《高分子材料》习题

1、聚乙烯Q1总结LDPE、HDPE和LLDPE结构性能区别.LDPE主链上存在大量长支链和短支链；HDPE主链含少量短支链；LLDPE主链上存在大量短支链（与LDPE相当）。由于支链的存在及支化程度的不同，导致性能上的差异。支链的存在影响分子链的反复折叠和紧密堆砌，导致密度降低，结晶度减小，熔点，强度，拉伸模量降低。Q2.从微观结构因素分析，为什么交联PE的力学性能有大幅度的提高。通过查阅文献分析一下PE的结构对PE交联反应的影响及其机理。PE力学性能低主要是由于分子间作用低，而交联的PE只要是用化学（过氧化物交联或硅烷交联）或辐射方法通过交联，形成网状结构的热固性塑料，分布越集中，分子间作用力

2、提高，使密度增大，相对分子量变大，支化变少，从而抗冲击，抗蠕动抗应力好。辐射交联RHRFTTRHT.它,RIIR-3,H2petc.RHaeRHRH/-R-,H-pH2RHiIII?*1U：!R-bK*AHK一R光交联光交联是通过光引发剂吸收光能量后转变为激发态，然后在聚乙烯链上夺氢产生自由基而引发聚乙烯交联的。过氧化物交联RQQR_*20-R0*+RrHROH+R“RRjR【1】刘新民.交联聚乙烯的实验研究青岛：中国海洋大学，2003.Q3.通过查阅文献并结合课上所学知识，从LLDPE的分子结构特征分析为什么LLDPE的耐环境应力开裂性能要高于HDPE和LDPE。所谓环境应力开裂（ESC）是

3、指材料在环境因素和应力因素协同作用下发生开裂的情况。影响聚乙烯耐环境应力开裂（ESCR）性能的因素很多，主要有：分子量及其分布，密度和结晶度，分子链结构，聚合物组分及成型加工工艺。分子量及其分布。一般认为PE的分子量越大（熔体流动速率越小），分子链越长，晶片间系带分子数越多，ESCR性越好。分子量分布是影响ESCR性能的另一个重要因素。分子量分布直接反映了高聚物中大分子和小分子的含量。大分子的含量多，晶片间的连接分子数就多,ESCR性能愈好；而小分子的含量多对ESCR性能是极为不利的。当分子量分布窄时,分子链长短较均匀，能生成均匀的微晶结构，低分子空隙区少，所以ESCR性能好，而LLDPE分子

4、量分布最窄窄。密度和结晶度。PE密度越大，结晶度越高，晶片间的系带分子数愈少，将导致ESCR性能下降。另一方面，结晶度愈高，晶粒间结合的密度大，环境介质不易渗透到无定形区而使系带分子不易解缠和松弛,有利于ESCR性能的提高。分子链结构。增加链的支化度也可以提高PE的耐开裂性能。当PE分子带有支链时能大大提高PE的ESCR性能。如在PE主链上引入弹性链段，这些弹性链段使PE大分子链具有很好的弯曲性，阻碍球晶和好的序态形成，因此比均聚物的ESCR性能好。LLDPE由乙烯和少量a-烯烃共聚制得，引入了第二单体链段，且LLDPE含有大量的短支链，所以ESCR性能好。【1】叶昌明.HDPE耐环境应力开裂

5、的机理影响因素和改进塑料科技，2002，5:55-56.【2】陈祖敏，染晓明，冯新书.PE管材耐环境应力开裂的影响因素及对策.1998，26（11）:18-20.【3】陈祖敏.影响聚乙烯管材耐环境应力开裂的因素及对策.塑料科技，2000，6:27-29.Q4.自学教材：了解茂金属聚乙烯、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、乙烯共聚物的结构性能特点，掌握其英文缩写。茂金属聚乙烯（m-PE）-乙烯由茂金属催化剂与甲基铝氧烷催化剂组成的催化体系制得。茂金属乙烯立构规整性好，支链短而少，分子量高且分布窄，制品密度低，高拉伸强度高，透明性好，冲击强度高，热封温度低，主要用于膜类产品。由于加工性能差，常与LDPE共

6、混改性。氯化聚乙烯（CPE）-高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中仲碳原子上的氢原子被氯原子部分取代的一种无规聚合物。常用含氯量30%40%。氯化聚乙烯分子链含侧氯原子且无规分布，破坏了分子链的对称性，结晶度降低，材料变软，类似橡胶的弹性。氯含量增加，弹性降低。氯化聚乙烯具有优良的冲击性能、阻燃性能、耐热性能（长时间使用温度达120。0,耐候性、耐油性、耐臭氧老化性好，耐磨性高，电绝缘性好。氯磺化聚乙烯（CSM）在SO2存在条件下对聚乙烯进行氯化可制得氯磺化聚乙烯。一般氯含量27%45%,硫含量1%5%。由于分子链上含有侧基氯原子和体积较大的氯璜酰基，分子链柔性变差，韧性及耐寒性变差,但耐老化性、耐油

7、性、阻燃性比聚乙烯有明显的提高。乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）共聚物的性能与乙酸乙烯脂的含量有很大关系：当乙酸乙烯脂的含量增加时,共聚物的回弹性、柔韧性、粘合性、透明性、耐应力开裂、冲击性能都会提高；当降低乙酸乙烯脂的含量时,共聚物的刚性、耐磨性、电绝缘性会增加。侧链极性的乙酸乙烯脂提高了共聚物在溶剂中的溶解度,时期耐化学药品性变差。聚丙烯Q1.什么是PP的等规度PP中等规聚合物所占的重量百分比。Q2.分析为什么PP大球晶会对性能造成不利的影响？如何避免？因为球晶边界是连接最弱的区域，而PP球晶结构为大球晶，球晶之间有明显的界面,在界面处易产生应力集中,会减弱断裂伸长、韧性、抗冲击性、刚性、弹

8、性模量、拉伸强度等性能。大球晶的直径远大于可见光波长，且晶区与非晶区的折射率相差较大，导致产生表面光的散射，导致透明性下降。可以采用降低熔体温度，缩短熔融时间；中等降温速度；增大加工剪切应力加入成核剂等方法避免大球晶的产生以改善PP的性能。参考文献：【1】王登飞，杜威，郭峰，等.聚丙烯成核剂的应用与研究进展.广州化工,2011,39（11）:25-27.【2】曹新鑫，何小芳，王海娟，等.聚丙烯成核剂及其对聚丙烯性能的影响.塑料助剂，2006.3:12-16.Q3.PP的等规度和分子量对PP力学性能的影响，其机理是什么？等规度越大，则拉伸屈服强度、硬度增大，抗冲击强度则下降。这是由于等规度大的P

9、P更整齐，有利于结晶，所以晶度越高，结晶会使拉伸屈服强度、硬度增大，抗冲击强度则下降。分子量增大（MFI减小），拉伸屈服强度、硬度减小，抗冲击强度则增大。这是因为分子量增大，缠结严重，结晶度下降，结晶度的下降会使PP的拉伸屈服强度、硬度减小，抗冲击强度增大。Q4、PP改性的方法有那些？各种方法对PP性能的影响是什么？共聚改性，例如与乙烯共聚可以得到无规共聚物和嵌段共聚物；可以增韧、提高耐寒性；但强度和耐热性降低。共混改性，例如PP与HDPE共混，PP与EPR和TPE共混，可以增韧、提高耐寒性；但强度和耐热性降低；与聚酰胺共混，可以增韧、提高耐热、耐磨和强度。填充改性，例如粉末状矿物填料填充PP

10、，可以提高耐热性、刚度、硬度；降低收缩和热膨胀。增强改性，例如用玻璃纤维增强PP，可以大幅度提高耐热性、刚度、硬度;降低收缩和热膨胀。Q5、为何PP容易氧化降解，请查阅资料，简要阐述其机理。聚丙烯氧化老化是按游离基连锁反应机理进行,具体过程如下:（1）链引发大分子聚丙烯RH受光、热或氧气的作用生成游离基。光或热PHR+HPH+02R+HOO链增长游离基自动催化生成过氧化物游离基和大分子过氧化物,过氧化物分解又产生游离基,使链不断增长。R+02POQ*POO+RHROOH+RRQOHRO+HOROOH十RHHO十R十H2ORO+RHROH+RHO+RHH2O十R2ROOHRO+ROO+H.0链终

11、止大分子游离基相结合，生成稳定的产物,使反应终止。R*4-R*R-RR十R00ROORROO+ROOPPPE（硬质PVC的拉伸强度与PS相近）（2）抗冲击性能：PE和软质PVC抗冲击性能都较好，聚丙烯和聚苯乙烯冲击强度较低（3）耐热性（抗热变形能力）：PP耐热性最好，PE，PVC，PS耐热性较差（4）热稳定性：PVC受热易分解，热稳定性差，其他稳定性较好（5）透明性：PVC，PS透明性较好，PE通常为半透明或不透明，PP为白色蜡状固体（6）绝缘性：四种塑料绝缘性都较好，PP高频绝缘性好，PVC中低频绝缘性好（7）耐溶剂和化学药品性：PE，PP耐溶剂和化学药品性能优异；PVC与PS耐酸碱性相近，

12、都不耐氧化性酸。PVC不耐极性溶剂，PS不耐非极性溶剂。（8）阻燃性：PVC由于含卤素原子具有较好的阻燃性，其他三种塑料都易燃。Q2.ABS是什么，它的三个部分各有什么功能？ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，丙烯腈使聚合物耐化学腐蚀且具有一定表面强度；丁二烯使聚合物呈现橡胶状韧性；苯乙烯使聚合物显现热塑性塑料的加工特性，即好的流动性。Q3请通过查阅文献回答下列问题：（a）“ABS合金/共混物”指的是什么？（b）目前已经商业化的ABS合金主要有几种？它们的性能特点是什么？从中自选一种阐述使其具备新的性能特点的原因或机制是什么？（a）ABS合金/共混物指为使ABS树脂达到某一性能通过共混

13、改性所得的塑料聚合物。（b）已商业化的ABS合金有ABS/PC、ABS/PA、ABS/PBT、ABS/PVC等。其中ABS/PC是为改进ABS阻燃性，具有良好的机械强度、韧性和阻燃性，用于建材，汽车和电子工业；ABS/PA耐冲击、耐化学品、良好流动性和耐热性材料；ABS/PBT具有良好的耐热性，强度、耐化学品性和流动性。以ABS/PA为例。尼龙（PA）是一种结晶性、强极性聚合物，而ABS是一种非结晶性、弱极性的聚合物，两者的溶度参数相差较大，ABS/PA合金是一种结晶/非结晶共混体系，体系的形态结构呈细微的相分离状态。为提高两者相容性，通常在体系中加入ABS-g-MAH（马来酸酐）这种接枝共聚

14、物作为相容剂，提高了两组份间的亲和性，使ABS/PA合金的拉伸撕裂强度（特别是湿态）迅速提高。【周建，ABS合金材料的研究进展，炼油与化工，2008,2,15-17.】聚酰胺Q1.写出尼龙6、尼龙66、尼龙610和尼龙1010的重复链节的结构。查阅文献了解什么是浇铸尼龙、其英文缩写及含意是什么，与一般尼龙相比其特点是什么？尼龙6-NH(CH)CO-n尼龙66-NH(CH)NHCO(CH)CO-n252624尼龙1010-NH(CH)NHCO(CH)CO-n浇铸尼龙-又称单体浇铸尼龙或MC尼龙(MomomerCastingNylon),指在常压下将熔融的以内酰胺单体用强碱性物质作催化剂,与助催化

15、剂等助剂一起,经真空脱水后直接注入到已预热至一定温度的模具中,物料在模具中发生快速聚合反应,凝固成的固体胚料.浇铸尼龙作为一种工程塑料,具有质量轻,运转时噪音小,机械性能好,回弹性好,耐磨性好,自润滑等特点.【戴永燕.铸型尼龙的制备与研究.化工中间体.2009,01,41-45.】Q2影响尼龙吸水率的主要因素是什么？为什么尼龙吸水后、力学性能会发生显著的变化？影响尼龙吸水率的主要因素是分子链中酰胺键的含量，即CH/CONH的比值。尼龙因含有大量极性的酰胺键而具有吸水性，水分及其含量对尼龙力学性能有很大影响。水分子进入尼龙分子间，降低了分子间作用力，使链段活动能力增强；同时水分子能与酰胺键结合形

16、成氢键，取代原来分子链间氢键，减小了分子链间氢键密度，使尼龙力学性能下降。【宋清焕，邓刚等。水分对尼龙1010/6力学性能的影响J。河南科学,2006,24(2),195-198.】Q3芳香族聚酰胺具有高强度、高模量及耐高温的原因，透明聚酰胺的原理是什么？芳香族聚酰胺分子中苯环与酰胺键交替排列，苯环自身具有刚性，与酰胺基团又存在共轭作用，并且酰胺基团上的氢能够与另一个分子酰胺基团羰基上的氧结合形成氢键。氢键的形成使得聚酰胺的结构易发生结晶化，而且分子间的氢键作用力较大，所以聚酰胺具有高强度、高模量及耐高温的优异性能。透明聚酰胺是聚酰胺的一个新品种，通常的聚酰胺是结晶型聚合物，而透明聚酰胺几乎无

17、结晶或结晶速度非常慢。通常采用向分子链中引入侧基的办法来破坏分子链的规整性，抑制晶体的形成，从而获得透明聚酰胺。常见的透明聚酰胺有聚对苯二甲酰三甲基己二胺。聚碳酸酯Q1.分析比较造成PE、PS和PC容易发生应力开裂原因的异同点。答：相同点：在外界环境作用下，在材料加工过程中有残余应力存在，使材料在远远低于屈服应力时就发生开裂。不同点：PE中大量结晶相和少量无定形结构并存，晶区与非晶区间接触薄弱，容易产生应力开裂。PS是因为分子链容易取向，但在制品冷却定型时，取向的分子链尚未松弛完全，因此容易产生应力开裂。PC的分子链刚硬，粘度大，不易流动，冷却时不能使分子链很好的伸展，所以产生应力开裂。Q2分

18、析比较PC、PA、ABS和具有高抗冲击性能的微观结构原因。答：PC的原纤维增强骨架间存在着大量的微孔隙，原纤维结构易滑移吸收冲击能量，微孔隙本身的变形也吸收冲击能量。PA中有氢键作用，且-CH2-的存在使分子链较柔顺。ABS中丁二烯使分子链柔顺，增强了聚合物的韧性。聚四氟乙烯Q1、请从分子结构角度分析PTFE为什么具有耐高低温、耐腐蚀和不黏附的特点？为什么各项力学性能很低？答：PTFE的C-F键的键能高（487kJ/mol,CC键的键能为387kJ/mol）,F原子的半径是0.064nm,而CC键的键长是0.136nm,通过螺旋形构象形成的F原子筒状外壳”严密的屏蔽了分子骨架碳原子。F原子的范

19、德华半径0.135nm,在PTFE中两个F原子的距离是0.27nm,因此PTFE螺旋形构象链的刚性很强，难弯曲。PTFE的分子量高,且几乎无支链,具有极高的化学稳定性,可以耐高低温、耐腐蚀和不粘附。PTFE是非极性聚合物,分子间或与其他分子间的物理吸引作用力很小,PTFE螺旋形构象链的刚性很强,难弯曲,大分子间的缠结难发生,导致力学性能不高Q2.当通过破坏PTFE分子结构的规整性提高其加工流动性后，其抗“冷流性”将如何变化,为什么？答：抗“冷流性”会提高。因为当分子结构的规整性被破坏后,其规整性下降,大分子缠结增加,导致“冷流性”减弱。Q3.查阅文献回答：具有不黏附性的PTFE如何和其他材料黏

20、合在一起？答：由于PTFE的不粘附性与表面自由能过低有很大的关系,所以可以先对其表面处理。钠-萘溶液处理法等离子体处理法0电解还原法高温熔融处理法辐射接枝处理法参考文献【1】李燕青,魏晓伟.聚四氟乙烯在粘结过程中表面处理的研究现状与发展.四川工业学院学报,2004,23:273-276.酚醛树脂Q1.热塑性PF和热固性PF结构上的差异及各自的合成条件。热塑性酚醛树脂是线性酚醛树脂,只能热熔融,不能交联。酚基上存在未反应的活性点,可用固化剂交联。热固性的酚醛会含有未反应的羟甲基,加热可发生固化交联。热塑性酚醛树脂合成条件：甲醛：苯酚1,酸性条件下反应：a）强酸一一通用性PF树脂；b）弱酸一一高邻

21、位PF树脂。不含羟甲基，不能自固化，需要固化剂。热固性酚醛树脂合成条件：甲醛：苯酚1,碱性条件下反应。含有可反应羟甲基,不需固化剂,加热就可以固化。Q2.热塑性PF和热固性PF的性能差异及原因。热塑性PF拉伸强度、模量较高,抗弯、抗冲击强度较低,耐热性较高,电性能差。使用六次甲基四胺固化得到交联网络密度较大,较均匀。但体系中会残余较多的极性小分子。热固性PF拉伸强度、模量较低,抗弯、抗冲击强度较高,耐热性较差,电性能好。通过分子上的活性羟甲基的反应交联固化得到的交联网络中缺陷较多。但体系中残余的极性小分子较少。氨基树脂Q1写出合成脲醛树脂和蜜胺树脂的基本化学反应。简单分析造成脲醛树脂与蜜胺树脂

22、性能差异的原因。尿醛树脂第一步第二步HeOHCnCQohcOHc2+0HNnh2NHCH2OHOHCH2NHOIICNHCH2OHNHCHC=0NCHtOIIIc=o-F(n-2)Ht0NHt/n-2NHzNH-CHjOHN-CHa-N-ClhN-C比OHC-0ic=otNHCH.OHNHCHiOli尿醛树脂的固化sCHlNCHzsooC=0C=0fNCFUN-CH?YCHzOH(0蜜胺树脂c=oNH3N瓮甲基二聚氟胺H_.12HcHOH?CCHoOHI、NRE-SBR；拉伸强度和撕裂强度：NRE-SBRBR；耐寒性：BRNRE-SBR；耐磨耗性：BRE-SBRNR；耐曲挠疲劳性能：BRNRE

23、-SBR；动态生热：E-SBRNRBR；耐烃类溶剂性：都是非极性橡胶，三者耐烃类溶剂性能差；耐热氧老化、耐臭氧老化性：E-SBRBRNR；加工性能：NRE-SBRBR。NR是非极性不饱和橡胶，分子量大且呈双峰分布，主链含双键，侧基较少，分子链柔顺，受到应力拉伸作用会结晶。综合这些结构特点，使NR具有高弹性，低内耗，动态生热小，拉伸和撕裂强度高，耐热氧、耐臭氧老化性能差，耐烃类油性能差，耐磨性、耐曲挠疲劳性、加工性能好。E-SBR是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物，是一种非结晶性橡胶。其主链上存在大量侧基，分子链较僵硬，主链上双键含量及反应活性比天然橡胶低。顺丁橡胶主链上存在大量容易发生内旋转的C-C

24、键，切无大的侧基，故其分子链柔顺性非常高，弹性好，耐寒性好，耐动态疲劳，动态内耗生热低；顺丁橡胶分子间作用力低，不易结晶，能够拉伸诱导结晶，但结晶度不及NR。Q2、从分子结构分析比较二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶和氯丁橡胶的性能特点？（强度、回弹性、动态内耗、耐寒性、气密性、耐油性、耐热性及耐03性）EPM是完全饱和的非结晶性（或有少量结晶）橡胶，分子链间作用力小，且无大侧基无双键。EPDM侧基为百分之一到百分之二的不饱和橡胶，可以硫化交联，两者主链饱和，且非极性，故耐热性，耐臭氧性均高于IIR和CR,弹性、耐低温性能好，气密性差，强度低，动态内耗低，非极性不耐油。随乙烯含量的增加，乙丙

25、橡胶生胶混炼胶和硫化胶的拉伸强度提高，弹性下降。IIR主链含少量双键，聚异丁烯段规整、对称性高一一结晶性橡胶。也具有拉伸诱导结晶的现象，故纯胶强度高。饱和度高，耐热性，耐臭氧性能优良。主链上多而密的侧甲基，使动态内耗高，气密性好，回弹性低，耐寒性高。CR中C-Cl键电子云密度高，Cl不易被取代，双键电子云密度减小，也不易发生变化，是结晶性橡胶，纯胶强度高，交联纯胶的强度略高于交联纯NR。弹性低，动态内耗大，耐寒性差，含CI,极性强，耐油性好,C=C与C=Cl共轭，耐热性，耐臭氧性能优异，但低于IIR和EPDMQ3.试述丁腈橡胶结合丙烯腈含量的增加对其性能带来的优缺点？丙烯腈含量增多，生胶可塑度提高，加工性能会改善；硬度、定伸应力、拉伸强度、