《高分子材料》课后习题参考

1绪论

Q1.总结高分子材料(塑料和橡胶）在发展过程中的标志性事件：

（1）最早被应用的塑料

（2）第一种人工合成树脂

（3）是谁最早提出了高分子的概念

（4）HDPE和PP的合成方法是谁发明的

（5）是什么发现导致了近现代意义橡胶工业的诞生？

1.（1）19世纪中叶，以天然纤维素为原料，经硝酸硝化樟脑丸增塑，制得了赛璐珞塑料，被用来制作台球。（2）1907年比利时人雷奥·比克兰德应用苯酚和甲醛制备了第一种人工合成树脂—酚醛树脂（PF），俗称电木。（3）1920年，德国化学家Dr. Hermann Staudinger首先提出了高分子的概念（4）1953年，德国K.Ziegler以TiCl4-Al(C2H5)3做引发剂，在60～90℃，0.2～1.5MPa条件下，合成了HDPE；1954年，意大利G.Natta以TiCl3-AlEt3做引发剂，合成了等规聚丙烯。两人因此获得了诺贝尔奖。（5）1839年美国人Goodyear发明了橡胶的硫化，1826年英国人汉考克发明了双辊开炼机，这两项发明使橡胶的应用得到了突破性的进展，奠定了现代橡胶加工业的基础。

Q2.树脂、通用塑料、工程塑料的定义。

化工辞典中的树脂定义：为半固态、固态或假固态的不定型有机物质，一般是高分子物质，透明或不透明。无固定熔点，有软化点和熔融范围，在应力作用下有流动趋向。受热、变软并渐渐熔化，熔化时发粘，不导电，大多不溶于水，可溶于有机溶剂如乙醇、乙醚等，根据来源可分成天然树脂、合成树脂、人造树脂，根据受热后的饿性能变化可分成热定型树脂、热固性树脂，此外还可根据溶解度分成水溶性树脂、醇溶性树脂、油溶性树脂。

通用塑料：按塑料的使用范围和用途分类，具有产量大、用途广、价格低、性能一般的特点，主要用于非结构材料。常见的有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）。

工程塑料：具有较高的力学性能，能够经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，并在此条件下长时间使用的塑料，可作为结构材料。又可分为通用工程塑料（如聚酰胺PA，聚碳酸酯PC）和特种工程塑料（如聚酰亚胺PI，聚苯硫醚PPS）。Q3.弹性体、天然橡胶、合成橡胶，通用橡胶、特种橡胶的定义。

弹性体：是一类线形柔性高分子聚合物。特点：①在外力作用下可产生大的形变②除去外力后能迅速恢复原状

天然橡胶：指从植物（巴西橡胶树，银菊，橡胶草）中获得的橡胶，主要成分顺式聚1，4-异戊二烯。

合成橡胶（synthetic rubber）：以合成高分子化合物为基础的具有可逆形变的高弹性材料，包括通用合成橡胶和特种合成橡胶。

通用橡胶：主要指用于轮胎制造和民用产品方面的橡胶，产量占合成橡胶的50％以上，包括顺丁橡胶，丁苯橡胶，乙丙橡胶，丁基橡胶，丁腈橡胶，氯丁橡胶。特种橡胶：指具有特殊性能和特殊用途能适应苛刻条件下使用的合成橡胶，包括硅橡胶，氢化丁腈橡胶，氟橡胶，丙烯酸酯橡胶，氯醚橡胶等。

2.1聚乙烯

Q1.总结LDPE、HDPE和LLDPE结构性能区别.

LDPE主链上存在大量长支链和短支链；HDPE主链含少量短支链；LLDPE主链上存在大量短支链（与LDPE相当）。由于支链的存在及支化程度的不同，导致性能上的差异。支链的存在影响分子链的反复折叠和紧密堆砌，导致密度降低，结晶度减小，熔点，强度，拉伸模量降低。

Q2.从微观结构因素分析，为什么交联PE的力学性能有大幅度的提高。通过查阅文献分析一下PE的结构对PE交联反应的影响及其机理。

PE力学性能低主要是由于分子间作用低，而交联的PE只要是用化学（过氧化物交联或硅烷交联）或辐射方法通过交联，形成网状结构的热固性塑料，分布越集中，分子间作用力提高，使密度增大，相对分子量变大，支化变少，从而抗冲击，抗蠕动抗应力好。

辐射交联

光交联

光交联是通过光引发剂吸收光能量后转变为激发态，然后在聚乙烯链上夺氢产生自由基而引发聚乙烯交联的。

过氧化物交联

【1】刘新民. 交联聚乙烯的实验研究.青岛：中国海洋大学，2003.

Q3.通过查阅文献并结合课上所学知识，从LLDPE的分子结构特征分析为什么LLDPE的耐环境应力开裂性能要高于HDPE和LDPE。

所谓环境应力开裂(ESC)是指材料在环境因素和应力因素协同作用下发生开裂的情况。影响聚乙烯耐环境应力开裂（ESCR）性能的因素很多，主要有：分子量及其分布，密度和结晶度，分子链结构，聚合物组分及成型加工工艺。

①分子量及其分布。一般认为PE的分子量越大（熔体流动速率越小），分子

链越长，晶片间系带分子数越多，ESCR性越好。分子量分布是影响ESCR 性能的另一个重要因素。分子量分布直接反映了高聚物中大分子和小分子的含量。大分子的含量多,晶片间的连接分子数就多,ESCR性能愈好；而小分子的含量多对ESCR 性能是极为不利的。当分子量分布窄时,分子链长短较均匀,能生成均匀的微晶结构,低分子空隙区少,所以ESCR 性能好，而LLDPE分子量分布最窄窄。②密度和结晶度。PE密度越大,结晶度越高,晶片间的系带分子数愈少,将导致ESCR性能下降。另一方面,结晶度愈高,晶粒间结合的密度大,环境介质不易渗透到无定形区而使系带分子不易解缠和松弛,有利于ESCR 性能的提高。③分子链结构。增加链的支化度也可以提高PE 的耐开裂性能。

当PE 分子带有支链时能大大提高PE的ESCR 性能。如在PE主链上引入弹性链段,这些弹性链段使PE大分子链具有很好的弯曲性,阻碍球晶和好的序态形成,因此比均聚物的ESCR 性能好。LLDPE由乙烯和少量α-烯烃共聚制得，引入了第二单体链段，且LLDPE含有大量的短支链，所以ESCR性能好。

【1】叶昌明.HDPE 耐环境应力开裂的机理影响因素和改进.塑料科技，2002,5:55-56.

【2】陈祖敏,染晓明, 冯新书. PE管材耐环境应力开裂的影响因素及对策.

1998,26(11):18-20.

【3】陈祖敏. 影响聚乙烯管材耐环境应力开裂的因素及对策. 塑料科技,2000,6:27-29.

Q4.自学教材：了解茂金属聚乙烯、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、乙烯共聚物的结构性能特点，掌握其英文缩写。

①茂金属聚乙烯（m-PE）-乙烯由茂金属催化剂与甲基铝氧烷催化剂组成的

催化体系制得。茂金属乙烯立构规整性好，支链短而少，分子量高且分布

窄，制品密度低，高拉伸强度高，透明性好，冲击强度高，热封温度低，主要用于膜类产品。由于加工性能差，常与LDPE共混改性。

②氯化聚乙烯（CPE）-高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中仲碳原子上的氢原

子被氯原子部分取代的一种无规聚合物。常用含氯量３０％－４０％。氯化聚乙烯分子链含侧氯原子且无规分布，破坏了分子链的对称性，结晶度

降低，材料变软，类似橡胶的弹性。氯含量增加，弹性降低。氯化聚乙烯

具有优良的冲击性能、阻燃性能、耐热性能（长时间使用温度达１２０℃），耐候性、耐油性、耐臭氧老化性好，耐磨性高，电绝缘性好。

存在条件下对聚乙烯进行氯化可制得

③氯磺化聚乙烯（ＣＳＭ）－在ＳＯ

２

氯磺化聚乙烯。一般氯含量２７％－４５％，硫含量１％－５％。由于分

子链上含有侧基氯原子和体积较大的氯璜酰基，分子链柔性变差，韧性及

耐寒性变差,但耐老化性、耐油性、阻燃性比聚乙烯有明显的提高。

④乙烯-乙酸乙烯共聚物（EV A）共聚物的性能与乙酸乙烯脂的含量有很大

关系：当乙酸乙烯脂的含量增加时，共聚物的回弹性、柔韧性、粘合性、