高分子材料成型加工(考试重点及部分习题答案)

高分子材料成型加工考试重点内容及部分习题答案第二章高分子材料学1、热固性塑料：未成型前受热软化，熔融可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型。

受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。

在溶剂中不溶。

化学结构是由线型分子变为体型结构。

举例：PF、UF、MF2、热塑性塑料：受热软化、熔融、塑制成一定形状，冷却后固化成型。

再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。

在溶剂中可溶。

化学结构是线型高分子。

举例：PE聚乙烯，PP聚丙烯，PVC聚氯乙烯。

3、通用塑料：是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。

4、工程塑料：具有较好的力学性能，拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。

举例：PA聚酰胺类、ABS、PET、PC5、缓冷：Tc=Tmax，结晶度提高，球晶大。

透明度不好，强度较大。

6、骤冷（淬火）：Tc<Tg，大分子来不及重排，结晶少，易产生应力。

结晶度小，透明度好，韧性好。

定义：是指熔融状态或半熔融状态的结晶性聚合物，在该温度下保持一段时间后，快速冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能。

7、中速冷：Tc>=Tg，有利晶核生成和晶体长大，性能好。

透明度一般，结晶度一般，强度一般。

8、二次结晶：是指一次结晶后，在一些残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。

9、后结晶：是指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。

第三章添加剂1、添加剂的分类包括工艺性添加剂（如润滑剂）和功能性添加剂（除润滑剂之外的都是，如稳定剂、填充剂、增塑剂、交联剂）2、稳定剂：防止或延缓高分子材料的老化，使其保持原有使用性能的添加剂。

针对热、氧、光三个引起高分子材料老化的主要因素，可将稳定剂分为热稳定剂、抗氧剂（防老剂）、光稳定剂。

热稳定剂是一类能防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂。

主要用于热敏性聚合物（如PVC聚氯乙烯树脂），是生产PVC塑料最重要的添加剂。

抗氧剂是可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命的物质。

光稳定剂是指可有效抑制光致降解物理和化学过程的一类添加剂。

3、热稳定剂分为A、铅盐类稳定剂（包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅），具有优良的热稳定性、电绝缘性、润滑性，毒性大，透明性差。

B、金属皂类稳定剂，包括硬脂酸、油酸等的金属盐。

加工性能好，润滑性。

C、有机锡类稳定剂，包括硫醇盐类、马来酸盐型。

优良的稳定性、透明性。

D、有机锑类稳定剂，包括硫醇锑类。

E、有机辅助稳定剂，包括环氧化物、亚磷酸酯、多元醇类。

F、复合稳定剂，由金属皂类稳定剂与有机辅助稳定剂以及润滑剂复配而成。

G、稀土类稳定剂，属于镧系稀土元素的有机复合物。

4、增塑剂：是指添加到高分子材料中能使体系的可塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性的物质。

增塑剂按作用方式，有外增塑作用和内增塑作用。

起外增塑作用的增塑剂大多是有机低分子化合物或聚合物，通常为高沸点的油类或低熔点的固体，有极性和非极性之分。

极性增塑剂的溶解度参数高，主要增塑极性聚合物，非极性增塑剂的溶解度参数低，多数用于非极性聚合物的增塑。

非极性增塑剂对非极性聚合物的增塑是溶剂化作用机理，即增塑剂进入聚合物的分子链段之间，加大了大分子之间的距离，降低了聚合物分子间的作用力，其增塑效果与增塑剂的体积成正比，故又称“体积效应”。

极性增塑剂对极性聚合物的增塑机理是“屏蔽效应”，即增塑剂分子中的极性基团与聚合物分子的极性基团互相吸引，取代了聚合物分子间的极性基团的相互作用，从而削弱了聚合物分子间的作用力，其增塑效果与增塑剂分子数有关，同时体积效应也起作用。

5、常用的增塑剂：塑料增塑剂和橡胶增塑剂。

塑料增塑剂，极性，酯类增塑剂（常用在PVC中）。

橡胶增塑剂，非极性，包括：物理增塑剂（又称软化剂）（包括石油系、煤焦油系、松油系、合成酯类、液体聚合类）和化学增塑剂（又称塑解剂）（包括含硫化合物、噻唑类和胍类）6、增塑和塑炼的区别：增塑是加小分子的增塑剂，使制品的塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性。

塑炼：为了满足各种加工工艺的要求，必须使生胶由强韧的弹性状态变成柔软而具有可塑性的状态，这种使弹性生胶变成可塑状态的工艺过程称作塑炼。

区别：增塑是依靠增加小分子增塑剂，塑炼是依靠剪切或塑解剂来降低过高的橡胶分子量，提高橡胶塑性。

7、润滑剂：定义是降低熔体与加工机械或成型模具之间以及熔体内部相互之间的摩擦和黏附，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量的一类添加剂。

润滑剂是典型的工艺性添加剂，仅在加工时发挥作用。

分为内润滑剂和外润滑剂。

内润滑剂是降低物料之间的内摩擦，外润滑剂是降低物料与设备之间的外摩擦。

8、交联剂：定义是凡能引起聚合物交联的物质就称为交联剂。

（橡胶的交联剂习惯上称为硫化剂）a硫磺，适用于不饱和橡胶、含少量双键的三元乙丙橡胶和丁基橡胶。

b含硫化合物，是分子中含有硫原子，能够在硫化温度下分解出活性硫使得橡胶硫化的物质。

常用于电线绝缘层。

c有机过氧化物，最常用的是过氧化二异丙苯和过氧化苯甲酰，适用于氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶等饱和橡胶、部分不饱和橡胶以及聚烯烃的交联，不能用于丁基橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶。

d金属氧化物，常用的有氧化锌、氧化镁，适用于含极性基团或活泼酸性基团的聚合物，如氯丁橡胶、氯化丁基橡胶的交联。

还可作为硫磺硫化体系中的硫化活性剂。

e胺类化合物，含有两个或以上的胺基，主要用于酚醛树脂、氨基树脂等热固性塑料以及氟橡胶的交联。

f双官能团化合物，可作为不饱和聚酯树脂的交联剂。

g合成树脂，主要为酚醛树脂，可作为不饱和丁基橡胶、乙丙橡胶的交联剂。

9、不同交联剂与聚合物的一一对应：不饱和橡胶选择硫磺、促进剂、活性剂组成的硫化体系。

饱和橡胶选择过氧化物作为硫化剂。

有极性基团的橡胶用金属氧化物交联。

大多数热固性塑料和丙烯酸酯类橡胶一般用胺类交联剂。

10、交联体系：包括交联剂、促进剂、活性剂。

促进剂：凡在胶料中能够提高硫化速度、缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫化剂用量，并能提高或改善硫化胶物理机械性能的物质称为硫化促进剂。

按与硫化氢反应的性质分为酸性、碱性、中性促进剂。

活性剂：凡能够提高胶料中硫化促进剂的活性、减少硫化促进剂的用量、缩短硫化时间的物质称为硫化活性剂，也叫“促进助剂”，一般分无机活性剂和有机活性剂。

无机活性剂主要是氧化锌、氧化镁、氧化钙等金属氧化物。

氧化锌是最重要的，还可作为含卤橡胶的硫化剂。

有机活性剂主要是硬脂酸（HSt）。

11、填充剂（也称“填料”）：为了改善高分子材料的成型加工性能，赋予或提高制品某些特定的性能，或为了增加物料体积、降低制品成本而加入的一类物质。

一般为固体物质，分为增量填充剂和补强填充剂。

增量填充剂（又叫“增量剂”），用于橡胶时一般没有补强作用，仅为了增加胶料体积和降低制品成本，对材料的使用性能无影响或影响很小，但往往能够改善压出、压延等工艺性能。

用于塑料时虽不能提高制品的力学性能，但可改善成型加工性能或赋予制品某些新的性能。

补强填充剂（又叫“补强剂”）主要用于橡胶，不但能改善胶料的工艺性能，提高硫化胶的拉伸强度、定伸强度、弹性、耐磨性等力学性能，而且能增大胶料体积、降低制品成本。

最常用的填充剂是碳酸钙。

橡胶最常用的补强剂是炭黑。

12、哪一类热塑性聚合物在成型加工中需使用热稳定剂？为什么？对于加有较多增塑剂和不加增塑剂的两种塑料配方，应如何考虑热稳定剂的加入量？为什么？答：热敏性聚合物，如聚氯乙烯PVC树脂，由于PVC是一种极性高分子，分子间作用力很强，导致加工温度超过分解温度，只有加入热稳定剂才能实现在高温下的加工成型，制得性能优良的制品。

加有较多增塑剂的塑料不加或少加热稳定剂，不加增塑剂的塑料应多加热稳定剂。

假如增塑剂的塑料降低了聚合物分子间的作用力，制品的玻璃化温度和软化温度均降低，故可少加热稳定剂。

13、什么是增塑剂？根据塑化效率可分为哪些类型？其各自的特点如何？答：增塑剂是指添加到高分子材料中能使体系的可塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性的物质。

根据塑化效率可分为三种类型：a主增塑剂，与聚合物的相容性好，凝胶化能力很强，可大量添加并单独使用。

b辅助增塑剂，与聚合的相容性有限，凝胶化能力较低，只能与主增塑剂并用，但往往起到功能性作用。

c增量剂，与聚合物的相容性很差，凝胶化能力极差，不可单独使用，只可限量使用，以减少主增塑剂用量。

14、橡胶硫化体系主要是由哪些添加剂组成的？各自作用是什么？答：a硫化促进剂，作用是能提高硫化速度、缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫化剂用量，并能提高、改善硫化胶物理机械性能。

b硫化活性剂，作用提高胶料中硫化促进剂的活性、减少硫化促进剂的用量、缩短硫化时间、可使交联键的数量增加、交联键中硫原子数减少、因而硫化胶的热稳定性能得到提高。

c防焦剂，作用是可防止或延迟胶料在加工和贮存时产生焦烧、提高胶料的操作安全性和贮存稳定性。

第四章制品设计和配方设计分析下列配方，要求：1、指出各组分在配方中的作用；2、判断制品基本性能，并说出相应的理由。

配方1：PVC树脂（XS-4）100，邻苯二甲酸二辛酯10，邻苯二甲酸二丁酯8，环氧脂肪酸辛酯3，液体钡-镉2，硬脂酸钡0.5，硬脂酸镉0.3，硬脂酸0.3，二氧化钛3配方2：PVC树脂（XS-5）100，三盐基性硫酸铅5，二盐基性亚磷酸铅1.5，亚磷酸三苯酯0.5，硬脂酸铅0.5，硬脂酸正丁酯0.3，石蜡0.3，氧化锑5配方3：PVC树脂（XS-3）100，DOP 20，DBP20，DOS10，氯化石蜡5，UV-90.1，滑石粉1，氧化钛0.2，二月桂酸二丁基锡3配方4：丁腈橡胶100，硫磺1.5，促进剂M 1.5，促进剂TMTD0.2，ZnO 5，硬脂酸1，防老剂4010NA 1，半补强碳黑60，陶土30，沥青5，石蜡1.5答：配方1：增塑剂体系：邻苯二甲酸二辛酯，有良好综合性能，混合性能好、增速效率高、挥发性较低、耐水抽出、电气性能高、耐热及耐气候性良好。

苯二甲酸二丁酯，稳定性、耐挠曲性、粘结性和防水性均优于其他增塑剂。

环氧脂肪酸辛酯，具有杰出的热稳固性、同时耐寒性、耐候性和光稳固性亦佳。

与聚氯乙烯的相容性好，塑化速度快，塑化温度比DOP低，增速效力高，润滑性，可改良共同料的操纵机能。

在成品中参加一定比例的成品，在低温中能坚持成品的坚韧柔嫩，增添产物的光泽度，延伸产物的应用寿命。

热稳定体系：液体钡-镉，液体稳定剂，分散性好，透明性优良，具有优良的热和光稳定性、润滑性、无析出性，优良的初期着色和色泽保持稳定性。

硬脂酸钡，热稳定剂，具有良好的长期耐热性及润滑性，稳定效果比硬脂酸钙大，但不及硬脂酸铅，与镉皂、锌皂或环氧化合物并用有良好的协同效应。