青岛科技大学王兆波老师高分子材料加工工艺复习资料习题答案

高分子材料加工工艺

第一章绪论

1.材料的四要素是什么？相互关系如何？

答：材料的四要素是：材料的制备(加工)、材料的结构、材料的性能和材料的使用性能。

这四个要素是相互关联、相互制约的，可以认为：

1)材料的性质与现象是新材料创造、发展及生产过程中，人们最关注的中心问题。

2)材料的结构与成分决定了它的性质和使用性能，也影响着它的加工性能。而为了实现某种性质和使用性能，又提出了材料结构与成分的可设计性。

3)材料的结构与成分受材料合成和加工所制约。

4)为完成某一特定的使用目的制造的材料(制品)，必须是最经济的，且符合社会的规和具有可持续发展件。

在材料的制备(加工)方法上，在材料的结构与性能关系的研究上，在材料的使用上，各种材料都是相互借鉴、相互渗透、相互补充的。

2.什么是工程塑料？区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”。

答：按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。工程塑料是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。但这种分类并不十分严格，随着通用塑料工程化(亦称优质化)技术的进展，通过改性或合金化的通用塑料，已可在某些应用领域替代工程塑料。

热塑性塑料一般是线型高分子，在溶剂可溶，受热软化、熔融、可塑制成一定形状，冷却后固化定型；当再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。例如：PE、PP、PVC、ABS、PMMA、PA、PC、POM、PET、PBT。

热固性塑料一般由线型分子变为体型分子，在溶剂中不能溶解，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；一当成型后，再次受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。如PF（酚醛树脂）、UF（脲醛树脂）、MF（三聚氰胺甲醛树脂）、EP（环氧树脂）、UP（不饱和树脂）等。

3.与其它材料相比，高分子材料具有那些特征（以塑料为例）？

答：与其他材料相比，高分子材料有以下特性(以塑料为例)。

(1)质轻。通常密度在900-2300kg/m3之间。当制成泡沫塑料时，其密度更低，在10-50kg/m3之间。

(2)拉伸强度和拉伸模量较低，韧性较优良。而塑料，尤其是纤维增强的比强度（强度与密度之比）接近或超过金属材料。

(3)传热系数小(约为金属的1/100-1/1000)，可用作优良的绝热材料。泡沫塑料的绝热性能更为优良，被广泛用于冷藏、建筑、节能及其他绝热工程上。

(4)电气绝缘性优良。体积电阻率在10131018Ωcm ，介电常数一般小于2，介电损耗小于l0-4，常用作电气绝缘材料。缺点是易产生并积累静电。

(5)成型加工性优良。适应各种成型方法，多数情况下可以一次成型，毋须经过车、铣、刨等加工工序。必要时也可进行二次加工，但难于制得高精度的制品，且成型条件对制品物理性能的影响较大。

(6)减震、消音性能良好。可作减震、消音材料。

(7)某些塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑性能。但由于其导热性较差、线膨胀系数大，采取有效的散热措施，防止摩擦过程中热量积聚十分必要。

(8)耐腐蚀性能优良。有较好的化学稳定性，对酸、碱、盐溶液、蒸汽、水、有机溶剂等的稳定性能也较好(因品种而异)，优于金属材料。

(9)透光性良好可作透明或半透明材料。

(10)着色性良好。可制成色彩鲜艳的制品。

(11)可赋予各种特殊的功能如透气性、难燃性、粘结性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等各种特殊性能。

(12)使用过程中易产生蠕变、疲劳、冷流、结晶等现象，长期使用性能较差。

(13)热膨胀系数大。一般为10-4/K；而金属和玻璃、瓷分别为10-5/K和10-6/K。当与金属、瓷等复合时，必须充分考成两者热膨胀系数的差异。

(14)耐热性（熔点、玻璃化转变温度）较低，使用温度不高。

(15)易燃烧。燃烧时会产生大量黑烟和有毒气体。

4.获取高分子的手段有那些？

答：高分子化合物的制造：获取高分子化合物的方法大致可分为三种；聚合反应、利用高分子反向和复合化。

a)聚合反应。利用聚合反应是制造高分子化合物的主要手段。迄今为止，聚合技术已进入成熟期，今后主要的任务是催化剂的改进(如茂金属催化剂等)和更节约成本的聚合方法(如本体聚合、气相聚合等)的进一步推广。

b)高分子反应。利用高分子化合物的化学反应性使之改性亦是一种获取预期性能高分子化合物的方法，今后的工作是功能性高分子的开发。

c)复合化。复合化是制造高分子化合物的又一种方法。近年来有了显著的发展，特别是采用接枝反应、相容剂等制备的高分子合金，可以获得均聚物无法具备的性能，并能赋予功能性；高分子化合物/无机物填充中偶联剂的使用改善了两组分间界面的亲和能力，提高了材料的力学性能。此两种技术正处于成长期，对于后者，如何使填充剂聚集体分散成初级粒子，并均匀分散在聚合物中是—个重要的课题。而超细颗粒的填充将有可能带来材料性能突破性的发现，引发材料革命，其关键是分散问题。

5.高分子成型加工的定义。

答：通常是使固体状态(粉状或粒状)、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。

6.简单阐述高分子材料热-机械特征及成型加工的关系。

答：三种物理状态：玻璃态：< T g ；高弹态：T g T f (T m ) ；粘流态：>T f (T m )

在T g 以下，高分子材料处于普弹性状态(亦称玻璃态)，为坚硬的固体。受外力作用形变

(普弹形变)很小，一旦外力消失，形变可以立即恢复。

在T g 以上，高分子材料处于高弹态(亦称橡胶态)，与普弹态相比，只要较小的外力就可

使其发生较大的形变(高弹形变)。但这种形变是可逆的。

当达到T f (T m )时，高分子材料处于粘流态(亦称流动态)，此时，只要不太大的外力就可

使其发生形变，而且这种形变是不可逆的，外力除去后，仍将继续保持，无法自发恢复。

达到T d ，则高分子材料开始分解。

7.了解高分子材料的研究设计方法。

答：----高分子材料制备（配料、混合、粒化、粉化） ----成型工艺（塑化，一次，二次成型）

----制品（定型，后加工）

8.高分子成型加工过程中可能发生那些物理和化学变化。

答：