1)提高结构材料的抗蠕变性能; ① 材料在其Tg以下使用 ② 使大分子产生交联
③ 主链引入芳杂环或极性基团 2)减小橡胶材料的滞后损失;
提高硫化胶的交联密度,则减小滞后损失,胶料中炭黑用量与滞后损失成正比。与橡胶相容性好的增塑剂有利于降低滞后损失。这些效果成为轮胎胶料配方的选择原则。 3)提高材料的拉伸强度; ①在主链上加入芳环,主链有芳环,其强度和模量都提高 ②交联增加了分子链间的联系,使分子链不易滑移,拉伸强度提高
③取向使分子链平行排列,断裂时破坏主链化学键的比例大大增加,从而强度大为提高,因而拉伸取向是提高聚合物强度的主要途径。
4.添加增强剂。增强剂主要是碳纤维,玻璃纤维等纤维状的物质
4)提高材料的冲击强度。
自由体积越大,冲击强度越高。结晶时体积收缩,自由体积减少,因而结晶度太高时材料变脆。支化使自由体积增加,因而冲击强度较高。
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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。
聚合物的结晶熔化过程是随着温度的升高,聚合物晶区的规整结构遭受破坏的过程。从熔点的热力学定义出发,熔点的高低是由熔融热△H与熔融熵△S决定的。一般的规律是,熔融热△H越大,熔融熵△S越小,聚合物的熔点就越高。 聚合物的玻璃化转变过程是随温度升高,分子链中链段运动开始,由此会导致一系列性质的突变。因此,分子链的柔性越好,链段开始运动所需要的能量越低,其玻璃化温度就越低。
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。
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,绮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。
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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。成丝后将这两种聚丙烯丝放在363K的环境中,发现两者的收缩率有很大不同。哪一种丝的收缩率高?说明理由。
7、提高聚合物的耐热性的措施有哪些?其中哪些是通过改变聚合物的分子结构而实现的?
提高聚合物耐热性的措施主要措施有:①提高分子中原子间的键能;②增加分子中的环结构和共轭程度;③增加分子链间的交联程度;④增加分子的取向度和结晶度;⑤加入稳定剂。
8、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。
1.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。 2.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。 3. 分子量分布越宽,粘流温度越低。
4..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。
5.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
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于选择成型压力是很有意义的。
6.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。
9、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 10、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。 第 9 页 (共 14 页) 第一牛顿区:低剪切速率时, 缠结与解缠结速率处于一个动态平衡, 表观粘度保持恒定, 定为?0, 称零切粘度, 类似牛顿流体。 幂律区(假塑区):剪切速率升高到一定值, 发生构象变化,解缠结速度快, 再缠结速度慢, 流体表观粘度?a随剪切速率增加而减小, 即剪切稀化, 呈假塑性行为。为熔体成型区。 第二牛顿区:剪切速率很高时, 缠结全部破坏, 再缠结困难, 缠结点几乎不存在, 表观粘度再次维持恒定(达最低值), 称牛顿极限粘度??, 又类似牛顿流体行为。 11、为什么实际橡胶弹性中带粘性,高聚物粘性熔体又带弹性?列举它们的具体表现形式。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小成型制品中的弹性成分? 实际橡胶弹性中带粘性的原因:构象改变时需要克服摩擦力。 高聚物粘性熔体又带弹性的原因:分子链质心的迁移是通过链段的分段运动实现的,链段的运动会带来构象的变化。 它们的具体表现形式:橡胶拉伸断裂后有永久残余应变; 第 10 页 (共 14 页)