高分子材料基础复习题含答案.docx
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高分子材料基础复习题含答案
8、简述干法纺丝和湿法纺丝的区别。
相同点:
都是采用成纤高聚物的浓溶液来形成纤维。
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?
制品强度很低、弹性小、遇冷变硬、遇热变软、遇溶剂溶解等,无使用价值。
橡胶经硫化后,通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?
塑炼,降低生胶的分子量,增加塑性,提高可加工性
混炼:
使配方中各个组分混合均匀,支撑混炼胶
压延:
混炼胶或与纺织物,钢丝等骨架材料同过压片,压型,贴合,擦胶,贴胶等操作制成一定规格的半成品的过程。
压出:
混炼胶通过口型压出各种断面的半成品的过程。
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?
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?
1)耐高温胶粘剂:
可在200℃以上长期工作。
大多为含芳杂环的耐高温聚合物为基料配制成的。
如聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚亚苯基、聚苯硫醚、有机硅氧烷等。
2.超低温胶粘剂:
多以聚氨酯及其改性产物为基料构成,能在-180℃以下工作。
3)导电胶粘剂:
具有导电能力的胶粘剂。
由导电填料如银粉、铜粉、铝粉、炭黑等与粘合基料如环氧树脂、聚氨酯树脂等配制而成。
用于需导电而又不能受热的电
子工业产品中。
4)导磁胶粘剂:
由导磁铁粉及粘合树脂配制而成。
用于导磁性元器件的粘接。
5)导热胶粘剂:
由金属粉或其他传热性好的材料粉末与粘合树脂制成。
根据传热系数及工作温度要求,可以选择导热材料及用量。
6)密封胶粘剂:
可防止气体或液体渗漏,水分、灰尘侵入的胶粘剂。
密封腻子为可塑性很大的固态密封物质。
在汽车、飞机等交通工具及建筑上应用较多。
7)光敏胶粘剂:
受紫外光照射,发生固化反应的胶粘剂。
两种被粘物中,至少有一种能透光,才能应用。
适用于透光零件或透光材料与金属、塑料的粘接。
电子工业中,广泛用于微型电路的光刻。
13、从组成上看,涂料一般包含哪几大部分?
从组成上看,涂料一般包含四大组分:
成膜物质、分散介质、颜(填)料和各类涂料助剂。
14、现代涂料助剂主要有几大类?
简述之。
现代涂料助剂主要有四大类:
(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。
1、导电高分子材料
掺杂聚乙炔由炭黑填充制成的复合型导电高分子
2、可降解高分子材料
(1)生物降解高分子
添加型淀粉塑料和橡胶热塑性淀粉材料化学合成型生物降解高分子微生物合成高分子材料
(2)光降解高分子
在制备塑料时,通过向塑料基体中加入光敏剂(如:
卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。
),使其在光照条件下可诱发光降解反应
通过共聚反应将羰基型感光基团引入高分子链而赋予其光降解特性
(3)光和生物双降解高分子
3、高分子吸附剂
(1)非离子型高分子吸附剂
(2)金属阳离子配位型吸附剂
(3)离子型吸附树脂
吸水性高分子吸附剂高吸水性树脂吸油性高分子:
高吸油性树脂
4、高分子功能膜
(1)反渗透膜
(2)超滤膜(3)微滤膜(4)气体分离膜(5)催化膜
5、生物、医用高分子人造心脏---聚氨酯橡胶隔膜
6、感光性高分子材料
光致抗蚀剂(光刻胶)光固化粘合剂光固化涂料、油墨
16、简述复合材料的特点。
17、构象与构型的区别是什么?
①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C-C单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态),是物理结构。
②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?
①高分子的链式结构:
高分子是由成千上万个(103—105数量级)相当于小分子的结构单元组成的。
②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。
③高分子链之间的作用力很大,互相之间可以发生交联。
④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。
⑤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?
①耐磨性在已知塑料中名列第一,比PTFE高6倍,是碳钢的
10倍。
②极高的耐冲击性能,比POM高14倍,比ABS塑料高6倍。
③自润滑性能良好,磨耗低。
④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。
⑤耐化学腐蚀性极佳,被称为“塑料王”。
⑥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。
(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?
(1)链引发反应反应、例如AIBN
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(例PS)
(3)链终止反应链自由基消失,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?
高分子的原子种类和排列
高分子结构单元键接方式
构型
支化与交联
共聚物的序列结构
23、简述聚合物结晶过程的影响因素。
(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?
高弹性 弹性最高
滞后损失和生热小 使用寿命长
低温性能好 玻璃化温度(-105℃)低,寒带地区使用。
耐磨性能优异 适用需耐磨的轮胎、鞋底、鞋后跟等。
耐屈挠性优异 耐动态裂口生成性能良好。
填充性好 有利于降低胶料成本。
混炼时抗破碎能力强 可延长混炼时间
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
模内流动性好 制品缺胶情况少。
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?
26、复合材料都有哪些特点?
五、论述
1、影响高分子链的柔顺性因素都有哪些?
﹤1﹥主链的结构
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。
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
主链由共轭双键组成时,由于共轭双键因π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
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。
非极性侧基的体积越大,内旋转位阻越大,柔顺性越差;如:
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。
链段之间是否存在氢键,能形成氢键的,高分子柔性差一些.
<3>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2-3%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。
2、举例详细叙述涂料都有哪些作用?
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。
(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。
(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。
3、详细叙述橡胶材料都有哪些特点。
1高弹性弹性模量低,伸长形变大,又可恢复的变形,并能在很宽的温度(-50~150度)范围内保持弹性。
2粘弹性橡胶材料在产生形变和恢复变形时受温度和时间的影响,表现有明显的应力松弛和蠕变现象,在震动和交变应力的作用下,产生之后损失。
3电绝缘性橡胶和塑料一样是电绝缘材料
4有老化现象。
如金属腐蚀,木材腐朽,岩石风化一样,橡胶也会在环境条件的变化而产生老化现象,是性能变坏,寿命下降。
5必须进行硫化才能使用,热塑性弹性体除外。
6必须加入配合剂
其他:
比重小,硬度低,柔软性好,气密性好等等。
4、涂料中,分散介质的种类主要有哪几种?
溶剂的品种类别很多,按其化学成分和来源可分为下列几大类:
萜烯溶剂、石油溶剂、煤焦溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂,以及其他溶剂。
(1)萜烯溶剂:
绝大部分来自松树分泌物,常用的有松节油。
(2)石油溶剂;这类溶剂属于烃类,是从石油中分馏而得,常用的有溶剂油、松香水。
松香水是油漆中普遍采用的溶剂,毒性较小。
(3)煤焦溶剂:
这类溶剂也属于烃类,但由煤干馏而得,常用的有苯、甲苯、二甲苯等。
(煤干馏:
煤在隔绝空气条件下加热、分解。
)
苯的溶解能力很强,但毒性大,挥发快,一般不用;甲苯的溶解能力与苯相似,主要作为醇酸漆溶剂,也可以作环氧树脂、喷漆等的稀释剂用;二甲苯的溶解性略低于甲苯,挥发比甲苯慢,毒性较小。
近年来,重芳烃(三甲基苯)类溶剂得到了广泛应用。
(4)酯类溶剂:
是低碳的有机酸和醇的酯化物,常用的有醋酸丁酯、乙酸乙酯、醋酸乙酯、醋酸戊酯等。
酯类溶剂毒性小,一般用在民用漆中。
5)酮类溶剂:
是一类有机溶剂,主要用来溶解硝酸纤维,常用的有丙酮、甲乙酮、甲异丙酮、环已酮、异佛尔酮等。
(6)醇类溶剂:
是一类有机溶剂,能与水混合,常用的有乙醇、异丙醇、丁醇等。
醇类溶剂对涂料的溶解力差,仅能溶解虫胶或聚乙烯醇缩丁醛树脂,与酯类、酮类溶剂配合使用时,可增加其溶解力,因此称它们为硝基漆的助溶剂。
乙醇不能溶解一般树脂,而能溶解硝基纤维、虫胶等。
(7)其他溶剂:
常用的有含氯溶剂、硝化烷烃溶剂、醚醇类溶剂等。
含氯溶剂溶解力很强,但毒性较大,只是在某些特种漆和脱漆剂中使用;醚醇类溶剂是一种新兴的溶剂,有乙醚乙二醇、甲醚乙二醇及其酯类等。
近年来,水性涂料发展很快,除极少量水溶性体系外,绝大部分属于水分散体系,水起到分散介质的作用。
【高分子材料科学基础】课程试题(B卷)【半开卷】
姓名学号专业及班级
本试卷共有五道大题,
题号
一
二
三
四
五
总分
得分
阅卷人
一.填空题(每空1分,共30分)
1.材料按化学组成分类,可分为金属材料、无机材料和高分子材料三类。
碳链高分子材料、杂链高分子材料和元素有机高分子材料
3.20世纪70年代人们把能源、信息和材料归纳为现代物质文明的三大支柱。
4.原子的排列可分为三个等级,第一种是无序排列,第二种是短程有序而长程无序,第三种是长程有序。
5.从几何学的角度,结构缺陷可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷及体缺陷。
低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。
7.由于单体单元排列方式的不同,可构成不同类型的共聚物,可分为四种类型无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。
8.高强度、耐高温、耐老化的高分子材料是当前高分子材料的重要研究课题。
9.大分子链形态的基本类型包括:
伸直链、折叠链、螺旋形链、无规线团。
10.聚合物晶态结构的基本模型有两种:
一种是缨状胶束模型,另一种是折叠链模型。
11.在室温下,塑料处于玻璃态,玻璃化温度是非晶态塑料使用的上线温度,熔点则是结晶聚合物使用的上线温度,对于橡胶,玻璃化温度是其使用的下限温度。
生胶、再生胶以及配合剂。
13.酚醛树脂是由苯酚和甲醛两种物质合成的。
14.丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯两种原料合成的。
15.聚酰胺类的习惯名称为尼龙。
涤纶。
腈纶。
二.名词解释(共10小题,每题2分,共20分)
1.引发剂:
引发剂是容易分解成自由基的化合物,分子结构上具有弱键,在热能或辐射能的作用下,沿弱键均裂成自由基。
2.笼蔽效应:
引发剂分解成初始自由基后,必须扩散出溶剂所形成的“笼子”才能引发单体聚合,这时会有部分初始自由基在扩散出“笼子”之前因相互复合而失去引发单体聚合的能力,这就成为笼蔽效应。
3.诱导分解:
诱导分解实际上是自由基向引发剂的转移反应,其结果使引发剂效率降低。
4.热固性塑料:
是由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成,一旦形成交联聚合物,受热后不能再恢复到可塑状态。
5.连锁聚合:
活性中心引发单体,迅速连锁增长的聚合。
烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。
连锁聚合需活性中心,根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。
6.体形缩聚:
在缩聚反应中,单体分子多于两个官能团时,则能形成支化或交联等非线型结构的产物,此类反应称体型缩聚反应。
7.凝胶点:
体形缩聚初期为线型产物,当达到一定程度时,体系粘度突然增大,出现不溶不熔且具有弹性的凝胶——体型产物(即凝胶化现象或凝胶化作用),这时的P称凝胶点Pc。
8.自动加速现象:
随着聚合反应进行,聚合速率不但没有降低,反而迅速增加,这种反常的动力学行为称为自动加速现象。
9.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称为应力松弛。
10.乳液聚合:
是单体在水中分散成乳液状而进行的聚合,体系由单体、水、水溶性引发剂、水溶性乳化剂组成。
四.计算题(共5小题,1,2,3题每题5分,4题10分共25分)
1.设一聚合物样品,其中分子量为104的分子有10mol,分子量为105的分子有5mol,求分子量数均分子量和质均分子量
2.等摩尔二元醇和二元酸缩聚,另加醋酸1.5%,p=0.995或0.999时聚酯的聚合度多少?
解:
假设二元醇与二元酸的摩尔数各为1mol,则醋酸的摩尔数为。
Na=2mol,Nb=2mol,
mol
当时,
3.写出下列混合物的数均分子量、重均分子量和分子量分布指数
(1)组分1:
质量分数=0.5,分子量=1x104
(2)组分2:
质量分数=0.4,分子量=1x105
(3)组分3:
质量分数=0.1,分子量=1x106
4.AA、BB、A3混合体系进行缩聚,NA0=NB0=3.0,A3中A基团数占混合物中A总数(ρ
。
解:
NA0=NB0,A3中A基团数占混合物中A总数(ρ)的10%,则A3中A基团数为0.3mol,A3的分子数为0.1mol。
NA2=1.35mol;NA3=0.1mol;NB2molbhgnjhmn0
00
当70时,
时,
五,简答题(1题5分,2、3题10分,共25分)
1.简述聚合物结晶过程的特点。
答:
聚合物结晶是高分子链通过分子运动(链段运动)从无序转变为有序的过程,有三个特点:
(1)结晶必须在玻璃化温度Tg与熔点Tm之间的温度范围内进行。
聚合物结晶过程与小分子化合物相似,要经历晶核形成和晶粒生长两过程。
温度高于熔点Tm,聚合物处于熔融状态,晶核不易形成;低于Tg,高分子链运动困难,难以进行规整排列,晶核也不能生成,晶粒难以生长。
(2)同一聚合物在同一结晶温度下,结晶速度随结晶过程而变。
一般最初结晶速度较慢,中间有加速过程,最后结晶速度又减慢。
(3)结晶聚合物结晶不完善,没有精确熔点,存在熔限。
熔限大小与结晶温度有关。
结晶温度低,熔限宽,反之则窄。
这是由于结晶温度较低时,高分子链的流动性较差,形成的晶体不完善,且各晶体的完善程度差别大,因而熔限宽。
2.下列烯类单体适于何种机理聚合?
自由基聚合、阳离子聚合还是阴离子聚合?
并说明原因。
CH2=CHClCH2=CCl2CH2=CHCNCH2=C(CN)2CH2=CHCH3
答:
CH2=CHCl:
适合自由基聚合,Cl原子的诱导效应是吸电子基团,但共轭效应却有供电性,两者相抵后,电子效应微弱。
CH2=CCl2:
自由基及阴离子聚合,两个吸电子基团。
CH2=CHCN:
自由基及阴离子聚合,CN为吸电子基团,将使双键
电子云密度降低,有利于阴离子的进攻,对自由基有共轭稳定作用。
CH2=C(CN)2:
阴离子聚合,两个吸电子基团(CN)。
CH2=CHCH3:
配位聚合,甲基(CH3)供电性弱,难以进行自、阳、阴三种聚合,用自由基聚合只能得无定型蜡状物低、分子量,用阴离子聚合只能得到低分子量油状物。
CH2=C(CH3)-CH=CH2:
三种机理均可,共轭体系。
—形变曲线,指出A、B、C分别代表的哪种力学状态,D、E分别代表什么温度。
并具体说明聚合物在这三种力学状态的运动特点。
玻璃态:
①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②形变小,可恢复;
高弹态:
①链段运动充分发展②形变大,可恢复;
粘流态:
①链段运动剧烈,导致分子链发生相对位移;②形变不可逆
玻璃化转变温度Tg对应链段的运动状态,T
粘流温度Tf对应整条分子链的运动状态,T
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