高分子材料思考题答案

《高分子材料导论》思考题第一章材料科学概述1．试从不同角度把材料进行分类，并阐述三大材料的特性。按化学组成分类：金属材料无机材料.有机材料（高分子材料）按状态分类:气态。固态：单晶.多晶.非晶.复合材料.液态按材料作用分类:结构材料，功能材料按使用领域分类：电子材料。耐火材料。医用材料。耐蚀材料。建筑材料三大材料：（1）金属材料富于展性和延性，有良好的导电及导热性、较高的强度及耐冲击性。（2）无机材料一般硬度大、性脆、强度高、抗化学腐蚀、对电和热的绝缘性好。（3）高分子材料的一般特点是质轻、耐腐蚀、绝缘性好、易于成型加工，但强度、耐磨性及使用寿命较差。2．说出材料、材料工艺过程的定义。材料——具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。由化学物质或原料转变成适用于一定用场的材料，其转变过程称为材料化过程或材料工艺过程。3．原子之间或分子之间的结合键一般有哪些形式？试论述各种结合键的特点。离子键：无方向性，键能较大。由离子键构成的材料具有结构稳定、熔点高、硬度大、膨胀系数小的特点。共价键：具有方向性和饱和性两个基本特点。键能较大，由共价结合而形成的材料一般都是绝缘体。金属键：无饱和性和方向性。具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电、导热性能。4．何为非晶态结构？非晶态结构材料有何共同特点？原子排列近程有序而远程无序的结构称为非晶态结构或无定形结构，非晶态结构又称玻璃态结构。共同特点是：结构长程无序，物理性质一般是各向同性的；没有固定的熔点，而是一个依冷却速度而改变的转变温度范围；塑性形变一般较大，导热率和热膨胀性都比较小。5．材料的特征性能主要哪些方面？热学、力学、电学、磁学、光学、化学等性能6．什么是材料的功能物性？材料的功能物性包括哪些方面？功能物性，是指在一定条件下和一定限度内对材料施加某种作用时，通过材料将这种作用转换为另一形式功能的性质。包括：1热电转换性能2光－热转换性能3光－电转换性能4力－电转换性能5磁－光转换性能6电－光转换性能7声－光转换性能7．材料工艺与材料结构及性能有何关系？材料工艺，包括材料合成工艺及材料加工工艺，影响材料的组织结构，因而对材料的性能有显著的影响。材料的原始组织结构及性能又常常决定着采用何种方法将材料加工成所需要的形状。所以，材料工艺、材料结构及材料性能之间具有相互依赖、相互制约的密切关系，了解并利用这种关系是材料科学的关键问题之一。第二章高分子材料的制备反应1．了解均聚物、共聚物、多分散性和柔顺性的定义。由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物称为共聚物。聚合物材料的强度与分子量密切相关。聚合物是分子量不等的同系列物的混合物，分子量或聚合度是一平均值。这种分子量的不均一性亦称为多分散性。高分子化合物的分子链内，存在许多单键，每一个键都可以旋转，大部分高分子链呈曲卷状。这种由于单键自由旋转而使分子在空间产生不同排布、有曲卷倾向的性能称为链的柔顺性。2．试论述高聚物的结构特性及均聚物与共聚物的不同点。3．工业上对聚合物的分类方法有哪些？按聚合物大分子链主链结构可将聚合物分为哪几种类型？试各举一例。按大分子主链结构分类：碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合物4．何为加聚反应？何为缩聚反应？单体加成而聚合起来的反应称为加聚反应。若在聚合反应过程中，除形成聚合物外，同时还有低分子副产品形成，则此种聚合反应称为缩聚反应5．连锁聚合反应与逐步聚合反应有何不同？连锁聚合反应，其特征是整个反应过程可划分成相继的几步基元反应。反应无法停留在中间阶段，也无法分离出稳定的中间产物，反应是不可逆的。逐步聚合反应其特征是在低分子单体转变成高分子的过程中，反应是逐步进行的。反应可以停留在任何阶段，也可以分离出稳定的中间产物，反应具有可逆性。第三章高分子材料的结构与性能1．聚合物的结构常指哪些方面？大分子链的组成和构造包括哪些方面？试加以论述。聚合物结构：大分子本身的结构、大分子之间的排列大分子链的组成和构造：大分子链的化学组成：碳链大分子、杂链大分子、元素有机大分子等。大分子链的化学组成不同，聚合物的性能也不相同。结构单元的连接方式：大分子链是由许多结构单元通过共价键连接起来的链状分子。在缩聚过程中，结构单元的连接方式比较固定。但在加聚过程中，单体构成大分子的连接方式比较复杂，存在许多可能的连接方式，如头－尾、头－头或尾－尾连接等。结构单元的空间排列方式：几何异构体和旋光异构体。大分子链骨架的几何形状：线型、支链型、网状、梯形。序列结构：交替型、嵌段及接枝型、无规型2．试论述聚合物各种不同的大分子链骨架的几何形状使材料具有那些不同性能。3．共聚物大分子链的序列结构有哪些基本类型？序列结构：交替型、嵌段及接枝型、无规型4．聚合物分子量有何特点？试分析数均分子量和重均分子量对材料性能的影响。两个基本特点，一是分子量大，二是分子量具有多分散性。5．何为大分子链的构象？大分子链的形态有哪些基本类型？大分子链具有很大的柔曲性，可采取各种可能的形态，每种形态所对应原子及键的空间排列称为构象。形态基本类型：伸直链、折叠链、螺旋形链、无规线团6．聚合物凝聚态结构有哪些不同于低分子物凝聚态的特点？一是聚合物晶态总是包含一定量的非晶相；二是聚合物凝聚态结构强烈地依赖于外界条件。7．聚合物晶态结构与低分子晶体比较有何特点？目前解释聚合物晶态结构有何基本模型？与一般低分子晶体相比，聚合物晶体具有不完善性、无完全确定的熔点和结晶速度较慢的特点。这些特点来源于大分子的结构特征。一种是缨状胶束模型，是由非晶态结构的无规线团模型衍生出来的。另一种是折叠链模型，是从局部有序的非晶态结构模型衍生出来的。8．试论述聚合物的结晶过程，并分析结晶速率对成型产品性能的影响。结晶过程可分为主、次两个阶段。次期结晶是主期结晶完成后，某些残留非晶部分及结晶不完整部分继续进行的结晶和重排作用。次期结晶速率很慢，产品在使用中常因次期结晶的继续进行而影响性能。在生产上可通过调整成核速率和生长速率来控制晶粒的大小，从而控制产品的性能。结晶可提高聚合物的密度、硬度及热变形温度，溶解性及透气性减少，断裂伸长率下降，拉伸强度提高但韧性减少。9．试分析聚合物取向机理及取向对材料性能的影响。10．试从聚合物的结构特点分析聚合物分子运动的特点。（1）聚合物的分子运动具有多重性（2）聚合物的分子运动具有明显的松弛特性11．非晶态聚合物有哪几种力学状态？试分析这些力学状态的转变条件。玻璃态聚合物受热时，经高弹态最后转变为粘流态，开始转变为粘流态的温度称为流动温度或粘流温度Tf。液体冷却时，分子来不及作规则排列，体系的粘度已变大，冻结成无定型状态的固体。这种状态又称为玻璃态。玻璃态--玻璃化温度—高弹态—粘流温度—粘流态12．牛顿型流体有什么特点？试写出牛顿型流体的流动方程，并画出其流动曲线图。特征是：切应力与切变速率成正比。牛顿型流体的粘度在一定温度下为常数，它与流体的性质有关，其流动曲线是一条通过原点的直线。13．非牛顿型流体有何特点?通常可将非牛顿型流体分为哪几类？分为：纯粘性流体、粘弹性流体、有时间依赖性的流体14．什么是假塑性流体？试画出其流动曲线。15．聚合物熔体流动有哪些特点？①粘度大，流动性差。②聚合物熔体是假塑性流体，粘度随剪切速率的增加而下降③聚合物熔体流动时伴有高弹形变，即表现为弹性行为。16．什么是聚合物的牛顿粘度、表观粘度、零切粘度和极限粘度？17．了解材料受力的三种基本类型及相应的弹性模量。（1）简单拉伸（2）简单剪切（3）均匀压缩18．了解硬度、强度的含义，了解高弹性的特点。特点：①弹性模量小，形变大。②弹性模量与绝对温度成正比。③形变时有热效应。④高弹形变表现明显的松弛现象。19．什么是蠕变和应力松弛？蠕变：在一定的温度、一定的应力作用下，材料的形变随时间的延长而增加的现象。应力松弛：在温度、应变恒定的条件下，材料的内应力随时间延长而逐渐减小的现象。松弛现象是热运动对聚合物分子取向的影响。20．了解屈服强度、拉伸强度、断裂伸长率、抗张强度、抗冲击强度、疲劳强度等概念。21．高分子材料通常会出现哪些老化的现象？有哪些预防措施？现象：⑴塑料制品外观发生变化：例如表面变暗、变形、有裂纹或发霉等；⑵物理与化学性能发生变化，例如溶解度、Tg、熔体指数等；⑶力学性能发生变化：例如拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率等；⑷电性能发生变化：例如绝缘电阻、介电常数、击穿电压等。措施：为延缓或防止聚合物的光氧化过程，需加入光稳定剂。为了获得对热、氧稳定的高分子材料制品，常需加入抗氧剂和热稳定剂。第四章通用高分子材料1．掌握塑料的定义和分类。塑料是以聚合物为主要成分，在一定条件(温度、压力等)下可塑造成一定形状，并在常温下能保持其形状不变的高分子有机材料。（1）按塑料的物理化学性能分：热塑性塑料、热固性塑料（2）按塑料用途分：通用塑料、工程塑料、特种塑料（3）按塑料成型方法分：注射、挤出和吹塑塑料、模压塑料、层压塑料2．塑料有什么特点？（1）质轻、比强度高（2）优异的电绝缘性能（3）优良的化学稳定性能（4）减摩、耐磨性能好（5）透光及防护性能（6）减震、消音性能优良。不足：耐热性差、易老化、易燃3．了解塑料的组分及其作用。4．塑料常用的成型方法有哪些？挤出成型、注射成型、压延成型、模压成型、吹塑成型、滚塑成型5．掌握常用热塑性塑料的缩写代号、分子式以及基本性能。（1）聚乙烯PE—（CH2-CH2）n—化学性能：聚乙烯在室温下耐酸、碱和盐类的水溶液，常温下不溶于任何已知溶剂中，有优异的化学稳定性。电性能：聚乙烯是碳氢聚合物，分子结构没有极性基团，具有优异的电性能，体积电阻率高。力学性能：聚乙烯具有优异的力学性能，有很高的强度、柔性和弹性。卫生性能：PE分子链主要碳、氢构成，本身毒性极低，被认为是卫生性最好的塑料品种。成型加工性能：聚乙烯粘度低，流动性好，无需加入增塑剂就有很好的成型加工性能。（2）聚丙烯PP—(CH2-CH)n—CH3力学性能：PP在室温以上有较好的抗冲击性能，且低温冲击强度较PE低。热性能：PP分子链上甲基的存在及甲基在空间规整的排列，使大分子链柔性下降，因而其耐热性比PE好得多.化学性能：PP具有优良的化学稳定性。对于大多数极性有机溶剂，PP是稳定的。电性能：具有优良的电绝缘性，电绝缘性不受环境湿度的影响，可在较高温度和频率下使用。卫成型加工性能：PP有较好的流动性，可采用挤出、注射、吹塑等成型加工方法，具有优良的成型加工性能。（3）聚苯乙烯PS力学性能：刚性较大、抗弯能力较强的塑料品种。但它的冲击强度较低，常温下脆性大.热性能：PS的导热系数不随温度而改变，是良好的绝热材料。化学性能：具有一定的化学稳定性，PS在热、氧大气条件下易发生老化现象。电性能：PS具有优异的电绝缘性，体积电阻和表面电阻高，是良好的高频绝缘材料。光学性能：具有优良的光学性能，可用于制造光学零部件。6．掌握常用工程塑料、热固性塑料的缩写代号和基本性能。聚酰胺（PA）俗称尼龙，是结晶型聚合物，具有良好的力学性能，虽然刚性逊于金属，但比抗拉强度高于金属，比抗压强度与金属相近，因此代替金属材料。尼龙有吸湿性，随着吸湿性的增加，屈服强度下降、屈服伸长率增大。尼龙的抗冲强度比一般塑料高得多，疲劳强度为抗张强度的20％~30％。尼龙具有优良的耐摩擦性和耐磨耗性。尼龙是一种自润滑材料。尼龙的使用温度一般为－40~100℃，具有良好的阻燃性，较好的电绝缘性，耐油、耐溶剂性良好。缺点是吸水性较大，影响尺寸稳定性。聚碳酸酯（PC）具有优异的冲击强度和耐蠕变性，拉伸强度和弹性模量也较高，具有良好的尺寸稳定性。但PC的疲劳强度和耐磨性较差，无自润滑性，较易产生内应力，引起应力开裂。PC既有良好的耐寒性，又有良好的耐热性，耐油性优良，PC对热、氧、大气和紫外线均有良好的稳定性。具有较高的耐热性、透明性、韧性和阻燃性。聚甲醛（POM）较高的拉伸弹性模量，较好的刚性、硬度和耐冲击性。POM具有优良的耐疲劳性和耐磨性，动态摩擦时具有自润滑