高分子材料思考題答案.doc

高分子材料導論思考題第一章 材料科學概述1試從不同角度把材料進行分類，并闡述三大材料的特性。按化學組成分類：金屬材料 無機材料.有機材料 （高分子材料）按狀態(tài)分類:氣態(tài)。固態(tài)：單晶.多晶.非晶.復合材料.液態(tài)按材料作用分類:結構材料，功能材料按使用領域分類：電子材料。耐火材料。醫(yī)用材料。耐蝕材料。建筑材料三大材料：（1）金屬材料富于展性和延性，有良好的導電及導熱性、較高的強度及耐沖擊性。（2）無機材料一般硬度大、性脆、強度高、抗化學腐蝕、對電和熱的絕緣性好。（3）高分子材料的一般特點是質輕、耐腐蝕、絕緣性好、易于成型加工，但強度、耐磨性及使用壽命較差。2說出材料、材料工藝過程的定義。材料具有滿足指定工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質。由化學物質或原料轉變成適用于一定用場的材料，其轉變過程稱為材料化過程或材料工藝過程。3原子之間或分子之間的結合鍵一般有哪些形式？試論述各種結合鍵的特點。離子鍵：無方向性，鍵能較大。由離子鍵構成的材料具有結構穩(wěn)定、熔點高、硬度大、膨脹系數(shù)小的特點。 共價鍵：具有方向性和飽和性兩個基本特點。鍵能較大，由共價結合而形成的材料一般都是絕緣體。金屬鍵：無飽和性和方向性。具有良好的延展性，并且由于自由電子的存在，金屬一般都具有良好的導電、導熱性能。4何為非晶態(tài)結構？非晶態(tài)結構材料有何共同特點？原子排列近程有序而遠程無序的結構稱為非晶態(tài)結構或無定形結構，非晶態(tài)結構又稱玻璃態(tài)結構。共同特點是：結構長程無序，物理性質一般是各向同性的；沒有固定的熔點，而是一個依冷卻速度而改變的轉變溫度范圍；塑性形變一般較大，導熱率和熱膨脹性都比較小。5材料的特征性能主要哪些方面？熱學、力學、電學、磁學、光學、化學等性能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，是指在一定條件下和一定限度內對材料施加某種作用時，通過材料將這種作用轉換為另一形式功能的性質。包括：1熱電轉換性能2光熱轉換性能3光電轉換性能4力電轉換性能5磁光轉換性能6電光轉換性能7聲光轉換性能7材料工藝與材料結構及性能有何關系？材料工藝，包括材料合成工藝及材料加工工藝，影響材料的組織結構，因而對材料的性能有顯著的影響。材料的原始組織結構及性能又常常決定著采用何種方法將材料加工成所需要的形狀。所以，材料工藝、材料結構及材料性能之間具有相互依賴、相互制約的密切關系，了解并利用這種關系是材料科學的關鍵問題之一。第二章 高分子材料的制備反應1了解均聚物、共聚物、多分散性和柔順性的定義。由一種單體聚合而成的聚合物稱為均聚物，由兩種或兩種以上單體共聚而成的聚合物稱為共聚物。聚合物材料的強度與分子量密切相關。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。這種分子量的不均一性亦稱為多分散性。高分子化合物的分子鏈內，存在許多單鍵，每一個鍵都可以旋轉，大部分高分子鏈呈曲卷狀。這種由于單鍵自由旋轉而使分子在空間產(chǎn)生不同排布、有曲卷傾向的性能稱為鏈的柔順性。2試論述高聚物的結構特性及均聚物與共聚物的不同點。3工業(yè)上對聚合物的分類方法有哪些？按聚合物大分子鏈主鏈結構可將聚合物分為哪幾種類型？試各舉一例。按大分子主鏈結構分類：碳鏈聚合物、雜鏈聚合物、元素有機聚合物4何為加聚反應？何為縮聚反應？單體加成而聚合起來的反應稱為加聚反應。若在聚合反應過程中，除形成聚合物外，同時還有低分子副產(chǎn)品形成，則此種聚合反應稱為縮聚反應5連鎖聚合反應與逐步聚合反應有何不同？連鎖聚合反應，其特征是整個反應過程可劃分成相繼的幾步基元反應。反應無法停留在中間階段，也無法分離出穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，反應是不可逆的。逐步聚合反應其特征是在低分子單體轉變成高分子的過程中，反應是逐步進行的。反應可以停留在任何階段，也可以分離出穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，反應具有可逆性。第三章 高分子材料的結構與性能1聚合物的結構常指哪些方面？大分子鏈的組成和構造包括哪些方面？試加以論述。聚合物結構：大分子本身的結構、大分子之間的排列大分子鏈的組成和構造：大分子鏈的化學組成：碳鏈大分子、雜鏈大分子、元素有機大分子等。大分子鏈的化學組成不同，聚合物的性能也不相同。結構單元的連接方式：大分子鏈是由許多結構單元通過共價鍵連接起來的鏈狀分子。在縮聚過程中，結構單元的連接方式比較固定。但在加聚過程中，單體構成大分子的連接方式比較復雜，存在許多可能的連接方式，如頭尾、頭頭或尾尾連接等。結構單元的空間排列方式：幾何異構體和旋光異構體。大分子鏈骨架的幾何形狀：線型、支鏈型、網(wǎng)狀、梯形。序列結構：交替型、嵌段及接枝型、無規(guī)型2試論述聚合物各種不同的大分子鏈骨架的幾何形狀使材料具有那些不同性能。3共聚物大分子鏈的序列結構有哪些基本類型？序列結構：交替型、嵌段及接枝型、無規(guī)型4聚合物分子量有何特點？試分析數(shù)均分子量和重均分子量對材料性能的影響。兩個基本特點，一是分子量大，二是分子量具有多分散性。5何為大分子鏈的構象？大分子鏈的形態(tài)有哪些基本類型？大分子鏈具有很大的柔曲性，可采取各種可能的形態(tài)，每種形態(tài)所對應原子及鍵的空間排列稱為構象。形態(tài)基本類型：伸直鏈、折疊鏈、螺旋形鏈、無規(guī)線團6聚合物凝聚態(tài)結構有哪些不同于低分子物凝聚態(tài)的特點？一是聚合物晶態(tài)總是包含一定量的非晶相；二是聚合物凝聚態(tài)結構強烈地依賴于外界條件。7聚合物晶態(tài)結構與低分子晶體比較有何特點？目前解釋聚合物晶態(tài)結構有何基本模型？與一般低分子晶體相比，聚合物晶體具有不完善性、無完全確定的熔點和結晶速度較慢的特點。這些特點來源于大分子的結構特征。一種是纓狀膠束模型，是由非晶態(tài)結構的無規(guī)線團模型衍生出來的。另一種是折疊鏈模型，是從局部有序的非晶態(tài)結構模型衍生出來的。8試論述聚合物的結晶過程，并分析結晶速率對成型產(chǎn)品性能的影響。結晶過程可分為主、次兩個階段。次期結晶是主期結晶完成后，某些殘留非晶部分及結晶不完整部分繼續(xù)進行的結晶和重排作用。次期結晶速率很慢，產(chǎn)品在使用中常因次期結晶的繼續(xù)進行而影響性能。在生產(chǎn)上可通過調整成核速率和生長速率來控制晶粒的大小，從而控制產(chǎn)品的性能。結晶可提高聚合物的密度、硬度及熱變形溫度，溶解性及透氣性減少，斷裂伸長率下降，拉伸強度提高但韌性減少。9試分析聚合物取向機理及取向對材料性能的影響。10試從聚合物的結構特點分析聚合物分子運動的特點。（1）聚合物的分子運動具有多重性（2）聚合物的分子運動具有明顯的松弛特性11非晶態(tài)聚合物有哪幾種力學狀態(tài)？試分析這些力學狀態(tài)的轉變條件。玻璃態(tài)聚合物受熱時，經(jīng)高彈態(tài)最后轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)，開始轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度稱為流動溫度或粘流溫度Tf。液體冷卻時，分子來不及作規(guī)則排列，體系的粘度已變大，凍結成無定型狀態(tài)的固體。這種狀態(tài)又稱為玻璃態(tài)。玻璃態(tài)-玻璃化溫度高彈態(tài)粘流溫度粘流態(tài)12牛頓型流體有什么特點？試寫出牛頓型流體的流動方程，并畫出其流動曲線圖。特征是：切應力與切變速率成正比。牛頓型流體的粘度在一定溫度下為常數(shù)，它與流體的性質有關，其流動曲線是一條通過原點的直線。13非牛頓型流體有何特點?通?？蓪⒎桥ｎD型流體分為哪幾類？分為：純粘性流體、粘彈性流體、有時間依賴性的流體14什么是假塑性流體？試畫出其流動曲線。15聚合物熔體流動有哪些特點？ 粘度大，流動性差。聚合物熔體是假塑性流體，粘度隨剪切速率的增加而下降 聚合物熔體流動時伴有高彈形變，即表現(xiàn)為彈性行為。16什么是聚合物的牛頓粘度、表觀粘度、零切粘度和極限粘度？17了解材料受力的三種基本類型及相應的彈性模量。（1）簡單拉伸（2）簡單剪切（3）均勻壓縮18了解硬度、強度的含義，了解高彈性的特點。特點： 彈性模量小，形變大。 彈性模量與絕對溫度成正比。 形變時有熱效應。 高彈形變表現(xiàn)明顯的松弛現(xiàn)象。19什么是蠕變和應力松弛？蠕變：在一定的溫度、一定的應力作用下，材料的形變隨時間的延長而增加的現(xiàn)象。應力松弛：在溫度、應變恒定的條件下，材料的內應力隨時間延長而逐漸減小的現(xiàn)象。松弛現(xiàn)象是熱運動對聚合物分子取向的影響。20了解屈服強度、拉伸強度、斷裂伸長率、抗張強度、抗沖擊強度、疲勞強度等概念。21高分子材料通常會出現(xiàn)哪些老化的現(xiàn)象？有哪些預防措施？現(xiàn)象：塑料制品外觀發(fā)生變化：例如表面變暗、變形、有裂紋或發(fā)霉等；物理與化學性能發(fā)生變化，例如溶解度、Tg、熔體指數(shù)等；力學性能發(fā)生變化：例如拉伸強度、沖擊強度、斷裂伸長率等；電性能發(fā)生變化：例如絕緣電阻、介電常數(shù)、擊穿電壓等。措施：為延緩或防止聚合物的光氧化過程，需加入光穩(wěn)定劑。為了獲得對熱、氧穩(wěn)定的高分子材料制品，常需加入抗氧劑和熱穩(wěn)定劑。第四章 通用高分子材料1掌握塑料的定義和分類。塑料是以聚合物為主要成分，在一定條件(溫度、壓力等)下可塑造成一定形狀，并在常溫下能保持其形狀不變的高分子有機材料。（1）按塑料的物理化學性能分：熱塑性塑料、熱固性塑料（2）按塑料用途分：通用塑料、工程塑料、特種塑料（3）按塑料成型方法分：注射、擠出和吹塑塑料、模壓塑料、層壓塑料2塑料有什么特點？（1）質輕、比強度高（2）優(yōu)異的電絕緣性能（3）優(yōu)良的化學穩(wěn)定性能（4）減摩、耐磨性能好（5）透光及防護性能（6）減震、消音性能優(yōu)良。不足：耐熱性差、易老化、易燃3了解塑料的組分及其作用。4塑料常用的成型方法有哪些？ 擠出成型、注射成型、壓延成型、模壓成型、吹塑成型、滾塑成型5掌握常用熱塑性塑料的縮寫代號、分子式以及基本性能。（1）聚乙烯 PE （CH2-CH2）n化學性能：聚乙烯在室溫下耐酸、堿和鹽類的水溶液，常溫下不溶于任何已知溶劑中，有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性。電性能：聚乙烯是碳氫聚合物，分子結構沒有極性基團，具有優(yōu)異的電性能，體積電阻率高。力學性能：聚乙烯具有優(yōu)異的力學性能，有很高的強度、柔性和彈性。衛(wèi)生性能：PE分子鏈主要碳、氫構成，本身毒性極低，被認為是衛(wèi)生性最好的塑料品種。成型加工性能：聚乙烯粘度低，流動性好，無需加入增塑劑就有很好的成型加工性能。（2）聚丙烯 PP (CH2-CH)n CH3力學性能：PP在室溫以上有較好的抗沖擊性能，且低溫沖擊強度較PE低。熱性能：PP分子鏈上甲基的存在及甲基在空間規(guī)整的排列，使大分子鏈柔性下降，因而其耐熱性比PE好得多.化學性能：PP具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性。對于大多數(shù)極性有機溶劑，PP是穩(wěn)定的。電性能：具有優(yōu)良的電絕緣性，電絕緣性不受環(huán)境濕度的影響，可在較高溫度和頻率下使用。衛(wèi) 成型加工性能：PP有較好的流動性，可采用擠出、注射、吹塑等成型加工方法，具有優(yōu)良的成型加工性能。（3）聚苯乙烯 PS 力學性能： 剛性較大、抗彎能力較強的塑料品種。但它的沖擊強度較低，常溫下脆性大. 熱性能： PS的導熱系數(shù)不隨溫度而改變，是良好的絕熱材料?；瘜W性能：具有一定的化學穩(wěn)定性，PS在熱、氧大氣條件下易發(fā)生老化現(xiàn)象。電性能：PS具有優(yōu)異的電絕緣性，體積電阻和表面電阻高，是良好的高頻絕緣材料。光學性能：具有優(yōu)良的光學性能，可用于制造光學零部件。6掌握常用工程塑料、熱固性塑料的縮寫代號和基本性能。聚酰胺（PA）俗稱尼龍，是結晶型聚合物，具有良好的力學性能，雖然剛性遜于金屬，但比抗拉強度高于金屬，比抗壓強度與金屬相近，因此代替金屬材料。尼龍有吸濕性，隨著吸濕性的增加，屈服強度下降、屈服伸長率增大。尼龍的抗沖強度比一般塑料高得多，疲勞強度為抗張強度的2030。尼龍具有優(yōu)良的耐摩擦性和耐磨耗性。尼龍是一種自潤滑材料。尼龍的使用溫度一般為40100，具有良好的阻燃性，較好的電絕緣性，耐油、耐溶劑性良好。缺點是吸水性較大，影響尺寸穩(wěn)定性。聚碳酸酯（PC）具有優(yōu)異的沖擊強度和耐蠕變性，拉伸強度和彈性模量也較高，具有良好的尺寸穩(wěn)定性。但PC的疲勞強度和耐磨性較差，無自潤滑性，較易產(chǎn)生內應力，引起應力開裂。PC既有良好的耐寒性，又有良好的耐熱性，耐油性優(yōu)良，PC對熱、氧、大