高分子改性复习题及答案

简答题：

接枝共聚反应的原理是什么？

答：接枝共聚反应首先要形成活性接枝点，各种聚合机理的引发剂或催化剂都能为接枝共聚提供活性种，而后产生接枝点。活性点处于链的末端，后才形成接枝共聚物。

1、从嵌段共聚物的角度来说，热塑性弹性体的组成是什么？各组成的作用是什么？

答：热塑性弹性体是由大量的软嵌段和少量的硬嵌段组成的两相嵌段共聚物。软硬两种嵌段各有各的用处，软嵌段提供柔韧的弹性，而硬嵌段则提供物理交联点和起填料的功能。

2、反应挤出过程对工艺条件的要求是什么？

答：①高效率的混合功能：②高效率的脱挥功能③高效率的向外排热功能④合理的停留时间⑤强输送能力和强剪切功能

1、什么是热力学相容性和工艺相容性？为什么说工艺相容性比热力学相容性应用更普遍？

答：热力学相容性是指两种聚合物在热和比例时都能形成稳定的均相体系的能力，即指聚合物在分子尺寸上相容，形成均相共混体系。工艺相容性是指由于聚合物的分子质量很高，黏度特别大，靠机械力场将两种混合物强制分散混合后，各项的自动析出或凝聚的现象也很难产生，故仍可长期处于动力学稳定状态，并可获得综合性能良好的共混体系。

因为工艺相容性仅仅是一个工艺上比较的概念，期含义是指两种材料共混对分散的难易程度，和所得的共混物的动力学稳定性，对于聚合物而言，相容性有两方面含义：一是可以混合均匀的程度，二是混合的聚合物分子间作用力，若分子间的作用力越相近，则越容易分散均匀，分散性越好。

2、影响聚合物共混的结构形态因素是什么？简述如何影响。

答：①两相组成的配比：在“海-岛”结构两相体系共混物中，确定哪一相为连续相，哪一相为分散相具有重要意义，可计算理论临界含量。小于26%为分散相，大于74%为连续相。②熔体黏度：黏度低的一相倾向于生成连续相，黏度高的一项倾向于生成分散相。

③黏度与配比的综合影响

④粘度比、剪切应力及界面的综合影响：当分散相与之连续相黏度相等时，分散相粒径d达到一个最小值，当界面张力降低时，分散相颗粒粒径d变小，当剪切应力增大时，分散相粒径降低。

⑤其他因素：如加工温度、组分间的相容性等。

3、控制分散相粒径的主要方法是什么？

答：a. 共混时间: 对于同一共混体系，同样的共混设备，分散相粒径会随共混时间延长而降低，粒径分布也会随之均化，直至达到破碎与集聚的动态平衡。

b. 共混组分熔体粘度: ?提高连续相粘度或降低分散相粘度，都可以使分散相粒径降低。?“软包硬”规律,熔体粘度较低的一相总是倾向于成为连续相，而熔体粘度较高的一相总是倾向于成为分散相。?等粘点:考虑到在接近等粘点的条件下，可获得较小的分散相粒径，所以，宜在略高于或略低于等粘点的条

件下共混。④调控熔体粘度的方法(1)采用温度调节

(2)用助剂进行调节(3)改变分子量

c.界面张力与相容剂的影响,使界面张力降低，从而使分散相粒径变小。

d.剪切力，剪切力增大粒径减小。

4.什么是银纹－剪切带理论？

答：在橡胶(或其他弹性体)增韧塑料的两相体系中，橡胶是分散相，塑料是连续相。橡胶颗粒在增韧塑料中发挥两个重要作用：一，作为应力集中中心诱发大量银纹和剪切带。二，控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹。银纹末端的应力场可诱发剪切带而使银纹终止，银纹扩展遇到已有剪切带也可阻止银纹进一步发展。大量银纹和/或剪切带的产生和发展，消耗大量能量，因而可显著提高增韧塑料的韧性。

1.填料的作用是什么？

答：①增量：降低成本；

②增强：性能改善，如力学强度、耐热性、成型收缩率和线膨胀系数等；

③赋予新功能：功能性填料，赋予如导电性、磁性、电波吸收性、抗紫外线和抗菌等各种特殊功能。

2.填料―聚合物界面的作用机理主要有哪五类？简述浸润理论及化学键理论。

答：（1）浸润性理论：浸润是形成界面的基本条件之一。当两个理想清洁表面靠物理作用结合时，要使树脂对填料紧密接触(结合)，就必须使树脂对填料表面有很好的浸润。

（2）化学键理论：要使两相之间实现有效粘结，基体树脂中与填料表面上应有能相互发生化学反应的活性官能团，通过官能团的反应以化学键结合形成两相界面。

（3）界面酸碱作用理论：构成聚合物基复合材料的

填料和聚合物基体可视为广义的酸碱，酸性表面可与

碱性表面相互结合。

（4）过渡层理论：为消除由于聚合物基复合材料成

型时基体和填料的膨胀系数相差较大而在固化过程

中产生的附加应力，在界面区存在着一个过渡层，该

过渡层起到了应力松弛作用

（5）摩擦理论：聚合物基体与填料界面的形成是由

于摩擦作用，基体与填料

间的摩擦因数决定了复合材料的强度。

1.纤维增强聚合物复合材料有哪些基本特性？

答：（1）比强度与比模量高：轻质高强工程结构材料

（2）抗疲劳性提高：界面能阻止裂纹扩展

（3）耐热性高：50~100℃→100℃以上

（4）减震性好：粘弹性和纤维与基体界面的吸振能

力好

（5）线膨胀系数小：纤维类材料的线膨胀系数小

2.举例说明为什么聚合物增强材料要进行表面处理

（无机纤维、有机聚合物纤维、天然纤维各举一例）。

答：（1）无机纤维中玻璃纤维表面的偶联剂处理，通

过偶联剂使两种不同性质的材料很好的“偶联”起来，

从而是复合材料获得较好的粘结强度。

（2）有机聚合纤维中碳纤维的表面处理，其表面惰

性大，表面能低，缺乏有化学活性的官能团，反应活

性低与基体的粘性差，限制了碳纤维的高性能发挥，

经表面处理后其复合材料夹层间剪切强度有显著提

高。

（3）天然纤维的表面处理主要有化学处理法和物理

处理法，可以提高材料力学性能，如剑麻纤维KH-550

偶联剂处理后能有效改善刚性的剑麻纤维与脆性的

酚醛树脂基体界面的粘结，提高了综合力学性能，接

枝丙烯酸对降低复合材料吸水性有较好的效果。

1.高分子改性剂的基本过程和机理是什么？举例说明。

答：?基本过程：在加工过程中，基体聚合物和改性

剂均处于黏流状态，通常

所用模具材料(如钢材)的表面能很高，它与基体聚合

物的表面能相差较大，为减小张力，改性剂向制品表

面迁移、富集，且疏水端向内取向与本体聚合物相容，

亲水基团朝模具取向。成型后取出制品时，表面改性

剂的这种构象基本保留下来，即疏水端被困于基体亲

水端朝外取向。

?机理：高分子表面改性剂有亲水链段和疏水链段，

共聚物中的亲水链段在制品成型时明显富集在制品

表面，疏水链段与基体缠结起到锚固作用，加入少量

两种两性聚合物，就能使其基体材料的接触角与其它

材料的剥离强度明显增强。

?例如在PP共混物中，改性剂无规聚丙烯—甲基丙烯

酸接枝共聚物（APP-g-MAA）和聚丙烯蜡—甲基丙烯

酸接枝共聚物（PPVV-g-MA A）的流水端在表面朝外取

向，从而改变聚丙烯表面的流水性。

2.等离子体的含义是什么？等离子体处理聚合物表面，

其表面形态及结构都发生了哪些改变？

答;?等离子体是部分离子化的气体，是由电子、任一

极性的离子、以基态的或任何激发态形式高能态气态

原子、分子以及光量子组成的气态复合体。等离子体

中，电子和带正电荷的离子的总数基本相等，呈电中

性。

?等离子体处理聚合物的表面之后，材料表面发生了

氧化分解反应，从而改善材料的粘合、染色、吸湿，

反射光线、摩擦、手感、防污、抗静电等性能。

低温等离子体处理纤维，可在纤维表面形成微坑和裂

纹。

等离子体处理可在聚合物材料表面引入极性基团或

活性点，形成与被黏材料，复合基体的化学键和，或

增加被粘合材料基体间树脂的范德华力，达到改善粘

结和复合界面的目的。

3.辐射接枝改性的基本原理是什么？

答：①共辐射接枝法：指将待接枝的聚合物A和乙烯

基单体B共存的条件下辐照,易生成均聚物，同时产生

活性粒子，相邻的两个自由基成键，这时单体接枝聚

合反应。

②预辐射接枝法：是将聚合物A在有氧或真空条件下

辐照，然后在无氧条件下放入单体B中进行接枝聚合。

主干聚合物产生的自由基与单体进行聚合反应，最终

生成接枝共聚物和少量的均聚物。

1.根据共混物熔体与温度关系式阿仑尼乌兹方程式共

混物的黏流活化能与加工流动性能有何关系？其对

加工成型有何指导意义？

答：关系：共混体系的黏流活化能较小，共混物的黏

度对温度的变化不敏感且切变速率对黏流活化能的

影响不大，通常加入某种流动性比较好的聚合物的加

工流动性。

指导意义：对于一些共混体系，共混的黏流活化能可

高于纯肪，对于这样的共混体系，需在较高温度下加

工成型。

2.举例说明为什么纤维增强材料要进行表面处理？

（无机纤维、有机聚合物纤维、天然纤维）

答：①无机纤维：玻璃纤维表面的偶联剂处理，如果

含有双键的乙烯基-三氧硅氧烷和正丙烯-三甲氧基硅

氧烷以及相容性助剂，混合物处理玻璃纤维的界面，

可使玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的冲击强度，拉伸

强度和弯曲强度得到大幅提高。

②有机聚合物纤维：碳纤维表面处理，如气相氧化性

气体来氧化纤维表面而引入极性基团，并给予了适宜

的粗糙度来提高复合材料层间的剪切强度。

③天然纤维：在短剑纤维/酚醛树脂复合体体系中，

剑麻纤维KH-550偶联剂处理后能有效改善刚性剑麻

纤维与脆性剑麻纤维树脂基体界面的粘结，提高复合

材料的综合性能，接枝丙烯酸对降低复合材料吸水性

有良好的效果。

3.抗静电改性，阻燃改性，抗起球改性，吸湿排汗，

抗紫外线改性等功能话聚酯改性的基本原理。

答：I、抗静电改性：由于涤纶的疏水性易在纤维上积

聚静电荷，造成加工困难，故需进行抗静电改性。①

加入抗静电添加剂：通过共混添加抗静电剂以制备抗

静电聚酯纤维。②抗静电共聚酯：a、在聚合阶段用

共聚方法引入抗静电单体或通过化学方法引入吸湿

性抗静电基团，制备抗静电纤维。b。用表面接枝法。

II、阻燃改性：涤纶的氧指数（LOI）21%左右，阻燃

性改性时期改性的重要方面，方法有两种：①工具阻

燃改性：在聚酯的合成阶段将阻燃单体与聚酯组分进

行缩聚以制备阻燃共聚酯。阻燃共聚酯一般含磷，含

卤共聚酯。②添加改性：用共混的方法将阻燃物与聚

酯共混得到阻燃改性聚酯。

III、抗起球改性：目前抗起球聚酯纤维可通过以下几

种方法获得：低粘度树脂直接纺丝、并聚合法、复合

纺丝法、低粘度树脂增黏法、普通树脂法、织物成纤

维表面处理法。

IV、吸湿排汗改性：①外观结构改性：采用截形异截

面，部分配合使用成孔剂，实现纤维异形化和表面微

孔化处理。②表面接枝：在大分子结构内部引入亲水

集团，也可以增加纤维导湿排汗性能。③复合纺丝：

采用复合纺丝在皮层引入具有吸湿功能的聚合物，利

用皮层的性能将水分吸入内部芯层，从而实现吸湿快

改性纤维制备。

V、抗紫外线改性:对于紫外线的屏蔽一般可以通过吸

收成物理反射、散射实现，因此可将紫外线屏蔽分为

紫外吸收剂和紫外散射剂，前者一般为有机化合物，

后者为无机氧化物等。

名词解释：

1、高分子改性：为了满足不同的用途，利用化学或

物理方法改进高分材料的一些性能，以达到预期的目

的。

2.聚合物的化学改性：通过聚合物的化学反应，改变

大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式的

一类改性方法。

3.聚合物的填充改性：在聚合物基体中添加与基体在

组成与结构不同的固体添加物，以降低成本，或是使

聚合物制品的性能有明显的变化。

4.接枝共聚：在大分子链上通过化学键结合适当的支

链或动能侧基的反应。

5.热弹性体：既有交联橡胶的力学性能，又有线型热

塑性聚合物的加工性能，是由大量的软钳段和少量的

硬嵌段组成的两相嵌段聚合物。

6.反应挤出：是聚合物或可聚单体的连续挤出的过程

中完成的一系列化学反应的操作过程。

7.聚合物共混物：含有多种组分的聚合物均相或多相

体系。

8.相容性;是指共混物各组分被此相互容纳，形成宏观

均匀材料的能力。1完全相容的聚合物共混体系，其

共混物可形成均相体系具有单一的T g2部分相容的聚

合物，其共混物为两相体系。聚合物对部分相容的判

据，是两种聚合物的共混物具有两个T g，且两个Tg

峰较每一种聚合物自身的Tg峰更为接近3不相容不

相容聚合物的共混物也有两个Tg峰，但两个T g峰的

位置与每一种聚合物自身的T g峰是基本相同的

9.聚合物力学相容性：指两种高聚物在任何比例时都

能形成稳定的均相体系的能力，即指聚合物在分子尺

度上相容，形成稳定的均相体系的能力。

11.简单混合:是指分散相粒径大小不变，只增加分散

相在空间分布的随机性的混合过程。

12.分散混合:是指既增加分散相分布的随机性，又减

小粒径，改变分散相粒径分布的过程。

13.等粘点：在两相粘度接近于相等的情况下，最有利

于获得良好的分散结果。两相熔体粘度相等的一点，

被称为“等粘点”。

14. 表面效应：是指纳米粒子表面原子数与总原子数

之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的

变化。

15. 小尺寸效应是指纳米粒子的尺寸与传导电子的德

布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破

坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性

及熔点等都较普通粒子发生了很大变化。

16.复合材料：由两个或两个以上独立的物理相，包括

粘结材料(基体)和粒料、纤维或片状材料所组成的一

种固体产物。

17.比强度：指材料强度与相对密度之比，比模量是指

材料模量与相对密度之比。

18.疲劳破坏：材料在循环应力下，由于裂纹的形成和

扩散而引起的低应力破坏。

19.弱边界层：由于污染，纤维等表面粘度下降的现象。

20.热塑性弹性体：这种材料兼有高温下热塑性塑料的

可熔融加工性和常温下硫化橡胶的弹性。

21. 表面富集：指所研究的聚合物多相复合体系中，

某一种组分在聚合物表面聚集，导致其在表面层中的

浓度高于其基体浓度的现象。

22. 等离子体：是部分离子化的气体，是由电子、任

一极性的离子、以基态的或任何激发态形式高能态气

态原子、分子以及光量子组成的气态复合体。

23.电晕放电即低频放电：是指在大气压条件下，以空

气为介质，由高电压弱电流所引起的放电，产生的是

一种低离子密度的低温等离子体。

24.表面刻蚀：通过等离子体处理，使高分子材料表面

发生氧化分解反应，形成微坑和微细裂纹，以及引入

极性基团或活性点，从而改善材料的粘合、染色、吸

湿、反射光线、摩擦、手感、防污、抗静电等性能。

25.交联改性：利用低温等离子体中活性粒子的撞击作

用，使纤维材料分子中的氢原子等被放出，从而形成

自由基，再通过自由基的相互结合，形成分子链间的

交联。

26.化学改性：利用等离子体作用在材料表面产生一定

的可反应化学作用基团，并在一定的条件下发生化学

反应，从而改变材料表面的化学组成，引发其表面化

学性质发生变化，同时引起其表面产生某些机械物理

性质的相应变化。

27.表面接枝改性：是通过激发分子、原子、自由基等

活性离子与有机物分子发生相互作用而导致聚合或

接枝，最终达到改性的目的。

填空：

1.高分子改性主要方法:化学改性共混改性填充改性

复合增强表面改性

2.接枝共聚原理:接枝共聚反应首先要形成活性接枝

点，各种聚合机理的引发剂或催化剂都能为接枝共聚

提供活性种，而后产生接枝点。活性点处于链的末端，

聚合后将形成嵌段共聚物；活性点处于链的中间，聚

合后才形成接枝共聚物

3.接枝共聚方法:1链转移法自由基夺取聚合物主链上

的氢而链转移形成链自由基引发单体聚合2活性基团

引入法主干上导入易首先在聚合物的主干上导入易

分解的活性基团然后在光、热作用下分解成自由基与

单体进行接枝共聚3功能基团引入法含有侧基功能基

的聚合物，可加入端基聚合物与之反应形成接枝共聚

物

4、接枝共聚物性能与应用:1玻璃化转变温度Tg 2稀

溶液性质3共混增容性

5、共混增容性:原因在于接枝共聚物具有独立组分的

微相结构，从而可以较自由地控制接枝共聚物与组分

聚合物形成的共混物的相容性。接枝共聚物在共混中，

能发挥其组分的综合性能，可以作为增容剂使共混物

的两相界面粘附力增加，大大改善了共混材料的力学

性能，拉伸强度、冲击强度和断裂伸长率明显增加

6、嵌段共聚物三种链段序列基本结构形式Am—Bn

两嵌段聚合物；Am—Bn—Am

或Am—Bn—Cn三嵌段聚合物；(Am—Bn) n多嵌段聚

合物

7、单相嵌段：两嵌段高度相容，模量温度关系与无

规共聚物相似，一个T g

8、两相嵌段：两嵌段不相容，保持了两种嵌段固有

的性质，有两个Tg

9、热塑弹性体：A–B–A型和（A–B）n型这种共聚

物，叫做热塑弹性体，它同时具有交联橡胶（室温）

的力学性能，又具有线形热塑聚合物（加工温度）的

加工性能;热塑性弹性体是由大量的软嵌段和少量的

硬嵌段组成的两相嵌段共聚物;软嵌段提供柔韧的弹

性，而硬嵌段则提供物理交联点和起填料的功能

10、嵌段增容性:两相嵌段共聚物（A –B ）有一个

特性，就是可以与其嵌段组分相同的均聚物（B ）有

部分相容性,两相嵌段共聚物也有表面活化性能

11、反应挤出: 最大特点反应过程能连续进行，把对

聚合物的改性和对聚合物的加工、成型为最终制品的

过程由传统上分开的操作改变为联合操作,反应挤出

存在化学反应优点1适合于高粘度的聚合物熔体聚合

2反应可控性好3缩短反应时间，提高生产效率4生

产的灵活性强

5环境污染小6成本低，产率高缺点1技术难度大2

难以观察检测3技术含量高

12、聚合物共混: 是指将两种或两种以上聚合物材料、

无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终

形成一种宏观上均匀且力学、热学、光学及其他性能

得到改善的新材料的过程，这种混合过程称为聚合物

的共混改性，所得到的

新的共混产物称为聚合物共混物

13、聚合物共混目的:改善聚合物的综合性能和加工性

能、降低成本，以获得性能优异功能齐全的新的高分

子材料1综合均衡各聚合物组分的性能以改善材料的

综合性能2改善聚合物的加工性能3提高性能/价格

比

14、相容性理论:1.热力学相容性从热力学角度来探讨

聚合物共混组分之间的相容性，实际上研究的范畴是

互溶性，或称溶解性、相溶性。这里称为“热力学相