高分子期末大作业

1.简答高分子材料体系构成。

按循环次数分为哪几类？并举例说明。

（6分）
答：高分子材料：macromolecular material，以高分子化合物为基础的材料。

高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。

所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

高分子材料按来源分类
高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。

合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。

合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能--较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。

高分子材料按应用分类
高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。

其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。

有天然橡胶和合成橡胶两种。

②纤维分为天然纤维和化学纤维。

前者指蚕丝、棉、麻、毛等。

后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。

纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。

③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。

其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。

通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。

④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。

分为天然和合成胶粘剂两种。

应用较多的是合成胶粘剂。

⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。

根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。

⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。

它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。

高分子复合材料也称为高分子改性，改性分为分子改性和共混改性。

⑦功能高分子材料。

功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。

已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。

高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。

但是各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。

而聚
氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。

按照材料应用功能分类
高分子材料分为通用高分子材料、特种高分子材料和功能高分子材料三大类。

通用高分子材料指能够大规模工业化生产，已普遍应用于建筑、交通运输、农业、电气电子工业等国民经济主要领域和人们日常生活的高分子材料。

这其中又分为塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等不同类型。

特种高分子材料主要是一类具有优良机械强度和耐热性能的高分子材料，如聚碳酸酯、聚酰亚胺等材料，已广泛应用于工程材料上。

功能高分子材料是指具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物，包括功能性分离膜、导电材料、医用高分子材料、液晶高分子材料等。

按高分子主链结构分类
①碳链高分子:分子主链由C原子组成，如: PP、PE、PVC
②杂链高聚物:分子主链由C、O、N、P等原子构成。

如:聚酰胺、聚酯、硅油
③元素有机高聚物:分子主链不含C原子，仅由一些杂原子组成的高分子。

如:硅橡胶
其它分类
按高分子主链几何形状分类:线型高聚物，支链型高聚物，体型高聚物。

按高分子微观排列情况分类:结晶高聚物，半晶高聚物，非晶高聚物。

按循环次数分类
聚合物再生循环次数还可以分为四级循环。

如果产品或材料在完成使用目的后仍具有良好的物理性能和化学性能的材料，能再使用或再制成与原来相同的产品被称为一级循环。

例如材料在生产过程中剩余的边角余料。

二级循环：使用循环的材料制成新的产品，具有不同的规格，如回收的PP、PE 制造有色塑料袋。

三级循环：是从废料回收化学原料或能量，如回收溶剂，裂解聚合物回收油等。

四级循环：把废料进行焚烧处理，必要时可以回收能量，用于加热水、发电等。

例如垃圾发电。

2. 分别解释聚合物单体、链节、聚合度。

（6分）
答：聚合物单体：是指合成聚合物的起始原料。

聚合物链节：是指组成聚合物的每一基本重复结构单元；
聚合度(Degree of Polymerization) :聚合度指聚合物分子链中连续出现的重复单元(或称链节)的次数。

用n表示。

是衡量聚合物分子大小的指标。

以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值;以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含单个结构单元数目。

由于高聚物大多是不同分子量的同系物的混合物，所以高聚物的聚合度是指其平均聚合度。

聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成，因此聚合度是统一计平均值。

3. 高分子链一般分为线型结构、支链型结构、体型结构，试说明各自特点，并结合结构特点简述热塑性塑料和热固性塑料的一般性质。

（6分）
答：线型结构：弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料；支链型：近于线性结构；体型结构：硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。

热塑性塑料
加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。

聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚讽、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。

热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动．冷却变硬的过程是物理变化。

热固性塑料
第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。

正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。

这种材料称为热固性塑料。

热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。

酚醛、服醛、三聚氰胺甲醛、环氧、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。

4. 简述高分子材料在加工成型中的物理和化学变化？（6分）
答：高分子材料成型加工是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。

高分子材料成型加工，是指通常通过温度的作用，使得高分子材料受热熔化，再通过成型设备加工成所需要的结构形状的产品的过程。

有注、挤、吹、吸、拉等等。

物理：熔融、结晶，固化，分子链构象变化，溶胀，取向
化学：化学键断裂、重组，交联（橡胶硫化）
加工过程中高分子的结晶：
通常将高分子在等温条件下的结晶称为静态结晶过程。

但实际上高分子加工过程大多数情况下结晶都不是等温的，而且熔体还要受到外力的作用，产生流动和取向等。

这些因素都会影响结晶过程。

温度是高分子结晶过程中最敏感的因素，过冷度愈大，结晶时间愈短，结晶度降低，并使达到最大结晶度的温度下降。

熔化温度与在该温度的停留时间会影响聚合物中可能残存的微小有序区域或晶核的数量。

如果上次结晶温度高，则结晶度也高，晶粒较完整，故重新融化需较高温度；加工温度高，高分子中原有的结晶结构破坏愈多，残存的晶核愈少。

在熔融温度低和熔融时间短，则体系中存在的晶核将引起异相成核作用，故结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，并有利于提高制品的力学强度、耐磨性和热畸变温度。

高分子在纺丝、薄膜拉伸、注射、挤出、模压和压延等成型加工过程中受到高应力作用时，有加速结晶作用的倾向。

这是应力作用下高分子熔体取向产生了诱发成核作用所致，使晶核生成时间大大缩短，晶核数量增加，以致结晶速度增加。

应力对晶体结构和形态也有影响。

在剪切或拉伸应力作用下，熔体中往往生成一长串的纤维状晶体，随应力或应变速率增大，晶体中伸直链含量增多，晶体熔点升高。

压力也能影响球晶的大小和形状，低压下能生成大而完整的球晶，高压下则生成小而形状很规则的球晶。

高分子分子的链结构与结晶过程有密切关系。

分子量愈高，大分子及链段结晶的重排运动愈困难，所以高分子的结晶能力一般随分子量的增大而降低。

结晶过程分子链的敛集作用使高分子体积收缩、比容减小和密度增加，密度增大意味着分子链之间。