聚合物共混改性考试试卷
一、判断题：对的（√），错的（×）（本大题共17小题，每题
1分，其中13题4分，共20分）
1．最早的聚合物共混物出现于1912年，是Hancock将天然橡胶与古塔波胶混合制成雨衣。（）
2．最早投产的聚合物共混物是在1942年的PVC/NBR。（）3．1942年Dow化学公司出售的Styralloy-22,首次使用了“聚合物合金”这一术语。（）
4．银纹和裂纹的是同一概念的不同说法。（）
5．只有少数聚合物对是完全相容或部分相容，大多数是不相容的。
（）
6．1960年提出了银纹核心理论。（）
7．1964年OsO4染色技术研究成功，可用透射电镜（TEM）直接观察共混物的形态结构。（）
8．在相同的剪切力场中分散相的大粒子比小粒子容易变形，大粒子比小粒子受到更大的外力。（）
9.界面层的形成：第一步是两相之间的相互接触，第二步是两种聚合
物大分子链段之间的相互扩散。增加两相的接触面有利于链段扩散,提高两相之间的粘合力。（）
10.界面层的厚度主要取决于两种聚合物的相容性, 还与大分子链段
尺寸、组成以及相分离条件有关。（）
11.基本不混溶的聚合物，链段之间只有轻微的相互扩散，因而两相
之间有非常明显和确定的相界面。（ ）
12．随着两种聚合物之间混溶性增加，扩散程度提高，相界面越来越
模糊，界面层厚度越来越大，两相之间的粘合力增大。完全相容的两种聚合物最终形成均相，相界面消失。（ ）
13. Cox 和Leal 研究了牛顿液体珠滴在剪切作用下形变和流体力学
的稳定性，以稀乳液为模型，悬浮液滴的粘度ηi 与连续介质粘
度η0之比为λ=ηi /η0 和参数a
k
.
0/γην=, 所以:
A). λ和k 越大，液滴就越难破碎。（ ）
B)．k 与界面张力系数ν成正比，ν与两种聚合物的相容性有关，
两种液体的混溶性越小，ν就越大。（ ）
C). 在其他条件相同时，两种聚合物的混溶性越小，则所得共混物分
散相的颗粒就越大。（ ）
D). 当η0不变时，分散相的粘度越大，液珠就越难变形破碎。所以，
两种聚合物共混时，若要得到分散均匀的共混物，两种聚合物的熔体粘度要相匹配（相接近）。（ ）
14．在剪切带内分子链有很大程度的取向，剪切带有高度双折射现象。
( )
15．银纹体与聚合物界面处会发生光的全反射。( ) 16．剪切带与聚合物界面处会发生光的全反射。( )
17．在银纹体内分子链有很大程度的取向，银纹体有高度双折射现象。
( )
二、填空题：（本大题共2小题，每空1分，共9分）
18．聚合物熔体的流变性能主要特征是
和。19．Han和Kim对PE/PS共混物进行了流变学的详细研究得出的结论是：
PE/PS 75/25时，共混物熔体形态结构为。粘度出现极大值的原因，显然由于增加了流动阻力，即两相界面之间相互作用的增加会使熔体粘度反常地加，因而出现极大值。
极大值相当于共混物熔体的珠滴状分散状态，即珠滴状的PS分散于PE连相中;而的极小值相应于共混物熔体的。当粘度为极小值时，为极大值;而当粘度为极大值时，为极小值。
三、名词解释：（本大题共5题，每题3分，其中第22题4分，共19分）
20. 聚合物共混与聚合物共混物：（3分）
21. 相容性与混溶性：（3分）
22. NG机理和SD机理：（4分）
23. 分散相与相畴：（3分）
24. 银纹与银纹化、剪切与剪切带：（3 分）
25. 应变软化与应变硬化：（3 分）
四、简答题：（本大题共5题，每题5分，共25分）
26. 根据相的连续性，写出聚合物共混物形态结构的基本类型。
27. 简述聚合物透气性和Fick第一定律并写出它的数学表达公式。
28. 写出聚合物共混物熔体的弹性效应的数学表示方法。
29．简述玻璃化转变法测定聚合物-聚合物相容性的原则。
30．简述橡胶增韧机理中的银纹-剪切带理论。
五、计算题：（本大题共3小题， 31题10分，32题5分，33题12
分，共27分）
31. 已知在25oC 时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）和聚丙烯酸丁酯（PBA ）的密度分别为1.179和 1.156 g/cm3，各化学基团的摩尔吸引常数G /(2.04×10-3J1/2m-3/2)分别如下：
CH 3
:214;
CH 2
:133;
:－93;
:275;
:31028；
＝CH2:190; =CH-:111；O
:70。
1). 根据估算法，计算PMMA 和PBA 的溶解度参数。
2). 若PMMA 与PBA 的相对分子量均为10000，判断它们共混时热力学相容性程度如何？并说明理由。 提示：本题不考虑极性和氢键的影响；m
m m
S T H G ?-?=?，
2
12
21)(φφδδ-=?m m V H ；
临界
2
121δδδδ-≤-的体系可能不发生相分离；当
分子量为10000时，2
/32
/13
2
11004.235.0--??=-m
J
临界
δδ。
32. 若聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的相对分子质量均为200000，它们重复链节之间的()01
.012=c χ，问PE/PP 的相容性如何？
33.已知NBR 、PVC 和HDPE 的性能指标参数如下表：
1）根据上表，设计一种橡胶增韧树脂的两组分共混物配方，使得分散相以球形无规松散堆砌，φm=0.55, K E=2.50，共混物的拉伸模量（E）不小于18.0 M Pa，假设在共混中各组分的体积变化不大，计算重量共混比。
2）根据你设计的配方，你认为此共混物的E最大和最小值各是多少？
《聚合物共混改性》试卷答案
一、判断题，对的（√）,错的（×）（共20分，其中13题4分）
1．（×），2．（√），3．（√），4．（√），5．（√），6．（√），7．（√），8．（√），9.（√），10.（√），11.（√），12．（√），13. A).（√），13.B)．（√），
13.C).（√），13.D).（√），14．（√），15．（√），16．（×），17．（×）。
二、填空题（9分）
18．聚合物熔体为非牛顿液体;聚合物熔体流动时有明显的弹性效应。
19．互锁结构。互锁结构。弹性效应，弹性效应，互锁结构。弹性效应，弹性效应。
三、名词解释（共19分）。
20. 答：聚合物共混是指两种或两种以上均聚物或共聚物的经混合制成宏观均匀的材料的过程。聚合物共混物是指两种或两种以上均聚物或共聚物的经混合制成宏观上均匀的高分子聚合物的混合物。
21.答：相容性：依靠外界的条件实现了共混物各组分强制的、良好的分散，彼此相互容纳，得到力学性能优良且稳定的聚合物共混物，共混物各组分之间的这种能力。相容性在热力学上可能是不相容的，热力学上也可能是不稳定的，相容的程度有完全相容、部分相容、不相容。
混溶性：共混物各组分之间形成了均相的体系，其极限是分子水平上的相容，其特点是，共混物的玻璃化温度 ( T g )只有一个值,相当于完全相容。
22.答：处于介稳定的体系，相分离不能自发进行，需要成核作用，包含核的形成和核
的增长两个阶段，这样的相分离过程机理称为成核-增长分离过程机理即NG机理。成核是由浓度的局部升落引发的,成核活化能与成一个核所需的界面能有关,成核之后,因大分子成核微区扩散而使珠滴增大.珠滴的增长又分为扩散和凝聚粗化两个阶段,每一阶段都有取决于界面的平衡.由NG机理进行相分离而形成的形态结构主要为珠滴/基体,即一种为连续相,另一种是以球状颗粒形式的分散相. 液-液相分离。
处于不稳定的体系，在相分离过程中，物质向浓度较大的方向扩散，即反向扩散来完成的，称为旋节分离，即为SD机理。SD分离起始于均相的、混溶的体系，相畴（微区）尺寸增长有：扩散、液体流动和粗化三阶段，可形成三维共连续的形态结构，可发生在任意浓度，产生的相畴微小（纳米），仅限于相容体系，液-液相分离。
23.答：在共混物中两个或多个相中只有一个连续相，此连续相为分散介质，称之为基体，其他分散于连续相中的相是分散相。在复相聚合物体系中，每一相都以一定的聚集态存在，因为相之间的交错，所以连续性较小的相或不连续的相就被分成很多的微小区域，这种微小区域称为相畴。
24.答：玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现象，这种现象叫应力发白现象，亦称银纹现象，这种产生银纹的现象也叫银纹化。聚合物中产生银纹的部位称为银纹体或简称银纹。
聚合物在一定的剪切应力作用下，可产生明显的局部的形变，这种形变称为剪切形变，由剪切形变所构成的形变区域称为剪切带。
25. 答：应变软化就是材料对应变的阻力随应变的增加而减小，是由于在较大应变时大分子链各物理交联点发生重新组合形成有利于形变发展的超分子结构的缘故。当形变值很大时，这种大形变能导致大分子链的明显取向,造成应变硬化现象。
四、问答（共25分，每小题5分）
26. 答：完全相容的两组分可形成均相，部分相容的两组分共混物按相的连续性分成：单相连续结构（一相连续，另一相是分散相）、两相互锁结构或交错结构、相互贯穿的两相连续结构。
27. 答：当固体两边的气体压力不同时，气体分子会穿过聚合物从压力较高的一边向压力较低的一边扩散，这叫做聚合物的透气性。
律：单位面积,单位时间的气体透过量q与浓度梯度成正比。
，式中q为扩散速率,D为扩散系数,Ｃ为扩散分子的浓度,dC/dx为沿薄膜
厚度方向的浓度梯度。
28. 答：聚合物熔体在流动中会发生大分子构象的改变，产生可逆的弹性形变，因而发生弹性效应。这种弹性效应可用不同的指标表示，其数学表达式如下。最常用的指标是出口膨胀比：B=d j/D, d j为流出物直径,D为模口直径。其他常采用的指标有:出口压力P出;
法向应力差，如第一法向应力差τ１１－τ２２（τ１１为流动方向的法向应力，τ２２为速度梯度方向的法向应力）;可恢复性剪切形变ＳＲ等。这些不同指标之间具有如下的关系。ＳＲ＝１／２×（τ１１－τ２２）／τＷ＝τＷ／Ｇ
τ１１－τ２２＝２τＷ［（d j/D）６－２］１／２
τ１１－τ２２＝P出＋τＷ×ｄP出／ｄτＷ，
式中τＷ为管壁处剪切应力；Ｇ为剪切模量。
29．答：聚合物共混物的玻璃化转变温度与两种聚合物分子级的混合程度有直接的关系。若相容，共混物是均相体系，就只有一个玻璃化温度, 此玻璃化温度取决于两组分的玻璃化温度和体积分数。若完全不相容，形成界面明显的两相结构，就有两个玻璃化温度，
分别等于两组分的玻璃化温度。若部分相容，体系的玻璃化温度介于上述两种极限情形之间。
30．答：橡胶增韧机理中的银纹-剪切带理论：第一，橡胶颗粒是充作应力集中中心，诱发大量银纹或剪切带。大量银纹或剪切带的产生和发展要消耗大量能量。第二，橡胶颗粒是控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹。第三，剪切带是终止银纹的另一个重要因素，特别是基体韧性较大而有大量剪切带产生时。第四，除了终止银纹之外，橡胶颗粒和剪切带还能阻滞、转向并终止已经存在的小裂纹的发展。 五、计算题（27分，31题10分，32题5分，33题12分）
31. 解：1）. PMMA
其相对式量为M=100， 所以它的溶解度参数:
而PBA 的重复链节单元如下结构式，
H 2C H 2C H 2C H 3
，其相对式量为M=128，溶解度参数:
2
/32
/13
10
04.279.9128
)
310282141334(156.1--??=+++??=
∑=
m
J
M
G d i 丁δ2).在不
考虑极性和氢键的影响时，当0＜S T H G m m m ?-?=?时，共混体系的混合可自发进行，
才能相容。又因为在共混时m S ?很小，几乎是0≈?m S 。所以只有当0＜ H m ?时，才有0＜S T H G m m m ?-?=?；
又 0)1004.2(384.0]1004.2)79.917.9[()(22/32/13232＞m J ＝---??=??--丁甲δδ， 即0
)(2
＞ V H m m
丁甲丁甲φφδδ-=?，这说明了PMMA 与PBA 共混时是不可能相容的；
当相对分子量为10000时，
2
/32
/13
2
12
/32
/13
10
04.235.010
04.262.0----??=->??=-m
J
m
J
临界
丁甲δδδδ，
这也说明两者共混时是不相容的。 32. 解：当()01.01121122
21
12
=≤???
?
?
?
+
=c
m m χχ时，PE/PP 才可能完全相容。PE 的
重复链节的式量=28，PP 的重复链节的式量=42，所以 PE 的聚合度：28
2000001=
m ，PE 的聚合度：42
2000002=
m
C H 3
2
/32/131004.217.9100)21431093133214(179.1--??=++-+?==∑m J M G
d i 甲δ
42
12
105.342200000128
200000121-?=??
???
? ?
?+
=χ， 即12χ小于()01.012=c χ，所以PE/PP 可完全相容。
33. 答：1）因为NBR 、PVC 和HDPE 的溶解度参数分别为：9.4×2.04×10-3J 1/2m -3/2，9.7×2.04×10-3J 1/2m -3/2，7.9×2.04×10-3J 1/2m -3/2，所以可知，当PVC 与NBR 共混时可能有很好的相容性，而当HDPE 与NBR 共混时，是不相容的，不相容的共混物HDPE/NBR 的拉伸模量达不到18.0 M Pa 。
因此，只能制成一种橡胶增韧树脂的双组分共混物PVC/NBR ，NBR 为橡胶组分且是分散相，PVC 则是树脂组分是连续相。使PVC/NBR 的拉伸模量为18.0 M Pa, 即: P=18.0M Pa, P 1=49.0 M Pa, P 2=0.99 M Pa, ρ1=1.39, ρ2= 1.01.
A t = 1/A=1/( K E －1)=1/(2.50-1)=2/3,
B t = [(P 1/P 2)－1]/[( P 1/P 2)+1]
=[(49.0/0.99)-1]/[(49.0/0.99)+1]=0.960,
ψ= 1 + [（1 –φm ）/φ2 m ] φ2=1+[(1-0.55)/0.552] φ2=1+1.49φ2,
P 1/P = (1 + A t B t φ2)/（1-B t ψφ2）=(1+2/3×0.960φ2)/[1-0.960×(1+1.49φ2)φ2 即：49.0/18.0=(1+2/3×0.960φ2)/[1-0.960×(1+1.49φ2)φ2 所以，NBR 体积分数为：φ2=0.368,
PVC 体积分数为：φ1=1-φ2=1-0.368=0.632. 假设这两组分在共混中各自的体积变不大，即可认为各自的体积不变，计算重量共混比： NBR 的质量m 2=ρ2·V 2，PVC 的质量m 1=ρ1·V 1， V= V 1+ V 2,φ1= V 1/ V ，φ2= V 2/V ，
设共混物的密度ρ，则共混物的总重量为m= m 1+ m 2=ρV , 重量共混比：w 1+w 2=1, 所以，PVC 的质量分数：
w 1 = m 1/m=ρ1·φ1/（ρ1·φ1+ρ2·φ2）=1.39×0.648/(1.39×0.632+1.01×0.368)=0.70, NBR 的分数：w 2 =1- w 1 =0.30.
即PVC/NBR 的重量共混比为70/30。 2）上限P max = P 1φ1 + P 2φ2=49.0×0.632+0.99×0.368=31.3 M Pa. 下限1/P =φ1/P 1 +φ2/P 2=0.632/49.0+0.368/0.99, P min =2.60 M Pa. 这就是设计的配方拉伸模量的最大和最小值。
第一章绪论 第二章高分子材料共混改性 1.什么是相容性，以什么作为判断依据？ 是指共混无各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力，其一般以是否能够产生热力学相互溶解为判据。 2.反应性共混体系的概念以及反应机理是什么？ 是指在不相容或相容性较差的共混体系中加入（或就地形成）反应性高分子材料，在混合过程中（例如挤出过程）与共混高分子材料的官能团之间在相界面上发生反应，使体系相容性得到改善，起到增容剂的作用。 3.高分子材料体系其相态行为有哪几种形式，各自有什么特点，并举例加以说明。 （1）具有上临界混溶温度UCST，超过此温度,体系完全相容,为热力学稳定的均相体系;低于此温度为部分相容,在一定的组成范围内产生相分离。如:天然橡胶-丁苯橡胶。 （2）具有下临界混溶温度LCST，低于此温度,体系完全相容,高于此温度为部分相容。如:聚苯乙烯-聚甲基乙烯基醚、聚己内酯-苯乙烯/丙烯腈共聚物。 （3）同时出现上临界混溶温度UCST和下临界混溶温度LCST，如苯乙烯/丙烯腈共聚物-丁腈橡胶等共混体系。 （4）UCST和LCST相互交叠，形成封闭的两相区 （5）多重UCST和LCST 4.什么是相逆转，它与旋节分离的区别表现在哪些方面？ 相逆转（高分子材料Ａ或高分子材料B从分散相到连续相的转变称为相逆转）也可产生两相并连续的形态结构。 （1）SD起始于均相的、混溶的体系,经过冷却而进入旋节区而产生相分离,相逆转主要是在不混溶共混物体系中形态结构的变化。 （2）SD可发生于任意浓度,而相逆转仅限于较高的浓度范围 （3）SD产生的相畴尺寸微细,而相逆转导致较粗大的相畴, 5.相容性的表征方法有哪些，试举例加以说明。 玻璃化转变法、红外光谱法、差热分析(DTA)、差示扫描量热法(DSC) 膨胀计法、介电松弛法、热重分析、热裂解气相色谱等。 玻璃化转变法：若两种高分子材料组分相容，共混物为均相体系就只有一个玻璃化温度，
名称解释 20分 物共混改性： 是以聚合物（聚合物或者共聚物）为改性剂，加入到被改性的聚合物材料（合成树脂，又叫基体树脂）中，采用合适的加工成型工艺，使两者充分混合，从有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物材料的改性技术。 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，常可形错、互锁的共连续形态结构，使共混物的力学性能提高。 性塑料： 热塑性塑料是指加热后软化、可塑，冷却后硬化，再次加热可熔融软化，固化成型，具有反复可加工成型的特点。 作用： 使聚合物之间易于相互分散，能够得到宏观均匀的共混体系。改善聚合物之间相界面的性能，增加两相间的粘合力，使P-P共混物具有长期稳定的性能。 二、聚合物共混物的形态结构及特点 10分 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、大小以及与连情况的不同而表现为多种形式。 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层状结构和互锁结构。 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。 聚合物共混物相容性分哪两类？各自的定义是什么？画出聚合物共混物的UCST、LCST相图。15分 分为热力学相容性和工艺相容性两类。 学相容性是指相互混合的组分以任意比混合，都能形成均相体系，这种相容性叫热力学相容性。 相容性是指对于一些热力学相容性不太好的共混高聚物，经适当加工工艺，形成结构和性能稳定的共混高聚物，则称之为工艺相容性。 略 界面层的结构组成和独立相区的区别 10分 ①界面层内两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一浓度梯度； 面层内分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合物的平均密度； 面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质，分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多，界面层越稳界面粘结强度不利。 以PC/PP共混体系为例，举例说明哪些手段可以用来加强体系的相容性？10分 . 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； . 形成互穿网络结构（IPN）； . 改变加工工艺，施加强烈的力剪切作用。 一般采有PP熔融接枝MAH单体，并挤出制备TPU/PP共混物，请阐明PP接枝MAH对共混物的形态结构及性能有何影响。为什么？10分 采用PP-g-MAH作为增容剂，熔融法制备TPU/PP共混物。发现，马来酸酐接枝聚丙烯是聚氨酯与聚丙烯共混体系有效的增容剂，有效地改善了共混物的形态能。 ：机理：PP-g-MAH中的酸酐基团可能一部分与TPU中羟基反应，另一部分是与N-H基团发生氢键作用，从而有效降低了表面张力，提高了表面粘结力。 聚合物共混物的制备方法有那些？各有什么特点？10分 . 物理共混法，简单机械共混技术简单的机械共混技术也称为单纯共混技术，它是在共混过程中，直接将两种聚合物进行混合制得聚合物混合材料。又
高分子材料的分类 高分子材料分类标准有：①按来源分类②按应用分类③按应用功能分类④高分子主链结构分类等等 高分子材料按来源分类：高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。 高分子材料按应用分类：高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。 ①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。 ②纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。 ③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。 ④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。 ⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。 ⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。高分子复合材料也称为高分子改性，改性分为分子改性和共混改性。 ⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。 高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。但是各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。 高分子材料按应用功能分类：高分子材料分为通用高分子材料、特种高分子材料和功能高分子材料三大类。 按高分子主链结构分类：①碳链高分子：分子主链由C原子组成，如：PP、PE、PVC ②杂链高聚物：分子主链由C、O、N、P等原子构成。如：聚酰胺、聚酯、硅油。③元素有机高聚物：分子主链不含C原子，仅由一些杂原子组成的高分子。如：硅橡胶 其它分类：按高分子主链几何形状分类：线型高聚物，支链型高聚物，体型高聚物。 按高分子微观排列情况分类：结晶高聚物，半晶高聚物，非晶高聚物。
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：
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）
1.聚合物共混：共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。其中，物理共混就是通常意义上的“混合”。如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的畴之，则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。 2.分布混合，又称分配混合。是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。 3.分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。 分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的，分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。 4.总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小。 5.分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。对于总体均匀性，则采用数理统计的方法进行定量表征。分散度则以分散相平均粒径来表征。 6.分散相的平衡粒径：在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自动均化的过程的结果，是使分散相例子达到一个最终的粒径。即“平衡粒径”。 7.高分子合金：（塑料合金）指含多种组分的聚合物均相或多相体系，常具有较高的力学性能，作工程塑料。 8.熔融共混：将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混（应用广泛）。采用的设备-----密炼机、开炼机、挤出机等。本方法最具有工业价值。 9.溶液共混：将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。本方法主要用于基础研究领域 10.乳液共混：将不同聚合物乳液共混方法。本法可用于橡胶共混改性中；以乳液应用的产品可乳液共混改性等。 11.分散度：反映分散相物料的破碎程度；
（分散相的平均粒径和分布表征） 12.均一性：反映分散相分散的均匀程度 （分散相浓度起伏大小，用统计法） 13.相界面：连续相与分散相之间的交界面。 （界面结合好坏对共混物性能有重大影响） 14. 所谓聚合物之间的相容性（Miscibility），从热力学角度而言，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。 15. 直接观测 16. 间接观测 17.界面自由能：两相体系中两组分之间具有界面自由能，直接影响共混过程. 18.界面力 19. 简答 1.简述影响热力学相容性的因素。 答：1.大分子间的相互作用 2.相对分子质量 3.共混组分的配比 4.温度
1. 聚合物共混改性的主要目的有哪些？ 物性（谋求新的功能提高性能）：功能化、高性能化、耐久性 成型加工性：流动性、收缩性、离型性、尺寸稳定性、结晶性、结晶速度、热熔融强度等 经济性：增量、代用、省资源、循环利用等 2. 聚合物共混改性的主要方法有哪些？ 物理共混：是指两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀的新材料的过程。 化学共混：聚合物的化学共混改性是通过聚合物的化学反应，改变大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式的一类共混改性方法。 物理/化学共混：是在物理共混的过程中发生某些化学反应 3. 简述混合的基本方式及其特点。 基本方式：分配混合（分布混合、层流混合）、分散混合 特点：在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程，称为分配混合。 分布混合：只改变分散相的空间分布状况，增加分散相分布的随机性。分散相物料主要通过对流作用来实现；层流混合：是分布混合的一种特定形式，其理论基于一种假设，即在层流混合的过程中，层与层之间不发生扩散。分散混合：在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。 4. 试述聚合物共混物的形态及特点。 海-岛结构：是一种两相体系，一相为连续相，另一相为分散相，分散相分散在连续相中，亦即单相连续体系。 海-海结构：也是一种二相体系，但两相皆为连续相，相互贯穿，亦即两相连续体系。 两相互锁或交错结构：也是一种二相体系，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。 梯度结构：为二相体系，特殊的共连续体系（两相连续体系）其组成在空间上互为增减。 阶跃结构：为二相体系，特殊的共连续体系（两相连续体系），在极小过渡区域内，其组成在空间上互为增减。 单相连续体系：海-岛结构、两相互锁或交错结构 共连续体系：海-海结构、梯度结构、阶跃结构 5. 影响熔融共混的主要因素有哪些？ （1）聚合物两相体系的熔体黏度（比值）及熔体弹性。（2）聚合物两相体系的界面张力。（3）聚合物两相体系的组分含量以及物料的初始状态。（4）流动场形式和强度。（5）共混时间。 1. 试述聚合物共混的概念。 聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀，而且力学、热学、光学、电学及其他性能得到改善的新材料的过程，这种混合过程称为聚合物的共混改性，所得到的新的共混产物称为聚合物共混物，简称共混物。 2. 共混物的形态学要素有哪些？ 分散相和连续相、分散相的分散状况、两相体系的形貌、相界面 3. 简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理。 液滴分裂机理：分散相的大粒子，分裂成两个较小的粒子，然后，较小的粒子在进一步分裂，这一过程不断重复，直至平衡。细流线破裂机理：分散相的大粒子，在拉伸应力下变形为细流线，细流线再在瞬间破裂成细小的粒子。 4. 依据“液滴模型”，讨论影响分散相变形的因素。 Weber数：We很小时，σ占据主导作用，形成稳定的液滴。“液滴模型”认为，对于特定的体系和在一定条件下，We可以有特定的Wecrit，当We < Wecrit，液滴稳定；We＞Wecrit，液滴会变得不稳定，进而破裂。 γ γ ：↑→We ↑→D ↑。
聚合物共混改性考试试卷 一、名称解释 20分 聚合物共混改性： 答：是以聚合物（聚合物或者共聚物）为改性剂，加入到被改性的聚合物材料（合成树脂，又叫基体树脂）中，采用合适的加工成型工艺，使两者充分混合，从而制得具有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物材料的改性技术。 相逆转： 答：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。 热塑性塑料： 答：热塑性塑料是指加热后软化、可塑，冷却后硬化，再次加热可熔融软化，固化成型，具有反复可加工成型的特点。 增容作用： 答：使聚合物之间易于相互分散，能够得到宏观均匀的共混体系。改善聚合物之间相界面的性能，增加两相间的粘合力，使P-P共混物具有长期稳定的性能。 二、聚合物共混物的形态结构及特点 10分 答：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。 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。 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。 三、聚合物共混物相容性分哪两类？各自的定义是什么？画出聚合物共混物的UCST、LCST 相图。15分 答：分为热力学相容性和工艺相容性两类。 热力学相容性是指相互混合的组分以任意比混合，都能形成均相体系，这种相容性叫热力学相容性。 工艺相容性是指对于一些热力学相容性不太好的共混高聚物，经适当加工工艺，形成结构和性能稳定的共混高聚物，则称之为工艺相容性。 相图略 四、界面层的结构组成和独立相区的区别 10分 答：①界面层内两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一浓度梯度； ②界面层内分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合物的平均密度； ③界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质，分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多，界面层越稳定，但对界面粘结强度不利。 五、以PC/PP共混体系为例，举例说明哪些手段可以用来加强体系的相容性？10分 答：1. 通过共聚改变某聚合物的极性； 2. 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； 3. 在某聚合物上引入特殊作用基团；加入第三组分进行增容；
聚合物共混改性原理及应用 ``````` 4057 一．名词解释（每题5分，共20分） 1.聚合物共混 答：共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。其中，物理共混就是通常意义上的“混合”。如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。 2.分布混合和分散混合 答：分布混合，又称分配混合。是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。 分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的，分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。 3.总体均匀性和分散度 答：总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小。分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。对
于总体均匀性，则采用数理统计的方法进行定量表征。分散度则以分散相平均粒径来表征。 4.分散相的平衡粒径 答：在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自动均化的过程的结果，是使分散相例子达到一个最终的粒径。即“平衡粒径”。 二．选择题（每题分，共15分） 1.热力学相容条件是混合过程的吉布斯自由能（ A ） A.小于零 B 大于零 C 等于零 D 不确定 2.共混物形态的三种基本类型不包括（ D ） 3. A.均相体系 4. B 海-岛结构 5.C 海--海结构 6. D 共混体系 3.影响熔融共混过程的因素不包括（B ）
A 聚合物两相体系的熔体黏度 B 聚合物两相体系的表面张力 C 聚合物两相体系的界面张力 D 流动场的形式和强度 4.共混物形态研究的主要内容不包括（ D ） A 连续相和分散相祖分的确定 B 两相体系的形貌 C 相界面 D 分散相的物理性能 5.熔体黏度调节的方法不包括（B） A 温度 B 时间 C 剪切应力 D 用助剂调节 6.聚合物共混物的使用性能影响要素不包括（ A ） A 结晶时间 B 结晶温度 C 结晶速度
1．高分子的来源是来自天然高分子、半天然高分子、以及合成高分子。而其中天然高分子是自然界存在的高分子 2．共混方法：物理方法：机械混合溶液混合胶乳混合粉末混合 化学方法：接枝共聚（组分间有化学反应）嵌段共聚（组分间有化学应） 互穿网络（组分间没有化学反应）渐变处理（组分间没有化学反应） 3．高分子材料共混技术进展 相容剂技术(见离聚体进展报告) 互穿聚合物网络技术(见第五章内容) 动态硫化技术(见第三章) 反应挤出成型技术 形态结构研究 增韧机理研究 4．反应挤出成型技术特点： 可连续且小批量的生产； 投资少； 不使用溶剂，节省能源和减少公害； 对制品和原料有较大选择余地； 可方便地进行混炼、聚合等操作，简化脱挥发物、造粒和成型加工等过程，并可使其一体化； 在控制化学结构的同时还可控制微相等物理结构，以制备具有良好性能的新物质。 5．弹性体增韧理论 a 多重银纹理论 Mertz等人首次提出了聚合物的增韧理论。该理论认为，作增韧体的部分橡胶粒子会横跨在材料变形所产生的很多微细的裂缝上，阻止其迅速发展，而橡胶在变形过程中消耗了能量，从而提高了材料的韧性。此理论的主要弱点是注意了橡胶而忽视了母体。后来Newman等人计算了拉伸断裂过程中橡胶断裂所耗散的能量仅占总能量的10%，这说明该理论并未真正揭示橡胶增韧的本质原因。 Bucknall等人发展了Mertz等人的微缝理论，提出了多重银纹理论。该理论认为，在橡胶增韧塑料体系中，橡胶相颗粒起了应力集中的作用。当材料受到冲击时，它能引发大量的银纹，但由于大量银纹之间的应力场的相互干扰并且如果生产着的银纹前峰处的应力集中低于临界值或银纹遇到另一橡胶颗粒时，则银纹就会终止，橡胶相粒子不仅能引发银纹而且能控制银纹。材料受到冲击时产生的大量银纹可吸收大量的冲击能量，从而保护了材料不受破坏 6．弹性体增韧和非弹性体增韧两种理论比较 a 增韧剂种类不同：前者是橡胶或热塑性弹性材料，模量低、易于挠曲、流动性差；后者是脆性塑料或刚性无机粒子，模量高，几乎不发生塑性形变,流动性好。 b 增韧对象不同：前者可增韧脆性或韧性材料；后者则要求基体本身有—定韧性。 c 增韧剂含量变化的效果不同：前者随加入量的增加韧性一直增加；后者有一合适的增韧范围，超过这一范围后无增韧效果。 d 复合体系性质不同：前者在提高材料韧性的同时，材料的模量、强度和热变形温度等大幅度降低；后者则在提高材料韧性的同时，提高材料的模量、强度和热变形温度，不过，前者对基体韧性提高幅度大；后者则通常不能大幅度提高韧性。
1.试述聚合物共混改性的目的：获得预期性能的共混物。 2.试述共混改性的方法：1.熔融共混；2.溶液共混； 3.乳液共混； 4.釜内共混。 1、共混物形态的三种基本类型(1)均相体系 (2)两相体系①海—岛结构 ②海—海结构 答：其一是均相体系；其二被称为“海-岛结构”,这是一种两相体系,且一相为连续相,一相为分散相,分散相分散在连续相中,就好像海岛分散在大海中一样；其三被称为“海-海结构”,也是两相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿。 2.均相体系的判定：如果一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能,该共混物就可以认为是具有均相结构的共混物.在大多数情况下,可以用玻璃化转变温度(Tg)作为判定的标准.如果两种聚合物共混后, 形成的共混物具有单一的Tg,则就可以认为该共混物为均相体系. 3、简述分布混合与分散混合的概念 分布混合:又称分配混合，是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的. 分散混合：既增加分散相空间分布的随机性,又减小分散相粒径,改变分散相粒径分布过程. 4 P17— 18 , 一个分散相大粒子(大液滴)分裂成两个较小较小的粒子再进一步分裂。展示的分散过程是逐步进行的重复破裂过程。 (大液滴)先变为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒。其展示的分散过程是在瞬间完成的。 5、影响共混过程的5答：a. 调控共混温度,改变剪 ,使We 值增大,进而使形变增大； ,使We 值增大,易于变形.液滴的变形到达,使We 值增大,进而使液滴(分散相)的形变增大； σ下降,使We 值增大,进而使液滴的形变增大； 的影响； ⑥熔体弹性； ⑦液滴破碎的判据：τ(19λ+16)/16(λ+1) > σ/R ,式中τ为剪切应力. ⑧流动场形式的影响 （2）双小球模型： ①剪切应力、分散相内力：增大剪切应力或降低分散相内力有利于分散相颗粒的破碎分散； ②粒径大的分散相颗粒易破碎分散,发生分散相粒径的自动均化过程； ③在分散相的破碎分散过程中,分散相颗粒会发生伸长变形和转动.当伸长变形的分散相颗粒转动到剪切应力平行的方向时,就难以进一步破碎了。 7、采用哪些方法,可以对聚合物熔体黏度进行调控 P35—37 答：①调节共混温度; ②调节剪切应力; ③用助剂进行调节; ④改变相对分子质量. 8、简述总体均匀性与分散度概念 总体均匀性：分散相颗粒在连续相中分布的均匀性,即分散相浓度的起伏大小。 分散度：分散相颗粒的破碎程度；用分散相平均粒径表征。 9、简述影响分散相粒径的因素 P54 答：熔体黏度与组分配比是影响分散相粒径的重要因素；共混过程中共混体系所受到的外力作用(通常是剪切应力),对分散相粒径也有重要影响；两相之间界面张力对分散相物料的分散过程产生影响,进而影响分散相粒径。 10、简述聚合物表面张力的影响因素 （1）温度 表面张力的本质是分子间相互作用。由于分子间力随温度升高而下降，且与温度呈线性关系。聚合物的表面张力也随温度升高而下降，且与温度呈线性关系。 （2）聚合物物态 结晶性聚合物发生结晶或熔融时，密度发生变化。根据Macled 方程，密度变化会引起表面张力变化，密度增大，表面张力也增大；因而，结晶性聚合物发生相变时，表面张力会发生相应的变化。结晶体的密度高于熔体的密度，相应的，结晶体的表面张力高于熔体的表面张力。这种变化，会使表面张力与温度的线性关系受到影响。 （3）相对分子质量 ；分子量大，表面张力也大。 （4）内聚能密度及溶解度参数 内聚能密度 2i ii C δ=；表面张力和内聚能密度都与分子间相互作用有关,两者彼此有关联; 溶解度参数 14.043 .0m V K δφσ =；表面张力随溶解度参数的增大而增大。 11、简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系 答：溶解度参数接近的体系，或者B 参数较小的体系，相容性相应的较好，界面张力较低，界面层厚度也较厚。 12、共混体系的相容剂有哪些类型？ 两类，非反应性共聚物,反应性共聚物。 13、试述影响共混体系熔融流变性能的因素 答：因素主要有：剪切速率、温度、粘弹性、共混物组分含量、第三组分（调节剂）。 答：(1)玻璃纤维的直径的影响：用于PA 增强的玻璃纤维直径在10—20μm 左右； (2)玻纤长度的影响；(3)玻璃纤维表面处理的影响；(4)玻纤含量的影响 16、表面处理作用机理 答：(1)提高碳纤维的表面能(实质是提高碳纤维表面的含氧量),减少纤维与基体、树脂表面能之差值,以达到改善基体与纤维间的浸润性,实现纤维与基体间的有关粘结； (2)通过一定处理后,可在碳纤维表面形成大量可与基体形成化学键及氢键或范德华力结合的活性基团,可明显提高CFRP 层间剪切强度； (3)改善碳纤维表面物理状态,及增加表面粗糙或在纤维表面生成凹凸结构,以通过机械契合或者说“锚固效应”达到好的界面性能 17、如何提高极性尼龙和非极性聚烯烃弹体的相容性？给出至少3种表征PA/POE 共混物相容性的方法。 答：(1)添加相容剂,作用机理是富集在两相界面处,改善两相之间的界面结合。 (2)固体物性表征：热分析法(DSC)、膨胀计法、动态力学分析法(DM)。热力学表征：熔点降低法,吸附探针法和反气相色谱法等. 18、试述聚合物表面改性的必要性及其意义。 答：表面改性技术是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高 温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。 1.试述聚合物共混改性的目的：获得预期性能的共混物。 2.试述共混改性的方法：1.熔融共混；2.溶液共混； 3.乳液共混； 4.釜内共混。 1、共混物形态的三种基本类型(1)均相体系 (2)两相体系①海—岛结构 ②海—海结构 答：其一是均相体系；其二被称为“海-岛结构”,这是一种两相体系,且一相为连续相,一相为分散相,分散相分散在连续相中,就好像海岛分散在大海中一样；其三被称为“海-海结构”,也是两相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿。 2.均相体系的判定:如果一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能,该共混物就可以认为是具有均相结构的共混物.在大多数情况下,可以用玻璃化转变温度(Tg)作为判定的标准 .如果两种聚合物共混后,形成的共混物具有单一的Tg,则就可以认为该共混物为均相体系。 3、简述分布混合与分散混合的概念 分布混合:又称分配混合，是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的. 分散混合：既增加分散相空间分布的随机性,又减小分散相粒径,改变分散相粒径分布过程. 4 P17—18 ,一个分散相大粒子(大液滴)分裂成两个较小较小的粒子再进一步分裂。展示的分散过程是逐步进行的重复破裂过程。 (大液滴)先变为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒。其展示的分散过程是在瞬间完成的。 5、影响共混过程的5 答：a. 调控共混温度,改变剪,使We 值增大,进而使形变增大； ,使We 值增大,易于变形.液滴的变形到达,使We 值增大,进而使液滴(分散相)的形变增大； σ下降,使We 值增大,进而使液滴的形变增大； 的影响； ⑥熔体弹性； ⑦液滴破碎的判据：τ(19λ+16)/16(λ+1) > σ/R ,式中τ为剪切应力. ⑧流动场形式的影响 （2）双小球模型： ①剪切应力、分散相内力：增大剪切应力或降低分散相内力有利于分散相颗粒的破碎分散； ②粒径大的分散相颗粒易破碎分散,发生分散相粒径的自动均化过程； ③在分散相的破碎分散过程中,分散相颗粒会发生伸长变形和转动.当伸长变形的分散相颗粒转动到剪切应力平行的方向时,就难以进一步破碎了。 7、采用哪些方法,可以对聚合物熔体黏度进行调控 P35—37 答：①调节共混温度; ②调节剪切应力; ③用助剂进行调节; ④改变相对分子质量. 8、简述总体均匀性与分散度概念 总体均匀性：分散相颗粒在连续相中分布的均匀性,即分散相浓度的起伏大小。 分散度：分散相颗粒的破碎程度；用分散相平均粒径表征。 9、简述影响分散相粒径的因素 P54 答：熔体黏度与组分配比是影响分散相粒径的重要因素；共混过程中共混体系所受到的外力作用(通常是剪切应力),对分散相粒径也有重要影响；两相之间界面张力对分散相物料的分散过程产生影响,进而影响分散相粒径。 10、简述聚合物表面张力的影响因素 （1）温度 表面张力的本质是分子间相互作用。由于分子间力随温度升高而下降，且与温度呈线性关系。聚合物的表面张力也随温度升高而下降，且与温度呈线性关系。 （2）聚合物物态 结晶性聚合物发生结晶或熔融时，密度发生变化。根据Macled 方程，密度变化会引起表面张力变化，密度增大，表面张力也增大；因而，结晶性聚合物发生相变时，表面张力会发生相应的变化。结晶体的密度高于熔体的密度，相应的，结晶体的表面张力高于熔体的表面张力。这种变化，会使表面张力与温度的线性关系受到影响。 （3）相对分子质量 ；分子量大，表面张力也大。 （4）内聚能密度及溶解度参数 内聚能密度 2i ii C δ=；表面张力和内聚能密度都与分子间相互作用有关,两者彼此有关联; 溶解度参数 14.043.0m V K δφσ=；表面张力随溶解度参数的增大而增大。 11、简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系 答：溶解度参数接近的体系，或者B 参数较小的体系，相容性相应的较好，界面张力较低，界面层厚度也较厚。 12、共混体系的相容剂有哪些类型？ 两类，非反应性共聚物,反应性共聚物。 13、试述影响共混体系熔融流变性能的因素 答：因素主要有：剪切速率、温度、粘弹性、共混物组分含量、第三组分（调节剂）。 答：(1)玻璃纤维的直径的影响：用于PA 增强的玻璃纤维直径在10—20μm 左右； (2)玻纤长度的影响；(3)玻璃纤维表面处理的影响；(4)玻纤含量的影响 16、表面处理作用机理 答：(1)提高碳纤维的表面能(实质是提高碳纤维表面的含氧量),减少纤维与基体、树脂表面能之差值,以达到改善基体与纤维间的浸润性,实现纤维与基体间的有关粘结； (2)通过一定处理后,可在碳纤维表面形成大量可与基体形成化学键及氢键或范德华力结合的活性基团,可明显提高CFRP 层间剪切强度； (3)改善碳纤维表面物理状态,及增加表面粗糙或在纤维表面生成凹凸结构,以通过机械契合或者说“锚固效应”达到好的界面性能 17、如何提高极性尼龙和非极性聚烯烃弹体的相容性？给出至少3种表征PA/POE 共混物相容性的方法。 答：(1)添加相容剂,作用机理是富集在两相界面处,改善两相之间的界面结合。 (2)固体物性表征：热分析法(DSC)、膨胀计法、动态力学分析法(DM)。热力学表征：熔点降低法,吸附探针法和反气相色谱法等. 18、试述聚合物表面改性的必要性及其意义。 答：表面改性技术是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。
对高分子材料改性的认识 高分子材料(macromolecular material)是以高分子化合物为基础的一大类材料的总称，是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料在我们生活的用途很广，但纯的高分子材料的品种较少而且性能并不能完全满足人们的需要，对高分子材料的改性增加了高分子材料的品种，完善了高分子材料的性能，使高分子材料尽可能的满足人们的需要。 高分子材料的改性是通过物理、机械和化学等作用使高分子材料原有性能得到改善。改性过程中既可发生物理变化，也可发生化学变化。高分子材料的改性一般分为共混改性；化学改性；表面改性；填充与纤维增强改性。高分子材料改性的依据是高分子材料的结构决定了高分子材料的性能。如果某种高分子材料无法满足实际需求，可以通过对其结构的变化，使其性能发生改变进而满足实际需求。所以研究高分子材料的结构对其性能的影响，对延伸材料的性能有着重要的意义。 共混改性的方法一般有物理共混法；共聚-共混法，互穿高分子网络法。共混改性重点是两种高分子材料的相容性，如果相容性较好，则共混物的性能结合了两种材料的优点，两种材料的缺点得到了改善。例如将超高分子聚乙烯（UHMWPE）掺入聚丙烯（PP）中以提高PP的冲击强度。PP材料由于分子链中有甲基的存在，导致分子链比较刚性，而且PP的分子链比较规整，导致PP 材料的结晶性较好，刚性较好但PP材料较脆，冲击强度较低。而UHMWPE颗粒的加入，使PP材料中出现了应力集中物，当共混的材料受到应力时，能较好的引发应力集中产生银纹，分散共混材料受到的应力，改善PP材料的冲击强度。但影响这种共混材料的因素有UHMWPE颗粒的大小，以及UHMWPE掺杂进去的量和UHMWPE颗粒的分布情况。一般情况掺杂物的颗粒越小，分布越均匀，掺杂量适中则共混材料的性能越好。互穿高分子网络法一般是两种或多种聚合物在聚合反应时，形成的共混物，这种共混材料的分散度很均匀，材料的性能很好，
聚合物共混改性考试试题及答案
3. 在某聚合物上引入特殊作用基团；加入第三组分进行增容； 4. 两相之间产生部分交联，形成物理或化学缠结； 5. 形成互穿网络结构（IPN）； 6. 改变加工工艺，施加强烈的力剪切作用。 六、一般采有PP熔融接枝MAH单体，并挤出制备TPU/PP共混物，请阐明PP接枝MAH对共混物的形态结构及性能有何影响。为什么？10分 答：采用PP-g-MAH作为增容剂，熔融法制备TPU/PP共混物。发现，马来酸酐接枝聚丙烯是聚氨酯与聚丙烯共混体系有效的增容剂，有效地改善了共混物的形态和力学性能。 原因：机理：PP-g-MAH中的酸酐基团可能一部分与TPU中羟基反应，另一部分是与N-H基团发生氢键作用，从而有效降低了表面张力，提高了表面粘结力。 七、聚合物共混物的制备方法有那些？各有什么特点？10分 答：1. 物理共混法，简单机械共混技术简单的机械共混技术也称为单纯共混技术，它是在共混过程中，直接将两种聚合物进行混合制得聚合物混合材料。又包括：粉料（干粉）共混，熔体共混，溶液共混，乳液共混 2. 共聚-共混法 特点：特点：共聚—共混法制取聚合物共混物是一种化学方法，这一点是与机械共混法显然不同的。 3. 互穿聚合物网络法 八、增容作用的本质是什么？通常采用哪些增容方法？15分 答：增容作用的物理本质：降低共混组分之间的界面张力，促进分散程度的提高；提高相结构的稳定性，使得共混塑料的性能得以提高；改善共混组分之间的界面粘结，有利于传递外力。 常用的增容方法： 1. 利用氢键作用导致相容 2. 利用离子间相互作用 3. 利用电荷转移作用 4. 加入增容剂 5. 混合过程中化学反应所引起的增容作用 6. 共聚物/均聚物共混体系 7. 共溶剂法和IPN法
1填充改性：在聚合物基体中或在聚合物加工成型过程中加入一系列在组成结构不同固体添加物。 2混杂增强：是一种以上不同品种的增强纤维或其他增强材料匹配在一起用于聚合物得到复合材料。3纤维的临界长度lc：以基体包裹纤维的复合物在顺纤维轴上拉伸。当从整体传到纤维上的应力刚能使纤维断裂时纤维的应有长度。 4IPN：是两种或两种以上的共混聚合物，分子链相互贯穿并至少一种聚合物分子链以化学键的方式交联而形成的网络结构。 5高分子合金：在显微镜下观察可以聚合物共混物具有类似金属合金的相结构（即宏观不分离，微观非均相结构）称为高分子合金。 6相容性：指聚合物彼此互相容纳，形成宏观均匀材料的能力。 7纳米复合材料：指其中至少有一相物质是纳米级（1—100nm）范围内的多相复合材料。 8海-岛结构：是一种两相体系，且一项为连续相，一相为分散相，分散相分散在连续相中，就好像海岛分散在大海中一样。 9等粘点：A组分与B组分熔体黏度相等的这一点，称为“等黏点” 问答可能题 1.熔融态化学反应类型及各自的影响因素？ 答：类型：交联反应、接枝反应、降解反应、官能团反应。 影响交联因素：1过氧化物的品种与用量2交联时 间与温度3环境气氛4抗氧剂5酸性物质6填充剂 7助交联剂 影响接枝因素：1接枝单体的含量2引发剂3反应 温度4反应时间5交联或降解的控制6共单体 2填料的性质？ 答：（1）几何形态特征：球状（加工流动性）：玻璃微珠片状（刚性）：云母、滑石粉 （2）粒径小，填充效果好（分散均匀） 粒径表示方法：1.平均粒径（） 2.目数（每平方英寸筛网上的筛孔数） 3.比表面积（）（3）表面形态与性质：光滑（加工流动性）、粗糙（机械互锁、有大量微孔（有一定互锁作用） 3.填料的分散混合过程？ 答：大致分四个过程。<1>使聚合物添加剂粉碎。将聚合物和填料加入到体系中，在外界作用下将大块聚合物和添加剂破碎成较小粒子。 <2>使添加剂渗入到聚合物中。聚合物在剪切热和传导热作用下，降到黏流状时，使速度加快，较小粒子克服聚合物内聚力，渗入到聚合物中。、 <3>分散。较小粒子进一步减小，直到粒子大小，固相粒子逐渐分散。 <4>分布均化。分散固相粒子逐渐混合，直至均匀分散到聚合物中。 5增强纤维种类及各有那些常用的表面处理方法？答：玻璃纤维、碳纤维和植物纤维等。 玻璃纤维的表面处理方法：硅烷偶联剂处理、表面接枝处理、酸碱刻蚀处理。 碳纤维表面处理法：气相氧化法、液相氧化法、阳极氧化法、等离子体氧化法。 植物纤维的表面处理方法：热处理法、碱处理法、改变表面张力法、偶联法、表面接枝法。 7纤维状加工过程易碎问题？措施：1.后期加入纤 维 2.提高熔融温度 3.降低剪切力 8简述制造纤维增强材料片材的常用方法？ （1）熔融浸渍法。首先将连续纤维或短切纤维制成毡或针刺毡，经预热与挤出机挤出的热塑性树脂薄层，通过浸渍，冷却固化，最后切割。 （2）悬浮沉积法。将纤维和树脂均匀分布在水中，使纤维釜单丝分散，树脂单粒分散，通过流浆箱和成型网加入絮凝剂，凝聚与水分离形成湿片，通过干燥，黏合，压扎成片材。 （3）静电吸附热压法。将热塑性树脂制成薄膜带电，通过短纤维槽时，纤维吸附在薄膜上，然后压合。（4）液态化床法。将一定粒度粉末树脂放在流动床的孔床上，使其带一定量静电荷，并翻腾是树枝附在接地纤维上通过切断器被切成定长再通过热轧区和冷却区而制成片材。 9影响共混物结构形态的因素？ 答：1相容性。相容性越好，聚合物越容易扩散而 达到均匀混合。2配比与黏度的综合影响。（P157. 图4-16）3.内聚能密度。内聚能密度大的聚合物，其分子间作用力大，不易分散，因此在共聚物体系 中更趋于分散相。4制备方法不同的制备方法会产 生不同的形态结构。 10提高共混物相容性的方法？ 答：（1）对聚合物进行化学改性（2）加入增溶剂（3） 改善共混加工工艺（4）在共混组分间交联（5）共 溶剂法和IPN法。 12.聚合物的填充效果通过哪几方面评价？为什么 答：1聚合物填充改性的经济效果利用填料实现 聚合物的填充改性，其目的是降低成本改善材料的 某些性能。2填充聚合物的力学性能作为材料使 用强度是应用的基础。3填充聚合物的热性能。 12.无机纳米粒子增韧机理？ 答1.刚性无机粒子产生应力集中效应，引发周围树 脂产生微开裂，吸引一定的变形功： 2.刚性粒子存在使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化， 终止裂纹继续开裂： 3.填料的微细化，例子比表面积增大，产生微开裂， 吸引更多冲击能量阻止材料的断裂： 6界面结合对力学性能的影响？ 界面强度高低，对聚合物各方面的影响显著，最突 出的是力学性能。（1）拉伸强度：在平行于取向方 向，拉伸强度提高。垂直于取向方向时，若纤维与 聚合物结合强度比较好时，则强度提高，否则不提 高。当纤维无取向时，则各同性时，各方向强度均 有所提高。（2）韧性与冲击强度：当纤维自身的强 度小于界面强度与摩擦力之和时，即受到作用时， 纤维发生断裂。此时对其冲击性能不利，当纤维自 身的强度大于两者之和时，则会发生脱出，对冲击 作用有吸收作用，提高其冲击强度。 11层状纳米材料的性能？ 答：1.力学性能和耐热性 2.高阻隔特性 3.阻燃性 4.导电功能 5.抗菌功能 6.吸波特性 7.各向异性 14什么是混杂增强、是混杂效应？混杂方式有哪 些？ 答：增强聚合物复合材料是由两种或两种以上不同 品种的增强纤维或其他增强材料匹配在一起用于 聚合物二得到的材料。混杂效应：混杂效应是由 于多种纤维货增强材料与树脂基体的相互作用产 应的结果，有正效应和负效应。常见的形式：（1） 纤维——纤维混杂 2）纤维——无机离子混杂增强（3）纤维原位混杂 增强如 4填料体积成体的计算？P76 22配比与黏度的综合影响。（P157.图4-16） 高概率填空题 1充母料的理想横型：1填料核2偶联层3分散层4 增混层填充母料的方法1挤出法2密炼法3造粒法 4 开炼法 1改性的分类：物理改性：共混、填充、增强 化学改性：接枝、交联、嵌段、降解 2交联分为：物理交联：结晶或缠结 化学交联：以化学键形成交联 3化学反应形式：溶液形式，熔融形式（多数） 4熔融态化学反应器：密炼机、螺杆挤出机、高校 连续混合机组 5熔融态化学反应类型：交联、接指、断链、能团 反应 7填料的作用：增量，增强，赋予功能 8填料的种类：1.阻燃性的；2.增大硬度，石英 3. 减小硬度，滑石粉 9填料处理的目的：1.增加与聚合物的相容性 2. 提高界面粘合不产生分离 10常用的表面处理剂：1.表面活性剂 2.偶联剂（钛 酸酯，铝酸酯）3.有机高分子处理剂 4.无机物处 理剂 5.其他 11填充改性交联：1.经济效果 2.力学性能 3.热性 能 4.电性能，光学性能，加工性能 12加入纤维的作用：增强 13增强纤维种类：1.玻璃纤维 2.碳纤维 3…. 14纤维表面处理原则：1.极性相近原则 2.界面酸 碱匹配原则 3.形成界面化学键原则 4.引入可塑 界面原则 17共混改性方法：物理方法：机械共混法，干粉共 混法，熔融共混法，溶液共混法，乳液共混法。 化学方法：共聚-共混法，反应共混法，IPN法 18共混物的形态，结构 1.均相结构 2.非结晶聚 合物构成的多相共混体系 3.两相互锁成交错结构 4.相互贯穿的两相连续结果 5.结晶非结晶聚合物 共混物的形态，结构 19增溶剂类型 1.非反应型增溶剂 2.反应型增溶 剂 3.低分子增溶剂 20热塑性弹性体是由塑料和橡胶构成的，其中塑料 是连续的，橡胶是分散的。 21改善共混物透明性的方法 1.使参与共混的分散 相与连续相折射率相同 2.使共混物分散粒径小于 可见光波长 22在硬质PVC中加氯化PE起增韧改性作用：在软 质PVC中加氯化PE起增塑改性作用 23纳米复合材料的制备方法 1.溶胶-凝胶法 2.原 位聚合法 3.插层法 4.共混法 24共混物的形态首先划分为均相体系和两相体系。 两相体系又分：海-岛与海-海结构