第一章高分子材料学

第一章高分子材料学1.成型时的取向产生的原因及形式有哪几种？取向对高分子材料制品的性能有何影响？流动取向：在熔融成型或浓溶液成型中，高分子化合物的分子链、链段或其它添加剂，沿剪切流动的运动方向排列。（2分）拉伸取向：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。分为单向拉伸和双向拉伸。（2分）高分子材料经拉伸取向后，拉伸强度、弹性模量、冲击强度、透气性等增加。（2分）高分子材料的成型加工性能有哪些，其含义是什么？答：成型加工性能是指可挤压性，可模塑性，可延展性和可纺性。含义分别是：材料受挤压作用变形时，获取和保持形状的能力；材料在温度和压力作用下产生形变和模具中模制成型的能力；材料在一个或两个方向上受到压延或拉伸的形变能力；材料通过成型而形成连续固态纤维的能力。1.有利于结晶性的高分子链结构特点有哪些？答：①链结构简单，重复结构单元较小，相对分子质量适中；②主链上不带或只带极少的支链；③主链化学对称性好，取代基不大且对称；④规整性好；⑤高分子链的刚柔性及分子间作用力适中。2.影响聚合物熔体剪切粘度的因素有哪些。答：影响因素包括：剪切速率，温度，压力，分子结构（相对分子量，相对分子质量分布，支化），添加剂（增塑剂、润滑剂、填充剂）。1.影响高分子化合物取向的因素。8分（1）高分子化合物的结构。链结构简单，柔性大，相对分子质量较低的高分子化合物有利于取向，也容易解取向；结晶性高分子取向结构稳定性优于非晶态高分子；复杂结构的高分子化合物取向较难，但解取向也难，当施加较大应力拉伸取向后结构稳定性也好。（2）低分子化合物。增塑剂、溶剂等低分子化合物，使高分子化合物的的Tg、Tf降低，易于取向，取向应力和温度显著下降，但同时解取向能力也变大。(2分)（3）温度。取向和解取向都与分子链的松弛有关，温度升高，取向和解取向均变容易，但两者速度不同，高分子材料的有效取向取决于这两种过程的平衡条件。(2分)2.拉伸比。一定温度下，高分子化合物在屈服应力作用下被拉伸的倍数，即拉伸前后的长度比，称为拉伸比。取向度随拉伸比的增加而增大。3.试分析成型条件对聚合物结晶的影响。答：成型条件对结晶度的影响极大，影响因素包括：○1熔融温度和熔融时间熔体残存的晶核数量和大小与成型温度有关，也影响结晶速度。成型温度越高，熔融时间长，残存的晶核少，以均相成核为主，结晶速度慢，结晶尺寸大；反之。异相成核为主，结晶速度快，晶核小而均匀，有利于提高机械性能和热变形温度。○2成型压力压力增加，应力应变随之增大，结晶度随之增加，晶体结构、形态、结晶大小也发生变化。○3冷却速度冷却速度（Tm—Tg）影响制品能否结晶、结晶速度、结晶度、结晶形态和大小等。冷却速度越快，结晶度越小。通常采用中等冷却速度，Tg—最大结晶速度的温度。第二章添加剂3.光的引发作用光的引发作用分为两大类：1)初级光引发——纯高分子化合物、氧－高分子化合物络合物、臭氧－高分子化合物络合物或分子氧本身吸收紫外辐射而发生的化学反应；（2分）2）次级光引发——高分子化合物体系内部光敏化杂志通过光敏化过程而导致的引发作用。（2分）4.抗氧剂的作用与分类抗氧剂可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命。（2分）可分为：（1）链终止型抗氧剂。与自由基反应，中断自动氧化的链增长，又称为主抗氧剂。（2分）；（2）预防型抗氧剂。可除去自由基的来源，抑制或减缓引发反应，又称辅助抗氧剂。（2分）5.增塑剂的作用及分类增塑剂能使高分子材料制品塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性。（2分）（1）外增塑剂：低相对分子质量的化合物或聚合物，通常为高沸点的较难挥发的液体或低熔点的固体，且绝大多数为酯类有机化合物。（1分）（2）内增塑剂：通常为共聚树脂，即在均聚物Tg较高的单体中引入均聚物Tg较低的第二单体，进行共聚。（1分）6.添加剂的基本原则。（1）与高分子化合物的配伍性——良好的相容性，防止喷霜和渗出；相互作用。（2）耐久性；（3）加工性；（4）制品性能的制约性；（5）不同添加剂之间的相互作用性；（6）经济性。（每个1分，共6分）7.润滑剂的分类及作用机理按作用机理可将润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂。2分（1）内润滑剂利用其与高分子化合物之间一定的相容性，少量可以进入高分子化合物的分子链之间，消弱分子链间的相互作用力，引起滑动和旋转，同时又不过分降低高分子化合物的。2分（2）外润滑剂与高分子化合物相容性极差，只能附着在熔体或加工机械、模具的表面，形成润滑界面，降低熔体与加工机械之间的摩擦力。2分优良的润滑剂应具有的性能有哪些？、答：与聚合物有适当的相容性；分散性良好，不引起颜色漂移；热稳定性好，具有高温润滑性，加工温度下挥发性较低，不分解，不变色；不影响制品强度，耐老化性和透明性等，用于食品包装材料无毒。4.光稳定剂的分类和作用机理。8分光屏蔽剂——能反射和吸收紫外光的物质，可屏蔽紫外光波，减少紫外光的投射能力，从而使制品内部不受紫外线的危害，（2分）紫外线的吸收剂——能强烈地选择性吸收高能量的紫外线，并进行能量转换，以热能形式或无害的低能辐射将能量释放或消耗的一类物质2分）猝灭剂——通过分子间的能量转移，迅速而有效地将激发态分子（单线态氧和三线态物质）猝灭，使转变成热能或荧光、磷光而辐射消失，回到基态的一类物质（2分）自由基捕捉剂——通过捕捉自由基，分解过氧化物、传递激发态能量等多种途经，赋予高分子材料高度光稳定性的一类化合物（2分）第三章配方设计8.配方设计必须满足的基本原则配方设计必须满足的基本原则：○1制品的性能要求；○2成型加工性能的要求；○3选用的原料来源容易，产地较近，质量稳定可靠，价格合理；○4在满足上述3个条件后，尽量选用质量可靠、价格低的原材料；必要时采用不同品种和价格的原材料复配；适当加入填充剂，降低成本。（每项1分）第四章聚合物流变学基础聚合物熔体的离模膨胀定义及其产生的原因聚合物熔体挤出后的截面积远比口模的截面积大，此种现象称之为巴拉斯效应（BarusEffect），也称为离模膨胀效应。2分离模膨胀依赖于熔体在流动期间可恢复的弹性变形，有如下三种定性的解释：取向效应出口模后解取向，引起膨胀。1分弹性变形效应料筒进入口模后发生弹性变形，离开口模后弹性回复。1分b正应力效应黏弹性流体的剪切变形在垂直于剪切方向引起了正应力的作用。1分对高聚物流体在稳态层流的条件下，常用的简化分析假设条件是什么？答：①不可压缩。②等温流动③在流道壁上的速度为零④流体粘度不随时间而变化。分析熔体粘度与高聚物成型性的关系8分答：熔体粘度是表示流动性的基本物性。熔体粘度受高聚物链结构、分子量大小和材料组成所支配，分子间作用力大、极性大、刚性链结构、支链结构使粘度增大，分子量分布宽使粘度变小，粘度越小，聚合物熔体越易流动，制品性能变差。一般影响熔体粘度的外因包括：○1温度是高分子链热运动和分子间的间距增加使粘度下降。通常温度升高10度，粘度下降1/2~1/3。对温度敏感的高分子化合物可采用温度来改变成型工艺参数，以获得高质量制品。○2压力熔体粘度对压力也有敏感性。压力提高时熔体流量增大的方法效果有限，因为压力增大，分子间距离减小，作用力增大，熔体粘度增高。而且增大压力会增加功率效消耗，增加设备磨损。增加压力和降低温度对熔体粘度的影响有相似性。100MPa==30~50度效果。○3剪切速率对大多数高聚物熔体，粘度随剪切速率增大而下降，表现出剪切变稀现象。解释入口效应产生的原因有哪些并说明入口修正方法8分答：聚合物熔体在通过一个狭窄的口模，即使口模很短，也会有很大的压力降。称为入口效应。产生压力降包括三部分：Pen、Pdi、Pex。入口处压力降有三个原因：○1物料从料筒进入口模，熔体粘滞流动流线在入口处产生收敛引起能量损失；（2分）○2在入口处聚合物熔体产生弹性变形，弹性储能造成能量消耗；（2分）○3熔体经入口处，剪切速率剧烈增加造成速度激烈变化，为达到稳定速度分布造成的压力降。口模内压力降取决于稳态层流的黏性损失。（2分）出口处压力降是熔体在出口处的压力，对牛顿流体为零，非牛顿流体大于零。入口修正方法采用贝格里方法。总压降与长径比呈线性关系，将ΔP-（L/R）斜线外推至压力零，则可得到虚拟的长径比e，将斜线外推至长径比为零，则可得到修正压力ΔP。（2分）简述单轴和双轴拉伸流动的特点。答：单轴拉伸又称简单拉伸流动，其变形特点是一个方向被拉长，其余两个方向因这一拉长而缩短。双轴拉伸流动是在两个方向的拉力下，两个轴同时被拉长，因而另一轴向缩短变细。第五章高分子材料混合与制备分散混合过程包括哪些物理、机械和化学的作用。答：①把较大的配合剂团聚体和聚合物团块破碎为适合于混合的较小粒子；②在剪切热和传导热的作用下，使聚合物熔融塑化，以降低聚合物相的粘度；③粉状或液状的较小粒子组分克服聚合物的内聚能，渗入到聚合物内；④是较小粒子组分分散，即在剪应力的作用下，把配合剂聚结体或团聚体的尺寸减小到想成聚结体之前初始粒子的最小尺寸；⑤固相最终粒子分布均化，使粒子发生位移，从而提高物料的熵或无规程度，随机性或均匀性；⑥聚合物和活性填充剂之间产生力-化学作用，使填充剂形成强化结构。什么是塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里8分答：混合是物料的初混，是一种简单混合，是在树脂的流动温度以下和较低剪切作用下进行的，在这一过程中，只增加各组分微粒空间的无规则排列程度，不改变粒子的尺寸，是非分散混合，一般是间歇操作过程。在混合过程中一般要加入稳定剂、着色剂、填料和润滑剂。混合的终点以初混物不结块，表面无油脂手捏有弹性为宜。塑化是在初混的基础上再混合的过程，是在高于树脂流动温度和较强剪切作用下进行的。塑化的目的是使物料在温度和剪切力作用下熔融，获得剪切混合的作用，驱出其中的水分和挥发物，使各组分的分散更加均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料，是分散混合。塑化的终点可以测定式样的均匀和分散程度或式样的撕裂强度来决定。