聚合物基复合材料试题

第一章聚合物合金的概念、合金化技术的特点？聚合物合金：有两种以上不同的高分子链存在的多组分聚合物体系合金化技术的特点:1、开发费用低，周期短，易于实现工业化生产。2、易于制得综合性能优良的聚合物材料。3、有利于产品的多品种化和系列化。热力学相容性和工艺相容性的概念？热力学相容性：达到分子程度混合的均相共混物，满足热力学相容条件的体系。工艺相容性：使用过程中不会发生剥离现象具有一定程度相容的共混体系。如何从热力学角度判断聚合物合金的相容性？1、共混体系的混合自由能（ΔGM）满足ΔGM=ΔHM-TΔSM02、聚合物间的相互作用参数χ12为负值或者小的正值。3、聚合物分子量越小，且两种聚合物分子量相近。4、两种聚合物的热膨胀系数相近。5、两种聚合物的溶度参数相近。*思考如何从改变聚合物分子链结构入手，改变聚合物间的相容性？1、通过共聚使分子链引入极性基团。2、对聚合物分子链化学改性。3、通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团。4、形成IPN或交联结构。5、改变分子量。第二章*列举影响聚合物合金相态结构连续性的因素，并说明分别是如何影响的？组分比：含量高的组分易形成连续相；黏度比：黏度低的组分流动性较好，容易形成连续相；内聚能密度：内聚能密度大的聚合物，在共混物中不易分散，容易形成分散相；溶剂类型：连续相组分会随溶剂的品种而改变；聚合工艺：首先合成的聚合物倾向于形成连续性程度大的相。说明聚合物合金的相容性对形态结构有何影响？共混体系中聚合物间的工艺相容性越好，它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合，两相间的过渡区越宽，相界面越模糊，分散相微区尺寸越小。完全相容的体系，相界面消失，微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系，聚合物之间相互扩散的倾向很小，相界面和明显，界面黏接力很差，甚至发生宏观的分层剥离现象。什么是嵌段共聚物的微相分离？如何控制嵌段共聚物的微相分离结构？微相分离：由化学键相连接的不同链段间的相分离控制溶剂、场诱导、特殊基底控制、嵌段分子量来控制*简述聚合物合金界面层的特性及其在合金中所起的作用。特性：1、两种分子链的分布是不均匀的，从相区到界面形成一浓度梯度；2、分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合的平均密度；3、界面层内易聚集更多的表面活性剂、其他添加剂、分子量较低的聚合物分子。作用：力的传递效应；光学效应；诱导效应。第三章简述橡胶增韧塑料的形变机理及形变特点。形变机理：银纹化和剪切带形变特点：1、橡胶的存在有利于发生屈服形变；2、力学性能受形变机理影响简述橡胶增韧塑料形变机理的研究方法及影响形变机理的因素。定量研究：高精度的蠕变仪同时测定试样在张应力作用下的纵向和横向形变影响因素：树脂基体；应力和应变速率；温度；橡胶含量；拉伸取向简述橡胶增韧塑料的增韧机理，并列举实例加以说明。多重银纹化增韧理论：在橡胶增韧的塑料中，由于橡胶粒子的存在，应力场不再是均匀的，橡胶粒子起着应力集中的作用。（脆性玻璃态高聚物受外力作用发生银纹形变时材料韧性很差）银纹-剪切带增韧机理：银纹和剪切到之间存在着相互作用和协同作用。（ABS拉伸过程中既有发白现象，又有细颈形成）试比较橡胶增韧塑料和刚性粒子工程塑料的异同点。1、增韧剂种类不同；2、增韧的对象不同；3、增韧剂含量对增韧效果的影响不同；4、改善聚合物合金性能的效果不同；5、增韧机理不同；6、对两相界面黏结强度的要求是相同第四章简述热力学相容性体系、工艺相容体系、完全不相容体系玻璃化转变温度有何特点？两种聚合物完全相容，共混物体系具有单一的玻璃化转变温度；完全不相容，则具有两个玻璃化转变；工艺相容，聚合共混物仍具有两个Tg，但峰的位置更靠近。请用自由体积模型解释传统工艺相容橡胶增韧塑料体系的玻璃化转变温度的特征。对于工艺相容或力学相容的体系，自由体积的部分是公用化，共混物中只有局部区域（界面层）自由体积是公用的，两组分仍有不同的自由体积分数。如橡胶增韧塑料体系，由于两组分具有一定程度的相容，橡胶相中渗透有部分塑料相的分子或链段，塑料中也必然混有一些橡胶相的分子或链段。因此，橡胶相的Tg提高，塑料相的Tg降低，并且，随着两种聚合物组分相容程度的增加，两个Tg愈加靠拢，完全相容就成为一个Tg。第六章简述接枝共聚HIPS蜂窝结构形成机理。（见书83）分散相不断生成PS，由于体系的黏度愈来愈高，并且聚合过程中形成接枝共聚物，集中于橡胶相粒子的表面，给分散相的PS向连续迁移造成困难。随着PS含量的增大，当包容的PS超过均相的浓度极限时，分散相的PS便而发生相分离，最终形成PS蜂窝结构。为什么接枝共聚HIPS的力学性能优于机械共混HIPS。1、橡胶颗粒包含有相当多的PS，橡胶相体积分数大，减小橡胶颗粒间的距离，使少量的橡胶发挥着较大的橡胶相体积分数的作用，强化增韧效果；2、两相界面分散着PB-g-PS共聚物改善了界面亲和性，提高界面黏接力，有利于力学强度、冲击韧性的提高。3、分散相中包容有PS，其分散相模量高，使得不会因为橡胶相的存在，使模量、强度降低过多。4、蜂窝状结构HIPS，大量银纹的形成和发展，从而吸收更多的冲击能，使冲击强度提高。简述ABS的相态结构及影响相态结构的因素。相态结构：由苯乙烯/丙烯晴的无规共聚物（SAN）为连续相，聚丁二烯或丁苯橡胶为分散相，以及“就地”接枝聚合形成的共聚物组分的两相体系。因素：橡胶相的组成、交联度；橡胶的粒径；共聚物的接枝度，接枝层厚度简述环氧树脂增韧的几个途径。1、用弹性体、热塑性塑料增韧；2、通过改变环氧树脂交联网络网络化学结构，以提高网络链分子的活动能力。3、使弹性体和环氧树脂形成互穿网络结构；4、通过控制分子交联状态的不均匀性，形成有利于塑性变形的非均匀结构。用具有活性端基的液体橡胶增韧环氧树脂效果显著，但液体橡胶必须具备什么样的条件？1、至少带有两个可与环氧树脂反应的活性端基；2、在固化反应前，液体橡胶能溶于环氧树脂中，以利于两组分进行反应；3、固化反应进行到一定程度能发生相分离，形成两相结构。简述CTBN中丙烯腈（AN）含量、CTBN的分子量、固化剂类型、固化温度等对环氧树脂增韧的影响。（见书112）热塑性弹性体的概念?高分子合金的重要组成部分，一种兼备橡胶和热塑性塑料特性的材料，在室温下显示橡胶的特性，在高温下又能塑化成型。简述TPV相态结构形成机理。（见书131）橡胶组分具有足够的交联程度及共混过程存在足够大的剪切力作用第八章简述制造碳/碳复合材料时碳纤维和基体的选择条件及依据1、在制造碳/碳复合材料时，对碳纤维的基本要求是碱金属等杂质含量尽量低，具有高强度、高模量和较大的断裂伸长率。2、用于耐烧蚀材料使用的碳/碳复合材料要求钠等碱金属含量愈低愈好，因为碱金属是碳的氧化催化剂。3、采用高模中强或高强中模碳纤维制造碳/碳复合材料时，不仅强度和模量的利用率高，而且具有优异的热性能。作为生物体材料必须满足的基本生物学要求和力学要求条件分别是什么？目前已经研发出的生物体复合材料有哪些1、化学性质稳定，不会因与生物组织接触而发生变化；2、生物适应性好，包括组织适应性和血液适应性，不产生排斥反应和凝血现象；3、不显毒性和过敏反应，无致癌和抗原性；4、不产生新陈代谢；5、生物体内不产生劣化和分解；7、强度高，弹性好，硬度适中，耐疲劳和抗磨损。聚合物基复合材料的特点，列举某一种材料的应用情况？以有机聚合物为基体，纤维类增强材料为增强剂的复合材料。纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基体材料由于其黏接性能好，把纤维牢固地黏结起来。同时，基体又能使载荷均匀分布，并传递给纤维，允许纤维承受压缩和剪切载荷。（例子自己找，这可是李老师点名的重点）第九章填充剂的基本特性有哪些？对填充剂改性体系的性能有什么影响？填料的细度：保持基体原有的力学性能；填料的形状：显著改善材料的刚性；填料的表面特性：改善其表面特性；填料的密度与硬度：密度增大，不利于材料的轻量化；其他特性：填料的含水性和色泽比较单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的优缺点。单螺杆挤出机，设计简单，制造容易，但混炼效果差，不易粉料加工，生产效率低，有较大的局限性。双螺杆挤出机，进料稳定，混合分散效果好，改性混合效果好，物料在机桶里停留时间短，产量高，机桶有自洁作用。第十章聚合物基复合材料的成型工艺与其他材料加工工艺相比有哪些特点？材料的形成和制品的成型是同时完成的；基体的形状改变较大；而增强材料变化不大；工艺水平直接影响材料或制品的性能；树脂基复合材料的成型比较方便。*简述各种成型工艺的特点。手糊成型工艺，喷射成型工艺，带压成型工艺，模压成型工艺，拉挤成型工艺（重点掌握1，4，5）第十一章请简述界面层的形成过程。目前界面层的作用机理主要有哪些?复合材料的界面形成包括两个阶段：第一阶段是增强材料要与基体材料之间的浸渍；第二阶段是增强材料要与基体材料间通过相互作用使界面固定下来，形成固定的界面层。作用机理：化学键理论；弱边界层理论；物理吸附理论；机械黏结理论碳纤维的表面处理方法有哪些？各自有什么特点？氧化法:使用的设备简单，容易实现连续化处理；气相沉积法：工艺较复杂，不易连续化、工业化，均匀性也差；电沉积与电聚合法：可使聚合材料的层间剪切强度、冲击强度以及韧性得到提高；等离子处理法：反应温度低，操作简单，经济实用；分子自组装法：实现了纤维表面官能团的可控性以及复合材料微界相区的可控定向性复合材料常用的界面分析技术有哪些？它们主要用于研究复合材料的哪些性质？红外光谱法：红外辐射的能量低，不会对高聚物产生破坏；电子显微镜法：对聚合物表面材料及复合材料的断面进行研究；X射线光电子能谱：测定试样表面的元素组成、试样表面基团和含量反气相色谱法：表征材料的表面活性；原子力显微镜：测量聚合物薄膜的相分离以及界面能。第十二章聚合物基复合材料有哪些力学性能特点？比强度高，各向异性，弹性模量和层间剪切强度低，性能分散性大，疲劳性能随着静态强度的提高而增大。聚合物基复合材料设计过程中原材料的选择应满足哪些原则？1.比强度、比刚度高的原则2.材料与结构的使用环境相适应的原则3.满足结构特殊性能要求的原则4.满足工艺性要求的原则5.成本低、效益高的原则聚合物基复合材料单层设计板设计时，应考虑哪些性能参数？如何确定？单层树脂含量、刚度和强度*举例说明复合物基复合材料在汽车、船舶、飞机、建筑、机械设备和体育用品方面的应用。（重点）第十三章纳米与纳米科技的定义。纳米：分子尺寸介于1-100nm纳米科技：在纳米尺寸范围内认识和改造自然。纳米复合材料的定义及分类。(分类见书270)由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料纳米颗粒的制备方法有哪些？1.溶胶—凝胶法（①直接将可溶性聚合物嵌入无机网络嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用有机—无机互穿网络）2.层间插入法（①熔融插层聚合②溶液插层聚合③高聚物熔融插层④高聚物溶液插层）3.共混法（①溶液共混②熔融共混③乳液共混④机械共混）4.原位聚合法*聚合物基纳米复合材料的制备方法有哪些，并简要说明复合材料的特性。溶胶-凝胶法；层间插入法；共混法；原位聚合法；分子的自组装及组装；辐射合成法第十四章聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法主要有几种？插层聚合法：将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中，然后原位聚合，利用聚合时发出的大量的热，克服硅酸盐片层间的库伦力，使用剥离，从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合。聚合物插层法：将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合，利用动力学或热力学作用使层状硅酸盐剥离成纳米尺度的片层并均匀分散在聚合物单体中简述聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构和分类。普通型：材料中黏土片层紧密堆积，分散相状态为大尺寸颗粒状，黏土片层之间并无聚合物插入插层型：聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐的层间，使层状硅酸盐的层间距扩大到热力学允许的平衡距离；剥离型：以单个片层的形式均匀分散在聚合物基体中，黏土分散水平接近于分子水平与常规聚合物基复合材料相比，聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的主要特点是什么？*可用