橡胶及塑料加工工艺重点青岛科技大学

1、 高分子结构层次，构象、构型、构造

结构层次：组成高分子不同尺寸的结构单元在空间的相对排列。 构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

构象：是指分子中的原子或原子团由于C－C 单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态)。 构造：单体键合成大分子链的几何形状 2、影响柔顺性的因素有哪些？并举例

柔顺性： 高分子长链能够改变其构象的性质。影响因素：内在因素(结构因素)

主链结构：当主链中含C-O，C-N，Si-O 键时，柔顺性好。含有孤立双键时，柔顺性好。当主链中由共轭双键组成时，由于共轭双键因p 电子云重叠不能内旋转，因而柔顺性差，是刚性链。如聚乙炔、聚苯：

侧基(或取代基)：极性越小，作用力小，易旋转，柔顺性好；体积：越大，位阻越大，越不易旋转柔性差；数量：多，相互作用大，柔性差；位置：对称时，分子间距大，链间作用力小，柔顺性好。

其它结构因素(支化与交联, 分子链长度, 分子间作用力, 聚集态结构等)：支链，分子间距增加，分子间作用力降低，柔性好；交联，柔性差。

外界因素：温度, 外力及溶剂等；温度高，热运动愈大，内旋转愈自由，柔性好；外力：作用快，来不及运动，柔性差。

3、取向单元类型及特点。

取向单元分两类:链段取向和分子链取向。链段取向:分子链的排列杂乱的, 链段沿外场方向平行排列;（高弹态下通过单键的内旋转造成链段运动来实现）。分子链取向:整个分子链沿外场方向平行排列,链段不一定取向.（粘流态下通过链段的协同运动实现）。 4、取向和结晶的异同点

相同：都与高分子有序性相关

相异：取向态是一维或二维有序，结晶态是三维有序

取向状态在热力学上是一种非平衡态；取向过程: 分子在外场作用下的有序化过程;解取向: 外场除去后，分子热运动又使分子重新回复无序化。热力学上是一自发过程。

5、取向和结晶对制品性能的影响 取向对高聚物性能的影响

取向方向的拉伸强度显著提高、材料呈现各向异性的特性（单轴拉伸）、热稳定性能得到相应提高。取向方向上：机械强度增高；垂直方向： 强度不能提高，甚至降低。 结晶对高聚物性能的影响

抗透气性、耐酸碱腐蚀性、耐氧老化及耐油性能均有所提高。可以提高塑料纤维类高聚物的热变形温度，即提高耐热性。结晶使链段活动空隙减少，分子间力增大，所以冲击强度降低，拉伸强度、定伸应力与硬度增加。可见光照射后在其内部会出现折射和散射现象，使透光率大大降低。 6、高分子热运动的特点？

1、运动单元的多重性 分子链的整体运动 链段的运动 链节、侧基的运动 晶区内的运动

2、高分子运动的时间依赖性

3、高分子热运动的温度依赖性 温度增加， 变短，可在短时内观察到分子运动 温度降低， 增加，需长时才能观察到松弛现象 升高温度和延长观察时间具有等效性——时温等效原理 7画出非结晶性高聚物的热机械曲线（温度‐形变曲线），并从分子运动的角度对曲线各阶段特征加以解释。 热机械曲线

玻璃态 运动单元： 键长、键角 链段和整个分子的运动被冻结 玻璃化转变区 运动单元：键长、键角 链段运动被激活

高弹态 运动单元：键长、键角 链段运动充分

粘流转变区 运动单元：键长、键角 链段协同运动，分子链重心位移 开始流动 粘流态 运动单元：整个分子链互相滑移 8、弹性的基本概念及分类，各自特点

弹性——物体反抗外力变形并在外力消除后恢复原状的能力

普弹性 大应力作用下，材料分子中键长、键角变化引起的小形变，形变瞬时完成，除去外力后形变立即恢复——普弹性

高弹性 小应力作用下由于高分子链段运动而产生的很大的可逆形变，称为高弹性，所产生的形变称为高弹形变。 高弹性的特点 1、弹性模量小，形变大 2、弹性模量随温度的升高而增加3、高弹形变时有热效应4、形变需要时间

9、强迫高弹形变和高弹形变的异同点 普弹、高弹、强迫高弹区别

运动单元 普弹：键长、键角变化引起的小形变，瞬时完成 高弹：链段运动， Tg-Tf 时的形变

强迫高弹：链段运动， Tb-Tg 时的 形变 变形大小 普弹：胡克定律

高弹：小应力大变形 强迫高弹：大应力大变形 回复能力 普弹：除去外力可回复 高弹：除去外力可回复

强迫高弹：除去外力不可回复，加热至Tg 或Tm 以上，形变回复

10、非晶态和晶态高聚物拉伸曲线的特征及高分子材料应力应变曲线类型。

第一阶段：拉伸初期， σ-ε线性增加，普弹性，试样被均匀地拉长，应力达到屈服点后，随着应变的发展，应力有一下降，即出现“应变软化”；试样截面积也变得突然不均匀，出现一个或几个“细颈”。

第二阶段：应力不变，应变增加，非晶部分链段开始运动，晶区部分的微晶也进行重排，甚至某些晶体可能破裂，发生取向

外观表现：细颈扩展，非细颈缩短，截面积分别维持不 变，直至整个试样完全变细为止。除去外力，形变不能回复，加热到熔点左右，形变可回复，本质也是高弹形变，属于强迫高弹形变。

第三阶段：对细颈试样继续拉伸，应力又随应变急剧增大，出现应变硬化，直至断裂。在这阶段应力又出现上

升趋势，是因为在拉伸过程中，被破坏的微晶取向从而形成新的结晶，从而使其强度增加。

非晶与结晶聚合物相拉伸性能比较

（1）均经历了普弹形变，应变软化，发展大形变，应变硬化四个阶段。 （2）被拉伸后材料都出现各向异性，

（3）产生大的形变，室温不能回复，产生强迫形变－“冷 1）冷拉的温度范围：非晶态Tb～Tg 结晶态Tg～Tm

2）晶态聚合物，伴随着凝聚态结构的变化 非晶聚合物，主要是链段取向

软而弱：E

低，断裂强度σ*低，伸长率ε*中等程度，高聚物软凝胶； 软而韧：E 低，σY 低，ε*大（20-100%），σ*高，硫化橡胶、软PVC； 硬而脆：E 高，σ*中等，无屈服点，小σ破坏，PS、PMMA、酚醛树脂等； 硬而强：E 高，σ*高，ε*低（5%），断在Y 点，硬PVC、芳香尼龙等刚性耐

高温材料；

硬而韧：E 高，σY、σ*都高，ε*较大，抗冲击性好的工程塑料，如尼龙、聚甲醛等。

11、韧性断裂和脆性断裂的区别。

脆性断裂: 屈服之前断裂，断前，σ—ε曲线呈线性关系，ε<5%，断裂能较小

韧性断裂: 断裂发生在屈服点之后，断裂前σ—ε非线性关系，断裂ε很大，断裂能很高 脆性断裂：断裂面光滑,屈服前断裂,无塑性流动,表面光滑,张应力分量

韧性断裂: 断面较为粗糙，有凹凸不平的丝状物, 屈服后断裂,有塑性流动,表面粗糙,切应力分量

12、力学松弛现象有哪些？画出线形高聚物和交联高聚物的应力松弛曲线和蠕变曲线，并分析原因。 力学松弛（粘弹现象）——或高聚物力学性质随时间而变化的现象。高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料蠕变和应力松弛的根本原因。

静态粘弹性：蠕变、应力松弛；动态粘弹性：滞后、内耗。 线性高分子：形变随时间逐渐增加。

交联高聚物：形变随时间增加，到一定程度后不再继续增加。

应力松弛：——在恒定温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间延长而逐渐衰减的现象

线型高聚物：在外力作用下，突然产生一恒定应变，则相互缠结在一起的高分子链被迫沿外力方向伸直，其原有的平衡态被破坏，因而产生与外力向抵抗的内力，随时间的延长，分子链热运动使缠结点解脱，分子链产生滑移。同时分子不断调整其自身的构象，达到与该形状相平衡的状态，则内力逐渐消除，外力逐步衰减至零。

交联高聚物：随时间的延长，通过分子链段的移动重排也

能逐渐消除一部分不平衡的内应力。但由于交联键的存在，限制了分子链间的相对位移，使分子链不能产生大的变形，应力也就不能完全松弛掉。

13、从分子运动的角度解释高聚物的蠕变、应力松弛、滞后及力学损耗产生的原因。

蠕变和应力松弛见上题；

滞后：受到外力时, 链段通过热运动达到新平衡需要时间(受到内摩擦力的作用), 由此引起应变落后于应力的现象. 外力作用的频率与温度对滞后现象有很大的影响.

力学损耗：拉伸时，外力做功，一部分用来改变链构象，另一部分用来提供克服内摩擦所需要的能量；回缩时，橡胶对外做功，一方面使分子重新卷曲起来，回复到原来的状态，另一方面仍克服摩擦阻力；一个循环中，分子构象由伸展到完全回复不损耗功，所损耗是功全部用于克服内摩擦阻力上，转换为热量使橡胶温度升高。 14、取向和解取向的概念，如何使纤维即具有较高强度又具有适当弹性。

取向状态在热力学上是一种非平衡态；取向过程: 分子在外场作用下的有序化过程;解取向: 外场除去后，分子热运动又使分子重新回复无序化。热力学上是一自发过程。

15、银纹与裂缝的不同

银纹体是由微纤和空穴两部分构成，银纹体的密度不是零；而裂缝是一个空穴，没有密度；

银纹具有可逆性，在压应力下或在Tg 以上温度退火处理，银纹会回缩或消失，材料重新回复光学均一状态。裂缝不可消失。

16、简单剪切流场和拉伸流场的特点

剪切流动：能产生横向的速度梯度场，即流体的速度方向与变化方向相垂直的流动，（高聚物熔体在等横截面管道中的流动）能产生纵向的速度梯度场，即流速方向与速度的变化方向相平行的流动，称为拉伸流动。合成纤维的抽丝过程

17、影响粘度的因素有哪些？在工厂中如何用仪器表征，通过数值大小如何判别分子量大小。评价粘度指标？

因素：1.实验条件和生产工艺条件的影响（温度T ；压力p ；剪切速度或剪切应力σ等） 2

大分子结构参数的影响（平均分子量；分子量分布；长链支化度等） 3物料结构及成分的影响（配方成分，如添料、软化剂等） 流动性表征方法：

1表观粘度：是根据高聚物直观流动测得的，包括两部分：不可逆的粘性流动（真实粘度）和可逆的高弹形变。ηa 并不完全反映高分子材料不可逆形变的难易程度

2熔体流动速率（MFR ）熔融指数：表征热塑性塑料的流动性 3门尼粘度（ML ）：衡量橡胶工业胶料流动性的好坏

4可塑度：常用威氏可塑度在橡胶加工厂来表示胶料的流动性

5拉伸粘度：在拉伸流动中，用拉伸粘度来表征物料拉伸流动的难易程度 18、高聚物熔体的流动弹性效应有哪些？

主要有挤出过程中的挤出胀大现象，不稳定流动和熔体破裂