高分子材料成型原理沈新元简答题答案1

1、简答题1. 比较熔融纺丝、湿法纺丝和干法纺丝的异同点(1) 相同点：(2) 不同点：与熔纺不同，湿法成形过程中除有传热外，传质十 分突出，有时还伴有化学反应。在干纺中，力学因素和传热因素的作用 是次要的，纺丝线和周围介质之间的传质强度以及各种浓度所控制的转变 起主要作用。(3) 机理差别：由于湿纺初生纤维含有大量的凝固浴液而溶胀，大分子具有很 大的活动性，因此湿纺初生纤维的超分子结构接近于热力学平衡状态，而其形态结构却对纺丝工艺极为敏感 干法纺丝：将聚合物溶于挥发性溶剂中，通过喷丝孔 喷出细流，在热空气中形成纤维的纺丝方法懈紡沽干ftis袪I UU18-45| 0门-D -1002 X1Q-4

2、 X 10-時螳带悔侃tr f-1 7計砂)2A - lAMOb亿 03-5Q. M1i ?出；W J刮a偽空1v fli長凶幣，回收、再主 Ari棺術挥发魂陷和.或佯包化学te.i?卷双罠疔emin 1洌 g 7 (MWIM BOOIR1802. 列举六种可观察到聚合物流体弹性的现象。(1) 流体的弹性回缩 (2)聚合物流体的蠕变松弛 (3)孔口胀 大效应(4)爬杆效应(5)剩余压力现象(6)孔道的虚构长度(7)无管虹吸现象3. 用聚合物、溶剂、凝固剂三元相图说明湿纺、干纺和冻胶纺的相分离过程。当夹角 =0时，SD沿S P线向S靠近，相应的通量比 JS/JN =8, 即纺丝原液不断地被纯溶剂

3、所稀释。当 =n时，SD向P靠近，通量比JS/JN相当于干法纺丝，即纺丝原液中的溶剂不断蒸发，使原液中聚合物浓度不断上升，直至完全凝固。 区：sw JS/JN < u* （第一临界切线）。沿纺丝线组成变化路径，聚合物浓度下降（即溶剂扩散速度小于凝固剂的扩散速 度）无相分离，不固化。 区：u*< JS/JNw 1 （上限，即溶剂与凝固剂的扩散速度相等）。沿纺丝线途径聚合物含量下降（凝固剂浓度增加）有相分离，固化。 区：1< JS/JNw u* （第二临界切线）沿纺丝线途径聚合物浓度增加，有相分离，固化。通常的湿法纺丝以区为多。 区:u*< JS/JN ws（上限为干法纺丝

4、）聚合物含量增加，无相分离，固化，形成致密而均匀的结构4. 在橡胶的塑炼过程中，机械力、氧和温度是如何影响塑炼效果的5. 胶接理论主要有哪几种，胶接接头的强度主要取决于哪几种界面结合力（1）胶接的吸附理论 （2）胶接的扩散理论（3）胶接的静电理 论（4）胶接的机械连接理论（5）胶接的化学键理论 （6）弱边界层（1 ）胶黏剂本身的内聚强度（2）粘结剂与被粘物之间的粘附力，包括化学键力，分子间作用力，界面静电引力及机械嵌合力。6. 影响的no因素有哪些材料的平均分子量，粘流活化能7. 简述湿纺中形成皮芯结构的机理。主要是细流外边和内部的凝固机理不同. 细流外边的凝固：主要由于溶剂向凝固浴扩散，使细

5、流中溶剂浓度低于临界浓度 ，于是聚合物析出 此时P-S-N体系中聚合物含量高，因此结构致密. 细流内部的凝固溶剂向凝固浴扩散，凝固浴中的沉淀剂向原液细流扩散，使溶剂浓度不断下降，当细流中溶剂浓度低于临界浓度，聚合物析出，但此时P-S-N体系中聚合物含量不高，内部含有较多溶剂和沉淀剂，因此结构较松散8. 硫化过程中对硫化速度及硫化胶网络结构形成起决定 作用的主要反应，可分为哪四个主要反应阶段（1） 硫化体系各组分间相互作用生成中间化合物，这些中间化合物是事实上的硫化剂;（2）中间化学物与橡胶相互作用在橡胶分子链上生成活性侧基；（3）这些活性侧基相互间或与橡胶分子作用形成交联键；（4）交联键的继续

6、反应。9试述影响聚合物熔体剪切粘度的因素。（一）聚合物分子结构的影响1. 链结构的影响2. 平均分子量的影响3. 分子量分布的影响（二）聚合物溶液浓度的影响（三）温度的影响（四）溶剂性质的影响1. 溶剂的粘度 s影响聚合物浓溶液的粘度0s T 0 f （C相同时）2. 溶剂的溶解能力影响03. 溶剂中混入的可溶性杂质或添加剂的影响（五）混合的影响（六）流体静压的影响10. 以SBS为例，说明热塑性弹性体为什么既具有橡胶状弹性又具有塑化成型性11. 从热力学角度出发讨论高聚物结构变化对熔点的影响。1. 等规稀类聚合物：即等规聚 -a 稀烃，随取代基的空间位阻增大，主链内旋转 位阻增加，分子链的柔

7、顺性降低，熔点升高。当侧链长度继续增加时，会使熔点回升。当取代基为体积庞大基团时，由于内旋转的空间位阻， 使分子链刚性增加， 熔 点升高。这类取代基的空间位阻越大，熔点升高越多。2. 脂肪族聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚脲：这类聚合物随重复单元的增加， 逐渐趋 于聚乙烯的熔点。3 . 主链含苯环或其它刚性结构的高聚物： 主链含有环状结构或共扼结构的聚合物， 都 使链的刚性增加， 具有比对应的饱和脂肪链聚合物高得多的熔点。 对位芳族高聚物的熔点比 相应的间位芳族高聚物的熔点要高。12. 聚合物的取向结晶有何特点特点： 结晶聚合物的结晶速度随张应力和纺速的提高而增加，结晶体的结构随纺速不同而不同。结晶聚

8、合物的形态随分子取向程度的不同而变化，结晶温度和结晶速率升高。 （ 1、从结晶理论来看，大分子取向规整区域越大， 生成晶核的临界温度越高。 2，从热力学来看， 取向比未取向体系的熵值低， 所以从熔体转变成晶体时， 取向体系的熵值变化较小， 即自由 能变化较大， 这样， 就能使那些在未取向体系中不稳定的亚稳晶核稳定下来， 即增大晶核的 生成速率。13. PA6和PET长丝拉伸方法有何不同为什么PA6是室温拉伸，因为它的玻璃化温度低，结晶度低。PET是热拉伸，因为它的玻璃化温度高，结晶度低。14. PET纤维在拉伸过程中其结晶和取向结构有何变化15. 试述影响湿纺初生纤维横截面的因素，并结合纺丝

9、工艺条件加以讨论。（1）传质通量比 （Js/JN） （ 2）固化表面层硬度（ 3） 喷丝孔形状讨论：（1）当 JS / JN <1 时，丝条就溶胀，纤维的横截面是圆形的。（2）当 J JS / JN >1 时，则横截面的形状取决于固化层的力学行为：（3）柔软的表层收缩的结果导致形成圆形的横截面；（4）具有坚硬的皮层时，横截面的崩溃将导致形成非圆形.16. 阐明引起溶纺 （或干纺或湿纺） 非稳态纺丝的原因， 并举例讨论其影响因素。17. 简述影响溶解度的结构因素。1. 大分子链的结构的影响大分子链的化学结构使分子间作用力f溶解度J链结构的不规整性f，溶解度f大分子链的刚性f，溶解度J

10、分子量M f，溶解度J2. 超分子结构的影响结晶度f溶解度J但极性的结晶聚合物也可以在常温下溶解。 无定形部分与溶剂的相互作用会释放出大量热，致使结晶部分熔融。3. 溶剂结构的影响（1）溶剂的化学结构、缔合程度（2）溶剂的极性 溶剂的极性越接近聚合物的极性，溶解度越高（3）极性溶剂的基团性能溶剂的极性基团与聚合物极性基团相互吸引产生溶剂化作用，溶解度f（4）溶剂极性基团旁的原子团原子团f极性聚合物的溶解度J（5）混合溶剂溶解性f18. 工业生产中应如何选择溶剂溶剂 +聚合物浓溶液：加工流变性好，等浓度溶液的黏度低，等黏度溶液的浓度高19.如何表征聚合物流体的弹性（ 1） 流体的弹性回缩（2）聚

11、合物流体的蠕变松弛（ 3）孔口胀大效应4）爬杆效应（ 5）剩余压力现象（ 6）孔道的虚构长度（ 7）无管虹吸现象20.试述纺丝过程的基本规律。1. 在纺丝线的任何一点上，聚合物的流动是稳态和连续的；2. 纺丝线上的主要成形区域内，占支配地位的形变是单轴拉伸；3. 纺丝过程是一个状态参数连续变化的非平衡态动力学过程；4. 纺丝动力学包括几个同时进行并相互联系的单元过程动能传递、传热、传质、结构 参数变化等.21. 连续拉伸可分为哪三个区，各个区之间丝条或丝束的运动速度和张力有何不同I区：准备拉伸区VR恒定并等于丝条的喂入速度，当纤维温度超过玻璃化温度而开始明显形变的瞬间，准备区结束 拉伸张力随拉

12、伸比的增大而单调增大.n区：形变区或真正拉伸区纤维中大分子发生取向，伴随着结构改组. VR提高，引起拉伸张力和拉伸应力增大，川区：纤维拉伸松弛区，纤维不再发生形变. 拉伸张力随拉伸比的增大而单调增 大22. 熔融纺丝所得到的初生纤维，其结构对拉伸性能有何影响1. 熔纺成型的本体聚合物卷绕丝(1)结晶度和结晶变体的影响?熔体卷绕丝的结晶度f拉伸曲线沿“ b”c” t a”型变化,屈服应力c* f，且N f?结晶变体的相对含量也影响拉伸行为可拉伸性：丫型结晶变体 > B型结晶变体>a型结晶变体预取向度的影响熔纺卷绕丝预取向度f， 拉伸曲线沿“ C” t “ b”型变化，逐渐转变为 均匀

13、拉伸，屈服应力c*f， E f， Nj(卷绕丝预取向度J，拉伸曲线从“ b”a ”、T C )O熔纺卷绕丝预取向度不太高时，可拉伸性好(3)卷绕丝分子量的影响一般卷绕丝分子量f，c* f熔纺卷绕丝其它结构因素的影响卷绕丝内含较大的气泡或固体粒子时，卷绕丝内出现裂缝或线密度度波动时可拉伸性J归纳：熔纺卷绕丝结晶度或取向度f，E f c* f £ 断裂 J熔纺卷绕丝分子量f,断裂强度和断裂伸长f2. 湿法成型冻胶体凝固丝凝固丝网络骨架越细密最大拉伸比f凝固丝的溶胀度f可拉伸性f但冻胶中溶剂含量太多,网络弱, 经不起高倍拉伸 .23. 热定型过程中纤维结构和性能发生了哪些变化（一）热定型中

14、纤维结构的变化1. 结晶结构的变化（1）结晶度：松弛热定型，结晶度f; Tf,结晶度f 紧张热定型,结晶度不变或增加较慢（2）晶粒尺寸：松弛热定型，微晶尺寸f（ 尤其与取向垂直方向上的尺寸） t晶区更完善紧张热定型，平行于纤维取向轴的微晶尺寸ff垂直于纤维取向轴的尺寸略微增大，张力大时可能J（3）晶格的变化 热定型影响晶格结构 .2. 取向结构的变化松弛热定型，取向度J; Tf,取向度J 定长热定型 , 取向度不变 定张力热定型，取向度f3. 形态结构的变化Tf,长周期f （折叠链数f）（二）热定型对纤维物理机械性质的影响1. 力学性能的变化松弛热定型时，断裂强度J,伸长f; Tf,影响更大紧

15、张热定型时，强度不变甚至f,伸长J; Tf,强度f,伸长J2. 热收缩率的变化T定型f,热收缩率f3. 吸湿和染色性能的变化 热定型对纤维的吸湿和染色性能的影响较为复杂 . 吸湿和染色性能主要取决于纤维的结晶度、晶粒尺寸、非晶区的取向以及微孔结构24. 为什么硅橡胶的耐低温性能特别好25. 塑炼过程中氧气和温度对塑炼效果有何影响26. 在涂料的生产过程中，颜料粒子是如何稳定分散在涂料中的使已混合均匀的漆料在研磨机中达到充分润湿状态， 使漆浆中的颜料聚集体粒子大小降 到涂料产品要求的细度，并在粒子周围附上一层漆料，以使颜料粒子保持在稳定分散状态。27. 熔纺纺程上的温度分布方程是在什么条件下导出

16、的? 内能 U 的变化及流动过程中能量失散均忽略不计；? 忽略热辐射；? 在纺丝线上的任何一点上，聚合物流动是稳态的；? 丝条在冷却过程中无相变热释放；? 以拉伸应变速率和拉伸应力作粘性拉伸流动过程中产生的热量可忽略? 沿丝条轴向的传热可忽略；?丝条径向无温差；并将丝条作圆柱形处理，其直径为d、密度为p、速度为 v.28. 试述动力学结晶能力G的物理意义，并解释K-T曲线上出现极大值的原因。（1）G的意义：某一聚合物从熔点 Tm以单位冷却速度降低至玻璃化温度 Tg时，所 得到的相对结晶度 .（2）由于结晶包括成核过程及晶核生长过程， 在轻微过冷（接近熔点） 条件下，成核的动力很小，物料结晶很慢

17、；另一方面，当温度接近玻璃化转变温度Tg 时，由于分子缺乏流动性，晶体生长速率也较低。29. 熔融纺丝过程有哪些几类参数及其主要内容宏观状态参数T-X （ 温度场 ） V-X （ 速度场 ） P-X （ 应力场 ） Ci-X （ 浓度场 ） 微观状态参数 取向度 结晶度 网络结构30. 纺丝线上拉伸应变速率为什么会变化及如何变化31. 何谓稳态纺丝及非稳态纺丝哪些因素影响初生纤维的线密度的不均一性稳态纺丝是指纺丝线上的任何一点都具有各自恒定的状态参数，不随时间而变化。32. 熔纺纺程a的控制因素（丝条运动速度和吹风速度）是怎样变化的，它有什么实际意义33. 纺程上I区，H区，皿a,皿b,以及W

18、区的特点如何I区：准备拉伸区VR恒定并等于丝条的喂入速度，d dL = 0.当纤维温度超过玻璃化温度而开始明显形变的瞬间，准备区结束n区：形变区或真正拉伸区 d dL2 2d_vd2vn a: dL2> 0 ; n b : dL2< 0纤维中大分子发生取向，伴随着结构改组.川区：纤维拉伸松弛区纤维不再发生形变34. 进行拉伸的方式有那几种各适用于何种纤维（1）干拉伸（室温拉伸、热拉伸）、蒸汽浴拉伸、湿拉伸（2） 干拉伸：Tg较高或拉伸应力较大的（长丝）纤维； 蒸汽浴拉伸：Tg大、拉伸应力 大、拉伸倍数高的（短）纤维；湿拉伸：纤度较粗的短纤维35. 何为细颈拉伸、冷拉伸、均匀拉伸无定

19、型聚合物、结晶聚合物、冻胶初生纤维在拉伸行为上有何不同（1）细颈拉伸：处于不可拉伸与均匀拉伸之间的拉伸温度区域的拉伸36. 拉伸条件对拉伸曲线有何影响试归纳其变化规律。1. 拉伸温度的影响 未取向结晶高聚物的典型拉伸曲线：T拉伸w Tg ,拉伸曲线呈a型T拉伸Tg、T f,拉伸曲线呈 c型T拉伸Tg、T ，拉伸曲线近似 b型T拉伸J,拉伸曲线由 btct a型2. 拉伸速度的影响VRf,拉伸曲线由 brc t a型，f （c、a型）N f （c 型）VRf,拉伸曲线的变化与降低 T的影响类似 VR达到一定值以上时，应考虑拉伸放热对拉伸应力的影响，VR f等效于T f3. 低分子物的影响 低分子

20、物的增塑作用,对纤维拉伸行为的影响与提高温度类似。减小低分子物作用,拉伸曲线由 btc t a 型。4. 初生纤维线密度的影响线密度f r拉伸应力和自然拉伸比f :等效于T J 但线密度较大时，线密度f r比表面积J r散热慢 r拉伸后易局部升温而产 生细颈。37. 影响熔纺初生纤维拉伸应力的因素有哪些通常采取 哪些措施提高其拉伸倍数,从而使拉伸均匀38. 影响拉伸工艺稳定性的因素有哪些39试述拉伸过程涉及三种形变机理，它们之间的关系如何1普弹形变1 仁e/E1?普弹形变是大分子主链的键角和键长受力后发生形变的反映?普弹形变与应力同相位，瞬间发生和瞬间回复?普弹形变的弹性模量 E1很大，形变量

21、 1很小2 高弹形变 22(t)首(1 e " 2)高弹形变是大分子链在引力作用下，由卷曲构象转化为伸展构象的宏观表现高弹形变的特点是模量 E2较小，形变量 2大，可伸长至10倍以上 有明显的时间依赖性(形变滞后于应力，形变在外力除去后基本上能回复, 但回复需要时间)，松弛过程3.塑性形变 3e3 t3塑性形变是聚合物在外力作用下，大分子链间产生相对滑移的宏观反映塑性形变实际上是一种 流动变形，其分子运动机理虽与粘性流动相类似, 但必须在屈服应力6*之上才能发生塑性形变的特点是外力去除后，形变完全不可回复40. 为什么非晶取向因素是决定纤维强伸的主要因素41. 试用蠕变方程解释纤维在

22、拉伸中的形变机理。蠕变方程：(t)123(1 e)eE1E23普弾形变：瞬间发生， 是大分子主链的键角和键长受力后发生的形变。形变与应力同相 位，形变能马上回复；弹性模量很大，形变值很小高弹形变：大分子链在引力作用下，由卷 曲构象转化为伸展构象的宏观表现。形变滞后于应力，有明显的时间依赖性。是一种松弛过程。模量较小，形变量大。塑性形变：聚合物在外力作用下，大分子链间产生相对滑移的宏 观表现。形变是完全不可回复的。42. 影响松弛时间的因素有哪些它们如何影响高弹形变的发展(1)增塑所引起的活化能下降 Up和T(2)高弹形变的发展与外力作用的时间、增塑所引起的活化能下降Up纤维的拉伸应力以及形变时纤维的温度 T 有关43. 叙述分子网络理论的基本模型，Nc、Ns、n、a在 分子网络理论中的含义。网络理论：每种纤