聚合物共混改性2007-A(答案)

四川大学期考试试题（闭卷）A（2006——2007学年第2学期）课程号：30004720课序号：课程名称：聚合物共混改性原理任课教师：成绩：适用专业年级：2004级学生人数：印题份数：学号：姓名：1、名词解释（10分）银纹化热塑性弹性体机械共混物相逆转增容剂答：银纹化：玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现象。这种现象称为应力发白现象，亦称银纹现象。应力发白的原因是由于产生了银纹，这种产生银纹的现象也叫银纹化。（2分）热塑性弹性体：在常温下显示橡胶状弹性、在高温下能够塑化成型的一类新型高分子材料，是一类介于橡胶和塑料之间的弹性体材料，如SBS,SIS等。热塑性弹性体最大特征是具有多相结构，含有呈现橡胶状弹性的柔软相（软段）和产生表观强度的硬相，即约束相（硬段）成分，前者的玻璃化温度低于室温，后者的玻璃化温度高于室温，因此后者在室温下处于“冻结”状态，起到相当于硫化橡胶中交联点的作用。（2分）机械共混物：机械共混物是通过双辊塑炼，密炼，挤出机挤出等方式，将两种聚合物在熔融状态下进行机械混合制备的聚合物共混复合材料。（2分）相逆转：聚合物共混物可在一定的组成范围内发生相的逆转，原来是分散相的组分变成连续相，而原来是连续相的组分变成分散相。在相逆转的组成范围内，常可形成两相交错、互锁的共连续形态结构，使共混物的力学性能提高。（2分）增容剂：增容剂是以界面活性剂的形式分布于共混物两相界面处，使界面张力降低，增加共混组分之间的相容性和强化聚合物之间的界面粘结。（2分）2、试说明目测法判断聚合物共混体系相容性的原理，分析其优缺点。（10分）答：原理：利用试样光学透明性的变化作为相转变的证据。（1分）所谓聚合物之间相容，从热力学的角度，是指在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。（2分）稳定的均相混合物是透明的，而不稳定的非均相混合物，除非它各组分的折射率相同，否则都是混浊。（1分）一种稳定的均相混合物，通过改变它的温度、压力或组成，都能实现由透明到混浊的转变。浊点相当于这一转变点，也就是相分离开始点。（1分）这种方法的优点是实验仪器和实验过程较为简单（2分）。但在机理上也存在着一定的缺陷，如果出现以下情况，即使共混物中各相分离，其试样也是光学透明的：（1）共混物中各相的折光指数相近；（2）共混物中各相的粒子尺寸远小于可见光的波长；（3）试样太薄；（4）共混物的分散相的含量太小。同时，人的视觉差异等因素也会影响测试结果。（3分）3、聚合物共混物的形态结构类型有那些？并简述其特点。（10分）答：主要分为3种结构类型，即单相连续结构、两相互锁或交错结构、两相连续结构。（4分）1.单相连续结构：构成聚合物共混物的两个相或者多个相中只有一个相连续，其他的相分散于连续相中。单相连续结构又因分散相相畴的形状、大小以及与连续相结合情况的不同而表现为多种形式。（2分）2.相互贯穿的两相连续结构：共混物中两种组分均构成连续相，互穿网络聚合物（IPNs）是两相连续结构的典型例子。（2分）3.两相互锁或交错结构：这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相，而且两相相互交错形成层状排列，难以区分连续相和分散相。有时也称为两相共连续结构，包括层状结构和互锁结构。（2分）4、针对PP/PA共混体系，有哪些手段可用来改善体系的相容性？（10分）答：通过共聚改变某聚合物的极性；通过化学改性的方法，在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团；在某聚合物上引入特殊作用基团；加入第三组分进行增容；两相之间产生部分交联，形成物理或化学缠结；5、根据下图分析啮合型同向旋转双螺杆挤出机可分为哪几个工作区段？各段的作用是什么？答：1、固体输送区。作用：（1）输送物料；（2）将松散的粉状物料压实或提高粒状物料在螺杆中的充满度，以促进物料在下一区的熔融塑化。（2分）2、熔融和混合。物料经输送区受到一定的压缩后开始熔融，并发生混合。（2分）3、混合区（第二混合段）。将组分尺寸进一步细化与均化；侧加料，加入添加剂等。（2分）4、脱挥、排气。完全熔融状态的物料经压缩后突然减压，可挥发性物料在真空条件下迅速挥发，脱离熔体。（2分）5、熔体输送、增压挤出。物料必须建立起一定的压力，使模口处物料有一定的致密度，一般来说，在此区，物料可进一步混合，主要功能是输送与增压。（2分）6、简述影响聚合物共混物形变的因素。（10分）答：1、基体性质。聚合物共混物屈服形变时，银纹和剪切形变两种成分的比例在很大程度上取决于连续相基体的性质。一般而言，连续相的韧性越大，则剪切成分所占的比例越大。（2分）2、应力的影响。a.应力大小（1分）：形变中银纹成分的比例随应力和形变速率的增加而增加；b.形变速率（1分）：增加形变速率会使银纹成分的比例提高；c.应力性质的影响（1分）：由于银纹化伴随着体积的增加，所以压应力抑制银纹，张应力则促进银纹的生成。3、大分子取向的影响。大分子取向常常减小银纹成分的比例。例如橡胶增韧塑料，拉伸时基体大分子取向，橡胶颗粒会变成椭球状，结果应力集中因子减小。取向的结果使剪切成分的比例增加而银纹化成分的比例下降。（2分）4、橡胶含量的影响。橡胶含量增加时，橡胶颗粒的数目增多，银纹引发中心增加，但是由于橡胶颗粒之间的距离减小，银纹终止速率也相应提高。这两种作用基本抵消（1分）。这时银纹化速率的增加主要是应力集中因子增加的缘故（1分）。同样，剪切形变速率也有提高，但是银纹速率增加的更快些，所以总的结果是橡胶含量增加时银纹化所占的比例提高。（1分）7、以玻璃微珠（主要成分二氧化硅）为例简述干法处理填料的工艺；如果要将处理好的玻璃微珠填充在尼龙中并使得复合材料具有较高的强度和耐热性，玻璃微珠的表面处理剂分子结构如何设计，为什么？（10分）答：将定量玻璃微珠投入高速混合机，于高速搅拌下逐渐加入或喷雾加入计量处理剂，混合均匀后逐渐升温至100℃，在此温度下高速搅拌3－5min即可出料。（4分）处理剂可选择偶联剂，（2分）如硅烷类偶联剂（1分）。硅烷偶联剂分子中应含有氨基，可以与尼龙中酰胺结构形成分子间氢键，从而与尼龙有较强的结合。另一端应有可水解的烷氧基，水解后形成硅醇结构，可与玻璃微珠表面的硅醇结构缩合产生Si-O-Si化学键（2分）。为提高耐温性，可在硅烷偶联剂分子中引入苯环结构。（1分）8、写出有机硅烷偶联剂的一般通式及各部分意义，主要的硅烷偶联剂类型有哪些，要制备高耐热性的热固性树脂基复合材料时应选用哪类硅烷偶联剂，为什么？（10分）答：硅烷偶联剂的一般通式为：（4分）Y—R—SiX3X基团为与无机增强材料表面偶联的基团。Y基团为与树脂偶联的基团。硅烷偶联剂可分为水解型、阳离子型、耐温型和过氧化型四种。（4分）应选用耐温型，因为高耐热性的热固性树脂基复合材料固化时要求较高的固化温度，普通的硅烷偶联剂可能在此温度下分解。（2分）注：1试题字迹务必清晰，书写工整。本题2页，本页为第1页2题间不留空，一般应题卷分开教务处试题编号：3务必用A4纸打印学号：姓名9、请解释下图产生的现象。（10分）图钛酸酯对CaCO3填充性能的影响答：由图可见，随着碳酸钙的增加，未加钛酸酯的体系比相应的加钛酸酯的体系粘度剧增（4分）。表明钛酸酯偶联剂改善了极性碳酸钙与非极性分散介质之间的相容性（4分），表面处理后的碳酸钙应用于有机复合体时，其填充量将明显高于普通碳酸钙。（2分）10、试分析聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中填料的形态结构，解释该材料具有良好的阻隔性的原因。（10分）答：聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料是一种很特殊的纳米复合材料，它的结构类似于三明治。（2分）它是利用层状硅酸盐的层间间隙和可膨胀性，使聚合物插层进入其层间，形成一维纳米尺度的层状纳米复合材料。（2分）聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的突出特点在于层状硅酸盐具有很大的径厚比，不同的层状硅酸盐的径厚比在几十到几千之间，而厚度只有1纳米（2分）。气体阻隔性是由于纳米复合材料中硅酸盐片层的很大的径厚比，增加了渗透分子的渗透路径，能够降低该纳米材料所制得的薄膜的透气性。（4分）本题2页，本页为第2页教务处试题编号：