高分子材料应用题库

1.(1)合成纤维有那几种主要纺丝方法？简述每种纺丝方法的特点。A.熔体纺丝：将聚合直接得到的聚合物熔体或聚合物切片通过螺杆挤出机熔融成熔体以后，通过过滤、挤出到空气中凝固成型的方法，其特点是加工方法简单，流程短，纺丝速度高，产量大，成型过程中只有传热而没有传质，是一元纺丝体系。B.溶液纺丝：（1）湿法纺丝：将聚合物溶解在溶剂中，通过脱泡、过滤并挤出到凝固浴中成型的方法，是溶液纺丝的一种，通常适用于分解温度低于熔融温度的聚合物，其特点是流程长、纺速低，丝条必须在凝固浴中成型，成型过程既有传热又有传质，宜纺制短纤维，是三元纺丝体系。（2）干法纺丝：属于溶液纺丝，采用的溶剂挥发性强，挤出时将纺丝溶液挤出到热空气，通过溶剂的挥发而凝固成型，特点是纺丝速度高，流程较湿法纺丝短，产量小，适于纺长丝，属于二元体系。(2)为什么不可以采用熔体纺丝的方法加工聚丙烯腈纤维？如果你想采用熔体纺丝方法加工聚丙烯腈纤维，你需要从原料上作那些改进？请说明原因。A.聚丙烯腈其热分解温度200～250℃，熔点达320℃，故不能采用熔体纺丝。粘流温度太高，且是极性聚合物，熔融粘度也很大，不利于加工。B.想熔体纺丝需加入第二单体第三单体(在聚丙烯腈大分子上引入能形成柔性链的共聚单体，通过控制共聚物的序列结构和分子质量来降低聚丙烯腈的熔点，以制造可熔融的聚丙烯腈树脂，通过非增塑熔融纺丝制得纤维)，降低其分子间较强的相互作用力，从而降低其粘流温度和粘度。另外，如聚乙烯醇，分解温度低于粘流温度也不可熔融纺丝。2.（1）对比聚乙烯和聚丙烯的结构，分别阐述他们的性能和应用。答：⑴写出聚乙烯与聚丙烯的结构式，对比两者结构上的差异。②聚丙烯分子链上有一侧基，侧基的存在增加了空间位阻，使分子链的柔性降低，刚性增大，所以聚丙烯的强度、硬度、耐热性和化学稳定性比聚乙烯好，抗冲击性能和耐低温性能比聚乙烯差，所以聚丙烯比聚乙烯更适合作结构件和重型包装制品，如手柄、方向盘、风扇叶片、洗衣机外壳、电视机外壳、电话机外壳、电冰箱内衬、重包装薄膜、编织袋等。⑶由于聚丙烯侧基的存在，使分子链上交替出现叔碳原子，叔碳原子上的氢极易受氧的进攻，导致其耐氧化性和耐辐射性差，即耐老化性能差，所以聚丙烯难于用于户外制品，如遮阳棚等。⑷由于聚丙烯侧基的存在，使分子链的距离增大，密度降低，所以聚丙烯单丝可以生产绳索和鱼网等（2）对比聚乙烯与聚丙烯的结构、性能和用途的差异（20分）。答：（1）书写出PE和PP的分子结构（4分）；（2）分子结构的差异，侧甲基的位阻效应，使得PP具有更高的Tg和耐热性，因此PP可作为工程塑料使用，而PE则不能（8分）；（3）PP侧甲基的存在，使得PP耐低温性能差，冲击性能不佳；PE则具有较佳的低温性能。因此PE可用于低温环境（-40C），PP则不能（4分）；（4）PP侧甲基的存在，使其耐氧化性较PE差；具体应用时，一般PP需要加入抗氧剂。（4分）3.聚乳酸(PLA)与聚乙醇酸的降解性能的差异，阐述他们的降解机理。写出聚乳酸和聚乙醇酸的结构式，并从分子结构上解释为什么聚乳酸的水解速度小于聚乙醇酸？（提示：乳酸HO-CH(CH3)-COOH;乙醇酸HO-CH2-COOH）降解机理为酯键的水解。乳酸较乙醇酸亲水性差，因而聚丙交酯的亲水性较聚乙交酯的亲水性要差，结晶度高吸水少而降解速度慢。4.玻璃纤维增强环氧树脂和玻璃增强不饱和树脂的主要性能和应用领域。A.玻璃纤维增强环氧树脂：比强度高、绝热、耐烧蚀、电绝缘、抗腐蚀和成型制造方便，广泛应用于汽车、造船、建筑、化工、航空以及各种工业电气设备、文化用品等领域，也是电气绝缘及印刷线路基板的良好材料。B.玻璃纤维增强不饱和树脂：加工性能好，树脂中引入引发剂和促进剂后，可以在室温下固化成型，由于其中的交联剂其稀释作用，故树脂粘度降低，可采用各种成型方法。透光性好、固化时收缩率大，耐酸、碱性稍差。可制作大型构件，采光瓦，不宜制作耐酸碱的设备及管件。5.水性涂料和溶剂性涂料的优缺点总：与油性漆相比，水性漆的环保性能是其最大优势。水性漆中不含有苯、二甲苯等公认的有毒有害物质，同时在漆膜的柔韧度、耐候性、耐黄变性能、施工性能等方面都要优于油性漆漆，在漆膜硬度和饱满度方面与油性漆相当。水性漆最大的不足在于其不属于溶剂挥发性产品，干燥速度与温度和湿度有极大的关系，因此干燥时间要略长于油性漆，这样才能大到最好的效果.溶剂性涂料1）涂膜的质量：高光泽涂料多使用溶剂型涂料来实现。2）对各种施工环境的适应性,采用溶剂型涂料，可随地点、气候的变化进行溶剂比例的控制，以获得优质涂膜。3）溶剂型涂料对树脂的选择范围较广4）清洗问题。溶剂型涂料的施工工具必须用溶剂来清洗，对人体及环境均有害。6.（1）MF、UF、NF、RO膜的名称、膜孔径的大致范围，驱动力和主要应用领域。（2）在血液透析中使用的透析膜与海水淡化中使用的反渗透膜有明显区别，试将其与微滤膜和纳滤膜进行对比，比较其在膜孔径、操作条件、适用范围等方面的区别。答：一般说来，从孔径大小来看，透析膜属于超滤膜，透析的驱动力主要是膜两侧各种物质在溶液中的浓度梯度，而普通的膜分离（包括微滤、超滤、纳滤和反渗透）过程驱动力均为膜两侧的压力差。再描述一下上表。(3)请问主要有哪几种膜材料？这些膜孔径的大致范围，驱动力和主要应用领域。纤维类、合成树脂类和陶瓷类，过滤膜根据微孔孔径的大小分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）四种形式7.运动装大多选用细旦丙纶作为里层，棉或涤纶为外层的双层织物，为什么？请给出适当的解释？“芯吸效应”是细旦纶纤维织物所特有的性能，丙纶单丝纤维芯吸效应愈细，这种芯吸透湿效应愈明显，且手感越柔软。因其不吸收水分，所以运动时汗水与汗气迅速透过丙纶里层转移到外层蒸发掉，使其干爽透气，提高了织物的舒适性和卫生性。8.（1）防弹背心的选料及原因答：需要具备超高强度，超高模量及耐热性，因此选择芳香族聚酰胺(kevlar).原因：1，其中的-NH键形成氢键，使其强度增大，耐冲击性增大2，主链的苯环结构有很大的刚性，大幅度提高力学性能。3，主链结构对称性好，易结晶，提高强度，耐热性。4，kevlar质轻，密度小，便于穿着。（2）可用于制作防弹背心的合成纤维：PP纤维、PET纤维、聚丙烯腈纤维、芳香聚酰胺纤维。选芳香聚酰胺纤维，防弹背心要求纤维具有高力学强度，Kevlar纤维的拉伸强度大于3Gpa，可满足；再简述芳香聚酰胺纤维性能高的原因。上述其他纤维的力学强度还不能满足防弹背心性能要求。MF微滤膜UF超滤NF纳滤RO反渗透孔径：0.05～3mm跨膜压：5~50psi(0.3~3.3bar)应用：淀粉、细菌、蛋白质等大分子分离孔径：0.005～0.1mm跨膜压：高于微滤膜切割分子量：1,000～500,000应用：用于中小分子分离，如血液中的尿素、肌酐等孔径：约1nm跨膜压：高于超滤膜切割分子量：200～300应用：水的软化、反渗透膜用水的预处理等。孔径：4to8Å跨膜压：35~100atm，高于超滤膜切割分子量：25～150应用：脱盐、制备用于细胞培养和微电子行业的超纯水为什么Kevlar纤维能形成高强度高模量的纤维？为什么它只能形成溶致液晶？（下图为其化学结构）9.答：从分子结构可以看出，Kevlar分子只含有苯环和酰胺基团，整个分子为刚性棒状分子，分子间氢键作用强，因此整个分子的熔点极高，甚至大于其分解温度，因此Kevlar不可能有熔融态，当然就不能形成热致液晶。由于Kevlar分子刚性棒状分子，长径比大，在溶液中可以形成液晶。Kevlar分子链刚性，有很强的氢键相互作用，以及能在溶液中形成液晶态，在纺丝时，kevlar分子将沿纤维长轴方向取向，导致材料在纤维长轴方向强度和模量都很高，可以做防弹衣。10.影响纤维力学性能主要因素有哪些？答：（1）分子链结构，包括分子链的规整度（无支链或少支链、无大的侧基、结构对称性、结构单元的连接方式、结构单元的空间排列形式），分子量及其分布（分子量适当，分子量分布较窄）；（2）较高的内聚能或较强的分子间作用力；（3）适当的加工方式，包括适当的纺丝方法、拉伸和后处理，使最终的纤维具有良好的取向和结晶。11.拉伸中一般纤维结构会发生什么变化？对纤维性能产生什么影响？答：A.拉伸会导致纤维无定形区的分子沿拉伸力方向取向度的增加，使折叠链段的数目减少，而伸直链段数目增加。B.拉伸也会导致结晶结构的取向，是结晶结构沿力的方向有序排列。无定形区和结晶区的取向度增加会导致纤维的总取向度的增加，表现在双折射增加。C.拉伸还会导致纤维的结晶结构的变化，一是折叠链晶体向伸直链晶体的转变，二是不稳定晶格向稳定晶格的转变。一般的情况下，拉伸会使纤维的结晶度增加，但过度的拉伸也会导致纤维结晶度的降低。D.拉伸会提高纤维的力学性能，降低纤维的纤度，提高纤维的热形变温度，和降低纤维的断裂伸长。12.按应用对塑料进行分类，每一类型的塑料给出一个代表性的例子。（10分）(1)通用塑料。主要指产量大、用途广、价格低的一类塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料合称五大通用塑料.(2)工程塑料。是指那些具有突出的力学性能和耐热性，或具有优异的耐化学试剂、耐溶剂性，或在变化的环境条件下可保持良好绝缘介电性能的塑料。如聚甲醛、ABS、聚碳酸醋、聚讽、聚酸亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯等几种。(3)特种塑料，又称为功能塑料，指具有某种特殊功能的塑料.如用于导电、压电、热电、导磁、感光、防辐射、光导纤维、液晶、高分子分离膜、专用于减摩、耐磨用途等的塑料。如聚氨酯泡沫塑料。13.从分子结构出发论述聚丙烯、聚氯乙烯耐热性的特点，并讨论改进它们耐热性的方法。A.聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形，聚氯乙烯耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCI。B.聚丙烯用玻璃纤维增强后机械强度与耐热性有明显的改善热稳定剂、耐热高分子共混、无机粒子、共聚、氯化、交联14.常见的特种橡胶有哪些？指出它们各自的优点和不足之处及主要用途。（10分）A.丁腈橡胶：良好的耐油性、耐磨性、耐热性；机械性能低、耐低温性差、弹性较低、电绝缘性不好、硬度大、加工困难；生产耐油胶管及阻燃输送带，密封制品、制作胶板和耐磨零件。B.丁基橡胶，透气率低，气密性优异，耐热、耐臭氧、耐老化性能良好，其化学稳定性、电绝缘性也很好。点是硫化速度慢，弹性、强度、粘着性较差。主要用途是制造各种车辆内胎，用于制造电线和电缆包皮、耐热传送带、蒸汽胶管等。C.硅橡胶：耐热、耐寒、耐老化性和电绝缘性能良好、加工性能好且无毒无味；机械强度差、耐油性不好且成本高；用于制造各种耐高、低温橡胶制品如高温电线、电缆绝缘层，用于食品和医疗工业。D.氟橡胶：高度的化学稳定性，高耐热性、耐氧化和耐化学药品性，极好的耐天候氧化性能，优良的物理机械性能；弹性地、耐寒性差、耐辐射性差、价格高昂；用于油压系统、燃料系统和耐化学药品的密封制品以及高真空、超真空用O型密封等。E.聚氨酯橡胶：耐磨性能好、其次是弹性好、硬度高、耐油、耐溶剂。缺点是耐热老化性能差。聚氨酯橡胶在汽车、制鞋、机械工业中的应用最多。15.阐述共轭二烯烃类橡胶的结构和性能特点，举例说明如何提高橡胶的耐热、耐油、耐紫外光及耐臭氧性能？/常见的共轭二烯类橡胶主要有哪些品种？简述它们结构、性能和主要应用。（1）顺丁橡胶：[-CH2-CH=CH-CH2-]简称BR。由丁二烯聚合制得的结构规整的合成橡胶。与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性尚好，易与天然橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶并用。特别适于制汽车轮胎和耐寒制品，还可以制造缓冲材料以及各种胶鞋、胶布、胶带和海绵胶等。异戊橡胶：[-CH3-CH2-C=CH-CH2-]它具有很好的弹性、耐寒性及很高的拉伸强度。在耐氧化和多次变形条件下耐切口撕裂比天然橡胶高，但加工性能如混炼、压延等比天然橡胶稍差。以其稳定的化学性