聚合物加工成型配方设计

第二章1.区分通用塑料和工程塑料，热塑性塑料和热固性塑料，并请各举二到三例通用塑料：综合性能较好，力学性能一般，产量大，应用范围广，价格低廉的一类树脂工程塑料：物理机械性能及热性能比较好的，可以当做结构材料使用的且在较宽的温度范围内可承受一定机械应力和较苛刻的化学，物理环境中使用的塑料材料。热塑性塑料：受热软化，熔融，塑制成一定形状，冷却后固定成型，再次受热软化，熔融，反复多次加工，可溶，线形高分子，如PPPEPVC热固性塑：;未成型前受热软化，熔融塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型，成型后，受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工，不溶，由线形分子转为体型分子，如PFPUEPUP2.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和取向对高分子材料加工有什么实际意义？聚合物的结晶：聚合物的取向：聚合物在成型加工时，受到剪切力和拉伸力得作用，聚合物分子链和结构单元按特定方向排列，发生取向。答：热的饱和溶液冷却后，溶质以晶体的形式析出这一过程叫结晶。高聚物的取向意味着其内部的结构单元（如分子或晶粒等）的空间指向遵循一些择优的方向，而不是完全随机的。高聚物取向时，它的性能会呈现各向异性。适当调节取向状况，可在很大范围内改变高聚物的性能。一般说，取向时物体在取向方向上的模量和强度会明显增大。在纤维和薄膜的生产中取向状况的控制显得特别重要。通过液晶态加工而获得高度取向的刚性链高分子纤维的模量和强度已能达到钢丝和玻璃纤维的水平。其他高分子材料或制品中的取向状况也是影响性能的一种因素。（取向能提高材料的各向异性，也就是高分子链向一个方向规整的排列能提高材料的一个方向强度。结晶能提高材料的熔点和韧性。）3.请说出晶态和非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的的耐热性好坏。答晶态聚合物Tm-Td非晶态聚合物Tf-Td。对于作为塑料使用的高聚物来说,在不结晶或结晶度低时,最高使用温度是Tg,当结晶度达到40%以上时,晶区互相连接,形成贯穿整个材料的连续相.因此在Tg以上仍不会软化其最高使用温度可提高到结晶熔点。熔点Tm是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。4.为什么聚合物的结晶温度范围是Tg-Tm？答TTm分子热运动自由能大于内能,难以形成有序结构TTg大分子链段运动被冻结,不能发生分子重排和形成结晶结构5.什么是结晶度？结晶度的大小对聚合物性能有哪些影响？结晶度：—聚合物中结晶部分所占的质量分数或体积分数。影响：力学性能：模量↑；硬度↑；伸长率↓；冲击强度↓；拉伸强度—（非晶区处于高弹态）↑；.力学性能也与结晶形态有关球晶尺度↑：伸长率↓；冲击强度↓；模量↓；.其它性能：耐热性能↑；耐溶剂性↑；溶解性能↓；抗气透性↑；密度↑；光学透明性↓6.聚合物在成型过程中为什么会发生取向？成型时取向产生的原因及形式有哪些？取向对高分子材料制品的性能有何影响？在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分子化合物的分子链会发生取向。原因：①由于在管道或型腔中沿垂直于流动方向上的各不同部位的流动速度不相同，由于存在速度差，卷曲的分子力受到剪切力的作用，将沿流动方向舒展伸直和取向。②高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。主要包括单轴拉伸取向和双轴拉伸取向。形式：非晶态高分子取向包括链段的取向和大分子链的取向；结晶性高分子的拉伸取向包括晶区的取向和非晶区的取向取向后对高聚物性能的影响如下：①力学性能：取向方向上，高聚物的抗长强度、挠曲疲劳强度、冲击强度、断裂伸长率增加，而垂直于取向方向则降低。②光学性能：取向方向与垂直于取向方向折射率不同，发生双折射现象。③热性能：取向后使材料的玻璃化温度升高，对于结晶性高聚物，则密度和结晶度也会升高，提高材料的使用温度，从而提高了耐热性能。7.分析并讨论影响热塑性塑料成型加工中熔体粘度的因素。答影响高聚物熔体黏度的因素有：①温度：随着温度升高，高聚物黏度降低，高聚物分子结构为刚性的对温度的敏感性大于柔性的高聚物。②压力：随着压力的增大，高聚物熔体的黏度增大，增大压力和降低温对黏度的影响是等效的。③剪切速率：对于假塑性流体，随着剪切速率的增大，熔体的黏度降低，柔性高聚物的敏感程度大于刚性高聚物④分子结构：a分子量：随着分子量的增大，高聚物的黏度增大。b分子量分布：平均分子量相同时，熔体黏度随分子量分布增宽而迅速降低，其流变行为表现出更多的非牛顿性。分子量分布窄的高聚物对温度的敏感性大；分子量分布宽的高聚物，对剪切速率的敏感性大。c分子链支化:短支链（低于可以产生缠结的长度）聚合物的熔体粘度低于线性聚合物;长支链聚合物的熔体粘度与其临界分子量和剪切速率有关。随着分子量的增大，支链变长，大分子运动阻力加大。当支链长至支链间产生缠结时，粘度增大。⑤添加剂:增塑剂能降低熔体黏度，提高成型加工的流动性;润滑剂能降低熔体之间以及熔体与设备之间的摩擦及粘附，改善加工流动性，提高生产能力和制品质量;固体添加剂（增强剂、填充剂）一般会降低聚合物的加工流动性，但具体受添加剂的类型，用量，粒径，表面性质等影响。第三章1.高分子材料中加入添加剂的目的是什么？添加剂分为哪些类型？添加剂是实现高分子材料成型加工工艺过程并最大限度的发挥高分子材料制品的性能或赋予其某些特殊功能性必不可少的辅助成分。：a:对热塑性塑料有抗氧剂（链终止型抗氧剂和预防型抗氧剂防止高分子材料的老化）、润滑剂（改善材料加工成型时的流动性和脱模性）、热稳定剂（防止材料因受热引发自动反应致聚合物降解）、光稳定剂（能屏障或抑制光氧化还原或光老化过程而加入的一些物质）、阻燃剂（赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂）、发泡剂（能产生大量泡沫，而且泡沫具有优异性能，能满足各种产品发泡的技术要求）、着色剂（使物质健美用着色剂显现设计需要颜色的物质）、增塑剂（使聚合物体系的塑性增加）。b:对橡胶材料其硫化体系有硫化剂（使橡胶分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性剂强度增加的物质）、硫化促进剂（能促进硫化作用的物质。可缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量和提高橡胶的物理机械性能）、防焦剂（提高胶料操作安全性，增加胶料或胶浆的贮存寿命。当调整硫化体系难以达到需要的操作安全时，加入防焦剂往往可以很简便地满足对胶料焦烧性能的要求）；防老剂（防止高分子材料老化的助剂）等2.什么是热稳定剂？热稳定剂可分为哪些主要类型？其中那些品种可用于食品和医药包装材料。热稳定剂是一类能防止或减少聚合物在加工使用过程中受热而发生降解或交联,延长复合材料使用寿命的添加剂。2什么是增塑剂？根据塑化效率可分为哪些类型？其各自的特点如何？增塑剂是能够降低聚合物Tg并提高其塑性的添加剂。根据塑化效率可分为主增塑剂、辅助增塑剂、增量剂。主增塑剂：与聚合物的相容性好，凝胶能力很强，可大量添加并单独使用主要有邻苯二甲酸酯类和磷酸酯类增塑剂。辅助增塑剂：与聚合物的相容性有限，凝胶能力较低，只能与主增塑剂并用，但往往起到功能性作用。主要品种有环氧大豆油。聚酯增塑剂、耐寒性增塑剂。增量剂：与聚合物的相容性很差，凝胶能力较差，不可单独使用，只可限量使用，以减少主增塑剂的用量。主要有烷基磺酸苯酯。3.试述增塑剂的作用机理答：增塑剂的作用机理是增塑剂分子插入到聚合物分子链之间,削弱了聚合物分子链间的应力,结果增加了聚合物分子链的移动性、降低了聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物的塑性增加，也就是对抗塑化作用的主要因素聚合物分子链间的应力和聚合物的分子链的结晶度，而他们则取决于聚合物的化学结构和物理结构。当把增塑剂加入到聚合物中，增塑剂分子相互之间、增塑剂与聚合物分子相互之间的相互作用力是很重要。除非所有这些相互作用(增塑剂与增塑剂之间、增塑剂与聚合物之间、聚和物与聚合物之间)都是同样大小时，才可能没有增塑作用和反增塑作用。1.范德华力范德华力是物质的聚集态中分子与分子间存在着的一种较弱的引力。范德华力包括色散力、诱导力和取向力。范德华力的作用范围只有几个埃。(1)色散力色散力存在于所有极性或非极性分子之间，是由于微小的瞬时偶极的相互作用使挨近的偶极处于异极相邻状态而产生的一种引力。但是只有在非极性体系中，如苯、聚乙烯或聚苯乙烯中，色散力才占较主要的成分。(2)诱导力当一个具有固定偶极的分子在相邻的一个非极性分子中诱导出一个诱导偶极使，诱导偶极和固有偶极之间的引力叫做诱导力。芳香族化合物因为π电子能高度极化所以影响特别强，如低分子量的酯与聚苯乙烯之间或苯与聚醋酸乙烯之间主要是诱导力。(3)取向力当极性分子相互靠近时，由于固有偶极的取向而引起分子间的一种作用力叫做取向力。如酯类增塑剂与PVC或与硝酸纤维素的相互作用就是代表性的例子。2.氢键含有—OH基或—NH—基团的分子，如聚酰胺、聚乙烯醇、纤维素等，在分子间、有时在分子内部都能形成氢键。氢键是一个比较强的相互作用键，它们妨碍增塑剂分子插入聚合物分子间，如果氢键沿聚合物分子链分布越密相应的对抗增塑剂插入的作用也越强。因此要求增塑剂与聚合物分子也能产生类似的强的作用。另一方面随着温度的升高，分子间的吸引作用由于氢键的减少而显著削弱，这是因为分子的热运动妨碍了聚合物分子的取向。3.空间有规结构的聚合物的分子链适当的条件下能够结晶，即链状分子从卷的和杂乱的状态变成紧密折叠成行的有规则状态。在一般条件下，工业生产的聚合物不可能是完全结晶的，而往往是由结晶区域散插在无定形区域构成的。显然，增塑剂的分子插入结晶区域要比插入无定形区域困难得多，因为在结晶区与聚合物与链之间的自由空间最小。如果增塑剂的分子仅能插入部分结晶的聚合物的无定形区域，则此增塑剂便是非溶剂型增塑剂，也就是所谓的辅助增塑剂。如果增塑剂的分子仅能插入聚合物的无定形区域同时又能插入结晶区域，则此增塑剂便是溶剂型增塑剂，即所谓的主增塑剂.4.橡胶硫化剂可分为哪些主要类型？其各自适用的橡胶类型是什么？目前使用的硫化剂分无机和有机两大类有：硫磺、含硫化合物、过氧化物、醌类化合物、胺类化合物、树脂和金属化合物等。（3）a、主要用于天然橡胶及二烯烃类通用合成胶如：丁苯胶、顺丁胶、丁腈胶等的硫化剂有：硫磺（主要硫化剂）、含硫化合物（如：一氯化硫、二氯化硫、二硫化吗啡啉等）、硒（Se）、碲（Te）及其氯化物（为第二硫化剂）、树脂类（如：烷基苯酚甲醛树脂、叔丁基苯酚甲醛树脂等）。b.主要用于饱和度较大的通用合成胶或特种胶硫化剂有：过氧化物（少量用于不饱和二烯烃橡胶、耐热性增强）、醌类化合物；胺类化合物、树脂类（如：2123酚醛树脂用于丁基橡胶）、金属化合物（如：ZnO，MgO等）用硫磺硫化天然胶，至今有150多年的历史。但至今它仍是天然胶及二烯烃类合成胶的主要硫化剂。硫磺价格低，来源广，效果佳。目前橡胶磨具所用的橡胶是天然胶和丁苯胶，所以硫磺是它们的主要硫化剂。5.橡胶硫化体系主要有哪些添加剂组成？其各自的作用是什么？对橡胶材料其硫化体系有硫化剂（使橡胶分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性剂强度增加的物质）、硫化促进剂（能促进硫化作用的物质。可缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量和提高橡胶的物理机械性能）、防焦剂（提高胶料操作安全性，增加胶料或胶浆的贮存寿命。当调整硫化体系难以达到需要的操作安全时，加入防焦剂往往可以很简便地满足对胶料焦烧性能的要求）；防老剂（防止高分子材料老化的助剂）等。6，什么是润滑剂？为什么硬质PVC配方中必须添加润滑剂？润滑剂是降低熔体与加工机械或成型模具之间以及熔体内部相互之间的摩擦和粘附，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量的一类添加剂。对于硬质的PVC，润滑剂除了防止物料与加工机械表面的粘附，还能调节PVC树脂的熔化速率和降低体系粘度的作用。7.什么是填充剂?根据其作用可分为哪些类型？其各自的作用是什么？答：填充剂是为了改善高分子成型加工的性能，赋予或提高制品某些特定的性能，或为了增加物料体积、降低制品成本而加入的一类物质。根据其作用可分为增量型和补强型两类。增量填充剂，用于橡胶时一般没有补强