高分子材料基础复习题答案(2)

2020-03-29 19:24

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:① 比强度、比模量大

② 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。

③ 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。 ④ 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。

⑤ 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: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?

答: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?

答: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。 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

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. <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。 ﹤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(-50——150)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的影响,表现有明显的应力松弛和蠕变现象,在震动或者交变应力作用下,产生滞后损失。

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,木材腐蚀,岩石风化一样,橡胶也会因为环境条件的变化而产生老化现象,使性能变坏,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?

答: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。


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