聚合物共混改性 作业题答案

聚合物共混改性 作业题答案
聚合物共混改性 作业题答案

1. 聚合物共混改性的主要目的有哪些?

物性(谋求新的功能提高性能):功能化、高性能化、耐久性

成型加工性:流动性、收缩性、离型性、尺寸稳定性、结晶性、结晶速度、热熔融强度等

经济性:增量、代用、省资源、循环利用等

2. 聚合物共混改性的主要方法有哪些?

物理共混:是指两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成一种宏观上均匀的新材料的过程。

化学共混:聚合物的化学共混改性是通过聚合物的化学反应,改变大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式的一类共混改性方法。

物理/化学共混:是在物理共混的过程中发生某些化学反应

3. 简述混合的基本方式及其特点。

基本方式:分配混合(分布混合、层流混合)、分散混合

特点:在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程,称为分配混合。

分布混合:只改变分散相的空间分布状况,增加分散相分布的随机性。分散相物料主要通过对流作用来实现;层流混合:是分布混合的一种特定形式,其理论基于一种假设,即在层流混合的过程中,层与层之间不发生扩散。分散混合:在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值,同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。

4. 试述聚合物共混物的形态及特点。

海-岛结构:是一种两相体系,一相为连续相,另一相为分散相,分散相分散在连续相中,亦即单相连续体系。

海-海结构:也是一种二相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿,亦即两相连续体系。

两相互锁或交错结构:也是一种二相体系,这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相,而且两相相互交错形成层状排列,难以区分连续相和分散相。

梯度结构:为二相体系,特殊的共连续体系(两相连续体系)其组成在空间上互为增减。

阶跃结构:为二相体系,特殊的共连续体系(两相连续体系),在极小过渡区域内,其组成在空间上互为增减。

单相连续体系:海-岛结构、两相互锁或交错结构

共连续体系:海-海结构、梯度结构、阶跃结构

5. 影响熔融共混的主要因素有哪些?

(1)聚合物两相体系的熔体黏度(比值)及熔体弹性。(2)聚合物两相体系的界面张力。(3)聚合物两相体系的组分含量以及物料的初始状态。(4)流动场形式和强度。(5)共混时间。

1. 试述聚合物共混的概念。

聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成一种宏观上均匀,而且力学、热学、光学、电学及其他性能得到改善的新材料的过程,这种混合过程称为聚合物的共混改性,所得到的新的共混产物称为聚合物共混物,简称共混物。

2. 共混物的形态学要素有哪些?

分散相和连续相、分散相的分散状况、两相体系的形貌、相界面

3. 简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理。

液滴分裂机理:分散相的大粒子,分裂成两个较小的粒子,然后,较小的粒子在进一步分裂,这一过程不断重复,直至平衡。细流线破裂机理:分散相的大粒子,在拉伸应力下变形为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒子。

4. 依据“液滴模型”,讨论影响分散相变形的因素。

Weber数:We很小时,σ占据主导作用,形成稳定的液滴。“液滴模型”认为,对于特定的体系和在一定条件下,We可以有特定的Wecrit,当We < Wecrit,液滴稳定;We>Wecrit,液滴会变得不稳定,进而破裂。

γ γ

:↑→We ↑→D ↑。

粒径:大粒子易变形。

连续相黏度:ηm↑→We ↑→D ↑

界面张力:σ↓→We ↑→D ↑

熔体弹性:

流动场:对于牛顿流体,拉伸流动比剪切流动更能有效地促使液滴破裂。ηm<<ηd,拉伸流动起主导作用。

两相粘度比:

5. 依据“双小球模型”,讨论影响分散相破碎的因素。

K值的影响:剪切应力(外力)、分散相内力与分散相颗粒破碎分散密切相关。增大τ或降低Fr可以促进分散相颗粒的破碎。K值超过某个临界值时,粒子破碎。K决定于——外力,内力

r*值的影响:r*取决于分散相熔体颗粒的伸长变形能力,即分散相聚合物的性能,与共混时熔体温度有关。初始位置(分散相粒径)的影响:初始距离(粒径)大,易于破碎。分散相颗粒的破碎分散过程,亦是分散相粒径自动均化过程。亦即破碎分散和粒径均化是同时进行的。

6. 采用哪些方法,可以对聚合物熔体黏度进行调控。

调节共混温度:根据共混组分的黏温曲线,通过调节共混温度来调控共混体系的熔体黏度比值。

调节剪切应力:根据聚合物切力变稀的流变特性,通过调节剪切应力来调控共混体系的熔体黏度比值

通过助剂调节:填充剂、软化剂、增塑剂等均可以调节物料的熔体黏度。

调节共混组分的相对分子量:聚合物的相对分子量也是影响熔体黏度的重要因素。

1.试述相容性和混溶性的概念。

热力学相容性,是亦称互溶性或溶解性。是指满足热力学相容条件,在任何比例混合时,都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系。聚合物之间的相容性,就是表示聚合物混合系形成单一相(分子量级的混合)的能力。亦是指聚合物之间相互溶解的能力,代表热力学相互溶解。

混溶性,是指共混物各组分之间彼此相互容纳的能力。表示了共混组分在共混中相互扩散的分散能力和稳定状态,是指非相容聚合物共混物中各成分物质的界面结合能力。

2. 聚合物共混物相图的意义和作用?

相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形,它反映了成分及温度变化时所可能发生的变化;相图可直观地描述聚合物共混物的相容性;相图在生产中,可以作为制定材料混炼和热处理等工艺,分析性能的重要依据。

3. 试述聚合物共混物的玻璃化转变温度与相容性的关系。

如果两种聚合物共混后,形成的共混物具有单一的Tg则可以认为该共混物为均相体系。

两种聚合物的共混物具有两个Tg,且两个Tg峰较每一种聚合物自身的Tg峰更为接近,为部分相容体系不相容:不相容聚合物的共混物也有两个Tg峰,但两个Tg蜂的位置与每一种聚合物自身的Tg峰是基本相同的。

4. 试述界面层的性质

Bare研究发现,界面层的玻璃化温度介于两种聚合物组分玻璃化温度之间。当分散相的比表面积小于25μm-1时,共混物有两个明显的力学损耗峰;比表面积大于25μm-1时,只有一个明显的力学损耗峰。Kaplan指出,当分散相颗粒直径大于0.1μm时,共混物有两个明显的玻璃化温度,分别对应于两聚合物组分的玻璃化温度;当粒径在0.02~0.1μm时,两个玻璃化温度相互靠拢;当粒径小于0.015μm的时候共混物只表现一个宽广的玻璃化转变区域。这是由于随着分散相颗粒的减小,界面层体积分数增大的缘故。渐变型IPN可视为全部由界面层构成的材料。

上述事实表明,界面层的力学松弛性能与本体相是不同的;界面层及其所占的体积分数对共混物的性能有显著影响。这也解释了相畴尺寸对共混物性能有明显影响的事实。无论就组成而言,还是就结构和性能而言,界面层都可看作是介于两种聚合物组分单独相之间的第三相

5. 试述SD和NG分相的异同。

亚稳分相(NG):具有近似于平衡值|υ’-υ”|的浓度差;仅仅成长至一定的大小(临界核)后,通过临界核进行相分离;浓度差是一定的,但分散相的大小随时间成长(增大),可得到球状分散相。

不稳分相(SD):最初产生一定的波长和细微的浓度差;浓度差和波长随时间成长(增大);浓度差成长至平衡值|υ’-υ”|时,相分离结构仅仅是大小(波长)的生长。

6. 试述聚合物共混体系界面层的的类型和特征。

两种聚合物共混时,相互接触的界面层可能出现三种情况:

由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的,两种大分子链段强烈相互扩散,在强大的机械剪切力作用下,彼此结合成为一种物质,这时已无相的界面存在,形成单相均一状态。

聚合物的大分子链段相互扩散能力差,仅仅进行接触表面的扩散,此时界面比较明显。

在界面上形成过渡层,大分子链段相互扩散,彼此可以进入对方内部一定范围,形成在两者界面上一定厚度范围内同时存在两种大分子链段,通常把这一定的厚度范围称为过渡层。

1. 分析并理解Flory相互作用参数χ12与热力学相容性的关系。

2. 分析聚合物共混物热力学相容条件及均相结构稳定的条件。

3. 为什么不稳分相和亚稳分相所获得的相分离形态不同。

SD:由于这一微小的浓度差,使得A浓度稍高的部分A成分不断凝集,最终A充分在这里富集。另一方面使得B浓度稍高的部分B成分不断凝集。其结果必然导致这种偏析不断扩大。

中期过程——伴随着时间的经过,其波长和偏移逐渐成长

后期过程——在浓度偏移增大的同时,分离相自己相似地粗大化。最终形成相互包络的特殊的高次结构(海-海结构)。

NG:在A的核生成后,由于核从周围的混合物中吸收A成分,其结果就是在A的周围几乎只剩下B成分。由于在聚合物共混体系中重力几乎不起作用,A相不能充分凝集,而是形成均匀分散结构

4. 是什么原因导致均相结构发生相分离,其相分离类型有哪些?

5. 试述界面层的结构组成和独立相区的差别

①界面层内两种分子链的分布是不均匀的,从相区内到界面形成一浓度梯度;

②界面层内分子链比各自相区内排列松散,因而密度稍低于两相聚合物的平均密度;

③界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质,分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多,界面层越稳定,但对界面粘结强度不利。

6. 改善界面层相容性的方法有哪些?

通过共聚改变某聚合物的极性;通过化学改性的方法,在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团;

在某聚合物上引入特殊作用基团;加入第三组分进行增容;两相之间产生部分交联,形成物理或化学缠结;形成互穿网络结构(IPN);改变加工工艺,施加强烈的力剪切作用等。

1.发生相逆转的原因是什么?试述其特点。

聚合物共混物可在一定的组成范围内发生相的逆转,原来是分散相的组分变成连续相,而原来是连续相的组分变成分散相。

在相逆转的组成范围内,常可形成两相交错、互锁的共连续形态结构,使共混物的力学性能提高。这就为混合及加工条件的选择提供了一个重要依据。

2.试述相逆转与SD分离的区别。

SD起始于均相的、部分相容的体系,经过冷却而进入旋节区从而产生相分离。相逆转是在混溶共混物体系中形态结构的变化。

SD可发生于任意浓度,而相逆转仅限于较高的浓度范围。

SD产生的相畴尺寸微细,在最初阶段为纳米级,而相逆转导致较粗大的相畴,尺寸为0.1一10μm。

与相逆转相比,SD可在更宽的浓度范围内对聚合物共混物性能进行更好的控制,但仅限于部分相容体系。而相逆转是混溶聚合物共混物的一般现象,通常发生于高浓度范围。

3. 结晶/非晶聚合物共混物的形态特征有哪些?

(1)晶粒分散在非晶区中;(2)球晶分散在非晶区中;(3)非晶态分散在球晶中;(4)非晶态聚集成较大的相区分散在球晶中。

4. 结晶/结晶聚合物共混物的形态特征有哪些?

(1) 球晶几乎充满整个共混体系(为连续相),非晶聚合物分散于球晶与球晶之间(2)球晶被轻度破坏,成为树枝晶并分散于非晶聚合物之间(3)两种晶粒分散在非晶区中(4)球晶和晶粒分散在非晶区中(5)分别生成两种不同的球晶(6)共同生成混合型球晶

5. 影响海-岛结构形态的因素有哪些?

影响连续相、分散相形成的因素:共混组分的配比、熔体黏度、黏度与配比的综合影响

影响分散相粒径的因素:黏度比、界面张力、剪切应力的综合影响

影响分散相粒子形貌的因素:制备方法的影响、流动场形式和加工工艺的影响、熔体黏度的影响

1. 应力-应变曲线反映了聚合物材料的哪些力学性能?

扬氏模量、屈服应力(屈服强度)σY、屈服伸长εY、断裂强度(抗拉强度)σB、断裂伸长ε B

弹性模量刚性、屈服点弹性、断裂伸长延性、屈服应力强度、应力应变曲线下部的面积韧性、弹性线下部的面积回弹性

2. 剪切带形成的两个主要原因是什么?

1)必须存在某种结构上的缺陷或结构上的不均匀性从而产生应力集中,造成应变的不均匀性;

2)必须存在应变软化现象。

3. 什么是应变软化现象?

应变软化(材料对应变的阻力随应变的增加而减小)。是由聚合物材料的本性引起的。

4. 什么是银纹现象?聚合物共混物银纹化的原因?

玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现象。这种现象称为应力发白现象,亦称银纹现象。

银纹化的原因:是由于结构的缺陷或结构的不均匀性而造成的应力集中。

5. 分析非弹性体增韧和弹性体增韧的异同?

①增韧改性剂:非弹性体增韧的增韧改性剂是脆性塑料(广义包括无机填料粒子),而弹性体增韧的增韧改性剂是橡胶或热塑性弹性体。

②增韧对象:非弹性体增韧的对象,是有一定韧性的基体;而弹性体增韧的对象,可以是韧性基体,也可以是脆性基体。

③增韧机理:弹性体增韧的机理主要是由橡胶分散相引发银纹或剪切带,橡胶颗粒本身并不消耗多少能量;而非弹性体增韧则是依赖脆性塑料的塑性形变,将外界作用的能量耗散掉。

④增韧剂用量:对弹性体增韧体系,共混物的抗冲击性能会随弹性体用量增大而增加;而对于非弹性体增韧,脆性塑料的用量却有一个范围。在此范围内,可获得良好的抗冲击性效果,超过此范围,抗冲击性能会急剧下降。

⑤性能影响:以非弹性体(脆性塑料)对塑料基体进行增韧的最大优越性,就在于脆性塑料在提高材料抗冲击性能的同时,并不会降低材料的刚性。而弹性体增韧体系PC/AS共混物抗冲击性能系,却会随着弹性体用量的增大而使材料的刚性下降。

⑥加工流动性的影响:脆性塑料一般具有良好的加工流动性。因而,非弹性体增韧体系也可使加工流动性获得改善。而弹性体增韧的体系,其加工流动性往往要受到橡胶加工流动性差的影响。

⑦相容性的影响:非弹性体增韧与弹性体增韧也有相似之处,两者都要求增韧改性剂与基体有良好的相容性,有较好的界面结合,其中,非弹性体增韧对界面结合的要求更高一些。

1. 影响共混物性能的因素有哪些?

各组分的性能与配比的影响、共混物形态的影响、制样方法和条件的影响、测试方法与条件的影响

2. 试述聚合物大形变时的形变机理及两种过程。

玻璃态聚合物形变时的形变机理包含两种可能的过程,其一是剪切形变过程;其二是银纹化过程。

剪切形变过程:剪切过程包括弥散型的剪切屈服形变和形成局部剪切带两种情况。剪切形变只是使物体形状改变,分子间的内聚能和物体的密度基本上不受影响。

银纹化过程:银纹化过程则使物体的密度大大下降。

这两种机理各自所占的比重与聚合物结构及实验条件有关。

3. 形成局部应变的两种原因是什么?

1)是纯几何的原因(试样截面积的波动)。这种纯几何的原因仅在一定的负荷条件下才会产生局部应变

2)应变软化(材料对应变的阻力随应变的增加而减小)。是由聚合物材料的本性引起的。

4. 试述银纹的结构和性质。

银纹的结构:银纹的平面垂直于外加应力的方向。银纹是由聚合物微丝和贯穿其中的空洞所构成,类似软木塞。聚合物微丝的直径约为10~40nm、这些微丝之间会有大约10~20nm的空隙。根据银纹的可渗性知道,空洞之间是相互沟通的。

一般而言,银纹的厚度为102~103nm。银纹可区分成银纹主体和发展尖端两部分。银纹的长度不定,有时仅为样品的尺寸所限。银纹与未形变的聚合物本体之间有明显的界面,其厚度可达20A。

银纹的性质:

(a) 密度、光学性质及渗透性

银纹体中含有大量空洞,因此银纹体的密度比未银纹化的基体的密度小,这也是银纹化后试样体积增加的原因;由于密度小,银纹体的折光率比其周围聚合物的折光率小;银纹体中的空洞是相互沟通的,由于毛细管作用极易渗入各种流体。所以银纹体可大大增加聚合物的可渗性。

(b) 银纹体的应力-应变性质

银纹体性似海绵,比正常的聚合物柔软并具韧性。在应力作用下,银纹体的形变是粘弹性的,所以其模量与应变过程有关,一般而言,银纹体的模量约为正常聚合物模量的3~25% ;形变可恢复,加热、卸荷有利于恢复,在Tg以上加热可迅速地全部恢复;加热或加压可使银纹消失,但再施加应力,银纹又在原处产生。这表明加热或加压仅是银纹的密度增加到与原来聚合物的密度大致相同,但超分子结构并未完全恢复。

(c)银纹的强度和生成能

银纹破裂可发展成裂纹,进而导致聚合物破坏。银纹的强度和生成能对聚合物材料的强度有决定性影响。在应力作用下,银纹的稳定性即银纹的强度与大分子的塑性流动、化学键的破坏及粘弹行为有关。聚合物分子量越大,银纹的强度就越高,破裂的临界宽度就越大。

聚合物的分子量越大,大分子之间的物理交联键就越多,大分子的塑性流动和粘弹松弛过程的阻力就越大,因而银纹就越稳定。同时,分子量越大,大分子超越银纹两岸的几率就越大,要使银纹破裂就需要破坏更多的化学键,而破坏化学键要比分子间的滑动消耗更多的能量。银纹体形成时所消耗的能量称为银纹的生成能。形成银纹时要消耗四种形式的能量:生成银纹时的塑性功;在应力作用下银纹扩展的粘弹功;形成空洞的表面功化学键的断裂能。

5. 简述银纹的形成过程,即银纹的引发、增长和终止三个阶段。

银纹的引发:是由于存在结构的不均一性,从而产生应力集中,引发银纹。对于均相聚合物,表面缺陷、空洞及其他结构缺陷都是银纹的引发中心。聚合物共混物的两相界面是引发银纹的主要场所。特别典型的例子是橡胶增韧塑料,其中的橡胶颗粒构成了引发银纹的中心。

银纹的增长:增长速率取决于内部应力集中的情况及银纹尖端材料的性质。有时随着银纹的增长,应力集中因子下降,银纹增长速率就逐渐下降。当银纹尖端应力集中因子小于临界值时银纹即终止。

银纹的终止:有各种原因,例如银纹与剪切带的相互作用银纹尖端应力集中因子的下降及银纹的支化等。银纹的发展如能被及时终止,则不致破裂成裂纹。

6. 试分析影响银纹化的因素及其影响。

(a) 分子量的影响

分子量的大小对银纹的引发速率基本上无影响;

对银纹强度影响甚大,分子量高时银纹强度大,不易破裂成裂纹;

银纹的形态亦受分子量的影响。

当分子量小于80000时银纹短而粗,且形态不规则,银纹数目少,易于破裂成裂纹导致聚合物开裂;当分子量很大时则形成大量细而长的银纹,银纹强度大,因而材料强度亦大。

(b) 分子取向的影响

银纹的形态亦与取向有关。

分子取向后,在平行于取向方向施加应力时,银纹化受到抑制,银纹不易产生,有也密而细短;

而在垂直于取向方向施加应力时,则易于产生银纹,且少而粗长;

引发银纹的应力和取向方向与应力方向之间的夹角有关,在0~90o之间,此夹角越大,则引发应力越小,越易形成银纹。

(c) 环境的影响

某些有机物可大大加速聚合物材料开裂的速度。如苯可使聚苯乙烯立刻开裂破坏。开裂就是由银纹破裂形成裂纹并导致聚合物破裂的现象。臭氧等亦可导致。

溶剂银纹化——某些液体的溶解度参数与聚合物的溶解度参数相近,可使形成银纹的临界形变值及临界应力值大幅度下降,还使银纹强度大大下降,致使聚合物的强度大幅度减小。

7. 剪切带产生的必要因素是什么?

8. 表示聚合物材料的冲击韧性的方法有哪些?

冲击强度、应力-应变曲线下的面积、特征表面破裂能、破裂韧度

9. 制备高抗冲击聚合物共混物需满足哪些条件?

(1) 所用橡胶的Tg必须远低于室温或远低于材料的使用温度;(2) 橡胶不溶于基体树脂中以保证形成两相结构,即不完全相容;(3) 橡胶与树脂之间要有适度的相容性以保证两相之间有良好的粘合力(界面)。

1. 理解各种橡胶增韧机理及其局限性。

①能量的直接吸收理论②次级转变温度理论③屈服膨胀理论④裂纹核心理论⑤银纹-剪切带-空穴理论

2. 试述橡胶增韧机理之银纹-剪切带-空穴机理。

增韧的主要原因是银纹或剪切带的大量产生和银纹与剪切带的相互作用。

橡胶粒子重要作用:充当应力集中中心,诱发大量银纹或剪切带。控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹。

银纹-剪切带-空穴理论认为,橡胶颗粒的主要增韧机理包括:

A 引发和终止大量银纹;

B 引发基体剪切形变,形成剪切带;

C 在橡胶颗粒内及表面产生空穴,伴之以空穴之间聚合物链的伸展和剪切并导致基体的塑性变形。

4. 试分析影响共混物形变的因素。

(1) 基体性质:聚合物共混物屈服形变时,银纹和剪切形变两种成分的比例在很大程度上取决于连续相基体的性质。一般而言,连续相的韧性越大,则剪切成分所占的比例越大。

(2)应力:形变中银纹成分的比例随应力性质和形变速率的增加而增加;形变速率的影响与应力大小的影响相似。大多数情况下,增加形变速率会使银纹成分的比例提高;应力性质的影响更大。由于银纹化伴随着体积的增加,所以压应力抑制银纹,张应力则促进银纹的生成。例如,应力为张应力时,HIPS的屈服形变主要是银纹化,当应力为压应力时则主要为剪切带。

(3)大分子取向的影响:大分子取向常常减小银纹成分的比例。例如橡胶增韧塑料,拉伸时基体大分子取向,橡胶颗粒会变成椭球状,结果应力集中因子减小。取向的结果使剪切成分的比例增加而银纹化成分的比例下降。

(4) 橡胶(弹性体)含量的影响:橡胶含量增加时,橡胶颗粒的数目增多,银纹引发中心增加,但是由于橡胶颗粒之间的距离减小,银纹终止速率也相应提高。这两种作用基本抵消。这时银纹化速率的增加主要是应力集中因子增加的缘故。同样,剪切形变速率也有提高,但是银纹速率增加的更快些,所以总的结果是橡胶含量增加时银纹化所占的比例提高。

5. 简述非弹性体增韧机理。

脆性塑料对韧性塑料基体的增韧机理.

当韧性基体受到外界拉伸应力时,会在垂直于拉伸应力的方向上对脆性塑料粒子施以压应力。脆性粒子在强大的静压力作用下会发生塑性形变,从而将外界作用的能量耗散掉。

6. 共混物流变性能的特征是什么?

一,聚合物熔体为假塑性非牛顿流体二,聚合物熔体流动时有明显的弹性效应。

7. 聚合物共混物熔体的粘弹性表征方法有哪些?

(1)稳态剪切时的法向应力差N1=σ11-σ22;(2)动态力学试验测量储能模量G′;(3)挤出膨胀比B或可恢复性剪切形变SR;(4)出口压力降P出。

8. 制备高透明性聚合物共混物的要点是什么?

1)制备透明的聚合物共混物,首先基体材料要采用透明的聚合物。其次,各种添加剂也要不妨碍材料的透明性。2)减小分散颗粒的尺寸,使其小于可见光光波的波长,可改进共混物的透明性。但分散相颗粒太小时常使韧性下降。3)最好的办法是选择折光率相近的组分。若两组分的折光率相等,则不论形态结构如何,共混物总是透明的。

9. 简述共混体系聚合物的选择原则。

化学结构相似原则、极性相近原则、溶解度参数相等或相近原则、黏度相近原则、表面张力相近原则、分子扩散动力学原则

5. 影响橡胶增韧塑料冲击强度的因素有哪些?

(1)树脂基体特性的影响(2)橡胶相的影响(3)橡胶相与基体树脂间结合力的影响

12. 一步法和两步法的特点及应用条件是什么。

一步法:是指将各种物料在一次共混过程中进行混合。

特点及应用:由于一步法共混过程是一次完成的,所以具有工艺流程短、生产便捷的优点。对于相容性较好、分散相较易分散的共混体系,应该采用一步法。

两步法(或多步法):是指经过两次(或多次)共混,完成该共混体系的全部共混过程。

目的与应用:改善分散相的分散效果。对于采用一步法难于获得良好分散效果的共混体系,应该采用两步法。

13. 试说明两阶共混及其特点。

是将两种共混组分中用量较多的组分的一部分,与另一组分的全部先进行第一阶段共混。在第一阶段共混中,要尽可能使两相熔体黏度相等,且使两组分物料用量也大体相等。在这样的条件下,制备出具有“海一海”结构的两相连续中间产物。

在两阶共混的第二阶段,将组分含量较多的物料的剩余部分,加入到“海一海”结构的中间产物中,将“海一海”结构分散,可制成具有较小分散相粒径,且分散相粒径大小较为均匀的“海一岛”结构两相体系。

14. 单螺杆挤出机的主要结构。

挤压系统:主要由料筒和三段式螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体,并在这一过程中所建立的压力下,被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。

传动系统:它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。

加热冷却系统:其功用是通过对料筒(或螺杆)进行加热和冷却,保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。

控制系统:控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行,检测、控制温度、压力等参数,完成对制品的质量控制,使其满足工艺要求。

15. 双螺杆挤出机的主要结构。

挤压系统:主要由∞字型料筒和双螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体,并在这一过程中所建立的压力下,被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。

传动系统:它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。

加热冷却系统:其功用是通过对料筒(或螺杆)进行加热和冷却,保证成型过程在工艺要求的温度范围内完成。

控制系统:控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行,检测、控制温度、压力等参数,完成对制品的质量控制,使其满足工艺要求。

加料装置:由螺旋送料机构和调速电机构成,实现定量供料,并能任意调节给料量。

16. 单螺杆挤出机螺杆的主要作用试什么

螺杆的运转对物料产生如下三个作用:

1)输送物料:螺纹回转时,物料在旋转的同时受到轴向压力,向机头方向流动。

2)传热塑化物料:

螺杆与料筒配合使物料接触传热面不断更新,在料筒的外加热和螺杆摩擦作用下,物料逐渐软化,熔融为粘流态。

3)混合均化物料:

螺杆与料筒和机头相配合产生强大剪切作用,使物料进一步均匀混合,并定量定压由机头挤出。

聚合物改性考试考试试题题

名称解释 20分 物共混改性: 是以聚合物(聚合物或者共聚物)为改性剂,加入到被改性的聚合物材料(合成树脂,又叫基体树脂)中,采用合适的加工成型工艺,使两者充分混合,从有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物材料的改性技术。 转: 聚合物共混物可在一定的组成范围内发生相的逆转,原来是分散相的组分变成连续相,而原来是连续相的组分变成分散相。在相逆转的组成范围内,常可形错、互锁的共连续形态结构,使共混物的力学性能提高。 性塑料: 热塑性塑料是指加热后软化、可塑,冷却后硬化,再次加热可熔融软化,固化成型,具有反复可加工成型的特点。 作用: 使聚合物之间易于相互分散,能够得到宏观均匀的共混体系。改善聚合物之间相界面的性能,增加两相间的粘合力,使P-P共混物具有长期稳定的性能。 二、聚合物共混物的形态结构及特点 10分 单相连续结构:构成聚合物共混物的两个相或者多个相中只有一个相连续,其他的相分散于连续相中。单相连续结构又因分散相相畴的形状、大小以及与连情况的不同而表现为多种形式。 互锁或交错结构:这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相,而且两相相互交错形成层状排列,难以区分连续相和分散相。有时也称为两相共连续结层状结构和互锁结构。 贯穿的两相连续结构:共混物中两种组分均构成连续相,互穿网络聚合物(IPNs)是两相连续结构的典型例子。 聚合物共混物相容性分哪两类?各自的定义是什么?画出聚合物共混物的UCST、LCST相图。15分 分为热力学相容性和工艺相容性两类。 学相容性是指相互混合的组分以任意比混合,都能形成均相体系,这种相容性叫热力学相容性。 相容性是指对于一些热力学相容性不太好的共混高聚物,经适当加工工艺,形成结构和性能稳定的共混高聚物,则称之为工艺相容性。 略 界面层的结构组成和独立相区的区别 10分 ①界面层内两种分子链的分布是不均匀的,从相区内到界面形成一浓度梯度; 面层内分子链比各自相区内排列松散,因而密度稍低于两相聚合物的平均密度; 面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质,分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多,界面层越稳界面粘结强度不利。 以PC/PP共混体系为例,举例说明哪些手段可以用来加强体系的相容性?10分 . 通过共聚改变某聚合物的极性; . 通过化学改性的方法,在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团; . 在某聚合物上引入特殊作用基团;加入第三组分进行增容; . 两相之间产生部分交联,形成物理或化学缠结; . 形成互穿网络结构(IPN); . 改变加工工艺,施加强烈的力剪切作用。 一般采有PP熔融接枝MAH单体,并挤出制备TPU/PP共混物,请阐明PP接枝MAH对共混物的形态结构及性能有何影响。为什么?10分 采用PP-g-MAH作为增容剂,熔融法制备TPU/PP共混物。发现,马来酸酐接枝聚丙烯是聚氨酯与聚丙烯共混体系有效的增容剂,有效地改善了共混物的形态能。 :机理:PP-g-MAH中的酸酐基团可能一部分与TPU中羟基反应,另一部分是与N-H基团发生氢键作用,从而有效降低了表面张力,提高了表面粘结力。 聚合物共混物的制备方法有那些?各有什么特点?10分 . 物理共混法,简单机械共混技术简单的机械共混技术也称为单纯共混技术,它是在共混过程中,直接将两种聚合物进行混合制得聚合物混合材料。又

聚合物共混改性-a(答案)知识讲解

聚合物共混改性2007-A(答案)

四川大学期考试试题(闭卷)A (2006 ——2007学年第 2 学期) 课程号:30004720 课序号:课程名称:聚合物共混改性原理任课教师:成绩: 适用专业年级: 2004级学生人数:印题份数:学号:姓名:

5、根据下图分析啮合型同向旋转双螺杆挤出机可分为哪几个工作区段?各段的作用是什么? 答:1、固体输送区。作用:(1)输送物料;(2)将松散的粉状物料压实或提高粒状物料在螺杆中的充满度,以促进物料在下一区的熔融塑化。(2分) 2、熔融和混合。物料经输送区受到一定的压缩后开始熔融,并发生混合。(2分) 3、混合区(第二混合段)。将组分尺寸进一步细化与均化;侧加料,加入添加剂等。(2分) 4、脱挥、排气。完全熔融状态的物料经压缩后突然减压,可挥发性物料在真空条 件下迅速挥发,脱离熔体。(2分) 5、熔体输送、增压挤出。物料必须建立起一定的压力,使模口处物料有一定的致 密度,一般来说,在此区,物料可进一步混合,主要功能是输送与增压。(2分) 6、简述影响聚合物共混物形变的因素。(10分) 答:1、基体性质。聚合物共混物屈服形变时,银纹和剪切形变两种成分的比例在很大程度上取决于连续相基体的性质。一般而言,连续相的韧性越大,则剪切成分所占的比例越大。(2分) 2、应力的影响。a. 应力大小(1分):形变中银纹成分的比例随应力和形变速率 的增加而增加;b. 形变速率(1分):增加形变速率会使银纹成分的比例提高;c. 应力性质的影响(1分):由于银纹化伴随着体积的增加,所以压应力抑制银纹,张应力则促进银纹的生成。 3、大分子取向的影响。大分子取向常常减小银纹成分的比例。例如橡胶增韧塑 料,拉伸时基体大分子取向,橡胶颗粒会变成椭球状,结果应力集中因子减小。取向的结果使剪切成分的比例增加而银纹化成分的比例下降。(2分)

聚合物共混知识点总结

1.聚合物共混:共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。其中,物理共混就是通常意义上的“混合”。如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的畴之,则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。 2.分布混合,又称分配混合。是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。 3.分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性,又减少分散相粒径,改变分散相粒径分布的工程。 分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的,分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。 4.总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性,即分散相浓度的起伏大小。 5.分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。对于总体均匀性,则采用数理统计的方法进行定量表征。分散度则以分散相平均粒径来表征。 6.分散相的平衡粒径:在分散混合中,由于分散相大粒子更容易破碎,所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程,这一自动均化的过程的结果,是使分散相例子达到一个最终的粒径。即“平衡粒径”。 7.高分子合金:(塑料合金)指含多种组分的聚合物均相或多相体系,常具有较高的力学性能,作工程塑料。 8.熔融共混:将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混(应用广泛)。采用的设备-----密炼机、开炼机、挤出机等。本方法最具有工业价值。 9.溶液共混:将聚合物组分溶于溶剂后,进行共混。本方法主要用于基础研究领域 10.乳液共混:将不同聚合物乳液共混方法。本法可用于橡胶共混改性中;以乳液应用的产品可乳液共混改性等。 11.分散度:反映分散相物料的破碎程度;

(分散相的平均粒径和分布表征) 12.均一性:反映分散相分散的均匀程度 (分散相浓度起伏大小,用统计法) 13.相界面:连续相与分散相之间的交界面。 (界面结合好坏对共混物性能有重大影响) 14. 所谓聚合物之间的相容性(Miscibility),从热力学角度而言,是指在任何比例混合时,都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系,即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。 15. 直接观测 16. 间接观测 17.界面自由能:两相体系中两组分之间具有界面自由能,直接影响共混过程. 18.界面力 19. 简答 1.简述影响热力学相容性的因素。 答:1.大分子间的相互作用 2.相对分子质量 3.共混组分的配比 4.温度

聚合物改性复习题

1、聚合物改性的定义,改性的方法。 答:聚合物改性:通过各种化学的、物理的或二者结合的方法改变聚合物的结构,从而获得具有所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程。主要方法:共混改性、填充改性、复合材料、化学改性、表面改性。共混改性指两种或两种以上的聚合物经混合制成宏观均匀的过程。填充改性指人们在聚合物中添加填充剂有时只是为了降低成本,但也有很多时候是为了改善聚合物的性能。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。化学改性是通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质的方法。表面改性:改善工件表面层的机械、物理或化学性能的处理方法。 2、化学改性(改变分子链结构)和物理改性(高次结构)的本质区别。 答: 第二章:基本观点: 1、共混物与合金的区别。 答:高分子合金不能简单等同于聚合物共混物,高分子合金是指含多种组分的聚合物均相或多相体系,包括聚合物共混物、嵌段和接枝共聚物,而且一般言,高分子合金具有较高的力学性能。 2、共混改性的分类(熔融、乳液、溶液和釜内) 答:按照共混时物料的形态:熔融共混:机械共混的方法,最具工业价值,是共混改性的重点。溶液共混:用于基础研究领域,工业上用于涂料和黏合剂的制备。乳液共混:共混产品以乳液的形式应用。斧内共混:是两种或两种以上聚合物单体同在一个反应釜中完成其聚合过程,在聚合的同时也完成了共混。 3、共混物形态研究的重要性。 答:共混物的形态与共混物的性能密切相关,而共混物的形态又受到共混工艺条件和共混物组分配方的影响,所以,共混物的形态研究就成了研究共混工艺条件和共混组分分配与共混物性能的关系的重要中间环节。 4、共混物形态的三种基本类型——均相体系、非均相体系(海岛结构、海海结构) 答:一是均相体系。二是非均相体系(两相体系):包括“海-岛结构”------连续相+分散相。“海-海结构”------两相均连续,相互贯穿。 5、相容性对共混物形态结构的影响。 答:在许多情况下,热力学相容性是聚合物之间均匀混合的主要推动力。两种聚合物的相容性越好就越容易相互扩散而达到均匀的混合,过渡区也就宽广,相界面越模糊,相畴越小,两相之间的结合力也越大。有两种极端情况,其一是两种聚合物完全不相容,两种聚合物链段之间相互扩散的倾向极小,相界面很明显,其结果是混合较差,相之间结合力很弱,共混物性能不好。第二种极端情况是两种聚合物完全相容或相容性极好,这时两种聚合物可相互完全溶解而成为均相体系或相畴极小的微分散体系。这两种极端情况都不利于共混改性的目的(尤其指力学性能改性)。 一般而言,我们所需要的是两种聚合物有适中的相容性,从而制得相畴大小适宜、相之间结合力较强的复相结构的共混产物。 6、与形态有关的因素:相容性、分散度和均一性的概念和作用。 答:相容性(compatibility)----共混物各组分彼此互相容纳,形成宏观均匀材料的能力。作用:通过相容性的大小,可以反映共混物聚合物之间的相互容纳能力和共混物的形态。 分散度:两相体系中分散相物料的破碎程度,常用分散相颗粒的大小和平均粒径来表示。均一性:分散相物料分散的均匀程度,亦即分散相浓度的起伏大小。作用:分散度和均一性都是用于表征分散相的分散状况。 7、相容性的概念和相容性的8种判据。 答:A)溶解度参数(δ)相近原则:△H=0,最小,表明此时聚合物对相容性最好; δ是聚合物内聚能密度的平方根,δ越相近的聚合物对相容性越好。 B)共同溶剂原则(试验法):通过实验确定聚合物相容性,方法简单,但是受到温度和浓度的影响较大,不够精确。 C)浊点法则:共混物由均相体系变为非均相体系时,共混物的透光率会发生变化,把该相转变点称为“浊点”。所以通过一定的方法测定浊点,可判断聚合物的相容性。 D)薄膜法:不同的聚合物折射率不同,将共混物制成均相溶液后制成薄膜,如果薄膜的透明度差且脆,则为不相容;反之,弱薄膜透明且有韧性,则相容性良好。缺点:误差较大,对折射率相同的聚合物,不能用此法。 E)显微镜法:目前分析共混物相容性的最准确,最直观,最有用的技术。对不相容或部分相容的体系,还可以进一步确定出分散相的颗粒大小、分布、形态和包藏结构等信息。用透射电镜观察共混物的相结构发现:即使是相容的共混体系,在微观下也是两相分布,而不是达到分子水平的混合。 F)Tg法则:比较科学、常用的方法,关键在于Tg的测定。Tg的测定方法: 动态力学法(DMA)(利用力学性质的变化) 机械分析法(利用力学性质的变化)

聚合物共混改性-作业题答案

1. 聚合物共混改性的主要目的有哪些? 物性(谋求新的功能提高性能):功能化、高性能化、耐久性 成型加工性:流动性、收缩性、离型性、尺寸稳定性、结晶性、结晶速度、热熔融强度等 经济性:增量、代用、省资源、循环利用等 2. 聚合物共混改性的主要方法有哪些? 物理共混:是指两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成一种宏观上均匀的新材料的过程。 化学共混:聚合物的化学共混改性是通过聚合物的化学反应,改变大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式的一类共混改性方法。 物理/化学共混:是在物理共混的过程中发生某些化学反应 3. 简述混合的基本方式及其特点。 基本方式:分配混合(分布混合、层流混合)、分散混合 特点:在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程,称为分配混合。 分布混合:只改变分散相的空间分布状况,增加分散相分布的随机性。分散相物料主要通过对流作用来实现;层流混合:是分布混合的一种特定形式,其理论基于一种假设,即在层流混合的过程中,层与层之间不发生扩散。分散混合:在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值,同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。 4. 试述聚合物共混物的形态及特点。 海-岛结构:是一种两相体系,一相为连续相,另一相为分散相,分散相分散在连续相中,亦即单相连续体系。 海-海结构:也是一种二相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿,亦即两相连续体系。 两相互锁或交错结构:也是一种二相体系,这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相,而且两相相互交错形成层状排列,难以区分连续相和分散相。 梯度结构:为二相体系,特殊的共连续体系(两相连续体系)其组成在空间上互为增减。 阶跃结构:为二相体系,特殊的共连续体系(两相连续体系),在极小过渡区域内,其组成在空间上互为增减。 单相连续体系:海-岛结构、两相互锁或交错结构 共连续体系:海-海结构、梯度结构、阶跃结构 5. 影响熔融共混的主要因素有哪些? (1)聚合物两相体系的熔体黏度(比值)及熔体弹性。(2)聚合物两相体系的界面张力。(3)聚合物两相体系的组分含量以及物料的初始状态。(4)流动场形式和强度。(5)共混时间。 1. 试述聚合物共混的概念。 聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成一种宏观上均匀,而且力学、热学、光学、电学及其他性能得到改善的新材料的过程,这种混合过程称为聚合物的共混改性,所得到的新的共混产物称为聚合物共混物,简称共混物。 2. 共混物的形态学要素有哪些? 分散相和连续相、分散相的分散状况、两相体系的形貌、相界面 3. 简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理。 液滴分裂机理:分散相的大粒子,分裂成两个较小的粒子,然后,较小的粒子在进一步分裂,这一过程不断重复,直至平衡。细流线破裂机理:分散相的大粒子,在拉伸应力下变形为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒子。 4. 依据“液滴模型”,讨论影响分散相变形的因素。 Weber数:We很小时,σ占据主导作用,形成稳定的液滴。“液滴模型”认为,对于特定的体系和在一定条件下,We可以有特定的Wecrit,当We < Wecrit,液滴稳定;We>Wecrit,液滴会变得不稳定,进而破裂。 γ γ :↑→We ↑→D ↑。

聚合物共混改性考试试题及答案

聚合物共混改性考试试卷 一、名称解释 20分 聚合物共混改性: 答:是以聚合物(聚合物或者共聚物)为改性剂,加入到被改性的聚合物材料(合成树脂,又叫基体树脂)中,采用合适的加工成型工艺,使两者充分混合,从而制得具有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物材料的改性技术。 相逆转: 答:聚合物共混物可在一定的组成范围内发生相的逆转,原来是分散相的组分变成连续相,而原来是连续相的组分变成分散相。在相逆转的组成范围内,常可形成两相交错、互锁的共连续形态结构,使共混物的力学性能提高。 热塑性塑料: 答:热塑性塑料是指加热后软化、可塑,冷却后硬化,再次加热可熔融软化,固化成型,具有反复可加工成型的特点。 增容作用: 答:使聚合物之间易于相互分散,能够得到宏观均匀的共混体系。改善聚合物之间相界面的性能,增加两相间的粘合力,使P-P共混物具有长期稳定的性能。 二、聚合物共混物的形态结构及特点 10分 答:单相连续结构:构成聚合物共混物的两个相或者多个相中只有一个相连续,其他的相分散于连续相中。单相连续结构又因分散相相畴的形状、大小以及与连续相结合情况的不同而表现为多种形式。 两相互锁或交错结构:这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相,而且两相相互交错形成层状排列,难以区分连续相和分散相。有时也称为两相共连续结构,包括层状结构和互锁结构。 相互贯穿的两相连续结构:共混物中两种组分均构成连续相,互穿网络聚合物(IPNs)是两相连续结构的典型例子。 三、聚合物共混物相容性分哪两类?各自的定义是什么?画出聚合物共混物的UCST、LCST 相图。15分 答:分为热力学相容性和工艺相容性两类。 热力学相容性是指相互混合的组分以任意比混合,都能形成均相体系,这种相容性叫热力学相容性。 工艺相容性是指对于一些热力学相容性不太好的共混高聚物,经适当加工工艺,形成结构和性能稳定的共混高聚物,则称之为工艺相容性。 相图略 四、界面层的结构组成和独立相区的区别 10分 答:①界面层内两种分子链的分布是不均匀的,从相区内到界面形成一浓度梯度; ②界面层内分子链比各自相区内排列松散,因而密度稍低于两相聚合物的平均密度; ③界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质,分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多,界面层越稳定,但对界面粘结强度不利。 五、以PC/PP共混体系为例,举例说明哪些手段可以用来加强体系的相容性?10分 答:1. 通过共聚改变某聚合物的极性; 2. 通过化学改性的方法,在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团; 3. 在某聚合物上引入特殊作用基团;加入第三组分进行增容;

聚合物共混改性原理及应用

聚合物共混改性原理及应用 ``````` 4057 一.名词解释(每题5分,共20分) 1.聚合物共混 答:共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。其中,物理共混就是通常意义上的“混合”。如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内,则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。 2.分布混合和分散混合 答:分布混合,又称分配混合。是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性,又减少分散相粒径,改变分散相粒径分布的工程。 分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的,分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。 3.总体均匀性和分散度 答:总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性,即分散相浓度的起伏大小。分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。对

于总体均匀性,则采用数理统计的方法进行定量表征。分散度则以分散相平均粒径来表征。 4.分散相的平衡粒径 答:在分散混合中,由于分散相大粒子更容易破碎,所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程,这一自动均化的过程的结果,是使分散相例子达到一个最终的粒径。即“平衡粒径”。 二.选择题(每题分,共15分) 1.热力学相容条件是混合过程的吉布斯自由能( A ) A.小于零 B 大于零 C 等于零 D 不确定 2.共混物形态的三种基本类型不包括( D ) 3. A.均相体系 4. B 海-岛结构 5.C 海--海结构 6. D 共混体系 3.影响熔融共混过程的因素不包括(B )

A 聚合物两相体系的熔体黏度 B 聚合物两相体系的表面张力 C 聚合物两相体系的界面张力 D 流动场的形式和强度 4.共混物形态研究的主要内容不包括( D ) A 连续相和分散相祖分的确定 B 两相体系的形貌 C 相界面 D 分散相的物理性能 5.熔体黏度调节的方法不包括(B) A 温度 B 时间 C 剪切应力 D 用助剂调节 6.聚合物共混物的使用性能影响要素不包括( A ) A 结晶时间 B 结晶温度 C 结晶速度

聚合物改性砂浆粘结强度及测试方法的研究

聚合物改性砂浆粘结强度及测试方法的研究 吴敬龙,李家和,王政 (哈尔滨工业大学材料学院,哈尔滨15006) 【摘要】粘结强度是建筑砂浆一项主要的性能指标,但我国目前还没有测试砂浆粘结强度试验方法及试件类型的通用标准方法。本文对几种测试砂浆粘结强度的方法进行了比较,并对“8”字模方法进行了改进,利用改进后的“8”字模法对水泥砂浆和聚合物改性砂浆与几种墙体和保温材料的粘结强度进行了测定及分析。 【关键词】聚合物改性砂浆?粘结强度?测试方法 【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】 RESEARCH ON BONDING STRENGTH AND THE TESTING METHOD OF POLYMER MODIFIED MORTAR (WU Jing-long,LI Jia-he,W ANG Zheng) (School of Material Science Engineering,Harbin Institue of Technology,Harbin150006,China) Abstract:The bonding strength is the very important performance of building mortar,but our country still haven`t current testing method and sample style of the bonding strength.In this paper,we compare several testing method of mortar,and improve the method of“8”.Then use the improved method of“8”,we test and analyse the bonding strength of between the polymer modified mortar and several the walling and heat preservation material. Key words:polymer modified mortar?bonding strength?testing method 0引言 对于砂浆粘结强度的测试方法,我国目前还没有测试砂浆粘结强度试验方法及试件类型的国家标准,国际上也无通用的试验方法和试件形式[1]同时,随着国家对绿色建材的的重视,墙体改造的大力推广,目前市场上已经出现了很多种新型墙体材料来取代以前应用最为广泛的粘土红砖,应用较多的有各种砌块和板材。然而在推广使用新型墙体材料的过程中,普遍存在严重的墙体开裂和渗漏问题,严重影响了工程质量和正常使用,也严重制约了新型墙体材料的推广应用。这主要是由于墙体材料与传统水泥砂浆粘结强度不高造成的。聚合物改性砂浆具有与墙体材料粘结强度大、韧性高等特点。使其在新型材料应用中,受到研究者和施工单位的广泛关注。 本文针对以上现状,查阅大量国内外文献资料,并根据自己的试验,研究了一种聚合物改性砂浆与普通砂浆粘结强度,同时比较了几种不同粘结强度测试方法,提出一种较为合理的粘结强度测试方法。在此基础上,讨论该聚合物砂浆对苯板、砌块、轻质保温墙板、粉煤灰砖等几种墙体材料的粘结强度。 1原材料及测试方法 1.1原材料及聚合物砂浆配比 水泥:本文中水泥采用哈尔滨水泥厂生产的P?O42.5水泥。 砂:本文中所采用的砂为松花江的中砂,模数为2.6。 聚合物:本文中采用的聚合物是可再分散胶粉。 消泡剂:本文采用磷酸三丁酯。 聚合物砂浆配比:试验中固定灰砂比为1:3,调节用水量使水泥砂浆和聚合物砂浆的稠度在65mm~75mm之间,在聚合物砂浆中掺加了为水泥用量的0.5%可再分散胶粉和水泥用量0.2%的消泡剂。 1.2粘结强度测试方法 现存的粘结强度测试方法主要有以下几种: (1)“8”字模法(A)这种方法是文献中应用最多的一种方法[2]。“8”字模的中间截面的面积为2cm×2cm。示意图见图1 所示。 图1“8”字模法模具 测试时首先将普通砂浆用八字模成型,插捣抹

聚合物共混改性

1.高分子的来源是来自天然高分子、半天然高分子、以及合成高分子。而其中天然高分子是自然界存在的高分子 2.共混方法:物理方法:机械混合溶液混合胶乳混合粉末混合 化学方法:接枝共聚(组分间有化学反应)嵌段共聚(组分间有化学应) 互穿网络(组分间没有化学反应)渐变处理(组分间没有化学反应) 3.高分子材料共混技术进展 相容剂技术(见离聚体进展报告) 互穿聚合物网络技术(见第五章内容) 动态硫化技术(见第三章) 反应挤出成型技术 形态结构研究 增韧机理研究 4.反应挤出成型技术特点: 可连续且小批量的生产; 投资少; 不使用溶剂,节省能源和减少公害; 对制品和原料有较大选择余地; 可方便地进行混炼、聚合等操作,简化脱挥发物、造粒和成型加工等过程,并可使其一体化; 在控制化学结构的同时还可控制微相等物理结构,以制备具有良好性能的新物质。 5.弹性体增韧理论 a 多重银纹理论 Mertz等人首次提出了聚合物的增韧理论。该理论认为,作增韧体的部分橡胶粒子会横跨在材料变形所产生的很多微细的裂缝上,阻止其迅速发展,而橡胶在变形过程中消耗了能量,从而提高了材料的韧性。此理论的主要弱点是注意了橡胶而忽视了母体。后来Newman等人计算了拉伸断裂过程中橡胶断裂所耗散的能量仅占总能量的10%,这说明该理论并未真正揭示橡胶增韧的本质原因。 Bucknall等人发展了Mertz等人的微缝理论,提出了多重银纹理论。该理论认为,在橡胶增韧塑料体系中,橡胶相颗粒起了应力集中的作用。当材料受到冲击时,它能引发大量的银纹,但由于大量银纹之间的应力场的相互干扰并且如果生产着的银纹前峰处的应力集中低于临界值或银纹遇到另一橡胶颗粒时,则银纹就会终止,橡胶相粒子不仅能引发银纹而且能控制银纹。材料受到冲击时产生的大量银纹可吸收大量的冲击能量,从而保护了材料不受破坏 6.弹性体增韧和非弹性体增韧两种理论比较 a 增韧剂种类不同:前者是橡胶或热塑性弹性材料,模量低、易于挠曲、流动性差;后者是脆性塑料或刚性无机粒子,模量高,几乎不发生塑性形变,流动性好。 b 增韧对象不同:前者可增韧脆性或韧性材料;后者则要求基体本身有—定韧性。 c 增韧剂含量变化的效果不同:前者随加入量的增加韧性一直增加;后者有一合适的增韧范围,超过这一范围后无增韧效果。 d 复合体系性质不同:前者在提高材料韧性的同时,材料的模量、强度和热变形温度等大幅度降低;后者则在提高材料韧性的同时,提高材料的模量、强度和热变形温度,不过,前者对基体韧性提高幅度大;后者则通常不能大幅度提高韧性。

聚合物共混改性(小字)

1.试述聚合物共混改性的目的:获得预期性能的共混物。 2.试述共混改性的方法:1.熔融共混;2.溶液共混; 3.乳液共混; 4.釜内共混。 1、共混物形态的三种基本类型(1)均相体系 (2)两相体系①海—岛结构 ②海—海结构 答:其一是均相体系;其二被称为“海-岛结构”,这是一种两相体系,且一相为连续相,一相为分散相,分散相分散在连续相中,就好像海岛分散在大海中一样;其三被称为“海-海结构”,也是两相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿。 2.均相体系的判定:如果一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能,该共混物就可以认为是具有均相结构的共混物.在大多数情况下,可以用玻璃化转变温度(Tg)作为判定的标准.如果两种聚合物共混后, 形成的共混物具有单一的Tg,则就可以认为该共混物为均相体系. 3、简述分布混合与分散混合的概念 分布混合:又称分配混合,是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的. 分散混合:既增加分散相空间分布的随机性,又减小分散相粒径,改变分散相粒径分布过程. 4 P17— 18 , 一个分散相大粒子(大液滴)分裂成两个较小较小的粒子再进一步分裂。展示的分散过程是逐步进行的重复破裂过程。 (大液滴)先变为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒。其展示的分散过程是在瞬间完成的。 5、影响共混过程的5答:a. 调控共混温度,改变剪 ,使We 值增大,进而使形变增大; ,使We 值增大,易于变形.液滴的变形到达,使We 值增大,进而使液滴(分散相)的形变增大; σ下降,使We 值增大,进而使液滴的形变增大; 的影响; ⑥熔体弹性; ⑦液滴破碎的判据:τ(19λ+16)/16(λ+1) > σ/R ,式中τ为剪切应力. ⑧流动场形式的影响 (2)双小球模型: ①剪切应力、分散相内力:增大剪切应力或降低分散相内力有利于分散相颗粒的破碎分散; ②粒径大的分散相颗粒易破碎分散,发生分散相粒径的自动均化过程; ③在分散相的破碎分散过程中,分散相颗粒会发生伸长变形和转动.当伸长变形的分散相颗粒转动到剪切应力平行的方向时,就难以进一步破碎了。 7、采用哪些方法,可以对聚合物熔体黏度进行调控 P35—37 答:①调节共混温度; ②调节剪切应力; ③用助剂进行调节; ④改变相对分子质量. 8、简述总体均匀性与分散度概念 总体均匀性:分散相颗粒在连续相中分布的均匀性,即分散相浓度的起伏大小。 分散度:分散相颗粒的破碎程度;用分散相平均粒径表征。 9、简述影响分散相粒径的因素 P54 答:熔体黏度与组分配比是影响分散相粒径的重要因素;共混过程中共混体系所受到的外力作用(通常是剪切应力),对分散相粒径也有重要影响;两相之间界面张力对分散相物料的分散过程产生影响,进而影响分散相粒径。 10、简述聚合物表面张力的影响因素 (1)温度 表面张力的本质是分子间相互作用。由于分子间力随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。聚合物的表面张力也随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。 (2)聚合物物态 结晶性聚合物发生结晶或熔融时,密度发生变化。根据Macled 方程,密度变化会引起表面张力变化,密度增大,表面张力也增大;因而,结晶性聚合物发生相变时,表面张力会发生相应的变化。结晶体的密度高于熔体的密度,相应的,结晶体的表面张力高于熔体的表面张力。这种变化,会使表面张力与温度的线性关系受到影响。 (3)相对分子质量 ;分子量大,表面张力也大。 (4)内聚能密度及溶解度参数 内聚能密度 2i ii C δ=;表面张力和内聚能密度都与分子间相互作用有关,两者彼此有关联; 溶解度参数 14.043 .0m V K δφσ =;表面张力随溶解度参数的增大而增大。 11、简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系 答:溶解度参数接近的体系,或者B 参数较小的体系,相容性相应的较好,界面张力较低,界面层厚度也较厚。 12、共混体系的相容剂有哪些类型? 两类,非反应性共聚物,反应性共聚物。 13、试述影响共混体系熔融流变性能的因素 答:因素主要有:剪切速率、温度、粘弹性、共混物组分含量、第三组分(调节剂)。 答:(1)玻璃纤维的直径的影响:用于PA 增强的玻璃纤维直径在10—20μm 左右; (2)玻纤长度的影响;(3)玻璃纤维表面处理的影响;(4)玻纤含量的影响 16、表面处理作用机理 答:(1)提高碳纤维的表面能(实质是提高碳纤维表面的含氧量),减少纤维与基体、树脂表面能之差值,以达到改善基体与纤维间的浸润性,实现纤维与基体间的有关粘结; (2)通过一定处理后,可在碳纤维表面形成大量可与基体形成化学键及氢键或范德华力结合的活性基团,可明显提高CFRP 层间剪切强度; (3)改善碳纤维表面物理状态,及增加表面粗糙或在纤维表面生成凹凸结构,以通过机械契合或者说“锚固效应”达到好的界面性能 17、如何提高极性尼龙和非极性聚烯烃弹体的相容性?给出至少3种表征PA/POE 共混物相容性的方法。 答:(1)添加相容剂,作用机理是富集在两相界面处,改善两相之间的界面结合。 (2)固体物性表征:热分析法(DSC)、膨胀计法、动态力学分析法(DM)。热力学表征:熔点降低法,吸附探针法和反气相色谱法等. 18、试述聚合物表面改性的必要性及其意义。 答:表面改性技术是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术,赋予零件耐高 温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件,提高了可靠性、延长了使用寿命,具有很大的经济意义和推广价值。 1.试述聚合物共混改性的目的:获得预期性能的共混物。 2.试述共混改性的方法:1.熔融共混;2.溶液共混; 3.乳液共混; 4.釜内共混。 1、共混物形态的三种基本类型(1)均相体系 (2)两相体系①海—岛结构 ②海—海结构 答:其一是均相体系;其二被称为“海-岛结构”,这是一种两相体系,且一相为连续相,一相为分散相,分散相分散在连续相中,就好像海岛分散在大海中一样;其三被称为“海-海结构”,也是两相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿。 2.均相体系的判定:如果一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能,该共混物就可以认为是具有均相结构的共混物.在大多数情况下,可以用玻璃化转变温度(Tg)作为判定的标准 .如果两种聚合物共混后,形成的共混物具有单一的Tg,则就可以认为该共混物为均相体系。 3、简述分布混合与分散混合的概念 分布混合:又称分配混合,是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的. 分散混合:既增加分散相空间分布的随机性,又减小分散相粒径,改变分散相粒径分布过程. 4 P17—18 ,一个分散相大粒子(大液滴)分裂成两个较小较小的粒子再进一步分裂。展示的分散过程是逐步进行的重复破裂过程。 (大液滴)先变为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒。其展示的分散过程是在瞬间完成的。 5、影响共混过程的5 答:a. 调控共混温度,改变剪,使We 值增大,进而使形变增大; ,使We 值增大,易于变形.液滴的变形到达,使We 值增大,进而使液滴(分散相)的形变增大; σ下降,使We 值增大,进而使液滴的形变增大; 的影响; ⑥熔体弹性; ⑦液滴破碎的判据:τ(19λ+16)/16(λ+1) > σ/R ,式中τ为剪切应力. ⑧流动场形式的影响 (2)双小球模型: ①剪切应力、分散相内力:增大剪切应力或降低分散相内力有利于分散相颗粒的破碎分散; ②粒径大的分散相颗粒易破碎分散,发生分散相粒径的自动均化过程; ③在分散相的破碎分散过程中,分散相颗粒会发生伸长变形和转动.当伸长变形的分散相颗粒转动到剪切应力平行的方向时,就难以进一步破碎了。 7、采用哪些方法,可以对聚合物熔体黏度进行调控 P35—37 答:①调节共混温度; ②调节剪切应力; ③用助剂进行调节; ④改变相对分子质量. 8、简述总体均匀性与分散度概念 总体均匀性:分散相颗粒在连续相中分布的均匀性,即分散相浓度的起伏大小。 分散度:分散相颗粒的破碎程度;用分散相平均粒径表征。 9、简述影响分散相粒径的因素 P54 答:熔体黏度与组分配比是影响分散相粒径的重要因素;共混过程中共混体系所受到的外力作用(通常是剪切应力),对分散相粒径也有重要影响;两相之间界面张力对分散相物料的分散过程产生影响,进而影响分散相粒径。 10、简述聚合物表面张力的影响因素 (1)温度 表面张力的本质是分子间相互作用。由于分子间力随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。聚合物的表面张力也随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。 (2)聚合物物态 结晶性聚合物发生结晶或熔融时,密度发生变化。根据Macled 方程,密度变化会引起表面张力变化,密度增大,表面张力也增大;因而,结晶性聚合物发生相变时,表面张力会发生相应的变化。结晶体的密度高于熔体的密度,相应的,结晶体的表面张力高于熔体的表面张力。这种变化,会使表面张力与温度的线性关系受到影响。 (3)相对分子质量 ;分子量大,表面张力也大。 (4)内聚能密度及溶解度参数 内聚能密度 2i ii C δ=;表面张力和内聚能密度都与分子间相互作用有关,两者彼此有关联; 溶解度参数 14.043.0m V K δφσ=;表面张力随溶解度参数的增大而增大。 11、简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系 答:溶解度参数接近的体系,或者B 参数较小的体系,相容性相应的较好,界面张力较低,界面层厚度也较厚。 12、共混体系的相容剂有哪些类型? 两类,非反应性共聚物,反应性共聚物。 13、试述影响共混体系熔融流变性能的因素 答:因素主要有:剪切速率、温度、粘弹性、共混物组分含量、第三组分(调节剂)。 答:(1)玻璃纤维的直径的影响:用于PA 增强的玻璃纤维直径在10—20μm 左右; (2)玻纤长度的影响;(3)玻璃纤维表面处理的影响;(4)玻纤含量的影响 16、表面处理作用机理 答:(1)提高碳纤维的表面能(实质是提高碳纤维表面的含氧量),减少纤维与基体、树脂表面能之差值,以达到改善基体与纤维间的浸润性,实现纤维与基体间的有关粘结; (2)通过一定处理后,可在碳纤维表面形成大量可与基体形成化学键及氢键或范德华力结合的活性基团,可明显提高CFRP 层间剪切强度; (3)改善碳纤维表面物理状态,及增加表面粗糙或在纤维表面生成凹凸结构,以通过机械契合或者说“锚固效应”达到好的界面性能 17、如何提高极性尼龙和非极性聚烯烃弹体的相容性?给出至少3种表征PA/POE 共混物相容性的方法。 答:(1)添加相容剂,作用机理是富集在两相界面处,改善两相之间的界面结合。 (2)固体物性表征:热分析法(DSC)、膨胀计法、动态力学分析法(DM)。热力学表征:熔点降低法,吸附探针法和反气相色谱法等. 18、试述聚合物表面改性的必要性及其意义。 答:表面改性技术是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术,赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件,提高了可靠性、延长了使用寿命,具有很大的经济意义和推广价值。

聚合物共混改性考试试题及答案教学内容

聚合物共混改性考试试题及答案

3. 在某聚合物上引入特殊作用基团;加入第三组分进行增容; 4. 两相之间产生部分交联,形成物理或化学缠结; 5. 形成互穿网络结构(IPN); 6. 改变加工工艺,施加强烈的力剪切作用。 六、一般采有PP熔融接枝MAH单体,并挤出制备TPU/PP共混物,请阐明PP接枝MAH对共混物的形态结构及性能有何影响。为什么?10分 答:采用PP-g-MAH作为增容剂,熔融法制备TPU/PP共混物。发现,马来酸酐接枝聚丙烯是聚氨酯与聚丙烯共混体系有效的增容剂,有效地改善了共混物的形态和力学性能。 原因:机理:PP-g-MAH中的酸酐基团可能一部分与TPU中羟基反应,另一部分是与N-H基团发生氢键作用,从而有效降低了表面张力,提高了表面粘结力。 七、聚合物共混物的制备方法有那些?各有什么特点?10分 答:1. 物理共混法,简单机械共混技术简单的机械共混技术也称为单纯共混技术,它是在共混过程中,直接将两种聚合物进行混合制得聚合物混合材料。又包括:粉料(干粉)共混,熔体共混,溶液共混,乳液共混 2. 共聚-共混法 特点:特点:共聚—共混法制取聚合物共混物是一种化学方法,这一点是与机械共混法显然不同的。 3. 互穿聚合物网络法 八、增容作用的本质是什么?通常采用哪些增容方法?15分 答:增容作用的物理本质:降低共混组分之间的界面张力,促进分散程度的提高;提高相结构的稳定性,使得共混塑料的性能得以提高;改善共混组分之间的界面粘结,有利于传递外力。 常用的增容方法: 1. 利用氢键作用导致相容 2. 利用离子间相互作用 3. 利用电荷转移作用 4. 加入增容剂 5. 混合过程中化学反应所引起的增容作用 6. 共聚物/均聚物共混体系 7. 共溶剂法和IPN法

最新聚合物改性考试试题题

一、名称解释 20分 聚合物共混改性: 答:是以聚合物(聚合物或者共聚物)为改性剂,加入到被改性的聚合物材料(合成树脂,又叫基体树脂)中,采用合适的加工成型工艺,使两者充分混合,从而制得具有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物材料的改性技术。 相逆转: 答:聚合物共混物可在一定的组成范围内发生相的逆转,原来是分散相的组分变成连续相,而原来是连续相的组分变成分散相。在相逆转的组成范围内,常可形成两相交错、互锁的共连续形态结构,使共混物的力学性能提高。 热塑性塑料: 答:热塑性塑料是指加热后软化、可塑,冷却后硬化,再次加热可熔融软化,固化成型,具有反复可加工成型的特点。 增容作用: 答:使聚合物之间易于相互分散,能够得到宏观均匀的共混体系。改善聚合物之间相界面的性能,增加两相间的粘合力,使P-P共混物具有长期稳定的性能。 二、聚合物共混物的形态结构及特点 10分 答:单相连续结构:构成聚合物共混物的两个相或者多个相中只有一个相连续,其他的相分散于连续相中。单相连续结构又因分散相相畴的形状、大小以及与连续相结合情况的不同而表现为多种形式。 两相互锁或交错结构:这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相,而且两相相互交错形成层状排列,难以区分连续相和分散相。有时也称为两相共连续结构,包括层状结构和互锁结构。 相互贯穿的两相连续结构:共混物中两种组分均构成连续相,互穿网络聚合物(IPNs)是两相连续结构的典型例子。 三、聚合物共混物相容性分哪两类?各自的定义是什么?画出聚合物共混物的UCST、LCST相图。15分 答:分为热力学相容性和工艺相容性两类。 热力学相容性是指相互混合的组分以任意比混合,都能形成均相体系,这种相容性叫热力学相容性。 工艺相容性是指对于一些热力学相容性不太好的共混高聚物,经适当加工工艺,形成结构和性能稳定的共混高聚物,则称之为工艺相容性。 相图略 四、界面层的结构组成和独立相区的区别 10分 答:①界面层内两种分子链的分布是不均匀的,从相区内到界面形成一浓度梯度; ②界面层内分子链比各自相区内排列松散,因而密度稍低于两相聚合物的平均密度; ③界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质,分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多,界面层越稳定,但对界面粘结强度不利。 五、以PC/PP共混体系为例,举例说明哪些手段可以用来加强体系的相容性?10分 答:1. 通过共聚改变某聚合物的极性; 2. 通过化学改性的方法,在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团; 3. 在某聚合物上引入特殊作用基团;加入第三组分进行增容; 4. 两相之间产生部分交联,形成物理或化学缠结; 5. 形成互穿网络结构(IPN); 6. 改变加工工艺,施加强烈的力剪切作用。 六、一般采有PP熔融接枝MAH单体,并挤出制备TPU/PP共混物,请阐明PP接枝MAH对共混物的形态结构及性能有何影响。为什么?10分 答:采用PP-g-MAH作为增容剂,熔融法制备TPU/PP共混物。发现,马来酸酐接枝聚丙烯是聚氨酯与聚丙烯共混体系有效的增容剂,有效地改善

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