高分子材料基本知识

链段：从高分子链中划分出来的最小运动单元柔顺性：高分子链能改变其构象的性质近程结构：即第一层次结构，指单个高分子的一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构远程结构：即第二层次结构，指单个高分子的大小和在空间所在的各种形态结构：组成高分子不同尺度的结构单元在空间的排列构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列构象：由于单键的内旋转而产生的分子在空间的不同形态高弹性：小应力作用下，由于高分子链段的运动而产生的很大的可逆变形强迫高弹性：玻璃态聚合物在外力作用下，出现的高弹形变力学松弛：高聚物的力学性质随时间的变化表现的性质蠕变：在恒温恒负载下，高聚物材料的形变随时间的延长而逐渐增大的现象5应力松弛：在恒温和保持形变不变的情况下，高聚物内部应力随时间延长逐渐衰减的现象滞后现象：在交变应力作用下，高聚物应变落后于应力变化的现象内耗：橡胶及其他高分子材料在形变过程中，一部分弹性形变转变热能的损耗的现象冷拉：高聚物材料的低温下受外力作用而产生大变形的现象银纹屈服：在拉伸应力作用下，高聚物某些脆弱部分由于应力集中而产生空化条纹形变区剪切屈服：高聚物在拉伸或压缩应力作用下，与负载方向呈45度截面上产生最大剪切力，从而引发高分子链沿最大剪切面方向上产生滑移形变，从而导致材料形状扭的现象高聚物材料发生脆性断列时，其断裂面比较光滑；韧性断裂时，由于分子间滑移，断裂面较为粗糙，有凹凸不平的丝状物流变性：物质流动与变形的性能及其行为表现牛顿流体：流动规律符合牛顿粘性定律的流体剪切流动：产生横向速度梯度的场的流动拉伸流动：产生纵向速度梯度的场的流动剪切变稀流体：随剪切应力或剪切速率的升高表观黏度降低的流体挤出胀大：橡胶等高聚物熔体基础口型后，挤出物的尺寸及断面形状与口型不同的膨胀可塑度：施加一定负载在一定温度的时间下，测定形变负载移去后变形保持的能力切力增稠流体：随剪切速率增加，切应力增加的速率增大，即切黏度随切应力。剪切速率的增大而上升的流体熔融指数：由标准熔体流动速率测定仪测定，用来表征热塑性塑料的流动性门尼黏度：一定温度（100）一定转子速度（2r/min）条件下测定未硫化胶对转子的转动阻力。橡胶工业中作为胶料流动的指标焦烧：所谓焦烧，是胶料在硫化前的操作或停放过程中，发生了不应有的提前硫化现象。其表现为在胶料中有较硬的硫化小粒子存在，胶料塑性明显减少。1．高分子特征：1分子量很高或分子链很长2数目很大的结构单元通过共价键重复连接而成3结构具有不均一性4大多数高分子分子链有一定柔顺性2.线性：细长的线/能溶解熔融，易加工成型支链性：空间中二维增长形成/更以溶解，强度低，易老化交联型：三维网状大分子/不溶解，能溶胀，不熔融，强度高，弹性好3.柔顺性比较：1）PEPPPS取代基体积，单键内旋转位阻大，柔顺性差2）PPPVCPAN取代基极性大，分子间的相互作用大，分子链内旋转受阻，柔顺性差3）氯丁橡胶〉PPPVC取代基数目多，非键合原子数目多，阻力大4）BRNRSBR取代基体积大（同1）4.结晶度：指结晶部分用质量或体积表示的百分数结晶度对高聚物性能的影响：1）力学强度模量增大，韧性抗冲击强度降低2）光学性质透明度降低3）耐热性抗渗透性增强5.取向方式：1）单轴，取向方向上强度增加，垂直与取向方向上强度降低2）双轴，平面方向上强度增加6.高分子热运动的特点：1运动单元多重性（键长键角原子链节链段大分子链）2高分子运动的时间依赖性（松弛特性大分子运动需要较长时间）3高分子运动温度依赖性（运动单元松弛特性的温度依赖性）7、试画出高聚物材料典型的应力-应变曲线，并从分子运动的角度对曲线加以解释，并简单介绍一下其影响因素。2）原因：a分子链长度不够一个链段长度时运动单位为大分子，所以Tg、Tf重合，M↑分子链解冻需Q↑Tg↑bM链段M，运动单元为整个大分子和链段，体现链段运动的高弹态出现。链段大小主要取决于分子链段柔顺性和邻近分子间的相互影响，所以，Tg不变，M↑大分子间相对位移阻力↑，所以Tf↑10．影响玻璃化转变温度Tg的因素1）分子结构的影响：柔性增加，Tg下降2）外界条件：a外力作用方式：张力增加，Tg下降；压力增大，Tg上升。b外力作用频率增大，Tg上升。c升降温速度增大，Tg上升。d增塑剂增加，Tg下降11．Tg高低PEPPPVCPANIIRPPPS硅橡胶BRSBRNBR（丁腈橡胶）12．Tg参考价值：指导高聚物的合成选材及应用13.高弹性特点：（1）弹性模量小，形变大（2）弹性模量随温度升高而升高（3）高弹形变的热效应与普弹形变相反（4）形变需要时间，具有明显的粘弹性14．拉伸放热原因（1）外力做功以热的形式散发（不改变内能）（2）分子间链段运动摩擦发热（3）结晶性材料结晶放热15.从分子运动角度对力学松弛现象加以解释并简单介绍其影响因素1）静态力学松弛：a，蠕变，恒温恒负荷条件下，材料形变随时间的延长而逐渐增大。胶条受外力作用时，分子链内部键长键角发生变化，这种变形是很小而且瞬时的，随时间延长，分子克服了分子间内摩擦力，通过链段的运动使卷曲的分子伸展开来，产生高弹形变。b，应力松弛，恒温，保持形变不变，应力随时间逐渐衰减。在外力作用下，授一恒定应变，高分子链被迫沿外力方向伸直，随时间延长，分子链间产生滑移，调整分子构象，逐渐恢复卷曲状态。影响因素：分子结构；温度；外力作用2)动态力学松弛：a滞后b力学损耗。影响因素：分子结构，温度，外力作用速度，外力作用频率。16.硬而脆型，硬而强型，硬而韧型，软而韧，软而弱17.粘性流动特点（1）高分子流动是通过链段的协同运动完成的（2）粘度大流动困难（3）高分子在流动过程中伴随着高弹形变18．流动性表征方法：门尼粘度，可塑度，熔融指数，拉伸粘度19.影响高聚物流动性因素：（一）分子结构（1）分子链极性增加，分子间作用力增加，流动性下降（2）分子量增加，粘度增大，流动性下降（3）分子量分布（4）支化：短支链流动性好，长支链流动性差（二）外界条件（1）剪切速率或剪切应力增加，流动性增加（2）温度上升，流动性增加（3）压力增加，流动性下降（4）配合剂：增强填充剂使粘度增加，流动性下降；软化增塑剂使流动性增加20.弹性效应为：包轴现象，挤出胀大，不稳定流动21.挤出胀大原因：入口效应和法向应力差。措施（1）增大口型的长径比（2）提高挤出温度（3）降低挤出速度第二章橡胶及塑料制品的原材料与配方1.了解有关橡胶的几个概念。橡胶：作为一种材料在较大变形下能快速有力的恢复变形，能够被改性，改性后在室温下被拉伸到原长度2倍并保持1分钟后，除去外力能在1分钟内恢复到原长度的1.5倍以下。生胶：没有加配合剂、未经加工、尚未交联的橡胶。混炼胶：粒状配合剂分散于生胶中形成的分散体系。硫化胶：橡胶与其它化学交联剂或通过物理化学方法进行交联的产物，由线性大分子变成三维网状大分子。2.橡胶材料的结构特征有哪些？(1)分子链具有很好的柔顺性；(2)在使用条件下不结晶结晶度很低；(3)大分子具有适当的化学反应活性；(4)具有较高的分子量及较宽的分子量分布。3.橡胶材料性能特点有哪些？(1)高弹性；(2)粘弹性；(3)耐气透性、隔热性、电绝缘性好，耐化学腐蚀；(4)具有老化现象。4.常用橡胶4.原材料的结构特点、性能特点及主要用途？(1)天然橡胶结构特点：不饱和橡胶，非极性，结晶性。性能：综合物理机械特性最好。(2)丁苯橡胶(SBR)结构特点：不饱和橡胶，非极性，非结晶性。性能：耐磨性、抗湿滑性、耐老化性好，是用量最大的合成橡胶，用于轮胎和其它一般橡胶制品。(3)顺丁橡胶(SR)结构特点：不饱和橡胶，非极性，结晶性。性能：弹性、耐寒性最好；主要用于轮胎制品，广泛适用于弹性、耐寒性、耐磨性高的橡胶制品。(4)异戊橡胶(IR)：性能与天然橡胶类似。(5)乙丙橡胶(FDDM)结构特点：具有极高化学稳定性，耐水，耐过热水蒸气，电绝缘性好，抗压缩变形好，加工性能差。用于制造耐热输送带，耐化学腐蚀、密封制品，减震器，绝缘材料。(6)丁基橡胶(IIR)结构特点：饱和性橡胶，非极性，结晶性。性能：气密性最好，缓冲减震性能好；化学稳定性仅次于乙丙橡胶，主要用于气密性要求高的制品。(7)丁腈橡胶(NBR)结构特点：不饱和橡胶，极性，非结晶性。性能：耐油，耐非极性溶剂，抗静电性能好，弹性、耐磨性差，用于耐油橡胶制品。(8)氯丁橡胶结构特点：不饱和橡胶，极性，结晶性。性能：具有很好的力学强度，耐燃烧性好，粘合性好，广泛用于各种橡胶制品。5.橡胶与塑料材料的主要区别？(1)分子结构：塑料的柔顺性差，分子间作用力大，结晶度高；橡胶的柔顺性好，内聚能密度低，结晶度低或不能结晶。(2)分子量分布：塑料分布窄；橡胶的分子量大且分布宽。(3)使用温度：塑料，Tb~Tg或Tb~Tm；橡胶，Tg~Tf。(4)机械性能：塑料硬而脆，硬而强，硬而韧；橡胶软而韧。(5)加工性能：塑料有挤出、注射、压延、吹塑、模压，热塑性材料可反复使用；橡胶有塑炼、混炼、压延、压出硫化等，成型后材料不溶不熔，回收困难。6.塑料的主要分类？(1)按用途分：通用塑料、工程塑料、特种塑料。(2)按受热行为分：热塑性塑料、热固性塑料。7.常用塑料原材料的结构及性能特点？(1)聚乙烯(PE)：以乙烯为点头的聚合物。性能特点：优良的电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐低温性能和加工流动性能。(2)聚丙烯(PP)：以丙烯为单体在催化作用下聚合而成的聚合物。性能特点：有优良的机械性能，耐弯曲疲劳性能由其它一般塑料；比聚乙烯个耐磨、耐热并有卓越的介电性和化学惰性。(3)聚苯乙烯(PS)性能特点：韧性差，硬而脆，耐热性差，不能结晶，绝缘性好，耐溶剂型差，易老化性，易变色发脆。(4)聚氯乙烯(PVC)性能特点：韧性差，硬而脆，耐热性差，电性能差，耐溶剂性好，可做防腐材料，燃烧性差，离火自熄。(5)酚醛树脂(PF)性能特点：强度大，耐热性、耐腐蚀性优良。(6)聚酰胺(PA)性能特点：韧性、耐磨性、自润滑性好，拉伸弯曲强度高，耐油、耐化学腐蚀性好。(7)聚酯树脂性能特点：透明性好，机械强度、冲击强度高，耐温性好。(8)聚四氟乙烯(PTFE)性能特点：化学稳定性好，加工性不好，价格高。8.橡胶及塑料的配合体系主要有哪些内容？各体系所起作用及主要作用机理？(1)橡胶配合体系包括：硫化体系、补强填充体系、防护体系、增塑体系。硫化体系：包括硫化剂、促进剂、活化剂、防焦剂。补强填充体系：炭黑，粒径小，补强性好。防护体系：使橡胶发生结构化反应，进一步交联，延缓或阻止橡胶老化。增塑体系：提高胶料可塑性、流动性，提高其它配合剂的分散性，改善制品性能，降低成本。(2)塑料配合体系包括：特性剂、稳定剂、加工添加剂。特性剂：赋予制品各种特性，如强度、物理特性、柔韧性、阻燃性等。稳定剂：延缓或停止制品在物理、化学因素下产生降解。加工添加剂：使物料易于成型，提高生产率。9.橡胶及塑料的基本加工工艺有哪些？橡胶加工工艺：塑炼、混炼、压延或压出、成型、硫化。塑料加工工艺：塑料配制、塑料成型(挤出、注塑、压延、模压)、机械加工、修饰、装配。第三章橡胶的混炼与塑料的塑化1.什么叫塑炼？塑炼的目的及其实质是什么？塑炼：通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂的等方式，使橡胶由强韧的高弹性状态转变为柔软且富有可塑性状态的过程。目的：(1)降低弹性，提高可塑性；(2)降低粘度，改善流动性；(3)提高胶料的溶解性和成型粘着性。实质：使胶料中的大分子链断裂，大分子链由长变短的过程。2.简述能够促使橡胶大分子断链的因素及其断链机理？因素：(1)机械力的作用；(2)氧的作用；(3)温度的作用；(4)静电的作用；(5)化学塑解剂的作用。断裂机理：低温下，机械力使其化学键断裂；高温下，橡胶大分子与氧发生裂解反应。3.开炼机塑炼和密炼机塑炼的原理是什么？各有什么优缺点？(1)开炼机工作原理：塑炼属于低温塑炼，即在低温下，通过机械力的作用切断大分子链。优点：胶种变化灵活，机台易清洗，塑炼温度低，塑炼胶可塑度均匀，设备造价低。缺点：劳动条件差，