工程材料10,11章作业

工程材料作业第十章1.什么叫的高分子材料？按性能和用途可分哪几类材料？按材料的热行为和成型工艺特点分哪两类材料？答：（1）高分子材料：由众多原子或原子团主要以C-C共价键结合而成的相对分子质量约104以上的化合物构成的材料，也叫有机材料。

（2）塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料、功能高分子（3）热塑性高分子材料，热固性高分子材料2.举出几种按单体原料命名的高分子材料，并写出其缩写标志？答：聚甲醛POM；聚苯醚PPO；聚酰胺PI。

3.高分子的结构分为哪几个层次？高分子聚集态结构包括哪几个方面？答：（1）（2）晶态：叠链片晶，单晶，球晶，微丝晶，伸直链晶非晶态：无规线团，链接，链球取向态结构：分子链或链接，微晶取向织态结构：一种高分子与其他类型的高分子或添加剂形成共混体系，它们之间形成的互相排列。

4、为什么高分子链结构是决定高分子材料基本性质的主要因素？试举例说明。

答：高分子链结构是高分子链中结构单元的化学组成、空间构型、键接方式、键接序列、分子链的支化、交联、分子量、形状和尺寸等。

高分子物质由于分子量大，使其物理性能、力学性能与低分子物质相比有明显差别，不同高分子链节所含原子或基团及其空间排列不同，形成了所组成的不同高分子材料间性质存在差异甚至很大差别。

例如：聚乙烯的合成单体都是乙烯，其组成相同。

由于合成方法不同，聚乙烯的结构有所不同，其性能也不完全相同。

1、高压聚乙烯（低密度聚乙烯）——LDPELDPE是在微量氧的存在下，通过高温（200℃）高压（1000大气压）聚合而成。

从聚合机理来说属于自由基聚合，易引起链转移，所以支链比较多，没 1000个C的主链上具有15～30个支链，而且支链比较长，链与链之间距离较大，密度小（0.910～0.925g/cm3）,g故又称之低密度聚乙烯。

2、低压聚乙烯（高密度聚乙烯）——HDPEHDPE是在齐格勒—纳塔催化剂作用下，在65～95℃，1～14个大气压下聚合而成。

从聚合机理来说属于阴离子配位聚合，很少发生链转移，支链很少，而且很短，每1000个C 主链上仅有0.5～3个支链，分子量较大,为7～30×104，几乎是LDPE的2倍以上。

由于支链少，而且短，分子链之间靠的比较近，密度大（0.940～0.965g/cm3），故又称之为高密度聚乙烯。

3、线性低密度聚乙烯——LLDPELLDPE合成工艺基本上与HDPE相同，所不同的是所用单体除乙烯外，还有小部分α-烯烃如1-丁烯、丙烯、1-己烯、1-辛烯等。

实际上LLDPE是乙烯与α—烯烃的共聚物。

所谓线型指的是两种单体在聚合过程中头尾相接而成，并非无支链。

虽然也有许多支链，但是支链的长度仅仅是α—烯烃聚合后余下的部分，分子链之间距离较LDPE小，密度比LLDPE大，但比HDPE小。

三种聚乙烯从主链组成来看，都是以—CH2—为主体的链状高分子化合物。

所不同的只是结构上的差异即支链化程度和支链的长短不同。

尽管三种PE只是在链结构上有所差异，却直接影响到分子链间的距离，进而影响到材料密度，正如表-2所示，材料的密度主要由链结构所决定。

而密度又直接影响材料性能，所以链结构不同性能自然也就不同。

5、在成型加工过程中，结晶对高分子材料性能有何影响？取向后，高分子材料的性能变化有何特点？答：结晶影响：由于结晶，高聚物的微观结构发生了变化，性能也明显的不同。

如密度、刚性、耐磨性、耐热性和强度增强或提高，但冲击吸收能量降低，透明度变差。

由于分子量或结晶过程条件不同，结晶的程度便不同，材料的性能和使用范围也就不同。

取向影响：非晶态聚合物取向简单，结晶聚合物取向复杂。

取向前聚合物各向同性，经过取向呈现明显的各向异性，力学性能、光学性能和热传导性能都有所不同。

沿取向方向的机械强度高，垂直于取向方向的机械强度低，平行于取向方面的折光指数与垂直方向不同的双折射现象，沿取向方向传热快、垂直方向传热慢。

6.举例说明高分子结构与性能之间的关系。

答：(1)线型高分子化合物,线型高分子链间只存在微弱范德华力，分子容易互相滑动，并可在某些溶剂中溶解，溶解后溶液的粘度非常大。

当温度升高时，线型高分子材料可以熔融而不分解，成为粘度较大、能流动的流体。

应用：可以模塑成型并多次反复使用。

大多数热塑性树脂都属于这一类材料，如聚氯乙烯、聚乙烯等(2)体型高分子化合物的分子量和分子体积为没有限度的一个巨型分子。

化合物中各个单元结构均以共价键相结合，不能被溶剂溶解，受热后不软化，也不能流动，不能直接反复使用。

体型高分子化合物是无定形的，只有玻璃态，具有较高的硬度和脆性而不具有塑性。

应用:体型高分子材料加热固化后得到坚硬制品，制品硬度随固化度升高而增加，此类物质称热固性树脂，例如环氧树脂、酚醛树脂等。

(3)部分高分子材料具有其它材料所没有的高弹性，如橡胶可拉伸十多倍而又弹回，这一特有性能来自于大分子长链结构和链上各键的内旋转性。

(4)分子量：低分子化合物有固定的分子量。

高分子化合物没有固定的分子量，而是平均分子量，分为重均分子量和数均分子量，分子量符合正态分布。

分子量范围越窄，性能越好。

(5)熔点：低分子化合物有固定熔点，但是高分子化合物没有固定的熔点，实际为一个范围——熔程，加热过程中相对低的分子先熔融。

7.简要叙述高分子材料性能的主要特点及应用。

答:主要特点: 优点(1)质轻,有透明品种;(2)具有优良的耐腐蚀性能,大多数能耐酸碱盐侵蚀,并耐水/抗氧化;(3)大多数与钢构成摩擦副的摩擦系数小、易滑动;(4)有缓冲作用,能吸收振动和声音;(5)导热系数较低,可用作隔热材料。

缺点(1)容易发生蠕变、应力松弛现象，所以对施工要求严格规范；（2）热膨胀系数较大;(3)某些材料具有低温脆性;(4)耐热温度低(5)使用过程中会出现”老化”现象。

应用:纤维、塑料、橡胶、涂料、粘合剂、功能高分子。

8、简要叙述塑料的主要成型方法和橡胶的加工工艺答：塑料的成型方法：1、挤出成型是加工热塑性塑料最早使用的方法之一，也是目前应用最普遍最重要的一种方法。

将热塑性高聚物和各种助剂混合均匀后，在挤出机的机筒内经旋转的螺杆（单螺杆、双螺杆）进行输送、压缩、剪切、塑化、熔融，并通过机头定量定压挤出而成制品的过程。

挤出成型的特点：生产过程可以连续化，因而产品可以无限长，生产效率高。

根据模口不同，可以生产：管、棒、板、片、薄膜、网、单丝和其它异型材，可制作发泡材料、中空制品和复合挤出不同材料。

2、注射成型根据金属压铸成型原理发展起来的，是目前高分子材料成型的另外一种常用方法。

注射成型，因加工适应性强、能成型外形复杂、尺寸精确、或带有金属嵌件的制品，既可作为热塑性塑料的成型，又可成为热固性塑料和橡胶制品的成型。

将高聚物粒料加入已预热的注射成型机料筒内进行加热融化，并借助机筒内螺杆或柱塞的压力将熔融物料经过料筒前端喷嘴快速注入温度较低的闭合模具中，经一定时间的定形冷却后开启模具制得产品的过程。

3、吹塑成型将挤出或注射成型的尚未冷却固化的。

管状型坯趁热放到模具型腔中，再用压缩空气吹胀型坯，使管状型坯紧贴模壁，并迅速冷却定型成产品。

特点：主要是热塑性塑料，是一种成型中空制品的方法，主要用于化工中各种塑料瓶、桶、罐等。

吹塑成型能较好地保证制品的外形和尺寸，能成型用注塑等其他方法无法成型的中空制品。

吹塑成型可分为两类：用挤出方法成型管坯的称为挤出吹塑，用注塑成型方法成型管坯的称为注塑吹塑4.模压成型将粉状、粒状高分子材料以及碎屑状或纤维状的增强物直接加入预热的压模型腔，然后以一定的速度闭合模具，物料在热和压力作用下呈流动状态并充满型腔，在化学或物理作用下硬化成型，制得制品。

特点：主要用来成型热固性塑料和橡胶，也可来成型热塑性塑料。

与注塑成型相比，模压成型的制品收缩率小、变形小、性能均匀，设备和模具简单低廉。

吹塑成型过程：加料→闭模→排气→固化→脱模→清理模具。

5.传递模塑将物料加入到预热的加料室中，通过压柱向物料施压，物料在高温高压下熔融并通过模具的浇注系统进入模腔，逐步固化成型。

特点：能成型比较精密的热固性塑料或带有细薄嵌件的制品。

传递成型最好是采用流动性好的材料，以便充满型腔橡胶的加工工艺塑炼为了混炼加工和便于成型，须先将生橡胶塑炼，使生胶从弹性状态转成塑性状态。

塑炼可在开放式或密闭式炼胶机上进行。

塑炼不充分就得不到均一的塑性，从而影响成型。

塑炼过度则会导致制品性能下降。

混炼将各种配合剂加入到塑炼后有一定塑性的生胶中，混合分散均匀的过程。

混炼是橡胶加工中重要工序之一，混炼质量的好坏对进一步加工和制品质量有决定性影响。

混炼通常用开炼机、密炼机或连续混炼机进行。

成型工序通过挤出、压延成型或织物复胶等，预先做好产品的形状，或按产品一定的结构加以组合成型的过程。

硫化工序橡胶加工中最后的一道工艺过程。

只有将成型后的半成品硫化，才能获得所需形状和物理、力学、化学（稳定性）及抗老化性能的制品。

硫化过程中的温度、压力、时间等条件的控制关系制品的性能。

通常用单体硫化机或硫化罐进行硫化，也可采用连续硫化的方法，如红外线、沸腾床、微波等方法。

9、选择高分子材料时应注意些什么？答：高分子材料是通过各种适当的成型加工工艺制成产品的，材料类型不同，成型加工工艺就不同。

高分子材料的性能，一方面决定于组成材料的结构和用量，另一方面则受制于加工成型方法和过程中的工艺条件。

成型方法不同，制品性能就会不相同，甚至于同一成型方法中，工艺条件不同，制品的性能也会有很大的差异。

高聚物取向结构是影响材料性能的重要因素，它既取决于高聚物类型，又取决于如拉伸取向时温度、时间、应力大小或拉伸速率等成型加工取向时的工艺条件。

取向影响热塑性高分子材料注射成型中模温、成型温度、冷却速率诸多因素都影响取向程度，从而影响制品性能，如：提高物料和模具温度可降低取向程度；较高的注射压力（即剪切应力）会增加取向程度；延长保压时间会增加取向作用；充模速度快则取向减弱；制品冷却速度快会增大取向作用。

压延效应压延成型时，高聚物分子会因压延方向上受到很大的切应力和一定的拉伸应力，而顺着薄膜前进方向发生分子取向，以致薄膜在物理、力学性能上出现各向异性的现象。

也称取向效应。

压延效应会引起制品性能变化。

例如软聚氯乙烯薄膜经压延后断后伸长率纵向约140%～150%、横向约37%～70%，两向明显不同。

在自由状态加热时，薄膜各向尺寸也发生不同的变化，纵向出现收缩，横向与厚度出现膨胀。

这种压延效应的程度会随压延机操作时辊筒速度、辊筒间速比、辊隙间存料量以及物料粘度等因素的增大而上升，随辊筒温度的升高而降低。

高分子材料挤出、压延或其它成型方法中，只要经过牵引或卷曲，通常都会使制品保留一定程度的单轴或双轴取向。

某些情况下,采用一定设备和工艺条件，对制品进行拉伸，从而达到提高制品某些性能，特别是沿拉伸方向力学性能的目的。