没有发生本质变化的情况下，在整个材料体系系统的全部体积内，不断细化和趋于均匀分布的过程。混合（狭义上的混合）：将不同的组分相互分布到各自所在的空间，只改变组分最初的分布状态，不改变颗粒的初始尺寸，主要通过对流实现颗粒的位置置换，因此也可称为简单混合、非分散混合。分散混合：使颗粒尺寸减小并趋于极限值，同时增加相界面，提高混合物的均匀性65在学术上有些词汇具有特定的含义，如什么是聚合物共混物？什么是高分子合金？什么是聚合物复合材料？ 聚合物共混物：将两种或者两种以上的聚合物加以混合，使之形成表观均一的混合物，即形成聚合物共混物，这一混合的过程即聚合物共混。 高分子合金：由两种或两种以上高分子材料构成的复合体系 聚合物复合材料: 将强化物质添加到聚合物内，以增加所需的性质。66什么是挤出成型？概念：使聚合物的熔体（或者粘性流体）在挤出机中螺杆或者柱塞的作用下，通过一定形状的口模，连续成型得到断面形状基本恒定的连续型材制品的一类成型加工方法，又称为挤塑或挤出模塑。67挤出机螺杆一般分为哪三个功能段？其分别具有怎样的主要作用和特点？ 加料段 靠近料斗一端，在该段对物料主要起传热软化，输送作用，无压缩作用。是固体传输 压缩段 螺杆的中断。物料在此段继续吸热软化，熔融，直到最后完全塑化，塑料在该段内可以进行较大程度的压缩。 均化段（计量段）靠机头口模一端。为等距等深的浅槽螺纹，起作用是把压缩段送来的已塑化的物料，在均化段的浅槽和机头回压下搅拌均匀，成为质量均匀的熔体，并且为定量定压挤出成型创造必要条件68什么是螺杆的压缩比？一般指螺杆加料段第一个螺槽的容积和均化度最后一个螺槽的容积之比，表示塑料原料通过螺杆的全过程中被压缩的程度。根据加料段和均化段螺杆等距等深的特点，螺杆的压缩比是指加料段最后一个螺槽的容积和均化段第一个螺槽容积之间的比值。69为什么挤出机具有专用性？有时又可以一机多用？（答案不确定）专用性： 与物料性质对应 专用性强 螺杆形式很多一台挤出机，只要更换机头口模，就能加工多种塑料制品。挤出机也能进行混合、塑化、造粒。挤出机与压进机配合，可以喂料生产压延薄膜，与油压机配合生产模压制品。70什么是塑料的压缩比？一般指螺杆加料段第一个螺槽的容积和均化度最后一个螺槽的容积之比71有哪些措施可以提高挤出机的固体输送能力？ 从力学分析角度分析 降低物料与螺杆之间的摩擦系数，提高物料与料筒之间的摩擦系数。a. 提高螺杆表面的光洁度 b. 料筒内表面开设纵向沟槽 c. 在螺杆中增设水冷，降低螺杆表面温度 从挤出机螺杆结构的角度分析 a. 增大螺槽深度H1 b.增大螺旋角72在挤出机的均化段实现熔体输送时涉及到哪几种流动形式？对生产能力的影响？正流qVD ：主要流动形式，沿落槽向前逆流qVP ：与正流方向相反，由阻力产生，可降低生产效率；横流qVT ：物料在螺槽内沿X、Y轴方向环流；漏流qVL ：从螺杆和料筒之间的间隙向料斗方向的流动。挤出机生产能力：qV= qVD - qVP - qVL73为什么有些挤出机在使用一定时间后，其生产能力会明显降低？（答案不确定）漏流正比于，即增加，Q明显降低。当螺杆经长时间使用，增加后，应及时修复或更换，否则会影响挤出能力。74什么是注射成型？什么是注射成型周期？概念：将粒状或粉状高分子材料加入注射机料筒，经加热熔融塑化呈流动状态，然后在注射机柱塞或螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入闭合的模具中，充满模腔的熔体在受压情况下经冷却（热塑性材料）或加热固化（热固性材料）后，开模获得与模腔相对应制品的一种成型加工工艺方法。注射成型周期：完成一次注射成型的全部时间75什么是注射量？什么是塑化量（也称塑化能力）？注射量：注射机在注射螺杆或柱塞做一次最大行程时，注射机所能够提供所射出物料的最大体积或质量。塑化量：单位时间内料筒将高分子物料体系转变为流动性可满足成型加工需要流体的质量，通常也称为料筒的塑化量。是决定注射机实际生产能力的一个重要环节。76注射机生产能力的衡量主要考虑哪两个指标？1、注射量：注射机在注射螺杆或柱塞做一次最大行程时，注射机所能够提供所射出物料的最大体积或质量。2、锁模力：注射机合模机构所能够产生和提供最大的模具闭紧力，可反映注射机所能够成型制品在垂直于合模轴线的平面上投影面积的大小。锁模力和注射量都是衡量注射机加工能力大小的重要参数或技术指标