材料工程基础思考题

主要的高分子材料的合成类型和方法；高分子单体、单元结构的概念以及与高分子组成和结构性质的关系；聚合物的反应掌握高分子链结构的长、柔和复杂的特点；掌握高分子分子量与分子量分布的表征，理解高分子聚集态结构的多样性、复杂性与多缺陷特点，掌握相变与转变温度的物理意义以及对加工性质和力学性质的影响；理解高聚物高弹性的特点1.为什么说柔顺性是高分子独有的性质？答：因为柔顺性是高分子链通过内旋转作用改变其构象的性能，分子内旋转是导致分子链柔顺性的根本原因，因此只有在高分子内部，具有一定的内旋转自由度，出现分子链的内部旋转，才会表现出柔顺性。

2.高分子的分子量相对于小分子和无机物有何特点，主要的表示和描述方法有哪些？高聚物分子量有两个特点：一是分子量大，二是分子量的多散性。

首先，从相对分子质量来看——小分子和无机化合物的相对分子质量只有几十到几百；高聚物的相对分子质量相对高得多其次，高聚物的晶态结构比小分子物质的晶态有序程度差得多，高聚物的非晶态结构比小分子物质液态的有序程度高。

综上，高分子的分子量可以用聚合物的多分散性、平均分子量、多分散系数来表示。

3.高分子的聚集体包括哪些内容，为什么聚合物不易形成100%的结晶以及宏观单晶？另外试述高分子的聚集体有哪些特点，以及成型加工条件、性能的关系？4.如何理解高分子材料拉伸的应力-应变的时温等效性和蠕变特性？时温等效原理;时间温度等效原理;时间温度对应原理;time temperature correspondence 分子式：CAS号：性质：又称时间温度对应原理。

观察高分子材料的某种力学响应（如力学松弛），既可在较低温度下通过足够长的观察时间来实现，也可在较高温度下短时间内观察来实现，简单地说，升高温度与延长观察时间具有相同的效果。

高分子材料蠕变指的是高分子材料在外界恒定应力作用下，由于材料内部分子的位移产生的应变（即外观形变）随着时间而变大。

当应力去掉后，由于高分子材料有弹性记忆回复能力，形变可以部分回复。

5.高分子材料组成和结构的基本特征、高分子链的组成和结构、高分子链的聚集态结构。

①高分子材料组成和结构的基本特征是：1、平均分子量大和存在分子量分布2、具有多种形态3、组成与结构的多层次性②高分子链的组成和结构主要指组成高分子链的结构单元的化学组成、键接方式、空间构型和高分子链的形态等。

A、高分子链中的原子类型根据主链上原子类型，高分子链可分为：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子、梯形和螺旋形高分子。

B、结构单元的键接方式共有三种可能的键接方式：头头接、尾尾接、头尾接。

其造成的原子排列方式为：无规共聚、交替共聚、嵌段共聚和接枝共聚。

Ｃ空间立体构型全同立构；间同立构；无规立构。

Ｄ支化和交联结构线形，支化和交联高分子共同构成高分子链的主要形状。

③聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构，包括晶态结构、非晶态结构、部分晶态和液晶态结构。

6.热塑性塑料和热固性塑料的在物理、化学以及加工特性上的区别？7.塑料和橡胶的加工温度和使用温度是由什么决定的，一般是在那个温度范围？8.界定塑料和橡胶是通过他们的分子单元种类和分子量吗？不是，塑料与橡胶最本质的区别在于塑料发生形变是塑性变形，而橡胶是弹性变形。

二者都是高分子材料，塑料是以合成或天然高聚物为基本成分，橡胶是多组分组成的。

塑料是加工后在常温下保持形状不变，高温下有可塑性的一类高分子材料；而橡胶是是一类在宽阔温度范围内表现良好高弹性的高分子材料9.塑料成型加工的方法主要那几种以及各自特点？主要有挤出成型、注射成型、压制成型、传递成型、压延成型①挤出成型特点：1、连续成型生产效率高，成本低2、模具机构较简单，制造维修方便3、塑料内部结构均衡紧密4、使用大多数热塑性塑料。

②注塑成型特点：1、成型期短，生产效率高2、可以成型形状复杂，尺寸要求高及带嵌件的塑料制品。

3、注射和脱模可实现自动化作业。

4、适应性广③吹塑成型特点：用于热塑性塑料成型，生产效率高，产品抗拉强度好10.为何氟塑料具有优良的化学稳定性以及良好的抗沾污性？化学稳定性：有机氟高分子的主链上带有大量的氟原子；氟原子吸引电子和束缚电子云的能力最强；而且氟原子的原子半径小、电子云密度大、电子云流动性小，难极化，与碳原子形成的C-F键的键能比C-H键大；c-f键稳定，不易被破坏，有机氟高分子特有的“a-氟代效应”，使与c-f相邻的化学键均得到加强；使得氟塑料具有很高的化学稳定性良好的抗沾污性：c-f键有难极化的特点，这使有机氟高分子材料的表面能最低；表面能低使氟材料表面有很好的抗沾污性。

11.与金属和无机材料相比，合成高分子材料有什么优缺点？高分子合成材料种类很多，这就是它的第一个优点，品种的多样性使其可以满足上天、下海等个方面的要求。

第二可以根据需要，满足各种功能性的需要。

第三价格便宜。

第四纤维强度高、橡胶弹性好、塑料强又韧，再加上其它功能性材料，是生活、工业上不可缺少的。

缺点：通常耐温较差，当然现在也有部分耐温等级较高的高分子材料，但总体比金属、陶瓷差。

高分子是缺陷材料，由于其分子结构的显著不对称性，决定其形态结构上的缺陷结构，其强度往往比理论值差很多。

耐候性较差。

生产过程中，许多会有一定污染。

回收困难，大多数高分子材料要被自然完全吸收，时间太长。

12.塑料的主要性能决定于什么，其加工温度是在什么范围，有哪些加工方法？13.何为功能高分子，他们与普通高分子的区别是什么？功能高分子材料是指那些具有独特物理特性或化学特性或生物特性的新型高分子材料。

一般说来，利用具力学性能的高分子称为一般高分子；而利用力学性能以外性能的高分子，叫做功能高分子。

功能高分子一般带有官能团，化学结构较复杂。

区别：常规高分子材料由于其分子量巨大，分子内缺少活性官能团，通常表现为难以形成完整晶体，难溶于常规溶剂，没有明显熔点，不导电，并呈现化学惰性等共同特性。

功能高分子材料带有特殊的物化性质和功能，其性能和特征都大大超出了常规高分子。

14.试述高分子的玻璃态和无机玻璃的有何相同和不同之处？15.正确分析和理解无机材料的结构与性能的关系,无机材料相对于金属及高分子材料在性能方面有何特点?16.金属材料、高分子材料、以及无机非金属材料之间的在化学组成、结构、性能以及使用效能和生产工艺有何差异.结合键金属材料金属键无机非金属材料共价键离子键高分子材料共价键范德华力制备方法金属材料冶炼（火法、湿法、电解、粉冶等）、（铸造）无机非金属材料混料、成形、烧结（陶瓷，耐火材料）、熔炼，吹（瓶等）、拉（平板玻璃）（玻璃）、焙烧、混料、浇注（水泥-混凝土，不定形耐火材料），熔炼-提拉（人工晶体）等等高分子材料有机单体聚合、缩合（人工合成高分子），（天然的如木材棉花之类各自不同）性能特点金属相比之下通常强度较高，韧性较好，导电，常有金属光泽，常具延展性无机非金属材料通常硬度高，常表现为脆性。

有丰富的种类，具体类别之间性能-用途差别极大。

包括有各种不同的物理性质用作功能材料。

高分子材料通常硬度低，韧性好，弹性模量小（通常说的有弹性之类，）17.陶瓷材料的结构及性能特点是什么？陶瓷材料的增韧方法有哪些？了解工程陶瓷，压电陶瓷、介电陶瓷和结构和基本性质特点以及主要的制备方法。

陶瓷材料结构：晶体相（硅酸盐结构、氧化物结构、非氧化物结构）、玻璃相、气相Ps:晶体相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的性能和应用，非氧化物结构是特种陶瓷特别是金属陶瓷的主要组成和晶体相。

玻璃相的作用是把晶体粘接起来。

气孔是造成裂纹的根源。

陶瓷材料性能特点：1、力学性能①弹性模量。

陶瓷的弹性模量比金属材料的大得多。

②强度。

陶瓷材料在理论上具有很高的断裂强度，但实际上却比金属材料低得多。

③塑性与韧性。

陶瓷材料的塑性和韧性都较低。

④硬度2、热性能①热容。

陶瓷材料的摩尔热容对结构的变化不敏感。

②热膨胀系数。

③导热率④热压力和抗热震性3、电性能①导电性。

绝大多数陶瓷都是良好的绝缘体。

②极化和介电常数③介电消耗陶瓷的增韧方法有：颗粒增韧、纤维/晶须增韧、自增韧、相变增韧、纳米增韧。

结构和基本性质特点以及主要的制备方法工程陶瓷（特种陶瓷）：又叫氮化硅陶瓷或高强度陶瓷，以硅粉为原料，分别采用反应烧结和热压两种工艺方法制造而成。

它强度很高，具有极优良的耐磨性和耐化学腐蚀，还是一种良好的电绝缘材料。

压电陶瓷：压电陶瓷属于铁电体一类的物质，它具有类似贴磁材料磁畴结构的电畴结构。

压电陶瓷之所以具有压电效应，是因为其内部存在自发极化。

压电陶瓷具有较大的机电耦合系数，转换效率高，形状和尺寸不受限制，工艺简单，成本低廉介电陶瓷：这类材料主要分为非铁电陶瓷和铁电陶瓷两类。

非铁电陶瓷比如二氧化钛、钛酸镁等，高频损耗小，也称为补偿电容器陶瓷。

铁电陶瓷比如钛酸钡、锆钛酸铅等，介电常数高，也称为强介电陶瓷。

除此以外还有一些比如反铁电陶瓷等等，数量比较少。

18.. 功能陶瓷相对于普通陶瓷有何区别？功能陶瓷和传统普通陶瓷的区别主要体现在以下四个方面：1、所用原材料不同。

传统陶瓷以天然矿物为原料；功能陶瓷则选用高度精选或人工合成的高纯度原料。

2、结构不同。

传统陶瓷结构复杂多样，功能陶瓷的化学组成和相组成则相对较简单。

3、制备工艺不同。

传统陶瓷可直接采用湿法成型，而功能陶瓷则必须添加一定的添加剂后再用干法或湿法成型。

4、 性能不同。

传统陶瓷一般仅限于日常和建筑使用，而功能陶瓷则在光、电、声、磁等各个方面有特殊功能。

19. 玻璃的定义，结构和性质以及的形成及其条件；20. 复合材料的组成与结构：复合材料定义及分类、复合材料的组成及特性、复合材料的结构、复合材料的界面。

复合材料的性能：复合材料性质的复合效应、复合材料的力学性能；1、什么是复合材料？复合材料：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分，通过人工复合而成的具有特殊性能的多相固体材料。

2、复合材料的设计因素有哪些？物理相容、化学相容、界面以及界面相3、增强体和功能体以及界面在复合材料中起的各起什么作用？复合材料主要的基体类型、种类有哪些？复合材料的增强体材料主要有哪些？ 增强体（纤维）起承力作用（增加强度、改善性能），基体（树脂）（粘结和固定增强相、分配增强体的载荷、保护增强体免受环境影响）起粘结、保护纤维的作用；界面起传递载荷的作用（传递作用、阻断作用、诱导效应··）；增强相起承受应力和现实功能的作用按基体材料的性质分类，复合材料可分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和聚合物基复合材料复合材料的增强体材料：纤维增强体、颗粒增强体、片材增强体、层叠式复合材料4、复合材料的显著特征是什么？复合材料的基本特点：比强度，比模量大；可设计性强；各向异性复合材料的缺点：制备工艺复杂，性能离散性较大；增强体、基体可供选择的种类有限；断裂伸长较小，抗冲击能力较低；成本较高5复合效应中加和效应和乘积效应指的是什么？1）加和效应（混合效应）：在复合材料中，在已知各组分材料的力学性能、物理性能的情况下，复合材料的力学性能和物理性能主要取决于组成复合材料的材料组分的体积百分比（vol.%）：P c ：复合材料的某性能，如强度、弹性模量、热导率等；P i ：各组分材料的对应复合材料的某性能；V ：组成复合材料各组分的体积百分比；i ：表示组成复合材料的组分数。