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高分子材料作业

第1章绪论

■总结高分子材料(塑料和橡胶）在发展过程中的标志性事件：

（1）最早被应用的塑料

19世纪中叶，纤维素用硝酸硝化后制成硝化纤维素，替代象牙制造台球，但很脆，击打时有爆裂声。加入樟脑作为增塑剂，做成了俗称成为“赛璐珞”的塑料。

（2）第一种人工合成树脂

应用苯酚和甲醛的缩合反应制备成功了酚醛树脂（PF），由于电绝缘性好，被称为“电木”。PF也是第一个工业化生产的合成树脂。

（3）是谁最早提出了高分子的概念

1920年，Staudinger首先提出了高分子的概念。

（4）HDPE和PP的合成方法是谁发明的

Karl Ziegler Guile Natta

（5）是什么发现导致了近现代意义橡胶工业的诞生？

充气轮胎的发明不仅促进了汽车工业的发展，推动了工业革命的进程，也使橡胶的应用得到了起飞。

■树脂、通用塑料、工程塑料的定义。

树脂：为半固态、固态或假固态的不定型有机物质，一般是高分子物质，透明或不透明。无固定熔点，有软化点和熔融范围，在应力作用下有流动趋向。受热、变软并渐渐熔化，熔化时发粘，不导电，大多不溶于水，可溶于有机溶剂如乙醇、乙醚等，根据来源可分成天然树脂、合成树脂、人造树脂，根据受热后的饿性能变化可分成热定型树脂、热固性树脂，此外还可根据溶解度分成水溶性树脂、醇溶性树脂、油溶性树脂。

通用塑料：一般是指产量大、用途广、成型性好、价格低、性能一般，主要用于非结构材料，通用塑料有五大品种，即聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯及ABS。它们都是热塑性塑料。

工程塑料的定义：工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。具有较高的力学性能，能够经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，并在此条件下长时间使用，可作为结构材料。

■弹性体、天然橡胶、合成橡胶，通用橡胶、特种橡胶的定义。

弹性体：橡胶（rubber）是一类线形柔性高分子聚合物。其分子链柔顺性好，在外力作用下可产生较大的变形，除去外力后能迅速恢复原状。由于橡胶在宽温度范围内（－50～150oC)具有高弹性，所以也被称为弹性体（elastomer）。

天然橡胶：从天然产胶植物中制取的橡胶。

合成橡胶：合成橡胶是由人工合成的高弹性聚合物。也称合成弹性体，是三大合成材料之一，其产量仅低于合成树脂（或塑料）、合成纤维。

通用橡胶：通用橡胶主要指用于轮胎制造和民用产品方面的橡胶，产量占合成橡胶的50％以上，主要包括丁苯橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等。

特种橡胶：也称特种合成橡胶。指具有特殊性能和特殊用途能适应苛刻条件下使用的合成橡胶。特种橡胶是指具有耐高温、耐油、耐臭氧、耐老化和高气密性等特点的橡胶，常用的有硅橡胶、各种氟橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、丁腈橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶和丁基橡胶等，主要用于要求某种特性的特殊场合。

第二章热塑性塑料

第一节聚乙烯

■总结LDPE、HDPE和LLDPE结构性能区别。

1、LDPE、HDPE和LLDPE的结构区别

LDPE：存在大量的长支链和短支链。

HDPE：只有少量的短支链。

LLDPE：短支链数目与LDPE相当，但没有长支链。

2、LDPE、HDPE和LLDPE的性能区别

结晶度, 密度：

LDPE < LLDPE < HDPE

拉伸强度：

LDPE < LLDPE

硬度：

LDPE

抗蠕变性：

LDPE

抗冲击性：

LDPE >LLDPE > HDPE

耐环境应力开裂性：

HDPE < LDPE << LLDPE

热性能

PE耐热性低

HDT：HDPE> LLDPE > LDPE

PE的导热性在塑料里比较高

HDPE>LLDPE>LDPE

膨胀系数大

HDPE

■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。

通过交联提高分子间作用力

通过交联，以及增加氢键。

■ LLDPE的耐环境应力开裂性能要高于HDPE和LDPE。

因为支链的增加，密度的降低而获得较大的改善。

LLDPE的短支链比HDPE既短又长，在主链的每1000个碳原子有10—35个短支链，它还可以通过引入不同种类（从丙烯至1—辛稀）和不同数量（5%—20%）的共聚单体，而使它的短支链长度和数目可调，从而改变分子结构，获得新的性能。

第二节聚丙烯（PP）

■什么是PP的等规度？

等规聚合物所占的重量百分比。

■请分析为什么PP的大球晶（需要自查文献）会对性能造成不利的影响，如何避免？答：原因：大球晶的存在，孔隙度比较大，容易出现应力集中，影响材料的性能。

避免的方法：降低PP熔体的温度和熔融时间，可以提高晶核数量从而降低球晶尺寸；

提高冷却速率降低球晶尺寸，但冷却速率不能过高防止“皮心”结构的产生；

提高加工剪切应力，可以提高晶核数量从而降低晶核尺寸；

加入成核剂，降低球晶尺寸。

■PP的等规度和分子量对PP力学性能——拉伸屈服强度、硬度、抗冲击强度的影响，其机理是什么？

答：等规度增大使拉伸屈服强度和硬度提高，抗冲击强度降低。

PP的分子量提高使拉伸屈服强度和硬度降低，抗冲击强度提高。

机理：等规度增加使PP的结晶度提高，而结晶度提高使材料的强度、刚度、硬度耐热性、耐溶剂和气液阻隔性能提高，韧性、抗冲击性和透明性下降。

PP的分子量提高使其结晶度降低所以结果与等规度增加相反。

■PP改性的方法有哪些？各种方法对PP性能的影响是什么？

答：改性的方法：共聚、共混、填充和增强。

共聚：（与乙烯的无规或嵌段共聚）增韧、提高耐寒性，但是强度和耐热性降低。

共混：（与HDPE共混或与EPR和TPE共混）增韧、提高耐寒性，但是强度和耐热性降低；

（与聚酰胺共混）增韧、提高耐热性、耐磨性和强度。

填充：（粉末状矿物填料）提高耐热性、刚度、硬度；降低收缩和热膨胀。

增强：（玻璃纤维增强）大幅度提高耐热性、刚度、硬度；降低收缩和热膨胀。

■为何PP容易氧化降解，请查阅资料，需要阐述其机理。

答：聚丙烯中侧甲基的存在，使分子链上交替出现叔碳原子，而叔碳原子极易发生氧化反应，从而导致聚丙烯的耐氧化性和耐辐射性差。

机理：当甲基与sp3杂化的饱和碳原子连接时,它就吸引邻近碳原子上的成键电子而表现为吸电基；当甲基与sp或sp2杂化的不饱和碳原子连接时,甲基里的成键电子就会受到不饱和碳原子的吸引而本身成为给电基。甲基导致临近的叔碳原子得到电子，从而让它更容易被氧化。非等规PP比等规PP更容易氧化

第三节聚氯乙烯（PVC）

■PVC热稳定性差的原因是什么？

答：缺陷结构和支链结构的存在是PVC的热稳定性差。即氯乙烯单体和HCl的存在也使的PVC的热稳定性降低，不稳定的氯原子和不饱和部位的存在也增加了PVC的热不稳定性。

■铅盐类、金属皂类热稳定剂提高PVC热稳定性的原理是什么？

答：铅盐热稳定剂是通过中和PVC内的HCl来提高PVC的热稳定性的；

金属皂类稳定剂是通过取代不稳定的氯原子来提高PVC的热稳定性的。

■什么是金属皂类稳定剂的协同效应，其机理是什么？

答：金属皂类稳定剂的协同作用：重金属（铅、锌、镉、亚锡）与脂肪酸合成的皂类、以及碱土金属（镁、钙、锶、钡）与脂肪酸合成的皂类，两者共同对PVC进行的稳定效应。机理：

■什么是PVC的反增塑效应？请判断PP和HDPE中会有反增塑效应吗？

反增塑效应：在PVC中加入增塑剂可增加分子间的活动能力，提高柔顺性。然而，在硬质PVC中加入少量增塑剂，会出现“反增塑效应”。