高分子材料基础复习题答案.doc

高分子复习一、 名词解释1、 单体单元：与单体分子的原子种类和各种原子的个数完全相同、仅电子结构有所改变的结构单元。 2、 重复单元：重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。也称重复单元、链节。3、 构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。4、 构象：是指分子中的原子或原子团由于CC单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态)，是物理结构。5、 柔顺性：高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。 6、 熔体纺丝：是将聚合物加热熔融，通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的化学纤维纺丝方法。7、 胶粘剂：它是一种能够把两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。 8、 生胶：没有加入配合剂且尚未交联的橡胶，一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。9、 硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。10、应变：材料在外力作用下，其几何形状和尺寸所发生的变化称应变或形变，通常以单位长度（面积、体积）所发生的变化来表征。11、 弹性模量：是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。是材料刚性的一种表征。12、塑料：塑料是以聚合物为主要成分，在一定条件（温度、压力等）下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。13、 功能高分子材料：具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物。 14、复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法组合起来，而得到的具有复合效应的多相固体材料。15、 缩聚反应：通过单体分子中的某些官能团之间的缩合聚合成高分子的反应。16、 结构单元：聚合物分子结构中出现的以单体结构为基础的原子团。17、 单体:二、判断正误，正确的，错误的。（每题2分）（1）高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大（ ）。（2）单体单元就是单体（ ）。（3）分子间作用力增大，柔顺性也变大（ ）。（4）对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有显著影响。在相同条件下，一般分子量低结晶速度快（ ）。（5）玻璃化温度是非晶态热塑性塑料使用的上限温度，是橡胶使用的下限温度（ ）。（6）重复单元和结构单元总是相同（ ）。（7）涂料可以在物体表面形成一层保护膜，对制品具有保护作用（ ）。（8）橡胶硫化的实质是使线型橡胶分子交联形成立体网状结构（ ）。（9）玻璃态、高弹态和粘流态称为非晶态聚合物的三种力学状态（ ）。（10）聚合物分子的运动是一个松弛过程（ ）。（11）聚合物的分子运动与温度无关（ ）。（12）聚合物的力学性能指的是其受力后的响应（ ）。（13）成膜物质是涂料中的主要物质（ ）。（14）聚丙烯是所有合成树脂中密度最小的一种（ ）。（15）交联技术是提高PE性能的一种重要技术（ ）。（16）热固性高分子在受热后会从固体状态逐步转变为流动状态（ ）。（17）顺丁橡胶的低温性能好，可在寒带地区使用（ ）。（18）乙丙橡胶具有突出的耐臭氧性能（ ）。三、根据聚合物的简称写出其名称LDPE 低密度聚乙烯HDPE 高密度聚乙烯UHMWPE 超高分子量聚乙烯（Ultra-high molecular weight PE）PP聚丙烯PS聚苯乙烯PVC聚氯乙烯PMMA聚甲基丙烯酸甲酯PA66聚己二酰己二胺（尼龙66）PC聚碳酸酯POM聚甲醛PU聚氨酯PET聚对苯二甲酸乙二酯EPR乙丙橡胶CR氯丁橡胶四、问答题1、按主链结构分，高分子材料分为哪几类？答：1）碳链高分子，其主链完全由碳原子组成。如，聚乙烯，聚丙烯，其特点是不溶于水，可塑性好（可加工性），但耐热性差。 2）杂链高分子，主链除碳原子外，还含氧、氮、硫等杂原子。 如，聚乙二醇，其特点是具有极性，易水解、醇解，耐热性比较好，强度高。 可用作工程塑料。3)元素有机高分子，主链上没有碳原子，主链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成。如硅橡胶，能在-123 使用，耐低温性好。其特点是具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。2、按照连接方式，共聚物的序列结构分为哪几类？答：由两种以上的单体键合而成的聚合物叫共聚物。以A、B两种单体单元所构成的共聚物为例，可分为：1）交替共聚物：即两种结构单元交替排列。 ABABABABABABABA 2）无规共聚物：即两种高分子无规则地平行联结。AABABBAA3）嵌段共聚物：即两种结构单元嵌段排列。 AAAAAABBBBBAAAAAA4）接枝共聚物：即将一种高分子作为主链，将另一种高分子作为支链。AAAAAAAAAAAAA BB无规、交替改变了结构单元的相互作用状况，因此其性能与相应的均聚物有很大差别。嵌段、接枝 保留了部分原均聚物的结构特点，因而其性能与相应的均聚物有一定联系。3、简述聚合物力学三态的分子运动特点。答：1）玻璃态：温度低，链段的运动处于冻结，只有侧基、链节、链长、键角等局部运动，形变小；2)高弹态：链段运动充分发展，形变大，可恢复； 热运动的能量还不足以使整个分子链产生位移。 此状态下高聚物表现出类似于橡胶的性质，受较小的力就可以发生 很大的形变（100%1000%），外力除去后形变可完全恢复。 高弹态是高分子特有的力学状态，在小分子化合物中不能观察到。3)粘流态：链段运动剧烈，导致分子链发生相对位移，形变不可逆。 4、简述聚合物的分子运动的特点。答：1）聚合物的分子运动具有多重性；具体包括到有：1.整链的运动，即以高分子链为一个整体作质量中心的移动，即分子链间的相对位移。2.链段的运动，即由于主链 键的内旋转，使分子中一部分链段相对于另一部分链段而运动，但可以保持分子质量中心不变（宏观上不发生塑性形变）。3.链节的运动，即指高分子主链上几个化学键（相当于链节）的协同运动，或杂链高分子的杂链节运动。4.侧基、支链的运动，即侧基、支链相对于主链的摆动、转动、自身的内旋转。2）聚合物的分子运动具有明显的松弛特性；即高分子在外界条件作用下通过分子运动从一种状态变到另一种状态需要一个过程，具有明显时间依赖性。3）分子运动的温度依赖性。1.活化运动单元，即温度升高，增加了分子热运动的能量，当达到某一运动单元运动所需的能量时，就激发这一运动单元的运动。2.增加分子间的自由空间，即温度升高，高聚物发生体积膨胀，自由空间加大。当自由空间增加到某种运动单元所需的大小时，这一运动单元便可自由运动。 5、聚合物高弹性的特点都有哪些？答: 高弹性的特点： 1）弹性模量小，形变量很大。一般材料的形变量最大为1%左右，而橡胶的高弹形变很大，可以拉伸510倍，弹性模量只有一般固体材料的1/10000. 2）弹性模量与绝对温度成正比。一般材料的模量随温度的提高而下降。 3）形变时有热效应，伸长时放热，回缩时吸热。 4）在一定条件下，高弹形变表现明显的松弛现象6、塑料主要分为哪几大类？并简述之。答: a. 按组分数目分 ，可分为单一组分的塑料和多组分的塑料；b.按受热后形态性能分，可分为热塑性塑料和热固性塑料；c.按使用范围和用途分，可分为通用塑料和工程塑料。 7、简述挤出成型的工艺过程。答：挤出成型工艺：原料的预处理和混合 （热塑料一般为粒料或粉料可能含有水分，对原料进行预热和干燥）挤出成型（将挤出机加热到预定的温度，然后开动螺杆，同时加料） 挤出物的定型和冷却（塑料机头口模后处于熔融状态，具有很大的塑性变形能力，必须立即进行定型和冷却，一般采用空气或水冷） 制品的牵引、卷曲（或切割）（要连续而均匀地将挤出物牵引开） 后处理（主要包括热处理和调湿处理）8、简述干法纺丝和湿法纺丝的区别。答：1)相同点：都是采用成纤高聚物的浓溶液来形成纤维。 2)不同点：与湿纺不同的是，干纺时从喷丝头毛细孔中压出的纺丝液细流不是进入凝固浴，而是进入纺丝甬道中。通过甬道中热空气流的作用,使原液细流中的溶剂快速挥发,挥发出来的溶剂蒸汽被热空气流带走。原液在逐渐脱去溶剂的同时发生固化，并在卷绕张力的作用下伸长变细而形成初生纤维。9、橡胶硫化的目的是什么？答：经硫化后，橡胶大分子由线型结构变为网状结构，橡胶则经过一系列复杂的化学变化，由塑性的混炼胶变为高弹性的或硬质的交联橡胶，从而获得更完善的力学性能和化学性能，提高和拓宽了橡胶材料的使用价值和应用范围。10、橡胶加工中最基础、最重要的加工过程包括哪几个阶段？答：1、塑炼：降低生胶的分子量，增加塑性，提高可加工性。 2、混炼：使配方中各个组分混合均匀，制成混炼胶。3、压延：混炼胶或与纺织物、钢丝等骨架材料通过压片、压型、贴合、擦胶、贴胶等操作制成一定规格的半成品的过程。 4、压出：混炼胶通过口型压出各种断面的半成品的过程，如内胎、胎面、胎侧、胶管等。5、硫化：通过一定的温度、压力和时间后，使橡胶大分子发生化学反应产生交联的过程。11、成纤聚合物的基本性质是什么？答: 1)成纤聚合物大分子必须是线性的、能伸直，大分子上支链尽可能少，且没有庞大侧基及大分子间没有化学键； 2)聚合物分子之间有适当的相互作用力，或具有一定规律性的化学结构和空间结构； 3)聚合物应具有适当高的相对分子质量和较窄的相对分子质量分布； 4)聚合物应具有一定的热稳定性，且具有可溶性或可熔性，其熔点或软化点应比允许使用温度高得多。 12、特种胶粘剂主要有哪几种类型？答：1）耐高温胶粘剂2）超低温胶粘剂3）导电胶粘剂4）导磁胶粘剂5）导热胶粘剂6）密封胶粘剂7）光敏胶粘剂13、从组成上看，涂料一般包含哪几大部分？答：1）成膜物质，即是涂料中的主要物质，为高分子化合物，亦称涂料树脂，可分为天然高分子和合成高分子两大类。2）分散介质，即在涂料中起到溶解或分散成膜物质及颜（填）料的作用，以满足各种油漆施工工艺的要求，其用量在50%(V/V)左右。3）颜（填）料，即是涂料中的次要成膜物质，但它不能离开主要成膜物质（涂料树脂）而单独构成涂膜。颜料是一种不溶于成膜物质的有色矿物质或有机物质。4）各类涂料助剂。即助剂：在涂料中的用量很少，约10-3(w/w),但作用很大，以对涂料的生产过程、储存过程、施工过程以及对涂膜性能产生作用,不可或缺。14、现代涂料助剂主要有几大类？简述之。答：1）对涂料生产过程发生作用的助剂，如消泡剂、润湿剂、分散剂、乳化剂等； 2）对涂料储存过程发生作用的助剂，如防沉剂、稳定剂，防结皮剂等； 3）对涂料施工过程起作用的助剂，如流平剂、消泡剂、催干剂、防流挂剂等； 4）对涂膜性能产生作用的助剂，如增塑剂、消光剂、阻燃剂、防霉剂等。15、功能高分子材料主要有哪几类？举例。答：1）反应型功能高分子，如：高分子试剂、高分子催化剂、离子交换树脂、螯合树脂等； 2）光敏高分子，如：光刻胶、光稳定剂、光导材料、光致变色材料、光电材料等； 3）电磁功能高分子材料，如：导电及超导电高分子材料、压电和热电高分子材料、高分子驻极体、磁功能高分子材料等； 4）吸附型高分子材料，如：高分子吸附性树脂、高分子絮凝剂和吸水性树脂等； 5）膜型高分子材料，如：分离膜、缓释膜和其它半透膜高分子材料等。16、简述复合材料的特点。答： 比强度、比模量大 耐疲劳性能好，聚合物基复合材料中，纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，破坏是逐渐发展的，破坏前有明显的预兆。 减震性好，复合材料中的基体界面具有吸震能力，因而振动阻尼高。 耐烧蚀性能好，因其比热大、熔融热和气化热大，高温下能吸收大量热能，是良好的耐烧蚀材料。 工艺性好，制造制品的工艺简单，并且过载时安全性好。17、构象与构型的区别是什么？答：定义构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。是化学结构。构象：是指分子中的原子或原子团由于CC单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态)，是物理结构。 特点：构型是稳定的，要改变构型必须通过化学键的断裂或重组。构象是通过单键的内旋转实现的(热运动)，是不稳定的，具有统计性。由统计规律知道，大分子链蜷曲的几率最大，呈伸直链构象的几率最小。总结：在高分子链中，近邻原子上连有各个基团，因单键的内旋转而造成的空间排列构象，与构型不同，它是随时间改变的；大多数的长链结构决定了它含有数目很大的构象数，这是造成高分子链有柔性，聚合物具有高弹性的根本原因。18、高聚物结构复杂的原因是什么？ 答：高分子的链式结构：高分子是由成千上万个（103105 数量级）相当于小分子的结构单元组成的。高分子链的柔顺性：高分子链中单键的内旋转，可以使主链弯曲而具有柔性。高分子链之间的作用力很大，互相之间可以发生交联。高分子凝聚态结构的复杂性：晶态、非晶态，球晶、串晶、单晶、伸直链晶等。其聚集态结构对高分子材料的物理性能有很重要的影响。高分子材料中常有一些添加剂，使分子结构复杂化。19、超高分子量聚乙烯有怎样的特殊性能？答：耐磨性在已知塑料中名列第一，比PTFE高6倍，是碳钢的 10倍。 极高的耐冲击性能，比POM高14倍，比ABS塑料高6倍。 自润滑性能良好，磨耗低。 耐低温性能优良，脆化温度在80以下，甚至在低 于液氮温度下仍可保持高韧性。 耐化学腐蚀性极佳，被称为“塑料王”。 电绝缘性好，消音减震性能优良，抗粘结性能良好。20、简述连锁聚合的特点。答：（1）聚合需要活性中心，如自由基、阳离子、阴离子等，因 此有自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合之分。（2）聚合过程由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。（3）聚合过程中相对分子质量变化不大，体系始终由单体、高分子量聚合物和引发剂组成。没有分子量递增的产物。（4）单体转化率随时间增加。21、自由基聚合主要分为几步？每步有什么特点？答：（1）链引发反应 特点：反应为两步、第一步为控制步骤 反应速率最小，是控制总聚合速率的关键。（2）链增长反应 特点：活化能低、形成聚合物及分子链结构（3）链终止反应 特点：链自由基消失，形成稳定的大分子的过程总的来说，其反应特征是：慢引发，快增长，速终止。22、高分子链的近程结构主要包括哪几部分？答：1）高分子的原子种类和排列，按原子的种类和排列不同可分为，碳链高分子，杂链高分子，元素有机高分子。2）高分子结构单元键接方式，即键接结构：是指结构单元在高分子链中的联结方式包括头尾，头头，尾尾等方式；3）构型。即指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组，构型异构包括几何异构和旋光异构。4)支化与交联, 包括线型高分子，支化高分子，交联高分子，梯形和双螺旋形高分子，端基；5）共聚物的序列结构, 单体单元的排列顺序与结构，分为交替共聚物，无规共聚物，嵌段共聚物，接枝共聚物。23、简述聚合物结晶过程的影响因素。答：1）分子链结构，聚合物的结晶能力与分子链结构密切相关，凡分子结构对称（如聚乙烯）、规整性好（如有规立构聚丙烯）、分子链相互作用强（如能产生氢键或带强极性基团，如聚酰胺等）的聚合物易结晶。分子链的结构还会影响结晶速度，一般分子链结构越简单、对称性越高、取代基空间位阻越小、立体规整性越好，结晶速度越快。（2）温度：温度对结晶速度的影响极大，有时温度相差甚微，但结晶速度常数可相差上千倍（3）应力：应力能使分子链沿外力方向有序排列，可提高结晶速度。(单位面积上的内力定义为应力) （4）分子量：对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有显著影响。在相同条件下，一般分子量低结晶速度快，（5）杂质：杂质影响较复杂，有的可阻碍结晶的进行，有的则能加速结晶。能促进结晶的物质在结晶过程中往往起成核作用（晶核），称为成核剂。 24、顺丁橡胶都有哪些优点？答：1）高弹性弹性最高2）滞后损失和生热小使用寿命长3）低温性能好玻璃化温度（-105）低，寒带地区使用。4）耐磨性能优异适用需耐磨的轮胎、鞋底、鞋后跟等。5）耐屈挠性优异耐动态裂口生成性能良好。6）填充性好有利于降低胶料成本。7）混炼时抗破碎能力强可延长混炼时间8）与其他弹性体的相容性好与天然橡胶、丁苯橡胶及氯丁橡胶都 能互溶9）模内流动性好制品缺胶情况少。10）吸水性低小于天然橡胶和丁苯橡胶。25、复合材料的组成主要包括哪几部分？答：1基体相，即聚合物基体可分为塑料和橡胶两种 2增强相，即是聚合物基复合材料的骨架，它是决定聚合物材料强度和刚度的主要因素 3界面相，即是聚合物基与增强材料间形成的第三相，是产生复合效果的主要因素 五、论述题1、影响高分子链的柔顺性因素都有哪些？答：1主链的结构A 当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。这是因为O、N原子周围的原子比C原子少，内旋转的位阻小；而Si-O-Si的键角也大于C-C-C键，因而其内旋转位阻更小，即使在低温下也具有良好的柔顺性。B 主链含有芳杂环时，芳杂环不能内旋转，链柔性差当主链中含非共轭双键时，虽然双键本身不会内旋转，但却使相邻单键的非键合原子（带*原子）间距增大，使内旋转较容易，柔顺性增加C主链由共轭双键组成时，由于共轭双键因电子云重叠不能内旋转，因而链柔顺性差，是刚性链。2取代基的结构A 侧基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。B 非极性侧基的体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差；如： C 对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱，柔顺性大。侧基对称性越高，分子链柔顺性越好。D 链段之间是否存在氢键,能形成氢键的,高分子柔性差一些.高分子链的长短.如果分子链较短，内旋转产生的构象数小，刚性大。如 果分子链较长，主链所含的单键数目多，因内旋转而产生的 构象数目多，柔顺性好。但链长超过一定值后，分子链的构 象服从统计规律，链长对柔顺性的影响不大。4分子间作用力分子间作用力增大，则柔顺性减小5支化和交联支链长，则阻碍链的内旋转，柔顺性下降交联结构，当交联度不大时（含硫23的橡胶）对链的柔顺性影响不大，但是交联度达到一定程度（如含硫30%以上）则大大影响链的柔顺性。6分子链的规整性 分子链越规整，结晶能力越强，高分子一旦结晶，链的柔顺性就表现不出来，聚合物呈现刚性。例如，聚乙烯的分子链是柔顺的，但由于结构规整，很容易结晶，所以聚合物具有塑料的性质7外界因素的影响温度：是影响高分子链柔顺性最重要的外因之一。温度升高，分子热运动能量增加，内旋转容易，构象数增加，柔顺性增加。外力：在外界条件影响下，如外力作用下，高分子链从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度称为动态柔顺性。因而外力作用影响的是高分子链的动态柔顺性。当外力作用速度缓慢时，柔性容易显示；外力作用速度快，高分子链来不及通过内旋转而改变构象，柔性无法体现出来，分子链显得僵硬2、举例详细叙述涂料都有哪些作用？答：涂料的作用一般包括三个方面： （1）保护作用。涂料可以在物体表面形成一层保护膜，保护各种制品免受大气、雨水及各种化学介质的侵蚀，延长其使用寿命，减少损失。例如，在水冷器防腐蚀上，与阴极保护配合，在金属镀层表面涂漆，减缓腐蚀作用 （2）装饰作用。由颜（填）料及成膜物质提供，其它组分协助。当然，颜料除了使涂膜呈现鲜艳多彩的颜色外，还具有其它作用，如提供一定的机械强度、化学稳定性以强化保护作用；成膜物质使涂饰物表面光泽发生变化，丰满度提高，提高质感，提高了装饰效果。例如酚醛漆，干燥快，漆膜光亮坚硬，耐水性和耐化学腐蚀性好，用在建筑上有好的装饰作用。（3）其它作用。保护和装饰性是涂料的基本功能，此外涂膜还可以提供防静电、导电、绝缘、耐高温、隔热、阻燃、防霉、杀菌、防海洋生物附着、热至变色、光至变色等作用。例如以环氧树脂为基料，添加导电物质，填料，颜料及助剂，制成防静电地坪涂料3、详细叙述橡胶材料都有哪些特点。答：1）高弹性：弹性模量低，伸长变形长，有可恢复的变形，并能在很宽的温度（-50150）范围内保持弹性。2）粘弹性：橡胶材料的产生形变和恢复形变是受温度和时间