高分子材料复习题

1.(1)合成纤维有那几种主要纺丝方法？简述每种纺丝方法的特点。

A.熔体纺丝：将聚合直接得到的聚合物熔体或聚合物切片通过螺杆挤出机熔融成熔体以后，通过过滤、挤出到空气中凝固成型的方法，其特点是加工方法简单，流程短，纺丝速度高，产量大，成型过程中只有传热而没有传质，是一元纺丝体系。

B.溶液纺丝：（1）湿法纺丝：将聚合物溶解在溶剂中，通过脱泡、过滤并挤出到凝固浴中成型的方法，是溶液纺丝的一种，通常适用于分解温度低于熔融温度的聚合物，其特点是流程长、纺速低，丝条必须在凝固浴中成型，成型过程既有传热又有传质，宜纺制短纤维，是三元纺丝体系。

（2）干法纺丝：属于溶液纺丝，采用的溶剂挥发性强，挤出时将纺丝溶液挤出到热空气，通过溶剂的挥发而凝固成型，特点是纺丝速度高，流程较湿法纺丝短，产量小，适于纺长丝，属于二元体系。

(2)为什么不可以采用熔体纺丝的方法加工聚丙烯腈纤维？如果你想采用熔体纺丝方法加工聚丙烯腈纤维，你需要从原料上作那些改进？请说明原因。

A.聚丙烯腈其热分解温度200～250℃，熔点达320℃，故不能采用熔体纺丝。

粘流温度太高，且是极性聚合物，熔融粘度也很大，不利于加工。

B.想熔体纺丝需加入第二单体第三单体(在聚丙烯腈大分子上引入能形成柔性链的共聚单体，通过控制共聚物的序列结构和分子质量来降低聚丙烯腈的熔点，以制造可熔融的聚丙烯腈树脂，通过非增塑熔融纺丝制得纤维)，降低其分子间较强的相互作用力，从而降低其粘流温度和粘度。

另外，如聚乙烯醇，分解温度低于粘流温度也不可熔融纺丝。

2.（1）对比聚乙烯和聚丙烯的结构，分别阐述他们的性能和应用。

答：⑴写出聚乙烯与聚丙烯的结构式，对比两者结构上的差异。

②聚丙烯分子链上有一侧基，侧基的存在增加了空间位阻，使分子链的柔性降低，刚性增大，所以聚丙烯的强度、硬度、耐热性和化学稳定性比聚乙烯好，抗冲击性能和耐低温性能比聚乙烯差，所以聚丙烯比聚乙烯更适合作结构件和重型包装制品，如手柄、方向盘、风扇叶片、洗衣机外壳、电视机外壳、电话机外壳、电冰箱内衬、重包装薄膜、编织袋等。

⑶由于聚丙烯侧基的存在，使分子链上交替出现叔碳原子，叔碳原子上的氢极易受氧的进攻，导致其耐氧化性和耐辐射性差，即耐老化性能差，所以聚丙烯难于用于户外制品，如遮阳棚等。

⑷由于聚丙烯侧基的存在，使分子链的距离增大，密度降低，所以聚丙烯单丝可以生产绳索和鱼网等（2）对比聚乙烯与聚丙烯的结构、性能和用途的差异（20分）。

答：（1）书写出PE和PP的分子结构（4分）；（2）分子结构的差异，侧甲基的位阻效应，使得PP具有更高的T g和耐热性，因此PP可作为工程塑料使用，而PE则不能（8分）；（3）PP侧甲基的存在，使得PP耐低温性能差，冲击性能不佳；PE则具有较佳的低温性能。

因此PE可用于低温环境（-40C），PP则不能（4分）；（4）PP侧甲基的存在，使其耐氧化性较PE差；具体应用时，一般PP需要加入抗氧剂。

（4分）3.玻璃纤维增强环氧树脂和玻璃增强不饱和树脂的主要性能和应用领域。

A.玻璃纤维增强环氧树脂：比强度高、绝热、耐烧蚀、电绝缘、抗腐蚀和成型制造方便，广泛应用于汽车、造船、建筑、化工、航空以及各种工业电气设备、文化用品等领域，也是电气绝缘及印刷线路基板的良好材料。

B.玻璃纤维增强不饱和树脂：加工性能好，树脂中引入引发剂和促进剂后，可以在室温下固化成型，由于其中的交联剂其稀释作用，故树脂粘度降低，可采用各种成型方法。

透光性好、固化时收缩率大，耐酸、碱性稍差。

可制作大型构件，采光瓦，不宜制作耐酸碱的设备及管件。

4.水性涂料和溶剂性涂料的优缺点总：与油性漆相比，水性漆的环保性能是其最大优势。

水性漆中不含有苯、二甲苯等公认的有毒有害物质，同时在漆膜的柔韧度、耐候性、耐黄变性能、施工性能等方面都要优于油性漆漆，在漆膜硬度和饱满度方面与油性漆相当。

水性漆最大的不足在于其不属于溶剂挥发性产品，干燥速度与温度和湿度有极大的关系，因此干燥时间要略长于油性漆，这样才能大到最好的效果.溶剂性涂料1）涂膜的质量：高光泽涂料多使用溶剂型涂料来实现。

2）对各种施工环境的适应性,采用溶剂型涂料，可随地点、气候的变化进行溶剂比例的控制，以获得优质涂膜。

3）溶剂型涂料对树脂的选择范围较广4）清洗问题。

溶剂型涂料的施工工具必须用溶剂来清洗，对人体及环境均有害。

5.影响纤维力学性能主要因素有哪些？答：（1）分子链结构，包括分子链的规整度（无支链或少支链、无大的侧基、结构对称性、结构单元的连接方式、结构单元的空间排列形式），分子量及其分布（分子量适当，分子量分布较窄）；（2）较高的内聚能或较强的分子间作用力；（3）适当的加工方式，包括适当的纺丝方法、拉伸和后处理，使最终的纤维具有良好的取向和结晶。

6.拉伸中一般纤维结构会发生什么变化？对纤维性能产生什么影响？答：A.拉伸会导致纤维无定形区的分子沿拉伸力方向取向度的增加，使折叠链段的数目减少，而伸直链段数目增加。

B.拉伸也会导致结晶结构的取向，是结晶结构沿力的方向有序排列。

无定形区和结晶区的取向度增加会导致纤维的总取向度的增加，表现在双折射增加。

C.拉伸还会导致纤维的结晶结构的变化，一是折叠链晶体向伸直链晶体的转变，二是不稳定晶格向稳定晶格的转变。

一般的情况下，拉伸会使纤维的结晶度增加，但过度的拉伸也会导致纤维结晶度的降低。

D.拉伸会提高纤维的力学性能，降低纤维的纤度，提高纤维的热形变温度，和降低纤维的断裂伸长。

7.从分子结构出发论述聚丙烯、聚氯乙烯耐热性的特点，并讨论改进它们耐热性的方法。

A.聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形，聚氯乙烯耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出HCI。

B.聚丙烯用玻璃纤维增强后机械强度与耐热性有明显的改善热稳定剂、耐热高分子共混、无机粒子、共聚、氯化、交联8.常见的特种橡胶有哪些？指出它们各自的优点和不足之处及主要用途。

（10分）A.丁腈橡胶：良好的耐油性、耐磨性、耐热性；机械性能低、耐低温性差、弹性较低、电绝缘性不好、硬度大、加工困难；生产耐油胶管及阻燃输送带，密封制品、制作胶板和耐磨零件。

B. 丁基橡胶，透气率低，气密性优异，耐热、耐臭氧、耐老化性能良好，其化学稳定性、电绝缘性也很好。

点是硫化速度慢，弹性、强度、粘着性较差。

主要用途是制造各种车辆内胎，用于制造电线和电缆包皮、耐热传送带、蒸汽胶管等。

C.硅橡胶：耐热、耐寒、耐老化性和电绝缘性能良好、加工性能好且无毒无味；机械强度差、耐油性不好且成本高；用于制造各种耐高、低温橡胶制品如高温电线、电缆绝缘层，用于食品和医疗工业。

D.氟橡胶：高度的化学稳定性，高耐热性、耐氧化和耐化学药品性，极好的耐天候氧化性能，优良的物理机械性能；弹性地、耐寒性差、耐辐射性差、价格高昂；用于油压系统、燃料系统和耐化学药品的密封制品以及高真空、超真空用O型密封等。

E.聚氨酯橡胶：耐磨性能好、其次是弹性好、硬度高、耐油、耐溶剂。

缺点是耐热老化性能差。

聚氨酯橡胶在汽车、制鞋、机械工业中的应用最多。

9.塑料的分类方法有哪几种？塑料的主要成型方法有哪几种？（10分）（1）根据组分数目分为单一组分的塑料（聚乙烯、聚丙烯、有机玻璃）和多组分塑料（酚醛塑料、聚氯乙烯塑料）根据受热后形态性能表现的不同分为热塑性塑料（聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯）和热固性塑料（酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂）根据塑料的使用范围分为通用塑料（聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯）和工程塑料（聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚芳酯、聚醚醚酮、聚砜）按结晶形态：结晶、无定形（2）挤出成型、注射成型、压延成型、模压成型、吹塑成型、滚塑成型、流延成型、浇铸成型、固相成型10.什么是高分子液晶，它在材料加工中有什么意义？请举例说明。

（10分）在一定条件下能以液晶形态存在的高分子。

与其他高分子相比，具有液晶相所特有的分子取向序和位置序；与小分子液晶相比，又有高分子量和高分子的特性。

1.按液晶的形成条件，可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致型液晶、流致型液晶等等。

2.按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。

主链型液晶和侧链型液晶中根据致晶单元的连接方式不同又有许多种类型。

3.按形成高分子液晶的单体结构，可分为两亲型和非两亲型两类。

两亲型单体是指兼具亲水和亲油（亲有机溶剂）作用的分子。

非两亲型单体则是一些几何形状不对称的刚性或半刚性的棒状或盘状分子。

4.按分子排列的形式和有序性分：近晶型、向列型、胆甾型由于溶致液晶高分子自身熔融温度太高，不能通过加热实现液晶态，不能熔融挤出，必须使用特殊溶剂溶解使其实现液晶态，再加工，这样就限制其主要是用于制造高强度高模量纤维，如Kevlar纤维，而不是高性能塑料。

而以芳香族聚酯液晶为代表的热致性液晶不仅可以制成高强度纤维，还可以熔融挤出。

11.为什么水性涂料近年来得到较快的发展？(10分)水性（waterborne）涂料被定义为“配方中的挥发性物质绝大部分是水的涂料”。

在水性涂料中，水的独特物理特性和其普遍存在性决定了水性涂料的使用方法以及科技开发。

随着人们环保意识的不断提高和环保法规的日趋严格，水性涂料将成为21世纪世界涂料市场的主角，目前在我国也拥有巨大的市场。

目前水性家具木器涂料的技术已进入成熟阶段。

水性涂料是家具生产企业扩大产品线以及拓展市场的最佳选择。

水性涂料既能展示家具和室内装饰木质材料的自然之美，又减少了对用户和自然环境的影响。

水是一种经济型的、广泛的、可循环使用和非污染型的资源。

水性涂料用水代替了有机溶剂，具有绿色环保的特性。

水性家具涂料的优势在于：经济实惠、毒性低、耐黄变、涂膜好和非易燃。

在具备以上优良特性的同时，它最低限度地减少了有害物质．从而保证无论是在涂装过程中还是在日常使用中，人和环境都能得到更好保护。

12.简述成纤聚合物的基本性质。

（15分）①伸直的线型大分子能沿着纤维纵轴方向有序排列，并有一定的大分子间作用力使纤维具有一定的抗张强度、延伸度和其他物理机械性能。

②有形成结晶的能力，使纤维具有一定的弹性和染色性等。

③有适当高的分子量，能得到粘度适当的熔体或一定浓度的溶液。

在一定范围内，纤维的强度随成纤聚合物的平均分子量增大而增高。

分子量对纤维的物理机械性质、耐热性(熔点、软化点、玻璃化温度)和溶解性的影响也很大。

④熔点或软化点和分解温度应比纤维的使用温度高得多，并具有一定的热稳定性。

13.（1）什么叫热塑性弹性体？热塑性弹性体有哪些优点和不足之处？（10分）常温下具有橡胶的弹性，高温下具有可塑化成型的一类弹性体。

优点：物理性能优越，耐拉伸性能优异，良好的电绝缘性及耐电压特性，突出的防滑性、耐磨性和耐候性能；化学性能优越，可耐一般化学品、无毒、良好的抗紫外线辐射及抗氧化性能、粘结性好；生产加工具有优势，无需硫化、适用于多种工艺，加工设备及工艺简单，产品尺寸精度高。