吉林大学聚合物加工成型最终答案答案教材

绪论作业

1.材料的分类，材料的四要素以及它们之间的关系？

答：材料一般分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料（高分子材料）

2.画图说明制造高分子材料的三个关键因素以及它们之间的关系。

3.区别塑料与橡胶的主要物理参数是什么？

答：主要在于玻璃化温度，塑料的玻璃化温度高于室温，在室温下处于玻璃态，呈现塑性；橡胶的玻璃化温度低于室温，在室温下处于高弹态，呈现弹性。

4.热塑性弹性体的结构与性能特点，试举几种常用品种。

答：热塑性弹性体的分子结构中一部分或全部由具有橡胶弹性的链段所组成，大分子链之间存在化学或物理交联而成的网状结构，起补强作用，常温下显示橡胶的弹性；而高温下，受热的作用这种网状结构消失，呈现塑性，可按热塑性塑料的成型方法塑化成型，冷却下这种网状结构又复原。很多场合可以取代橡胶应用。主要品种有SBS、SIS、SEBS、聚烯烃共混物、热塑弹性体、弹性体合金，热塑性聚氨酯，热塑性共聚酯和热塑性聚酰胺弹性体等。

5.涤纶、锦纶、晴纶和丙纶所对应的化学名称或英文缩写。

答：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，涤纶），聚酰胺纤维（PA，锦纶或尼龙），聚乙烯醇醛甲醛纤维（维纶），聚丙烯腈纤维（腈纶），聚乙烯纤维，聚丙烯纤维（丙纶），聚氯乙烯纤维（氯纶），聚氨酯弹性体纤维（氨纶）

6..添加剂选用的基本原则。

答：1)与高分子化合物的配伍性.2)耐久性.3)加工适应性.4)制品性能的制约性.5)不同添加剂之间的相互作用性.6)经济性

7.润滑剂属于何种添加剂？可以改善聚合物的何种性能？

答：润滑剂属于功能性添加剂的改善表观形成的添加剂，主要是降低摩擦副的摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质。润滑剂对摩擦副还能起冷却、清洗和防止污染等作用。

8.高分子材料的制造及成型加工流程；高分子化合物的成型加工过程。

9.高分子材料的特定温度包括哪些？各温度时，高分子材料所处的状态及特点怎样？

答：玻璃化温度（T g）、粘流温度（Tf）——无定型聚合物、熔融温度（Tm）——结晶性聚合物、分解温度（Td）当高分子材料在T g以下时，处于普弹性状态（玻璃态），为坚硬的固体，受外力作用形变（普弹形变）很小，外力消失，形变可以立即恢复。在T g以上时，处于高弹态（橡胶态），较小的外力就可使其发生较大的形变（高弹形变），形变可逆。当高分子材料达到T f（T m）时，处于粘流态（流动态），只要不太大的外力就可使其发生形变，这种形变是不可逆的，外力除去后，形变继续保持。达到T d时，高分子材料开始分解。综上所述，可得出：在T g以下，高分子材料只能进行机械加工，不能进行模塑成型。

10.注射成型和挤出成型起始于哪年？始于何种高分子材料的加工成型？

答：1870年赛璐珞挤出成型，1892年立式注射机赛璐珞成型－二大成型方法开始。

11.现代挤出机和注射机的原型由什么时间确定的？

答：现代挤出机、注射机的原型由20世纪30年代确定。

12.热收缩膜是在什么条件通过什么方法制得的？

答：无定型聚合物一般在T g以上不高的温度下（20℃左右）进行拉伸。热收缩薄膜就是在此温度附近进行拉伸，急冷定型，使之具有热收缩性。

13.填充剂与高分子化合物复合化时，为什么要对其表面进行处理？

答：由于填充剂的表面活性比较低，因此需要对其表面进行处理

14.在20世纪获得诺贝尔奖的高分子科学家姓名、获奖时间？

答：1920年，H. Staudinger提出高分子概念，并于1953年获诺贝尔奖（链状高分子化合物

的研究）。K. Ziegler和G. Natta于1963年获诺贝尔奖（新型催化剂和聚合方法的开发及其基础研究），P. J. Flory于1974年获诺贝尔奖（高分子物理化学理论及实验的基础研究）。

第一章高分子材料学

1、影响高分子材料性能的化学因素有哪些？

答：高分子材料的化学结构，即构成元素的种类及其连接方式（重复结构单元的特性）、端基、支化与交联、结构缺陷、基团的空间位置等是决定其性能的主要化学因素。

2、按高分子材料的主链构成元素可将其分成哪几类？试举例。

答：（1）碳链高分子主链以碳－碳共价键相联结而成，大多由加聚反应制得，分子间主要以次价力（范德华力）或氢键相吸引而显示一定强度，耐热性较低，不易水解。如PE、PP、PVC、PS、PMMA等。

（2）杂链高分子由碳－氧、碳－氮、碳－硫等以共价键相联结而成，主要是由缩聚反应或开环聚合制得。特点是链刚性较大，耐热性和力学性能较高，但一般易水解、醇解或酸解。如PET、PA、PF、POM、PSF、PEEK等。

（3）元素有机高分子主链中常含硅、磷、硼等，常见的为有机硅高分子化合物，热稳定性好，具有较好的弹性和塑性，高耐热性是其特征。

3、影响高分子材料性能的物理因素有哪些？

答：一、相对分子质量及其分布；二、结晶性；三、粒径与粒度分布；四、成型过程中的取向；五、熔体粘度与成形性

4、相对分子质量对高分子材料制品的哪些性能影响较大，哪些性能影响较小？

答：受相对分子量影响大的性能有：拉伸强度、弯曲强度、弹性模量、冲击强度、玻璃化转变温度、熔点、热变形温度、熔融粘度、溶液粘度、溶解性、溶解速度等。

受相对分子量影响较小的性能有：比热、热传导率、折射率、透光性、吸水性、透气性、耐化学药品性、热稳定性、耐候性、燃烧性等。

5、高分子材料相对分子质量分布与其成型性及制品性能的关系任何？为兼顾成型性

和制品的性能，可采取什么措施？

答：对于塑料制品，一般要求相对分子量分布较窄，这样成型加工性和制品性能都较均一。相对分子量分布过宽说明其中存在相对分子量偏低和过高部分。当相对分子量偏低部分所占比例过高时，有利于改善加工性能，但力学性能、耐热性、热稳定性、电气绝缘性能和耐老化性能均有下降；而当相对分子量过高的部分比例过高时，则塑化困难，影响制品的内在质量，降低外观质量，甚至出现象“鱼眼”一样的未塑化颗粒。对于塑料的成型加工来说，相对分子量分布可适当宽些。往往采用双峰分布的树脂，其相对分子量高的部分赋予制品优良的机械性能，而相对分子量低的部分则提供足够的成型加工流动性。对于合成纤维，则希望相对分子量分布尽可能窄些。

6、高分子化合物的哪些链结构因素有利于其结晶？

答：有利于结晶性的因素有：

1）链结构简单，重复结构单元较小，相对分子量适中；

2）主链上不带或只带极少的支链；

3）主链化学对称性好，取代基不大且对称；

4）规整性好；

5）高分子链的刚柔性及分子间作用力适中。

各种高分子化合物的结晶形态不同，但以斜方晶型、单斜晶型、三斜晶型为主。

7、熔融温度和熔融时间对制品的结晶度有何影响？为提高制品的机械性能和热变形

温度，应采用怎样的熔融温度和时间？

答：熔体中残存的晶核数量和大小与成型温度有关，也影响结晶速度。成型温度越高，即熔融温度高，如熔融时间长，则残存的晶核少，熔体冷却时主要以均相成核形成晶核，故结晶速度慢，结晶尺寸较大；反之，如熔融温度低，熔融时间短，则残存晶核多，熔体冷却时会引起异相成核作用，结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，有利于提高机械性能和热变形温度。

8、为了改善高分子材料制品的结晶度和尺寸稳定性，应对成型后的制品做何处理？并

简述处理方法的实质。而为了提高制品的冲击韧性，应对制品如何处理？简述处理方法的实质。

答：几个术语

1）二次结晶指一次结晶后，在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。过程相当缓慢，有时可达几年，甚至几十年。

2）后结晶是指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。这一过程不形成新的结晶区域，而在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续。

3）后收缩指制品脱模后，在室温下存放1h后所发生的、到不再收缩时为止的收缩率。通常，制品脱模后24h可基本定型。

上面情况的出现，将引起晶粒变粗、产生内应力，造成制品曲挠、开裂等弊病，冲击韧性变差。因此，在成型后，往往对大型或精密制品进行退火处理。

退火是将试样加热到熔点以下某一温度（一般控制在制品使用温度以下10～20℃，或热变形温度以下10～20℃为宜），以等温或缓慢变温的方式使结晶逐渐完善化的过程。

另一种方法是淬火（骤冷）。淬火是指熔融状态或半熔融状态的结晶性高分子，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。

9、液晶聚合物注射注射成型制品的哪一层面取向度最高？哪一层面取向度最低？

答：表层最高，中心层最低

10、加工温度对聚合物的熔体粘度有何影响？为降低聚合物的熔融粘度，采用升高温度

的办法对于PMMA和PP哪个更有效？

答：温度升高，可使高分子链热运动和分子间的间距增加，从而使熔体粘度下降。通常温度升高10℃，熔体粘度降低1/2～1/3。同升高40℃后，PP熔体粘度比为1.5，PMMA为4.1，故对PMMA更有效。

11、画图说明相对分子质量、压力、填充剂、温度和增塑剂对高分子化合物熔体粘度的

影响，并做简要说明。

12、高分子共混物可分为几种型式？什么型式的为高分子合金？画出示意图说明。

答：宏观上分相型高分子共混物（分散相粒径>1μm）

共混物微观分相型高分子共混物（分散相的粒径在0.1～1μm）

完全相容型高分子共混物

微观分相型高分子共混物

高分子合金

完全相容型高分子共混物

13、简述高分子合金化的制造技术，并画出高分子合金制造的通用流程。

答：（1）简单共混技术—完全相容型体系有效；不相容体系效果很差。

（2）接枝共聚技术—HIPS、ABS；嵌段共聚物也是一种高分子合金，如SBS、SEBS等。（3）多层乳液技术—乳液聚合，形成核、壳结构不同的多层乳胶微粒。

（4）相容剂技术—可制得具有稳定微观分相型结构、性能优良的高分子合金。已较广泛应用。

（5）互穿聚合物网络技术（IPN）—如PU/EP、PU/UP、PU/POM、PU/PVC等。

（6）反应挤出技术—如PA/EPDM超韧尼龙、PP/EPDM热塑性弹性体等。

（7）分子复合技术—刚性高分子化合物均匀分散在柔性或半刚性链的高分子化合物基体中，形成分子水平的复合。

（8）力化学技术—利用高剪切力作用下，高分子链的断裂或交联而形成接枝、嵌段或交联高分子。

14、聚合物填充剂分为哪几类？试举例说明。

答：

15、填充剂与高分子化合物复合化时，为什么要对填充剂进行处理？

答：采用偶联剂进行表面处理，改善高分子化合物与填充剂的界面张力

16、对于纳米颗粒填充剂常采用哪些方法使其在高分子化合物中分散均匀？

答：（1）层间插入法—高分子化合物插入层状分子层间。

（2）就地聚合法

（3）溶胶－凝胶法

（4）超细粒子直接分散法

17、乙烯、丙稀共聚物的性能特点。

答：

第二章添加剂

1、添加剂对高分子材料成型及制品有什么作用？

答：添加剂是实现高分子材料成型加工工艺过程并最大限度地发挥高分子材料制品的性能或赋予其某些特殊功能性必不可少的辅助成分

2、塑钢窗在使用一段时间后，外观发生了变化，这是为什么？是如何发生的？常采取

什么方法加以控制？

答：制造塑钢窗的聚合物发生了老化，造成了外观变暗、变色、变形等变化。聚合物的老化是光、热、氧以及微生物等物理、化学、生物等多种因素的共同作用造成的。为控制这种现象，会在生产过程中加入热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、抗臭氧剂、生物抑制剂等添加剂。

3、高分子材料的光降解是由什么光引起的？还有什么影响因素？

答：290～400nm之间的紫外线

光降解还与氧气、温度、湿度、大气组成有关。

4、增塑剂对材料的哪些性能有影响？

答：增塑剂使高分子材料制品塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性。

5、润滑剂对高分子材料的加工有何作用？润滑剂可分为几类？

答：润滑剂可降低熔体与加工机械（如筒体、螺杆）之间和熔体内部相互间的摩擦和粘附，改善流动性，促进加工成型，提高生产能力和制品外观质量及光洁度。按作用机理可分为内润滑剂和外润滑剂两类。

6、优良的润滑剂应具有哪些性能？

答：一个优良的润滑剂应具有以下性能：与聚合物有适当的相容性；分散性良好，不引起颜色漂移；热稳定性良好，具有高温润滑性，加工温度下挥发性较低，不分解，不变色；不影响制品强度，耐老化性和透明性等，用于食品包装材料时必须无毒性；价廉等。

7、主要的交联方法有哪些？哪种方法最常用？

答：高分子材料常用的交联方法有加热交联、辐射交联、添加交联剂交联等，添加交联剂交联的方法应用最普遍。

8、一种含有活性交联点的热塑性聚合物，用于核反应堆的电磁线绝缘包覆，耐热温度

和强度都较低，而暴露于核反应堆一段时间后，耐热温度和强度都达到了使用要求，这是为什么？

答：聚合物中的活性交联点暴露在核反应堆中由于受到辐射而引发交联，交联后耐热温度和强度性能得到了提高。

9、天然橡胶在不经任何处理情况下能否使用？若使其具有使用价值应如何处理？

答：天然橡胶由于受热极易变软和易老化，不能直接使用。应加入防老剂、填充剂等添加剂和硫化处理后使用（自己写的答案，大家可以再补充）

10、填充剂的主要作用是什么？

答：1）增加体积，减少高分子化合物的用量，降低制品成本。

2）改善某些特定的性能，如赋予隐蔽性；改善高分子化合物的熔融粘度、流动性及其他加工性能；提高制品的电性能、导热性、耐水、耐溶剂性和耐候性；赋予制品抗粘性能；增加制品的粘合性；改善制品的力学性能，提高尺寸稳定性；改善制品的表面特性，如提高电镀性、赋予印刷性；抑制高分子化合物硬化时的发热、防止龟裂；赋予阻燃性等。

3）改善橡胶混炼胶的性能，如调节可塑度和粘度，防止收缩，提高表面性能等；提高硫化胶的性能，如增加拉伸强度等，改善耐热性、耐油性、电性能等。

第三章高分子材料的配方设计

1、高分子材料制品设计的一般程序是什么？画图说明。

答：从严格意义上说，配方设计应是制品设计。而配方设计是其核心部分，只有好的配方设计，再加上其他要素的配合，才能获得好的制品。

制品设计是在对制品形状、结构和使用性能科学的预测和判定的前提下，通过充分把握并正确选用高分子材料，制定出一套完整的制品制造过程的实施方案和程序。

2、配方的表示方法有几种？简述每种方法的具体含义？

答：（1）以高分子化合物为100份的配方表示法

即以高分子化合物质量为100份，其他组分则以相对于高分子化合物的质量份数表示，此法计量容易，应用广泛，适于工业生产，也是大多数科研论文和报告中的配方表示方法。（2）以混合料为100份的配方表示法

即以高分子化合物及各种添加剂的混合料总质量为100份，各组分以质量分数表示。此法对计算原材料消耗、定额指标等较方便，便于财务的成本核算及定价。