聚合物加工简答题
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《高分子材料概论》复习题一、填空题1、尼龙,也称聚酰胺,其可能的端基是和。
2、聚合物的____ _结构是指高分子分子链之间的排列和堆砌结构。
3、高分子的降解反应是分子量__ ______的反应。
4、线性低密度聚乙烯的英文缩写是_________ _。
5、按受热时的表现,塑料可分为塑料和塑料。
6、常用的热塑性聚合物加工方法有:(列举二种)______ ____ 与_______ ___。
7、纤维的种类很多,习惯上按来源分为天然纤维和____ 两大类。
8、ABS树脂是由 ________ 、 _____ 和 ______ 单体缩聚而成的。
9、高分子熔融共混设备包括、、、和。
10、根据高分子材料的来源,高分子可以分为、、和。
二、选择题1、有机玻璃指的是下面哪一种高分子材料()A.PEB.PPC.PETD.PMMMA2、高分子的溶解性有如下几种关系,选出错误的一种()A.分子量越高,溶解越难B.结晶度越高,溶解越难C.支化度越高,溶解越易D.交联度越高,溶解越难3、下面哪个高分子商品名为“Teflon”( )A.聚氯乙烯B.聚四氟乙烯C.聚苯乙烯D.聚乙烯-四氟乙烯共聚物4、橡胶分子的柔性和()是橡胶具有弹性的原因。
A.粘性B.交联C.结晶D.玻璃化转变5、世界上第一种大规模生产的合成纤维是()A.聚酰胺纤维B.粘胶纤维C.聚酯纤维D.聚丙烯腈纤维6、下面不属于有机胶黏剂的为()A.动物胶B.热固性胶黏剂C.橡胶型胶黏剂D.硅酸盐胶黏剂7、下面哪种不属于热固性胶黏剂的为()A.聚醋酸乙烯酯B.不饱和聚酯C.酚醛树脂D.环氧树脂8、哪种高分子材料适合做隐形眼镜()A.水凝胶B.不饱和聚酯C.硅橡胶D.聚乙烯醇9、关于高分子材料分子量的排列,哪一种是正确的 ( )A. Mv > Mw > Mz > MnB. Mn > Mv > Mw > MzC. Mz > Mw > Mv > MnD. Mn > Mz > Mw > Mv10、哪种高分子材料不是合成纤维 ( )A.黏胶纤维B.醋酸纤维C. 聚酯纤维D. 棉纤维三、名词解释1、天然高分子2、高分子共混3、工程塑料4、老化5、高分子复合材料四、简答题1、简述天然高分子材料主要有哪几类2、说明高分子材料作为橡胶使用的必备特性有哪些3、说明为什么多数高分子材料溶解很慢,需要经过相当长时间的溶胀过程才会溶4、试述为什么聚丙烯腈只能用溶液纺丝,而涤纶树脂可用熔融纺丝5、说明塑料制品的成型加工方法有哪些6、说明制备高分子共混物采用的化学共混法主要有哪几种五、论述题1、论述聚合物复合材料一般有几个相?界面相对材料性能有何贡献2、试从内因和外因分析促使高分子材料的老化的因素,以及如何防止老化。
反应1.装置停循环水如何处理?聚合:(1)聚合室内主操应立即停止催化剂加料程序,对反应系统实施1型终止。
(2)乙烯精制系统停车:待反应停车,反吹气切为高压氮气后,关闭乙烯界区进料阀,系统保压。
(3)若长时间不能恢复,按停工步骤进行停工处理。
造粒:造粒机组停车。
公用工程:检查冷却水系统流程,停止除循环气压缩机系统外需要冷却水冷却的设备(如氮气压缩机、排放气压缩机、泵等),防止设备超温烧坏。
2.装置晃电如何处理?发生停电或者晃电后:反应:(1)迅速检查循环气量、压缩机电流、松密度、各部压差等参数的变化,以确认循环气压缩机停,立即通知生产指挥中心。
(2)循环气压缩机K-4003自停,ESD自动引发“TYPE 3”型终止,通过循环气速确认“TYPE 3”型终止是否成功,如果终止失败,将自动转为“TYPE 2”型终止,各单元均按照停电事故进行处理;(3)外操检查CO钢瓶压力变化情况及阀门动作情况,并及时与室内主操联系;(4)若出现终止无法自动运行的特殊情况,外操迅速通过“AA”、“BB”、“CC”手动终止。
(5)若终止气压力不足,迅速关在用钢瓶角阀,然后迅速打开备用瓶角阀,用现场手阀注入CO,以确保彻底终止反应。
(6)电力恢复供应后立即重启循环气压缩机。
造粒:造粒停电各设备停运,第一时间将切粒机与模板脱开,避免发生灌肠现象,将切粒机视窗内积料及时进行清理,避免熔料结块。
筒体通蒸汽保温,颗粒水箱通蒸汽保持温度。
在控制盘电源恢复后,迅速将各辅助设备启动,同时启动盘车电机,开车阀排地清出筒体内积料。
3.流化床反应器的工作原理?答:流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
流体(气体或液体)以较高的流速通过床层,带动床内的固体颗粒运动,使之悬浮在流动的主体流中进行反应,这些颗粒处于运动状态,且其运动方向多种多样。
4.在正常生产取样时,应注意哪些问题?答:应注意如下问题:(1)取样前确认取样罐空,用氮气置换合格(2)取样中对取样罐中树脂严格置换(3)取样后用氮气给取样罐保压5.粉料发粘主要由哪些因素引起?答:影响因素如下:(1)ICA浓度偏高(2)共聚单体浓度偏高(3)粉料的物理特性(4)树脂温度高。
聚合物流变学复习题一、名词解释(任选5小题,每小题2分,共10分):1、蠕变:在一定温度下,固定应力,观察应变随时间增大的现象。
应力松弛:在温度和形变保持不变的情况下,高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。
或应力松弛:在一定温度下,固定应变,观察应力随时间衰减的现象。
2、时-温等效原理:升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的,可用一个转换因子αT 将 某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。
3、熔体破裂:聚合物熔体在高剪切速率时,液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动,引起液流破坏的现象。
挤出胀大:对粘弹性聚合物熔体流出管口时,液流直径增大膨胀的现象。
4、熔融指数:在标准熔融指数仪中,先将聚合物加热到一定温度,使其完全熔融,然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出,以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。
5、非牛顿流体:凡不服从牛顿粘性定律的流体。
牛顿流体:服从牛顿粘性定律的流体。
6、假塑性流体:流动很慢时,剪切粘度保持为常数,而随剪切速率或剪切应力的增大,粘度反常地减少——剪切变稀的流体。
膨胀性流体:剪切速率超过某一个临界值后,剪切粘度随剪切速率增大而增大,呈剪切变稠效应,流体表观“体积”略有膨胀的的流体。
7、粘流活化能:在流动过程中,流动单元(即链段)用于克服位垒,由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。
8、极限粘度η∞:假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度(即在切变速率很高时对应的粘度)。
9、断裂韧性K 1C :表征材料阻止裂纹扩展的能力,是材料抵抗脆性破坏能力的韧性指标,s b C E c K γπσ21==,其中,σ b 为脆性材料的拉伸强度;C 为半裂纹长度;E 为材料的弹性模量;s γ为单位表面的表面能。
10、拉伸流动:当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。
或拉伸流动:质点速度仅沿流动方向发生变化的流动。
高分子化学期末常考简答题1.为什么在缩聚反应中不用转化率雨用反应程度来描述反应过程?因缩聚反应本质是官能团之间的反应,只有官能团之间充分反应才能生成大分子,故应用反应程度描述其反应过程。
而转化率一开始就很高。
2.欲使逐步聚合成功,必须考虑哪些原则和措施?有哪些实施方法?原料尽可能纯净;按化学计量或等摩尔比投料:尽量提高反应程度;采用减压或其他手段打破化学平衡,使反应向聚合物方向移动。
实施方法有:熔融聚合:溶液聚合和界面缩聚。
3.传统自由基聚合时,单体转化率和聚合度随时间的变化有何特征?画出简图自由基聚合时,转化率随时间延长而逐渐增加,而对产生的一个活性中心来说,它与单体间反应的活化能很低,k值很大,因此瞬间内就可生成高聚物。
因此,从反应一开始有自由基生成时,聚合物分子量就很大,反应过程中任一时刻生成的聚合物分子量相差不大。
4.竟聚率的定义?说明其物理意义?理想恒比共聚和交替共聚的竞聚率分别是么?竟聚率系单体均聚链增长速率常数和共聚链增长速率常数之比。
即它表征两单体的相对活性,r1=2=1,则两单体为理想恒比共聚体系。
r1=r2=0时,则两单体为交替共聚体系。
5.解释笼蔽效应和诱导分解,它们对引发效率有什么影响?笼蔽效应:引发剂分解成游离基后,处在溶剂的笼子中,来不及引发单体的聚合,就发生了副反应,形成了稳定的分子,消耗了引发剂。
诱导分解:诱导分解是指链自由基向引发剂的转移反应,原来的来的链自由基终止,只生成一个新的自由基,无偿消耗一个引发剂分子。
二者都使引发效率降低。
6.何为自动加速现象?它主要是由什么引起的?某些聚合反应到达一定程度后,聚合速度自动增加,直到后期,聚合速度又减慢。
它主要是由体系粘度增加所引起的,称为自动加速现象。
7.为什么乳液聚合可以同时获得高的聚合速度和聚合度?聚合速率与聚合度均与乳胶粒数成正比。
因此增加乳胶粒数可以同时增加聚合速率与聚合度。
8.用 Ziegler- Natta催化剂催化丙烯和乙烯聚合,分别用什么催化剂组分,为什么这样选择?催化丙烯用:TiCl3(α,Y,δ)- AletAI,综合考虑立构规整度,聚合速率和分子量。
习题集(348)第一章绪论(37)一、判断(10)1、由于塑料包装物大多呈白色,它们造成的环境污染被称为白色污染。
(+ )2、连续聚合特点是聚合反应条件是稳定的,容易实现操作过程的全部自动化,机械化,便于小批量生产。
(_ )3、进行聚合反应的设备叫做聚合反应器。
根据聚合反应器的形状主要分为管式、塔式和釜式聚合反应器。
(+ )4、本体聚合与熔融缩聚得到的高粘度熔体不含有反应介质,如果单体几乎全部转化为聚合物,通常不需要经过分离过程。
如果要求生产高纯度聚合物,应当采用真空脱除单体法。
(+)5、乳液聚合得到的浓乳液或溶液聚合得到的聚合物溶液如果直接用作涂料、粘合剂,也需要经过分离过程。
(_ )6、合成橡胶是用物理合成方法生产的高弹性体。
经硫化加工可制成各种橡胶制品。
(_ )7、合成纤维通常由线型高分子量合成树脂经熔融纺丝或溶液纺丝制成。
加有少量增光剂、防静电剂以及油剂等。
(+ )8、合成树脂生产中回收的溶剂。
通常是经离心机过滤与聚合物分馏得到的。
(+ )9、高分子合成工厂中最易发生的安全事故是引发剂、催化剂、易燃单体、有机溶剂引起的燃烧与爆炸事故。
(+ )10、塑料具有取材容易,价格低廉,加工方便,质地轻巧等优点。
(+ )二、填空(10)1、根据产量和使用情况合成橡胶可分为通用合成橡胶与特种合成橡胶两大类。
2、离子聚合及配位聚合实施方法主要有本体聚合与溶液聚合两种方法。
3、在溶液聚合方法中,如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为非均相溶液聚合。
4、塑料的原料是合成树脂和助剂。
5、塑料成型重要的有:注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、模压成型等。
6、高分子合成工业的产品形态可能是液态低聚物、坚韧的固态高聚物或弹性体。
7、高分子合成工业的基本原料为石油、天然气、煤炭等。
8、为使釜式聚合反应器中的传质、传热过程正常进行,聚合釜中必须安装搅拌器。
9、自由基悬浮聚合得到固体珠状树脂在水中的分散体系。
可能含有少量反应单体和分散剂。
1 聚合物流变学复习题参考答案一、名词解释(任选 5 小题,每小题 2 分,共 10 分):1、蠕变:在一定温度下,固定应力,观察应变随时间增大的现象。
应力松弛:在温度和形变保持不变的情况下,高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。
或应力松弛:在一定温度下,固定应变,观察应力随时间衰减的现象.2.端末效应:流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降,消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变,在聚合物流出管子时,高弹形变恢复引起液流膨胀,管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。
2、时-温等效原理:升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的,可用一个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。
3、熔体破裂:聚合物熔体在高剪切速率时,液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动,引起液流破坏的现象。
挤出胀大:对粘弹性聚合物熔体流出管口时,液流直径增大膨胀的现象。
4、.熔融指数:在标准熔融指数仪中,先将聚合物加热到一定温度,使其完全熔融,然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出,以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。
5、非牛顿流体:凡不服从牛顿粘性定律的流体。
牛顿流体:服从牛顿粘性定律的流体。
6、假塑性流体:流动很慢时,剪切粘度保持为常数,而随剪切速率或剪切应力的增大,粘度反常地减少——剪切变稀的流体。
膨胀性流体:剪切速率超过某一个临界值后,剪切粘度随剪切速率增大而增大,呈剪切变稠效应,流体表观“体积”略有膨胀的的流体。
7、粘流活化能:在流动过程中,流动单元(即链段)用于克服位垒,由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。
8、极限粘度η∞:假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度(即在切变速率很高时对应的粘度)。
10、拉伸流动:当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。
➢绝大数高分子成型加工都是粘流态下加工的,如挤出,注射,吹塑等。
➢弹性形变及其后的松驰影响制品的外观,尺寸稳定性。
之所以出现以上的特点,主要原因有:➢高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的;➢高分子的流动不符合牛顿流体的流动规律。
5、试述温度和剪切速率对聚合物剪切粘度的影响。
并讨论不同柔性的聚合物的剪切粘度对温度和剪切速率的依赖性差异。
答:(一)随着温度的升高,聚合物分子键的相互作用力减弱,粘度下降。
但是各种聚合物熔体对温度的敏感性不同。
聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为,其粘度随剪切速率的增加而下降。
(二)柔性高分子如PE、POM等,它们的流动活化能较小,表观粘度随温度变化不大,温度升高100℃,表观粘度也下降不了一个数量级,故在加工中调节流动性时,单靠改变温度是不行的,需要改变剪切速率。
否则,温度提得过高会造成聚合物降解,从而降低制品的质量。
6、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。
➢分子链越柔顺,粘流温度越低;而分子链越刚性,粘流温度越高。
➢高分子的极性大,则粘流温度高,分子间作用越大,则粘流温度高。
➢分子量分布越宽,粘流温度越低。
➢.相对分子质量愈大,位移运动愈不易进行,粘流温度就要提高。
➢外力增大提高链段沿外力方向向前跃迁的几率,使分子链的重心有效地发生位移,因此有外力对粘流温度的影响,对于选择成型压力是很有意义的。
➢延长外力作用的时间也有助于高分子链产生粘性流动,增加外力作用的时间就相当于降低粘流温度。
7、按常识,温度越高,橡皮越软;而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高,高弹平衡模量越高。
这两个事实有矛盾吗?为什么?不矛盾。
原因:1.温度升高,高分子热运动加剧,分子链趋于卷曲构象的倾向更大,回缩力更大,故高弹平衡模量越高;2.实际形变为非理想弹性形变,形变的发展需要一定是松弛时间,这个松弛过程在高温时比较快,而低温时较慢,松弛时间较长,如图。
按常识观察到的温度越高,橡皮越软就发生在非平衡态,即t<tO.8、对聚合物熔体的粘性流动曲线划分区域,并说明区域名称及对应的粘度名称,解释区域内现象的产生原因。
高分子化学复习简答题(二)---逐步聚合反应学校名称:江阴职业技术学院院系名称:化学纺织工程系时间:2017年3月10日1、连锁聚合与逐步聚合的三个主要区别是什么?答:(1)增长方式:连锁聚合总是单体与活性种反应,逐步聚合是官能团之间的反应,官能团可以来自于单体、低聚体、多聚体、大分子。
(2)单体转化率:连锁聚合的单体转化率随着反应的进行不断提高,逐步聚合的单体转化率在反应的一开始就接近100%。
(3)聚合物的分子量:连锁聚合的分子量一般不随时间而变,逐步聚合分子量随时间的增加而增加。
2、从时间~转化率、相对分子质量~转化率关系讨论连锁聚合与逐步聚合间的相互关系与差别。
答:从转化率和时间的关系看:连锁聚合,单体转化率随时间延长而逐渐增加;逐步聚合,反应初期单体消耗大部分,随后单体转化率随时间延长增加缓慢。
从相对分子质量与转化率关系看:连锁聚合,在任何时刻均生成高分子量的聚合物;逐步聚合,反应初期只生成低聚物,随转化率增加,聚合物相对分子质量逐渐增加,高分子量的聚合物需数十小时才能生成。
3、如何用实验测定一未知单体的聚合反应是以逐步聚合还是以连锁聚合机理进行的。
答: 一般可以通过测定聚合物分子质量或单体转化率与反应时间的关系来鉴别。
随反应时间的延长, 相对分子质量逐渐增大的聚合反应属逐步聚合反应. 聚合很短时间后相对分子质量就不随反应时间延长而增大的聚合反应属连锁聚合。
单体迅速转化, 而转化率基本与聚合时间无关的聚合反应属逐步聚合。
4、举例说明链式聚合与加聚反应、逐步聚合与缩聚反应间的关系与区别。
答:绝大多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合,如聚甲基丙烯酸甲酯的合成、聚苯乙烯的合成,都属于加聚和连锁聚合。
但反过来,并不是所有的连锁聚合都是加聚反应,如3-甲基-1-丁烯的聚合,反应是连锁聚合,但由于发生氢转移,其最终产物不是加聚物,不属于加聚反应。
绝大多数缩聚反应属于逐步聚合反应。
如尼龙-6,6的合成,反过来,不是所有逐步聚合都属缩聚反应,如聚氨酯的合成,属逐步聚合,但产物却是加聚产物。
高分子化学复习简答题(三)---自由基聚合学校名称:江阴职业技术学院院系名称:化学纺织工程系时间:2017年3月10日1、自由基聚合反应转化率-时间曲线特征。
答:诱导期:初级自由基为阻聚杂质所终止,无聚合物形成,聚合速率零。
若严格取除杂质,可消除诱导期。
初期:单体开始正常聚合,转化率在5%~10%以下(研究聚合时)或10%~20%(工业上)以下阶段称初期;此时转化率与时间近似呈线性关系,聚合恒速进行。
中期:转化率达10%~20%以后,聚合速率逐渐增加,出现自动加速现象,直至转化率达50%~70%,聚合速率才逐渐减慢。
后期: 自动加速现象出现后聚合速率逐渐减慢,直至结束,转化率可达90%~100%。
2、自由基聚合与缩聚反应的特征比较。
答:自由基聚合:(1)由基元反应组成,各步反应的活化能不同。
引发最慢。
(2)存在活性种。
聚合在单体和活性种之间进行。
(3)转化率随时间增长,分子量与时间无关。
(4)少量阻聚剂可使聚合终止。
线形缩聚:(1)聚合发生在官能团之间,无基元反应,各步反应活化能相同。
(2)单体及任何聚体间均可反应,无活性种。
(3)聚合初期转化率即达很高,官能团反应程度和分子量随时间逐步增大。
(4)反应过程存在平衡。
无阻聚反应。
3、为什么自由基聚合时聚合物的相对分子质量与反应时间基本无关,缩聚反应中聚合物的相对分子质量随时间的延长而增大?答:自由基聚合遵循连锁聚合机理:链增加反应的活化能很低,Ep=20~34KJ/mol,聚合反应一旦开始,在很短的时间内(0.01s~几秒)就有成千上万的单体参加了聚合反应,也就是生成一个相对分子质量几万~几十万的大分子只需要0.01s~几秒的时间(瞬间可以完成),体系中不是聚合物就是单体,不会停留在中间聚合度阶段,所以聚合物的相对分子质量与反应时间基本无关。
缩聚反应遵循逐步聚合机理:单体先聚合成低聚体,低聚体再聚合成高聚物。
链增加反应的活化较高,Ep=60KJ/mol生成一个大分子的时间很长,几乎是整个聚合反应所需的时间,缩聚物的相对分子质量随聚合时间的延长而增大。
聚合物共混改性简答题1.试述聚合物共混的概念。
答: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?答:1. 分散相和连续相;2. 分散相的分散状况;3. 两相体系的形貌;4. 相界面。
3.简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理。
答: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。
答:(1)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;Weγ γ>Wecrit,液滴会变得不稳定,进而破裂。
:↑→We ↑→D ↑。
(3)粒径:大粒子易变形。
(4)连续相黏度:ηm↑→We ↑→D ↑(5)界面张力:σ↓→We ↑→D ↑(6)熔体弹性:(7)流动场:对于牛顿流体,拉伸流动比剪切流动更能有效地促使液滴破裂。
ηm<<ηd,拉伸流动起主导作用。
(8)两相粘度比:5.依据“双小球模型”,讨论影响分散相破碎的因素。
答:K值的影响:剪切应力(外力)、分散相内力与分散相颗粒破碎分散密切相关。
增大τ或降低Fr可以促进分散相颗粒的破碎。
K值超过某个临界值时,粒子破碎。
K决定于——外力,内力r*值的影响:r*取决于分散相熔体颗粒的伸长变形能力,即分散相聚合物的性能,与共混时熔体温度有关。
初始位置(分散相粒径)的影响:初始距离(粒径)大,易于破碎。
分散相颗粒的破碎分散过程,亦是分散相粒径自动均化过程。
材料成型与加工复习试卷类型一、选择题(共20题,每题0.5分,共10分)二、填空题(共20个空,每个0.5分,共10分)三、名词解释(共4题,每题2.5分,共10分)四、是非题(共5题,每题2分,共10分)(先判断对或错,若错请写出理由。
)五、计算题(共2题,每题5分,共10分)六、简答题(共4题,每题5分,共20分)七、论述题(共2题,每题15分,共30分)成绩评定:卷面成绩:70%。
平时成绩:30%。
考勤未到一次扣5分,迟到一次扣2分;作业未交一次扣2分);PPT报告共10分(根据PPT质量及回答问题情况综合给分)。
一、填空题(1)聚合物加工通常包括两个过程,其一是:,其二是:。
(2)聚合物所具有的四种加工性质是:、、、。
(3)物料的混合有、、三种基本运动形式,聚合物成型时熔融物料的混合以运动形式为主。
(4)单螺杆挤出机的基本结构包括:、、、、五部分(5)挤出成型工艺过程大体相同,其程序为、、、,有时还包括。
(6)注塑机的基本结构由、和三部分组成。
(7)橡胶塑炼的实质是。
(8)碳黑在橡胶中分散分三个阶段,分别是第一阶段:;第二阶段:;第三阶段:。
(9)成纤聚合物的纺丝过程是在态进行的,而加工过程是在态进行的。
(10)热敏性的PVC宜用螺槽;熔体粘度低和热稳定性较高的PA宜用螺槽螺杆二、名词解释:1.均相成核:2.异相成核:3.二次结晶:4.后结晶:5.热处理(退火):6.淬火:7.压延涂层法:8.帖胶:9.擦胶:10.热成型:11.喷硫:12.弹性记忆:13.威廉氏可塑度(P):14.门尼粘度:15. 压缩比:二选择题:(1)对结晶聚合物,Tg与Tm间有一大致关系,即Tm(K):Tg(K)的比值约为:A. 3:1; B. 4:1; C. 3:2; D. 2:1。
(2)对聚合物的结晶,其最大结晶速率时的温度约为其熔点的倍。
A. 0.7;B. 0.8;C. 0.85;D.0.9.(3) 在聚合物熔点以上,下面的加工方式不适宜操作。
聚合物流变学复习题一、名词解释(任选5小题,每小题2分,共10分):蠕变与应力松弛、时-温等效原理、屈服强度与断裂强度、熔融指数、牛顿流体与非牛顿流体、假塑性流体与膨胀性流体、第一法向应力差、拉伸流动与剪切流动、熔体破裂、挤出胀大、不稳定流动、法向分量与剪切分量、粘流态、宾汉流体、粘流活化能、极限粘度 、断裂韧性K1C、聚合物流变学、应力与应变、拉伸应变与剪切应变、内耗与损耗因子、断裂强度、脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、疲劳寿命、蠕变断裂、磨损磨耗、细颈、冷拉伸、韧性、断裂功、环境应力开裂、疲劳、疲劳强度、普弹形变与高弹形变、屈服与断裂、屈服现象与屈服点、普弹性、高弹性、强迫高弹性、粘弹性与熵弹性、脆化温度与耐寒性、应力集中与应力松弛、拉伸强度与断裂强度、冲击强度与抗弯强度、出口膨胀与颈缩、银纹与裂纹二、简答题(可任选答8题,每题5分,共40分):第一章绪论1、简述聚合物流变行为的特征是什么?2、何为粘弹性?为什么聚合物具有明显的粘弹性?举例介绍塑料制品应用和塑料加工中的粘弹性现象?第二章基本物理量和线性粘性流动1、简述线性弹性变形的特点。
2、聚合物的粘性流动有何特点?为什么?第三章熔体流动和弹性1、列举改善下列高分子材料力学性能的主要途径:1)提高结构材料的抗蠕变性能; 2)减小橡胶材料的滞后损失;3)提高材料的拉伸强度; 4)提高材料的冲击强度。
2、聚合物的结晶熔化过程与玻璃化转变过程本质上有何不同?试从分子运动角度比较聚合物结构和外界条件对这两个转变过程影响的异同。
3、试述温度和剪切速率对聚合物剪切粘度的影响。
并讨论不同柔性的聚合物的剪切粘度对温度和剪切速率的依赖性差异。
4、解释如下现象:1)聚合物的Tg开始时随分子量增大而升高,当分子量达到一定值之后,Tg 变为与分子量无关的常数;2)聚合物中加入单体、溶剂、增塑剂等低分子物时导致Tg下降。
6、两个牵伸比相同的聚丙烯的纺丝过程中,A用冰水冷却,B用333K的热水冷却。
第二章高分子的链结构1.聚合物的层次结构聚合物的结构包括高分子的链结构和聚合物的凝聚态结构,高分子的链结构包括近程结构一级结构和远程结构二级结构;一级结构包括化学组成,结构单元连接方式,构型,支化于交联;二级结构包括高分子链大小相对分子质量,均方末端距,均方半径和分子链形态构象,柔顺性;三级结构属于凝聚态结构,包括晶态结构,非晶态结构,取向态结构,液晶态结构和织态结构; 2.结构单元的键接方式,许多实验证明自由基或离子型聚合产物中大多数是头—尾键接的,链接方式对聚合物的性能有比较明显的影响;例1:纤维要求分子链中单体单元排列规整,结晶性能好,强度高,便于抽丝和拉伸例2:维尼纶纤维缩水性较大的根本原因:聚乙烯醇PVA做维尼纶只有头—尾键接才能使之与甲醛缩合生成聚乙烯醇缩甲醛;如果是头—头键接额,羟基就不易缩醛化,是产物中保留一部分羟基,羟基的数量太多会使纤维的强度下降;3.聚合物的空间构型概念:结构单元为—CH2—CHR—型的高分子,在每一个结构单元中都有一个手性碳原子,这样,每一个链节就有两种旋光异构体,高分子全部由一种旋光异构体键接而成称为全同立构,由两种旋光异构单元交替键接,称为间同立构,两种旋光异构单元完全无规键接时,则称为无规立构全同立构和间同立构的高聚物有时统称为等规高聚物高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数是指等规度由于内双键的基团在双键两侧排列的方向不同而有顺式构型与反式构型之分,他们称为几何异构体例:几何构型对聚合物的影响聚丁二烯1,2-加成的全同立构或间同立构的聚丁二烯PB,由于结构规整,容易结晶,弹性很差,只能作为塑料使用;顺式1,4-聚丁二烯链的结构也比较规整,容易结晶,在室温下是一种弹性很好的橡胶,反式1,4-聚丁二烯分子链的结构也比较规整,容易结晶,在室温下是弹性很差的塑料;4. 高分子共聚物共聚物的序列结构常用参数平均序列长度L和嵌段数R;当R=100时表明是交替共聚,R=0时表明是嵌段共聚物例1:聚甲基丙烯酸甲酯PMMA分子带有极性酯基是分子间作用力比聚苯乙稀PS大,因此在高温的流动性差,不宜采取注塑成型法加工;需将PMMA和少量PS共聚可以改善树脂的高温流动性,适用于注塑成型ps. 和少量的丙烯晴AN共聚后,其冲击强度,耐热性,耐化学腐蚀性都有所提高,可供制造耐油的机械零件例2:ABS树脂在结构组成制备工艺上可提高产品的力学性能的方法ABS树脂是丙烯晴,丁二烯和苯乙烯的三元共聚物;其中丙烯晴有CN基,能使聚合物耐化学腐蚀,提高制品的抗张强度和硬度;丁二烯使聚合物呈现橡胶状韧性,这是材料抗冲击强度增高的主要因素;苯乙烯的高分流动性能好,便与加工成型,而且可以改善制品表面光洁度.,ps. ABS是一类性能优良的热塑性塑料例3:SBS在结构和组成上的特点及加工方法概述用阴离子聚合法制得的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物SBS树脂;丁二烯常温是一种橡胶,而聚苯乙烯是硬性塑料,两者不相容,因此SBS具有两项结构;聚丁二烯段形成连续的橡胶相,聚苯乙烯是热塑性的,聚苯乙烯起交联作用高温下可以破坏也可以重组,所以SBS是一种可以注塑方法进行加工而不需要硫化的橡胶;聚氨酯与其相似,统称热塑性弹性体;5.高分子链的支化例:为什么高压聚乙烯的冲击强度好于低压聚乙烯的冲击强度支化对物理性能的影响有时相当显著,高压聚乙烯低密度聚乙烯LDPE由于支化破坏了分子的规整性,使其结晶度大大降低,低压聚乙烯高密度聚乙烯HDPE是线型分子,易于结晶,故在密度,熔点,结晶度和硬度方面都高于强者;分子链支化程度增加,分子间的距离增加,分子间的作用力减小,因而使拉伸强度降低,但冲击强度会提高;6.高分子链的交联支化高分子能够溶解,交联高分子不熔不熔,只有交联度不大的时候能在溶剂中溶胀;热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分子例:硫化橡胶未经硫化交联的橡胶分子之间容易滑动,受力后会产生永久变形,不能回复原状,经硫化的橡胶分子间不能滑移,才有大的可逆弹性变形,所以橡胶一定要经过硫化变成交联结构后才能使用;交联度小的橡胶含硫5%一下弹性较好,交联度大的橡胶含硫20%~30%弹性就差,交联度再增加,机械强度和硬度都将增加,最终失去弹性而变脆;7.高分子链的构象概念:构象:单间内旋转而产生的分子在空间的不同排列形态,由于热运动分子的构象在时刻改变,因此高分子的键的构象是统计性的,由此可知,这种构象是不固定的;构型:大分子链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经过化学键的断裂和重组;构型包括单体单元的键合顺序,空间构型的规整性,支化度,交联度以及共聚物的组成及序列结构;无规线团:单键内旋转是导致分子链呈蜷曲构象的原因,内旋转愈自由,蜷曲的趋势越大,我们称这种不规则的蜷曲高分子链的构象为无规线团;理想链理想柔性链,自由链接链:高分子键的一种理想化的简单模型,假定高分子的主链由足够多的不占体积的化学键自有链接而成,这些键的取向不受键角以及相邻旋转交的限制,没有位垒的障碍,在空间上的取向几率都相等;自由旋转链:每个链都能在键角限制范围内自由旋转,不考虑空间位阻影响,有足够多的不占体积的化学键自有链接而成,这些键的取向受键角及相邻旋转交的限制,没有位垒障碍;受阻旋转链:同自由旋转链,除不能自由旋转;末端距:对于线性高分子,分子链的一端至另一端的直线距离即为末端距;均方末端距:末端距的平方的平均值,通常用来表征高分子链的尺寸;高斯链:把真实的高分子末端距模型化的一种由n个长度为l的统计单元组成,他的末端距大小分布符合高斯统计函数,这种假想链叫做高斯链Ps.末端距的计算见附录例1. 自由连接链和高斯链的区别1.高斯链的统计单元为链段,自由链接链的链接单元为化学键2.高斯链可以产生链段的回转和取向,自有链接连不能产生化学链的旋转和取向3.高斯链是实际存在的,自有链接连是不存在的4.高斯链研究高分子链的共性,自有链接链是理想化的;例2.聚丙烯是否可以通过单键的内旋转由全同立构变成间同立构,为什么答:不可以;因为全同立构和间同立构是属于构型的范畴,构型是指分子中有化学键所固定的原子在空间的排列;单键的内旋转只会改变构象,而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现;例3.为什么只有柔性高分子链才适合做橡胶答:橡胶具有高弹性,弹性模量很小,形变量很大的特点;只有处于蜷曲状态的长链分子才能在外力的作用下产生大形变,才能作为橡胶;蜷曲程度与柔性是相对应的,蜷曲程度越高,柔性越好,所以适合做香蕉的高分子必须具备相当程度的柔性;例4.试述近程相互作用和远程相互作用的含义以及它们对高分子链构象以及柔性的影响答:所谓“近程”和“远程”是根据沿大分子链的走向来区分的,并非为三维空间上的远和近;事实上,即使是沿高分子长链很远的枝节也会由于主链单间内旋转而在三维空间上相互靠的很近;近程相互排斥作用的存在使得实际高分子的内旋转受阻,是指在空间可能有的构象数远远小于自由内旋转的情况,受阻程度越大构象数就越少,高分子链的柔性就越小;远程相互作用可为斥力,也可称为引力;当大分子链中相距较远的原子或原子团由于单键的内旋转,可是其间的距离小于范德瓦尔斯半径而表现为斥力,大于范德瓦尔斯半径为引力,五轮哪种力都使单间内旋转受阻构象数减小,柔性下降,末端距变大;例5. 分子链柔顺性大小顺序聚乙烯PE,聚丙烯PP,聚丙烯晴PAN,聚氯乙烯PVC取代基极性越大,取代基之间的相互作用就越强,高分子链内旋转越困难,柔性越小;取代基的极性顺序为—CN>—CL—CH3—H,所以PE>PP>PVC>PAN例6.请排出分子间作用力的大小聚苯乙烯,聚对苯二甲酸乙二酯和尼龙66,聚乙烯尼龙66>据对苯甲酸乙二酯>聚苯乙烯>聚乙烯尼龙66分子间能形成氢键,因此分子间作用力最大;聚对苯二甲酸乙二酯含有强极性基团,分子间作用力比较大,聚苯乙烯含有侧基,连段运动较困难,分子间作用力较小,聚乙烯是非极性分子,又不含侧基,分子间作用力最小;例7. 请排出结晶难易程度的排序1聚对苯二甲酸乙二酯和聚间苯二甲酸乙二酯,聚乙二酸乙二酯2尼龙66,尼龙1010聚己二酸乙二酯>聚对苯二甲酸乙二酯>聚间苯二甲酸乙二酯,这是由于聚己二酸乙二酯的柔顺性好,聚间苯二甲酸乙二酯对称性不高,尼龙66>尼龙1010尼龙66中氢键密度大于尼龙1010第三章高分子溶液1.聚合物溶解过程和溶剂选择概念:内聚能密度:内聚能是将一摩尔液体或固体分子汽化时所需要的能量,单位体积的内聚能即为内聚能密度;δ溶度参数:溶度参数是内聚能密度的平方根;溶质与溶剂的溶度参数越接近越可能相互溶解;冻胶:是由范德瓦尓斯力交联而成的,加热可以拆散范德瓦尓斯力的交联,使冻胶溶解;凝胶:是高分子链之间以化学键形成的交联结构的溶胀体;例1.聚合物的溶解过程答:聚合物的溶解过程分为两个阶段,先是溶剂分子深入聚合物内部,是聚合物体积膨胀,称为溶胀,然后才是高分子均匀分散在溶剂中形成完全溶解的分子分散的均相体系,对于交联聚合物,在与溶剂接触时也会发生溶胀,但因有交联的化学键束缚,不能再进一步使交联分子拆散,只能停留在溶胀阶段,不会溶解;例2.聚合物的溶解度与分子量的关系:溶解度与聚合物的分子量有关,分子量大的溶解度小,分子量小的溶解度大,对交联聚合物来说,交联度大的溶胀度小,交联度小的溶胀度大;例3.非晶聚合物和结晶聚合物对溶解的影响非晶聚合物的分子堆砌比较松散,分子间的相互作用较弱,因此溶剂分子比较容易渗入聚合物内部使之溶胀和溶解;静态聚合物由于分析排列规整,堆砌紧密,分子间相互作用力很强,以致溶剂分子深入聚合物内部非常困难,因此晶态聚合物的溶解比非晶态聚合物困难得多;溶液的热力学性质溶解过程的自发需要满足△Fm=△Hm-T△Sm<0对于极性聚合物在极性溶剂中,由于高分子溶剂强烈相互作用,分子排列趋于混乱所以△Sm增加溶解时放热△Hm<0且使体系△Fm降低所以溶解过程能自发进行非极性聚合物,溶解过程一般是吸热的△Hm>0,故只有在升高温度T或者减小混合热△Hm才能使体系自发溶解;非极性溶液的混合热△Hm的大小取决于溶度参数,如果两种液体溶度参数接近,则混合热越小,两种液体越能互相溶解;Ps.聚丙烯腈不能溶解在溶度参数与他相接近的乙醇,甲醇,苯酚;乙二醇等溶剂中,这是因为这些溶剂的极性太弱了,只有二甲基甲酰胺,二甲基乙酰胺,乙腈,二甲基亚砜,丙二腈才能使其溶解;丙酮不能溶解聚苯乙烯是丙酮极性太强而聚苯乙烯是弱极性的;可以得出结论,极性聚合物,不但要求它与溶剂的溶度参数中的非极性部分接近,还要求极性部分也接近才能溶解;注:如果溶质与溶剂间能形成结晶性非极性聚合物的溶剂选择最困难,它的溶解包括两个过程:其一是结晶部分的熔融;其二是高分子与溶剂的混合,两者都是吸热的过程,所以要提高温度;除非生成氢键,因为氢键的生成是放热反应;例1.溶剂的选择原则:1)极性相近,要求溶剂的极性和高聚物极性相近,极性高聚物选择极性相当的溶剂;2)溶度参数相近原则,参数越接近,溶解可能性越大,非晶态—非极性比较合适,对于晶态的非极性高聚物需加外界条件,对晶态极性不适用;3)溶剂化原则基团的相互作用溶剂分子与高分子链之间相互吸引作用是高分子链与链之间相互分离导致高分子溶解于溶剂形成溶液;理想溶液概念:理想溶液:是指溶液中溶质分子间溶剂分子间和溶质分子间的相互作用能都相等,溶解过程没有体积变化也没有焓的变化;Huggins参数:是表示高分子溶液混合时相互作用能的变化θ温度:是高分子溶液的一个参数,当T=θ时高分子溶液中的过量化学位为零,与理想溶液中溶剂的化学位没有偏差θ条件:通过选择溶剂和温度使高分子溶液中溶剂的过量化学位为零的条件,这种条件称为θ条件或θ状态;无扰状态:高分子在稀溶液中,一个高分子很难进入另一个高分子所占的区域,即每个高分子都有一个排斥体积;如果高分子链段和溶剂分子相互作用能大于高分子链段与高分子链段的相互作用能,则高分子被溶剂化而扩张,使高分子不能彼此接近,高分子的排斥体积就很大;如果高分子链段与溶剂分子相互作用能等于高分子链段与高分子链段的相互作用能;高分子与高分子可以与溶剂分子一样彼此接近,互相贯穿,这样排斥体积为零,相当于高分子处于无扰状态;这种状态的尺寸就称为无扰尺寸;扩张因子:高分子在良溶剂中,由于溶剂化的作用,是卷曲的高分子链伸展,高分子的均方末端距和均方旋转半径扩大;扩张因子α是指高分子链的均方末端距或均方旋转半径与高分子链在θ状态下的均方末端距或均方旋转半径之比,它表示高分子链的扩张程度;溶胀比:交联高聚物在溶胀平衡时的体积与溶胀前的体积之比例1. 根据高分子的混合自由能,推导出其中溶剂的化学位变化,并讨论在什么条件下高分子溶液中溶剂的化学位变化,等与理想溶液中溶剂的化学位变化答:见附录例2. 高分子溶液在什么情况下与理想溶液的一些热力学性质相近当T=θ时;高分子溶液中溶剂的过量化学位为零;χ1=1/2,高分子处于θ状态,此时高分子溶液与理想溶液的一些热力学性质相近;例3. 什么是θ温度当高于,低于或等于θ温度时,大分子的自然构象有何不同为什么θ温度是高分子溶液的一个参数;当T=θ时,高分子溶液中溶剂△μ=0与理想溶液中的溶剂化学位没有偏差;当T>θ时,溶剂为高分子良溶剂,在良溶剂中,高分子链由于溶剂化而扩张,高分子线团伸展,当T<θ时,溶剂为高分子的不良溶剂,在不良溶剂中,高分子链由于溶剂化作用很弱,高分子链紧缩;当T=θ时,溶剂为高分子的θ溶剂,在θ溶剂中,高分子链段与高分子链段的相互作用能等于高分子链段与溶剂的相互作用能,高分子与高分子可以与溶剂分子一样彼此接近,互相贯穿,这样高分子链的排斥体积为零,相当与高分子链处于无干扰的无规线团;例4.试举出可判定聚合物溶解性好坏的三种热力学参数,并讨论当它们分别为何值时,溶剂是良溶剂,θ溶剂,劣溶剂:过量化学位△μ₁,Huggins参数χ₁,第二维利系数A₂可以判定聚合物溶解性的好坏的三种热力学参数,△μ₁<0,χ₁<1/2,A₂>0时为良溶剂;△μ₁=0,χ₁=1/2,,A₂=0时为θ溶剂;μ₁>0,χ₁>1/2,A₂<0时为劣溶剂;Ps.θ状态与真正的理想溶液还是有区别的,真正的理想溶液没有热效应,任何温度下都呈现理想行为,而在θ温度时的高分子稀溶液只是过量化学位等于0而已;偏摩尔混合热和偏摩尔混合熵都不是理想值,只是两者的非理想效应近似相互抵消;例5.临界共溶温度:是聚合物溶解曲线极大处的温度就是Tc;溶质的分子量越大,溶液的临界共溶温度越高;当温度降至Tc一下某一定值时,就会分离成稀相和浓相,当体系分成两相最终达到相平衡时,每种组分在两相间扩散达到动态平衡,这就要求每种组分在两相间的化学未达到相等;相分离的起始点就是临界点,在临界点,两个相浓度相等;简述荣章法测定聚合物的δ的原理和方法溶胀法可以测定交联聚合物的平衡溶胀比,及交联聚合物达到溶胀平衡时的体积与溶胀前的体积之比;若交联聚合物与溶剂的溶度参数越接近,高分子与溶剂的相互作用愈大,及高分子溶剂化程度愈大,交联网链愈能充分伸展,是交联聚合物的平衡溶胀比增大,若用若干种不同溶度参数的溶剂溶胀聚合物,用溶胀法分别测定聚合物在这些溶剂中的平衡溶胀比,以平衡溶胀比对溶剂的溶度参数作图,找出平衡溶胀比极大值所对应的溶度参数,此溶度参数可作为交联聚合物的溶度参数;Ps.增塑剂为了改善聚合物材料的成型加工性能和使用性能,通常在聚合物树脂中加入高沸点,低挥发性的小分子液体或低沸点固体,以降低玻璃化转变温度和粘流温度,改善树脂流动性,降低粘度石制品有较好的柔韧性,和耐寒性;第四章高分子的多组分体系高分子的相容性概念高温临界共溶温度UCST:高温互容低温分相;低温临界共溶温度LCST:低温互容高温分相;曲线分析见附录临界胶束浓度:将嵌段共聚物溶解在小分子溶剂中,如果溶剂溶解共聚物前段时没有很强的选择性,那么嵌段共聚物的溶液性质与一般均聚物的溶液性质没有和大的差别;但如果溶剂对其中的某一嵌段具有很强的相互吸引作用,在固定温度改变浓度或固定浓度改变温度两种条件下,嵌段共聚物类似于小分子的表面活性剂,与溶剂作用强的嵌段倾向于与溶剂混合,而另一嵌段就倾向于与其它链的相似嵌段聚集在一起,形成胶束,形成胶束的临界条件被称为临界胶束浓度,和临界胶束温度;进一步增加浓度,这些胶束逐渐发生交叠,形成物理凝胶几乎不能流动,形成凝胶的临界浓度称为临界胶束浓度静态光散射通过测定溶液中形成结构的平均分子量来估算是否形成了胶束Ps.UCST,LCST曲线见附录第五章聚合物的非晶态非晶态聚合物的结构模型概念无规线团模型:在非晶态聚合物本体中,分子链的构象与在溶液中的一样,成无规线团状,线团的尺寸在θ状态下高分子的尺寸相当,线团分子之间是任意相互贯穿和无规缠结的,前端的堆砌不存在任何有序的结构,因而非晶态聚合物在凝聚态结构上是均相的;玻璃化转变:玻璃态和高弹态之间的转变称为玻璃化转变,对应的转变温度即玻璃化转变温度;玻璃态:当非晶聚合物在较低的温度下受外力时,有与链段运动被冻结,只能使主链的键长和键角有微小的改变,因此从宏观上来说,聚合物形变是很小的,形变与受力的大小成正比,当外力除去后,形变能立刻回复;这种力学性质称虎克型弹性体,又称普弹体,非晶态聚合物处于具有普弹性的状态,称为玻璃态;玻璃化温度:高聚物分子链开始运动或冻结的温度;它是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度,橡胶使用的最低温度;高弹态:在聚合物受到外力时,分子链可以通过单键的内旋转和链段的改变构象以适应外力的作用,由于这种变形是外力作用促使聚合物主链发生内旋转的过程,它需要的外力显然比聚合物在玻璃态时变形所需外力要小得多,而变形量却大得多,这种性质叫做高弹性,它是非晶态聚合物处在高弹态下特有的力学特征;粘流态:整个分子链运动,松弛时间缩短,在外力作用下发生粘性流动,它是整个分子链互相滑动的宏观表现;形变不可逆外力除去后,形变不能再自发回复自由体积理论:Fox和Flory提出,认为液体或固体物质,其体积由两部分组成:一部分是被分子占据的体积;另一部分是未被占据的自由体积;后者以“孔穴”的形式分散于整个物质之中,正是由于自由体积的存在,分子链才可能发生运动;自由体积理论认为,当聚合物冷却时,起先自由体积逐渐减少,到某一温度时,自由体积达到一最低值,这是聚合物进入玻璃态;在玻璃态下,有与链段运动被冻结,自由体积也被冻结,并保持一恒定值,自由体积“孔穴”的大小及分布也将基本上维持固定;因此对任何聚合物,玻璃化温度就是自由体积达到某一临界值的温度,在这临界值一下,已经没有足够的空间进行分子链构象的调整了;因而聚合物的玻璃态可视为等自由体积状态;不管什么聚合物,发生玻璃化转变时,自由体积分数都等于2.5%;Ps. WLF方程见附录例1::无规线团模型的实验证据1.橡胶的弹性理论完全是建立在无规线团模型基础上的,而且实验证明,橡胶的弹性模量和应力-温度系数关系并不随稀释剂的加入而有反常的改变,说明在非晶态下,分子链是完全无序的,并不存在可被进一步溶解或拆散的局部有序结构2.在非晶聚合物的本体和溶液中,分别用高能辐射是高分子发生交联,实验结果并未发现本体体系中发生分子内教练的倾向比溶液中更大,说明本体中并不存在诸如紧缩的线团或折叠连那些局部有序的结构;3用X光小角散射的实验结果,提别有力的支持了无规线团;.对于分子量相同的聚甲基丙烯酸甲酯试样,用不同的方法光散射,X光散射和中子散射,不同条件下本体或溶液中,测得分子的回转半径相近;并且本体的数据与θ溶剂氯代正丁烷的数据以及所得指向的斜率更为一致,证明非晶态本体中,分子的形态与它在θ溶剂中一样,它们的尺寸都是无扰尺寸例2.两相球粒模型1模型包含了一个无序的粒间相,从而能为橡胶弹性变形的回缩力提供必要的构象熵,因而可以解释橡胶的弹性回缩力;2实验测得许多聚合物的非晶和结晶密度比按分子链成无规线团形态的完全无序的模型计算的密度高,说明有序的粒子相与无序的粒间相并存,两相中由于嵌段的堆砌情况有差别,导致了密度的差别;3模型例子中嵌段的有序堆砌,为洁净的迅速发展准备了条件,这就不难解释许多聚合物结晶速度很快的事实;4某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度增加,电镜下还观察到球粒的增大,这可以用粒子相有序程度的增加和粒子相的扩大来解释;例3.非晶态聚合物形变-温度曲线如果取一块非晶聚合物试样,对它施加一恒定的力,观察试样发生的形变与温度的关系,我们将所得到的曲线称为形变-温度曲线或热机械曲线;当温度较低时,试样呈刚性固体状,在外力作用下只发生非常小的形变;温度升到某一范围后,式样的形变明显的增加,并随后,并在随后的温度区间达到一相对稳定的形变,在这一个区域中,试样变成柔软的弹性体,温度继续升高,形变基本上保持不变;温度再进一步升高,则形变量又逐渐加大,试样最后完全变成粘性流体; Ps.形变温度曲线见附录例4.试用分子运动的观点说明非晶聚合物的三种力学状态和两种转变在玻璃态下,由于温度较低,分子运动的能量很低,不足以克服主链内旋转的位垒,因此不足以激发起链段的运动,链段处于被冻结的状态,只有那些较小的运动单元,如侧基,支链和小链节能运动,当收到外力时,由于链段处于冻结状态,只能使主链的键长和键角有微小的改变,形变很小,当外力除去后形变能立刻回复;随着温度的升高,分子热运动的能量增加,当达到某一温度Tg时,链段运动被激发,聚合物进入高弹态,在高弹态下,链段可以通过单键的内旋转和链段的运动不断地改变构象,但整个分子仍然不能运动;当受到外力时,分子链可以从蜷曲状态变为伸直状态,因而可发生较大形变;温度继续升高,整个分子链也开始运动,聚合物进入粘流态,这时高聚物在外力作用下便发生粘性流动,它是整个分子链互相滑动的宏观表现,外力去除后,形变不能自发回复;玻璃化转变就是链段有运动到冻结的转变,流动转变使整个分子链由冻结到运动的转变;例5.为什么聚合物通常有一份相对确定的玻璃化温度,却没有一个确定的粘流温度随着相对分子量的增加,玻璃化温度会升高,特别是在较低的相对分子质量范围内,这种影响较为明显,但是当相对分子质量增加到一定程度后,玻璃化温度随着相对分子质量的变化很小;而聚合物的粘流温度是整个分子链开始运动的温度,相对分子质量对粘流温度的影响比较明。
合成工艺学:1、简述工业生产中乳液聚合的破乳方法及其原理?答:①加入电解质:胶乳中固体粒子存在动电位,它对电解质是敏感的,乳液聚合体系中加入少量电解质,可以起增大胶乳粒径,降低胶乳粘度的作用。
②改变pH值的破乳:有些表面活性剂,例如脂肪酸皂,当pH值降至6.9以下时,转化为脂肪酸失去乳化作用而破乳。
③冷冻破乳:多数胶乳冷冻后产生破乳现象,原因在于冷冻至冰点以后,水相首先析出晶体,由于冰的密度低于水,所以形成覆盖成,由于冰晶的继续增长被封闭在覆盖层下面的胶乳液受到机械压力,而且相对而言胶乳体系中电解质浓度增大,因而产生破乳现象。
④机械破乳:胶乳液遭到强烈搅拌时,由于粒子的碰撞速度加快可能使乳化剂的动电位不足以克服碰撞时的结合力,及其效率低,因而破乳。
2、乳液聚合,脱除单体的聚合物胶乳根据用途不同,大致可分为三种处理方法,分别是什么?答:①用作涂料、黏合剂、表面处理剂等的胶乳通常不进行后处理,必要时调整含固量。
②用来生产高分散粉状合成树脂的胶乳,采用喷雾干燥的方式进行后处理。
③用凝聚法进行后处理,自聚合物胶乳中分离聚合物的方法是破乳凝聚法,所得聚合物还可以进行清洗,因此大部分乳化剂被去除,纯度高于喷雾干燥所的产品,但不能得到高分散性产品,只能得到粗粒或粗块产品。
3、配位聚合工业化生产中,为什么要进行脱灰处理,通常采用何种脱灰试剂,脱灰后如何进行后处理?答:①配位聚合催化剂都含有金属化合物,当催化剂的效率低于1g钛生成聚合物2x104g时,需经脱灰处理,以免聚合物中含灰分量过高,而影响其电性能、耐老化性、染色性等。
②脱灰试剂:甲醇、乙醇、异丙醇等极性物质。
③经脱灰处理的浆液首先用离心机进行固液分离,分离出来的溶剂送往溶剂回收工段,进行精馏回收溶剂,离心分离得到的聚合物滤饼尚含有有机溶剂必须进行干燥。
4、共混聚合物的制备方法有哪几种?简要说明其混合过程,并说明如何判断两种聚合物共混后是否形成均相体系?答:①熔融混合:将两种聚合物加热到熔融状态使它们在强力作用下进行混合。
一、多组分注塑成型:使用两个或两个以上注射系统的注射机,将不同品种或不同色泽的塑料同时或先后注射入模具内的成型方法优点:提高制品的外观美感;提高制品质量;提高生产率;降低劳动强度;降低中间管理费用;精简组装工序。
成型双色塑件两种方法:一:用两副模具在两台普通注射机上分别注射成型。
第一次注射成型嵌件,再注射另一种颜色的塑料将嵌件进行包封,完成双色注射。
这种方法劳动强度大,生产效率低。
二:用一付模具,在专用双色注射机上一次注射成型。
由于双色注射机有两个相互垂直或平行的独立注射装置。
因此生产效率高,劳动强度低。
在成型过程中,对相对独立的两个注塑循环而言,由于从合模注塑到开模的时间相同,要注意两个型腔注塑循环的注射时间、冷却时间及保压时间彼此协调,这是双色注塑工艺控制的重点双组分注塑:采用两种原料来生产一个产品,使产品表里或不同部位由不同塑料组成。
材质颜色主要特点:单一的原料在性能上往往有一些缺陷,利用双组分注塑可以达到两种原料之间的优点互补,得到性能更加优良的产品。
注塑工艺与普通的注塑基本相同,同样分为:注射-保压-冷却;不同之处在于在短时间内先后实现了两次注塑成型过程。
两种原料能有效黏合在一起。
二、GAIM气体控制方式,气体辅助注射成型的影响因素,气体吹穿,薄壁穿透○1方式:气体压力自动化优化控制:这是一个理想的压力变化,通过控制气体的注入使熔体充满型腔的前沿。
体积控制法:有高压气动活塞和汽缸产生预定压力和体积的气体,在气体推动熔体的过程中,始终保持气体体积恒定,随着气体冲模过程的进行,气体压力不断降低,该方法在熔体掏空体积较大时压力降较大,有很大的局限性。
压力控制法:是在气体推动聚合物熔体过程中始终保持压力恒定或分阶段保持气体压力恒定⑴熔体注射⑵填充阶段气体注射⑶保压阶段气体注射○2影响因素:材料的性质与材料选择1熔体黏度对所需要的气体压力和气体注射后的残余壁厚有着很大的影响。
熔体黏度越高,把树脂注进模具需要的气体压力越高,并使残余壁厚变厚。
2物料对剪切速率的敏感性也对气体的渗透有影响。
在低剪切速率下开始剪切变稀的物料对气体压力和速度的变化尤其敏感。
当气体进入模腔时,熔料剪切变稀。
这时,气泡膨胀,使得剪切速率更高,黏度更低。
3影响因素中另一个物料特性是收缩率。
收缩越大的物料,越倾向于二次气体渗透。
要注意防止气泡渗透进入气体流道周围的薄壁区域。
4物料的热力学特性对气体的渗透也有影响。
一般来说,物料冷却越快,气泡周围的制品壁越厚。
工艺因素对气体辅助注射成型工艺有影响的参数, 包括: 塑料熔体温度、模具温度、塑料预填充量、延滞时间、气体压力、气体注射时间等○3气体吹穿:指气体前沿超越熔体前沿而将熔体吹穿,如果发生吹穿则制件将不能成型。
这可能是由于熔体注入量太少,熔体强度低,熔体温度高气体压力过大,气道布置不合理等原因造成为防止吹穿,应控制短射量和壁厚,增加注射量,降低气体压力,可缩短穿透长度。
○4薄壁穿透:指气体进入非气道部分而使制件壁面部分变为“三明治”的结构(气穴),制件强度大大降低,它一般由熔体一次穿透引起。
消除气体进入薄壁现象, 可以通过适当延长延滞时间、增加预填充量的方法。
其原因主要是:随着这些因素的改变, 塑料在型腔中的凝结层的厚度增加,气体的填充阻力增加,使气道的中心压力与薄壁的压力差增加,约束气体在气道中进行穿透,避免“吹破”现象的发生。
三、MCP微孔塑料注射成型、影响因素微孔发泡是指以热塑性材料为基体,通过特殊的加工工艺,使制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔影响MuCell制品的质量和产量因素主要有:原材料、成型工艺和成型设备。
原料和设备确定后,决定的因素就是工艺参数。
压力{注射压力、背压、模腔压力};温度{料筒温度、熔体温度、模具温度}:时间MuCell工艺过程(1)气体溶解阶段:一定量的气体(比如CO2或N2)超临界液体状态下通过机筒喷嘴注入聚合体中形成单相溶解物。
(2)均相成核阶段:当高压下机筒内的熔体注射进入压力较低的模具时,由于压力变化,单相溶液经历热力学不稳定的状态,大量的成核点形成泡沫气室。
(3)泡沫气室增长阶段:气体扩散到泡沫中, 引起气泡膨胀。
气泡膨胀受抑制气泡膨胀的力以及气泡中的气体压力的影响。
可通过改变注射成型工艺条件来控制泡沫气室的增长幅度。
(4)成型阶段:由模具来控制制品的形状。
对大多数模具而言,与普通注射模具是一样的。
MCP的工艺过程:气体的溶解; 泡孔成核; 泡孔生长; 定型成核机理:根据发泡体系中添加成核剂与否, 气泡成核可以分为均相成核、异相成核以及混合成核三种机理其中均相成核中不添加成核剂, 气泡成核由体系所产生的热力学不稳定性诱发;异相成核中添加成核剂, 气泡成核由成核剂在体系中所形成的成核点所诱发。
如果发泡体系中既诱发了热力学不稳定性又添加了成核剂, 则均相成核和异相成核均会发生生长机理:泡孔成核后,内部的压力立即与饱和压力相等,如果聚合物基体很软,能发生粒弹变形的话,泡孔将试图扩张泡孔成核的位置以及影响泡孔密度的主要因素:1异相成核点往往在在界面能较高的地方,原因在于当刻意加入成核剂,催化颗粒和润滑剂时,两种材料之间会存在界面2均相成核中:①其中最突出的是“自由体积”位置②同样在半结晶聚合物中,结晶区和无定形区的界面也可能作为成核位置;③当聚合物因拉伸产生应变,在高残余应变位置的存在其它成核位置;④非线性聚合物,在靠近分子的分叉点也能产生均相成核⑤利用塑料熔体中的低势能点为发泡成核点⑥气液相混合直接形成气泡核影响泡孔密度的主要因素:成核密度是决定泡孔密度的关键因素,如果在聚合物熔体中能同时出现大量均匀分布的气泡核, 气泡的成核速率非常高, 则泡孔密度高。
如果熔体中的气泡核不是同时出现, 而是逐步出现的, 气泡的成核速率低, 并且数量较少, 则泡孔密度较小超临界CO2:1.CO2不可燃、无毒、化学稳定性好、易分离,不会产生副反应并且廉价易得。
2.CO2来源于化工副产物,应用过程中易于回收,能够减少温室气体的排放。
3.超临界CO2的溶解能力可通过流体的压力来调节。
4.超临界CO2对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。
5.超临界CO2对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。
6.超临界CO2处理后的产物易纯化、无溶剂残留((最好的是二氧化碳,水有腐蚀作用,氩太贵,溶解度低。
氮气溶解度低))热塑性塑料利用MCP方法可以在常温下加工的原因:由于气体占据了聚合物分子间的间隙位置,分子间距离增加,从而彼此容易发生相对运动导致聚合物—气体溶液变形,因此,随着气体浓度的增加,Tg和粘度均会降低即使常温下,PET、PMMA也处于橡胶区域,于是可以利用这一现象在不加热聚合物的条件下成型塑料制品聚乙烯接枝马来酸酐的配方、技术条件和工艺流程,并分析影响接枝效率的主要因素:LDPE 67.5Kg, 挤出机200rpm ,四段温度:215℃、228℃、233℃、235℃。
MA:甲基乙基甲酮:L130=1:1:0.3,加入量1.01Kg/h在第一区末端加入,引发剂在随后的注料口加入,反应主要发生在第二区,真空排气口设在第三区和第四区注意的问题:a 料的流动性下降 b 变色( 发黄)c 反应不完全,有气味(MA),(将多余的MA彻底排除)d 接枝率低,接枝物要有较好的黏附效果,接枝率〉0.2﹪四、反应加工:同时进行化学反应和聚合物加工的技术,或者是将化学反应与聚合物加工过程相结合的一种技术它具有利用挤出机处理高粘度聚合物的独特功能,对挤出机螺杆料筒上的各个区域进行独立的温度控制、物料停留时间控制和剪切强度控制,使物料在各个区域传输过程中完成固体输送、增压熔融、物料混合、熔体加压、化学反应、排除副产物和未反应单体、熔体输送和泵出成型等一系列化工基本单元操作,因此它是理想的高粘度聚合物熔融态反应方法。
五、三段7区物理模型:将螺杆分为三段七区:固体输送段:第1区非塞流区,第2区塞流区压缩段:4个区:第3区上熔膜区第4区熔池区第5区环流区第6区固相破碎区计量段:第7区熔体输送区非塞流固体输送理论与塞流理论最大的区别在于物料形成的假设塞流理论认为:物料是密实的无间隙的整块固体;非塞流固体理论认为:物料是松散的,颗粒之间有相对运动的散粒体。
散粒体:指一定大小的物料自然地堆积在一起而成的体系。
介于固体和液体之间。
散粒体和固体塞之间最大差别在于散粒体有一定的流动性,并且在一定的范围内能保持其形状,几乎不能抵抗拉力,抵抗剪切力的能力很小,在较小的外力作用下就会发生流动。
散粒体和流体的最大差别表现为散粒体不满足于压力各向同性的假设。
引入散粒体概念后,螺槽中物料的运动规律发生了很大变化,一维压力场和速度场将会被多维压力场和速度场代替,颗料除了和金属摩擦外,相互之间也同样存在着挤压力和摩擦力。
摩擦力较小时,相对运动比较明显,随着内摩擦力的增大,相对运动削弱,甚至转换成塞流。
聚集状态/流动性/抵抗挤压能力/抵抗剪切能力/抵抗拉伸能力/保持形状能力/流动及变形形式/主应力比值/力学性能随压力变化液体:密实,无间隙/大/小/最小/无/无固定形态/塑性流动/1/小散粒体:松散有间隙/小/较大/较小/无/在一定范围能保持形状/弹性变形,塑性变形及结构形变/不超过某一数值/大固体:密实无间隙/无/大/大/大/有固定形状/弹性变形及塑性变形/任意值/小要想RIM制品具有较高的刚度可以引伸出:RRIM:反应注射成型中,注射前在混合度加入短纤或片状增强物;SRIM:反应注射成型中,将低粘度混合物注入具有增强体的模具中λ是黏度比ηg/ηp; f(λ)=(19λ+16)(16λ+16);η动力黏度;Υ剪切应变;σ表面张力,dp 泡孔直径,下标:P聚合物,g气体1 RIM的固化机理有化学交联和相分离(物理交联)两种2 GAIM的气体注入方式有气体直接注入型腔和气体经主流道注入3 聚合物的加工性质主要是指良好的可模塑性可挤压性、可纺性和可延性。
4. 反应挤出的主要反应类型为本体聚合(缩聚反应;加聚反应),接枝反应,链间共聚物的形成,偶联/交联反应,可控降解反应,聚合物的官能化和官能团改性。
5 微孔塑料成型过程中为提高气体的扩散速率,可以采取提高温度和缩短扩散距离等措施。
6 过氧化物引发PE马来酸酐接枝的竞争反应有接枝与均聚和交联与接枝1.挤出机螺杆上产生压力的原因主要有螺杆的压缩比,物料被逐渐压缩和螺杆前端的阻力元件(分流板,过滤网,机头)。
2. GAIM制品皮层的厚度随材料的热导率和粘度增加而增加。
3 非塞流理论认为加料段螺槽深度达到d/6时输送效率最高厚度均匀指数:微小宽度的最小和最大挤出容速的比值,用来表征挤出制品厚度的均匀性。
温度敏感性指标:粘度的温度敏感性指标是恒定的γ下,温差40℃的两个粘度之比。