材料导论复习思考题及答案——北京化工大学

复习题（1）HDPE、LDPE分子结构、聚集态结构的差别是什么，应用领域有那些特点1分子结构HDPE只有少量的短支链LDPE存在大量的长支链和短支链LLDPE短支链数目与LDPE详单，但没有长支链。UHMWPE为线性，与HDPE相同2聚集态结构HDPE分子链非常柔顺，结构单元对称规整，非常容易结晶，结晶度很高，8095，支化程度小，规整型高，结晶度高LDPE分子链柔性小，结晶困难，5565（提高分子量对结晶度提高）LLDPE结晶度70UHMWPE分子间缠结非常强烈，和HDPE一样，结晶度70803性能A聚乙烯的基本性质无臭无味无毒乳白色蜡状固体名半透明或不透明透水率小但透气性大易燃，是最易燃的燃料之一B聚乙烯力学性能一般拉伸强度比较低强度不高抗蠕性变差抗冲击性能较好C结晶度，密度、拉伸强度、硬度、抗蠕变性LDPELLDPELDPE一类是通过聚合方法得到的嵌段共聚物，代表性品种为SBS。第二类是由弹性体与塑料在一定条件下通过机械共混方法制备的共聚物，具有代表性的品种为乙丙橡胶与聚丙烯共混物热塑性乙丙橡胶。（14）何谓再生胶再生胶的应用有何意义再生胶的再生机理是什么定义是指以橡胶制品生产中已硫化的边角废料为原料加工成的、有一定可塑度、能重新使用的橡胶。被人们简称为再生胶。利用废旧的和磨损的橡胶制品以及生产中的废料经过处理再生而得的橡胶。应用意义我国橡胶资源匮乏，近70需要进口。当年，我国发展再生胶的初衷就是为了弥补橡胶资源的不足。依据我国橡胶资源现状，以3吨再生胶替代1吨天然胶的现实仍将延续。新中国成立以来，废橡胶利用行业回收利用废橡胶1600多万吨，累计为社会创造产值300多亿元，节约橡胶500多万吨。应该说，再生胶和硫化胶粉在解决“黑色污染”和发展橡胶工业的循环经济中功不可没。其次，从再生胶的作用看，再生胶是橡胶工业的主要原料之一，不仅具有良好的工艺性能，而且有较好的物理机械性能，可以根据橡胶烃和其合成胶成分的恢复含量分别替代部分天然胶和合成胶。我国目前已可以根据废橡胶的橡胶烃和不同的合成胶成分，分别生产出轮胎再生胶、胶鞋再生胶、杂品再生胶、浅色再生胶、彩色再生胶、无臭味再生胶、乳胶再生胶、丁基再生胶、丁腈再生胶和三元乙丙再生胶等，用于替代不同类型的橡胶满足橡胶工业的需要。根据国情，再生胶目前仍是我国废橡胶利用的的总要途径，因此再生胶的应用具有重要意义。再生机理再生胶的再生过程是废胶在增塑剂（软化剂和活化剂）、氧、热和机械剪切的综合作用下使硫化橡胶的部分分子链和交联点断裂的过程。软化剂起膨胀和增塑作用，常用的有煤焦油、松焦油、石油系软化剂、裂化渣油。活化剂能缩短再生时间，减少软化剂用量。常用的活化剂为芳香族硫醇及其锌盐和芳香族二硫化物。再生胶生产过程包括粉碎、再生（脱硫）和精炼3个工序。（15）PS、PC各有哪些主要性能PS、PC制品为何都容易产生应力开裂PS、PC都属于非结晶性聚合物。他们在加工时分子链取向，取向后不易恢复，使其分子链刚硬，冷却成型后易残余很大的内应力，容易引起应力开裂。易开裂的原因都为非结晶性聚合物，他们在加工时分子链取向，取向后不易恢复。其分子链刚硬。冷却成型后易残余很大的内应力。容易引起应力开裂。（两种聚合物中都有刚性很大的苯环结构，在加工时容易产生内应力，没有被消除的内应力使制品发生很大的苯环结构，在加工时容易产生内应力，在没有消除内应力使制品发生应力开裂现象，表现为变性，银纹、强度低，易破坏。）PE加工过程中热骤变在晶态非晶态的相边缘产生内应力。此外在外界环境作用下降低表面能。（16）UHMWPE的性能与加工性。1、高耐磨性在目前所有的工程塑料中UHMWPE的耐磨性能最好，最引人注目。分子量越高材料就越耐磨，甚至超过许多金属材料（如碳钢、不锈钢、青铜等）。例如UHMWPE管，在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的46倍，而且提高输送效率20。充分展现了“节能、环保、经济、高效“的优越性。2、耐腐蚀性在碱液中不受腐蚀，在75的浓硫酸、20的硝酸中性能稳定，它对海水、液体洗涤剂也很稳定。3、极低的摩擦系数静摩擦系数为007，自润滑性良好，是一种理想的轴承、轴套、滑块、衬里材料。选用UHMWPE作为设备的摩擦部件，除可提高耐磨寿命外，还可收到节能效果。4、抗冲击性抗冲击性居塑料之首，无论是外力强冲击，还是内部压力波动，都难以使其开裂。其冲击强度是尼龙66的10倍，聚氯乙烯的20倍，聚四氟乙烯的8倍；特别是在低温环境，其冲击强度反而达到最高值，其柔韧性能为输送系统提供了极为安全可靠的保障。5、抗老化性性能稳定，抗老化性好，地面、地下埋没均可，50年不老化。按ASTM方法测定（负荷46/CM2），热变形温度为85，使用温度可达90，特殊情况下，允许在更高的温度下使用。UHMWPE是一种韧性极好的材料，它的耐低温性能也非常优异，在269低温下，仍具有一定的延展性，而没有脆裂迹象。但线膨胀系数较大，导热性很差，所以在设计制品时，要给予充分注意。6、电性能体积电阻大，击穿电压达50KV/MM，介电常数为23。在较宽的温度及频率范围内，适宜用作电气工程的结构材料。7、卫生无毒UHMWPE无味、无毒、无臭，本身无腐蚀性，具有生理惰性和生理适应性。美国食品与药品管理局（FDA）和美国农业部（USDA）允许它用于与食品和药品接触的场合。超高分子量聚乙烯板的生产加工由于超高分子量聚乙烯的分子链呈缠绕状、粘度极高、几乎没有流动性，所以加工难度很大。用一般的加工设备加工产品很难成型。目前超高分子量聚乙烯板材的加工大都采用烧结模压法，也有采用柱塞挤出法但产量很低。采用模压法生产超高分子量聚乙烯板材时一般采用如下生产工艺1原材料的选用原材料的优劣决定了板材产品的品质。选用分子量300万以上优质的原材料加以科学的配方，合理的工艺才能得到优质的产品。2配料首先检验原材料的各项性能指标（核对产品检验报告），按确定的配方比例加入各种添加剂放入高速混料机，在一定的压力、温度下混合好予配料，充分排出原料中的水分。如果板材的颜色有要求的话，还得根据颜色的要求添加相应的颜料。3加压塑化将混合好的原材料装入模具中加一定的压力排出原料中的空气，加高温使模具中的无料塑化成透明糊状体，保持一定的温度和压力使之充分塑化。4成型经过充分塑化后，逐渐将温度降低，同时加高压。温度越低所加的压力就越大，直到达到工艺的要求。5脱模整形板材从模具中取出后经过人工整形后入库待运。（17）简述橡胶制品的加工工艺过程。一、基本工艺流程橡胶制品种类繁多，但生产工艺过程却基本相同。以一般固体橡胶生胶为原料的橡胶制品的基本工艺过程包括塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化6个基本工序。当然，原材料准备、成品整理、检验包装等基本工序也少不了。橡胶的加工工艺过程主要是解决塑性和弹性性能这个矛盾的过程。通过各种工艺手段，使得弹性的橡胶变成具有塑性的塑炼胶，再加入各种配合剂制成半成品，然后通过硫化使具有塑性的半成品又变成弹性高、物理机械性能好的橡胶制品。二、原材料准备1橡胶制品的主要原料是以生胶为基本材料，而生胶就是生长在热带，亚热带的橡胶树上通过人工割开树皮收集而来。2各种配合剂，是为了改善橡胶制品的某些性能而加入的辅助材料。3纤维材料有（棉、麻、毛及各种人造纤维、合成纤维和金属材料、钢丝）是作为橡胶制品的骨架材料，以增强机械强度、限制制品变型。在原材料准备过程中配料必须按照配方称量准确。为了使生胶和配合剂能相互均匀混合，需要对材料进行加工。生胶要在6070烘房内烘软后再切胶、破胶成小块，配合剂有块状的。如石蜡、硬脂酸、松香等要粉碎。粉状的若含有机械杂质或粗粒时需要筛选除去液态的如松焦油、古马隆需要加热、熔化、蒸发水分、过滤杂质,配合剂要进行干燥不然容易结块、混炼时若不能分散均匀硫化时产生气泡会影响产品质量三、塑炼生胶富有弹性,缺乏加工时必需的可塑性性能,因此不便于加工。为了提高其可塑性,所以要对生胶进行塑炼,这样在混炼时配合剂就容易均匀分散在生胶中,同时在压延、成型过程中也有助于提高胶料的渗透性渗入纤维织品内和成型流动性。将生胶的长链分子降解形成可塑性的过程叫做塑炼。生胶塑炼的方法有机械塑炼和热塑炼两种。机械塑炼是在不太高的温度下通过塑炼机的机械挤压和摩擦力的作用使长链橡胶分子降解变短由高弹性状态转变为可塑状态。热塑炼是向生胶中通入灼热的压缩空气在热和氧的作用下使长链分子降解变短从而获得可塑性。四、混炼为了适应各种不同的使用条件、获得各种不同的性能,也为了提高橡胶制品的性能和降低成本必须在生胶中加入不同的配合剂。混炼就是将塑炼后的生胶与配合剂混合、放在炼胶机中通过机械拌合作用使配合剂完全、均匀地分散在生胶中的一种过程。混炼是橡胶制品生产过程中的一道重要工序,如果混合不均匀就不能充分发挥橡胶和配合剂的作用影响产品的使用性能。混炼后得到的胶料人们称为混炼胶它是制造各种橡胶制品的半成品材料,俗称胶料通常均作为商品出售购买者可利用胶料直接加工成型、硫化制成所需要的橡胶制品。根据配方的不同混炼胶有一系列性能各异的不同牌号和品种提供选择。五、成型在橡胶制品的生产过程中利用压延机或压出机预先制成形状各式各样、尺寸各不相同的工艺过程称之为成型。成型的方法有1压延成型适用于制造简单的片状、板状制品。它是将混炼胶通过压延机压制成一定形状、一定尺寸的胶片的方法叫压延成型。有些橡胶制品如轮胎、胶布、胶管等所用纺织纤维材料必须涂上一层薄胶在纤维上涂胶也叫贴胶或擦胶涂胶工序一般也在压延机上完成。纤维材料在压延前需要进行烘干和浸胶烘干的目的是为了减少纤维材料的含水量以免水分蒸发起泡和提高纤维材料的温度以保证压延工艺的质量。浸胶是挂胶前的必要工序目的是为了提高纤维材料与胶料的结合性能。2压出成型用于较为复杂的橡胶制品象轮胎胎面、胶管、金属丝表面覆胶需要用压出成型的方法制造。它是把具有一定塑性的混炼胶放入到挤压机的料斗内在螺杆的挤压下通过各种各样的口型也叫样板进行连续造型的一种方法。压出之前胶料必须进行预热使胶料柔软、易于挤出从而得到表面光滑、尺寸准确的橡胶制品。3模压成型也可以用模压方法来制造某些形状复杂如皮碗、密封圈的橡胶制品借助成型的阴、阳模具将胶料放置在模具中加热成型。六、硫化把塑性橡胶转化为弹性橡胶的过程叫做硫化它是将一定量的硫化剂如硫磺、硫化促进剂等加入到由生胶制成的半成品中在硫化罐中进行在规定的温度下加热、保温使生胶的线性分子间通过生成“硫桥”而相互交联成立体的网状结构从而使塑性的胶料变成具有高弹性的硫化胶。由于交联键主要是由硫磺组成所以称为“硫化”。随着合成橡胶的迅速发展现在硫化剂的品种很多除硫磺外还有有机多硫化物、过氧化物、金属氧化物等。因此凡是能使线状结构的塑性橡胶转化为立体网状结构的弹性橡胶的工艺过程都叫硫化凡能在橡胶材料中起“搭桥”作用的物质都称为“硫化剂”。硫化后的弹性橡胶叫硫化橡胶又叫软橡胶俗称“橡胶”。硫化是橡胶加工的一个最为重要的工艺过程各种橡胶制品必须经过硫化来获得理想的使用性能。未经硫化的橡胶在使用上是没有什么使用价值的,但欠硫硫化程度不够硫化时间不够未能达到最佳状态和过硫硫化时间超过、性能显著下降都使橡胶性能下降。所以生产过程中一定要严格控制硫化时间以保证硫化后的橡胶制品具有最好的使用性能和最长久的使用寿命。七、辅助措施为了达到使用性能还应在生产工艺中增加辅助措施1增加强度配用硬质碳黑掺用酚醛树脂2增加耐磨性配用硬质碳黑3气密性要求高少用挥发性高的组分4增加耐热性采用新的硫化工艺5增加耐寒性通过生胶的解枝镶嵌降低结晶倾向使用耐低温的增塑剂6增加耐燃性不用易燃助剂、少用软化剂、使用阻燃剂如三氧化锑7增加耐氧性、耐臭氧性采用对二胺类防护剂8提高电绝缘性配用高结构填充剂或金属粉配用抗静电剂9提高磁性采用锶铁氧粉铝镍铁粉铁钡粉等作填充剂10提高耐水性采用氧化铅或树脂硫化体系配用吸水性较低的填充剂如硫酸钡、陶土11提高耐油性充分交联、少用增塑剂12提高耐酸碱度多用填充剂13提高高真空性配用挥发性小的添加剂14降低硬度大量填充软化剂。八、橡胶制品硫化的有关问题1橡胶制品硫化时产生哪些有毒气体橡胶的硫化过程中采用烘箱半封闭式硫化有的橡胶会有微量的有毒气体排出能闻到很重的橡胶味。比如一氧化硫、二氧化硫、三氧化硫、硫化氢气体虽剧毒的东西基本上没有但对人体肯定有害有的产品硫化会产生致癌的东西或者本身硫化前的橡胶就有致癌成分最好少接触为好。橡胶硫化所采用的有机试剂或多或少对人体都是有害的。如二甲基苯等2一般橡胶的硫化温度是多少一般为115度到180度看什么橡胶品种而定。而200度的温度则为高温硫化。3二氧化硫的危害有哪些危险性类别三星级侵入途径通过呼吸系统，健康危害易被湿润的粘膜表面吸收生成亚硫酸、硫酸。对眼及呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。急性中毒轻度中毒时发生流泪、畏光、咳嗽咽、喉灼痛等严重中毒可在数小时内发生肺水肿极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤或眼接触发生炎症或灼伤。慢性影响长期低浓度接触可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。环境危害对大气可造成严重污染。简述橡胶制品加工工艺过程中分子结构变化。塑炼大分子链断裂。链长由长变短。混炼分子链的聚集状态有所改变。硫化线性网状（18）写出尼龙66、尼龙610和尼龙1010的重复链节的结构，论述它们的结构特点和性能。氨在前、酸在后尼龙6聚己内酯NHCH25CO尼龙66聚己二酰己二胺（NHCH26NHCOCH24CO）尼龙610聚癸二酰乙二胺（NHCH26NHCOCH28CO）尼龙1010聚癸二酸癸二胺突出的耐摩性它的磨擦系数通常为0103约为酚醛塑料的1/4。巴氏合金的1/3，因此它是一种自然滑性材料。良好的机械性能，它的表面硬度大，并具有较高的抗张性，抗弯曲强度和冲击强度及较高的延性，它的抗压强度与金属不相上下，它的疲劳强度与铸铁和铝合金等金属材料同等水平。优异的化学稳定性它对化学物无论是弱碱、醇、酯、铜、碳氢化合物油脂均不受影响。广泛的耐寒性它在600C情况下保持一定的机械强度。比重轻它的比重在105115之间用尼龙1010管材代替紫铜管能直观到液体的流动情况，并能根据用户需要自由弯曲。1结构尼龙6为聚己内酰胺，而尼龙66为聚己二酸己二胺。尼龙66比尼龙6要硬12，而理论上说，硬度越高，纤维的脆性越大，从而越容易断裂。但在地毯使用中这点微小的差别是无法分别的。清洗性及防污性影响这两种性能的是是纤维的截面形状及后道的防污处理。而纤维本身的强度及硬度对清洗及防污性影响很小。2熔点及弹性尼龙6的熔点为220C而尼龙66的熔点为260C。但对地毯的使用温度条件而言，这并不是一个差别。而较低的熔点使得尼龙6与尼龙66相比具有更好的回弹性，抗疲劳性及热稳定性。1、二者所含碳原子不一样多，单个分子中，66含九个碳原子，6含六个碳原子。2、化学名称不同66聚乙二酰乙二胺；6聚乙内酰铵。3、就单根纤维而言，尼龙66比尼龙6细。4、正因为它比较细，它所形成的织物柔软细腻，手感很好。5、虽然尼龙66比较细，但它强度很好，一般做军用材料。尼龙1010物性白色或微黄色半透明颗粒。质轻且坚硬，具有吸水性小，尺寸稳定性好，无毒，电绝缘性能优异等特点。在40下仍保持一定韧性。增强后具有高强度、耐磨等优点，并提高了原树脂的热稳定性和尺寸稳定性，是一种极优良的工程塑料。应用广泛应用于航天航空、造船、汽车、纺织、仪表、电气、医疗器械等领域。增强后可用作泵的叶轮、自动打字机的凸轮、各种高负荷的机械零件、工具把手、电器开关、设备建筑结构件、汽车、船舶的加油孔盖轴承、齿轮等。尼龙66是由两组6个碳原子组成，尼龙6则是由一组6个碳原子组成。由于其结构不同，两者的性能也各有特点。一、尼龙661、具有最好的回弹性2、手感密实，抗倒伏性强3、熔点较高（264）4、染色性差，色牢度高。二、尼龙61、很容易染色2、手感柔软3、绒头耐摩擦性强4、熔点较低（228）。基于以上特点，尼龙66纤维非常适合做工程用地毯，由于尼龙66纤维在色彩、捻度及纱线种类等方面提供了广泛的选择余地，因此工程毯选用尼龙66的用量逐渐加大。而尼龙6由于突出的易染色性和柔软耐磨性，不仅在工程地毯中广泛使用，还非常适合做印花地毯和家用地毯。目前，我公司生产的尼龙匹染如NB、KN及NG等使用的就是尼龙66，而印花地毯将主要以尼龙6为原材料。现在，国内生产尼龙纱线的厂家较少，平顶山神马公司和上海英威达公司主要供应尼龙66，浙江四通和常州灵达主要生产尼龙6。近期，由于我国尼龙地毯销售量上升，已使尼龙纱线供应出现紧张情况。19合成