高分子材料 - 黄丽主编 - 第二版

1、LDPE、LLDPE、HDPE的分子结构和物理机械性能有何不同？P24表2-1

高密度聚乙烯（HDPE） ，又称低压聚乙烯，因为在低压下生产，含有较多长键，因此密度高。

低密度聚乙烯（LDPE)，用高压法（147.17—196.2MPa）生产，支链较多，强度低。 线性低密度聚乙烯（LLDPE）是通过在聚乙烯的主链上共聚一些具有短支链的共聚物生成的。

热导率，HDPE(高)>LLDPE （线）>LDPE（低）； 线膨胀系数， LDPE>LLDPE >HDPE

2、聚丙烯有三种不同的立构体。试分析一下哪种结构能结晶，为什么？

聚丙烯存在等规、间规、无规三种立体结构。P40

聚合物结晶的必要条件是分子结构的对称性和规整性，这也是影响其结晶能力、结晶速度的主要结构因素。分子链的对称性越高，规整性越好，越容易规则排列形成高度有序的晶格。等规聚丙烯的结构规整性好，具有高度的结晶性；无规聚丙烯为无定形材料，结构的对称性和规整性差，因此不结晶；间规聚丙烯的结构对称性和规整性介于两者之间，结晶能力较差。

3、热固性酚醛树脂与热塑性酚醛树脂的合成条件及分子结构有何不同，热固性酚醛树脂的

固化历程如何？

（1）热塑性酚醛树脂：合成条件：甲醛:苯酚摩尔比<1（0.8~0.86），酸催化（pH<7）；分子结构：线型结构； 热固性酚醛树脂：合成条件：甲醛:苯酚摩尔比>1（1.1~1.5），碱催化（pH=8~11）；分子结构：体型结构。

（2）热固性酚醛树脂是体型缩聚控制在一定反应程度的产物。因此，在合适的条件下可使体型缩聚继续进行，固化成体型缩聚物。 固化机理P67-68 热固性酚醛树脂是多元酚醇的缩聚物。 (因为加成反应结果：单元酚醇与多元酚醇的混合物) 酚醇之间的反应与温度有关，以170℃为分界线。 低于170℃主要是分子链的增长，主要发生两类反应。

a．酚核上的羟甲基与其他酚核上的邻、对位的—H发生反应，生成亚甲基键：

b．两个酚核上的羟甲基相互反应，生成二苄基醚

苄基醚不稳定，能否形成与体系的酸碱性有很大关系，中性条件下：<160℃，易形成；>160℃,醚键易分解，形成—CH2—，碱和酸都是有效的—CH2—形成的催化剂。 热固化实质：体型缩聚的继续进行，在两酚环间形成亚甲基键和醚键。

4、比较聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚各自的特点和主要用途？ 物质 特点 主要用

途

1.聚酰胺

制品坚硬、表面有光泽、为白色至淡黄色，无毒，无臭，无

味；吸水性大；具有优良的力学性能，拉伸强度、刚性强度、冲击韧性较好；具有优良的耐 摩擦性和耐磨耗性，并有自润滑性；具有良好的化学稳定性；在干燥和低温的条件下具有良好的电绝缘性；

一、在机械工业领域，广泛用来代替铜及气体有色金属制造机械、化工、电器零件， 如柴油发动机燃油泵齿轮、水泵、高压密

封圈、轴承、轴套、齿轮等。二、.在汽车工业上，被广泛应用于车顶、前防冲板、 挡泥板、保险杠等结构件，还有滤油器、散热器栅栏、冷却风扇、燃料油管等气体零件上。三、在交通运输业、电器工业、家具制造业已经日用品等领域上也越来越广泛的使用聚酰胺塑料。

2.聚甲醛

表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，着色性好，吸水性小，尺寸稳定性好；高刚性、高硬度、高的弹性模量，良好的冲击强度，耐磨性好、耐疲劳强度高、自润滑性优异；热变形温度较高，短期使用可达到140℃，长期使用不超过100℃，但热稳定性不 高；室温下耐化学性能非常好，尤其是有机溶剂；还具有抗菌、抗霉特性；

一、在汽车业，聚甲醛主要用于汽车发动机燃油系统部件、各种传动部件、耐磨件、汽车的电气设备和汽车车身部结构件。二、在机械工业中，聚甲醛代替有色金属制造各种结构件，特别适合制作耐摩擦及承受高负荷的零件，如齿轮、轴承、滑块、外壳等。三、在电子电器业中，聚甲醛主要用来制作精密件、耐磨件，如电话机、相机中的控制部件。 3.聚碳酸酯

透明、呈轻微淡黄色，透光率很高，可达90%，无毒、无味、无臭；高刚性、良好的冲击强度，，是一种既刚又韧的材料，具有高度的尺寸稳定性，被誉 一、汽车照明系统：使用聚碳酸酯代替玻

璃，大大简化工艺；二、电子电器领域：

大量用于制造办公设备、通讯设备和电器设备的外壳和元件，如计算机外壳、底盘和冰箱抽屉等；可制作耐高击穿典雅和高为“透明金属”。但缺点是耐磨性、耐疲劳性不好，易产生应力开裂现象；具有很高的耐热性和耐寒性；极性小，吸水率低，具有良好的电性能；具有一定的抗化学腐蚀性；卫生性良好，与咖啡、茶等接触不会污染，也不影响容器内食物的色和味。

绝缘性零件，如垫圈、垫片等；可做仪表电讯器材上的标准件、装饰件，如开关、旋钮、螺钉、螺帽、产品标牌等；三、航空、航天领域：用于制作飞机的座舱罩和挡风玻璃，以及宇宙飞船的零部件和宇航员防护用品等；四、其他领域：可制作摄像器材镜头、眼镜镜片；透明医疗器材；透明包装容器；光盘材料；高层建筑采光屋顶等。

4.聚苯醚

PPO无毒、透明、相对密度小；具有优良的机械强度、抗蠕变性，具有很高的拉伸强度和抗冲击性能，刚度和硬度都比较大，尺寸稳定性优良 ；有良好的耐热性、耐水性、耐水蒸汽性；具有优异的电绝缘性；具有优良的耐化学药品行，对稀酸、稀碱、盐及洗涤剂等的稳定性好；成型收缩率较低，废料可重复使用三次作业，用于制造性能要求不高的产品。 1）适用于制造办公设备、家用电器、计算机等箱体、底盘及精密部件。 2）适用于电气工业。宜于制作用在潮湿而有载荷条件下的电绝缘部件，如线圈骨架、管座、控制轴、变压器屏蔽套、继电器盒、绝缘支柱等。

3）适用于制造水表、水泵。纺织厂用的纱管需耐蒸煮，用MPPO制的纱管使用寿命长。 4）由于电子工业及通讯产业的发展，手机、便携式电脑、高性能照相机、摄像机等都需要锂离子电池，因此锂离子电池市场大有发展前景，锂离子电池用有机电解液的包装材料过去用ABS或PC，最近国外开发出电池用的MPPO，其性能优于前两者。

6）MPPO在汽车工业有广泛用途，如仪表盘、防护杠等，PPO与PA合金，尤其是高耐冲击性能的规格品种用于外装部件发展比较快。

7）用于医疗器械，可在热水贮槽和排风机混合填料阀中代替不锈钢和其他金属。

5、分析聚酰胺加工前原料必须干燥的原因？

聚酰胺分子链段中重复出现的酰氨基是一个带极性的基团，这个基团上的氢，不但能够与另一个分子的酰胺基团链段上的羰基上的氧结合形成相当强大的氢键，而且易与水分子形成氢键，因此亲水性强，吸水后尺寸稳定性差，不利于加工，所以聚酰胺加工前原料必须进行干燥。

6、聚酰胺、涤纶、腈纶的主要用途是什么？ 物质 主要用途

聚酰胺

一、在机械工业领域，广泛用来代替铜及气体有色金属制造机械、化工、电器零件，如柴油发动机燃油泵齿轮、水泵、高压密封圈、轴承、轴套、齿轮等。二、.在汽车工业上，被广泛应用于车顶、前防冲板、挡泥板、保险杠等结构件，还有滤油器、散热器栅栏、冷却风扇、燃料油管等气体零件上。三、在交通运输业、电器工业、家具制造业已经日用品等领域上也越来越广泛的使用聚酰胺塑料。 涤纶

①制作薄膜、感光膜，如电影胶片片基、照相胶片膜；

②作为食品、药品、纺织品、精密仪器、电器元件等包装，其制作的中空容器强度高、透明性好、无毒无味，是碳酸饮料、啤酒、食用油等广泛应用的塑料包装材料；电气材料； ③用于制作各种电器绝缘材料，如电线、开关、电器外壳等。 腈纶

腈纶是聚丙烯腈纤维，素有“合成羊毛”之美称。主要特点: 蓬松、柔软，比羊毛轻，有良好的保暖性，易洗、易干，不怕虫蛀和霉烂，适于编织毛衣、毛料、毛毯，也可加工成人造毛皮等。

腈纶的耐晒性很高，因此适于制作窗帘、幕布、帐蓬、船帆等室外使用的织物。

7、干法、湿法、干湿法的纺丝工艺特征是什么？ 方法 工艺特征

干法

从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液进入纺丝甬道。通过甬道中热空气的作用，使溶液细流中的溶剂快速挥发，溶液细流在逐渐脱去溶剂的同时发生浓缩和固化而成为初生纤维的过程。目前干法纺丝速度一般为 200~500m/min高者可达 1000~1500m/min ，但由于受溶剂挥发速度的限制，干纺速度还 是比熔纺低，而且还需要设置溶剂回收等工序，故辅助设备比熔体纺丝多。干法纺丝一般适宜纺制化学纤维长丝，主要生产的品种有腈纶、醋酯纤维、氯纶、氨纶等。 湿法

从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液细流进入凝固浴，聚合物在凝固浴中析出而形成初生纤维的过程。湿法纺丝中的扩散和凝固不仅是一般的物理和化学过程，对某些化学纤维如粘胶纤维同时还发生化学变化，因此，湿法纺丝的成形过程比较复杂，纺丝速度受溶剂和凝固剂的双扩散、凝固浴的流体阻力等因素限制，所以纺丝速度比熔体纺丝低的多。纺丝速度为5～100m/min ， 而熔体纺丝的卷绕速度为每分钟几百米至几千米。采用湿法纺丝时，必须配备凝固浴的配置、循环及回收设备，工艺流程复杂，厂房建筑和设备投资费用都较大，纺丝速

度低，成本高且对环境污染较严重。 目前腈纶、维纶、氯纶、氨纶、纤维素纤维以及某些由刚性大分子构成的成纤聚合物都需要采用湿法纺丝。 干湿法

从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液先经过一段空气层，然后进入凝固浴凝固成形的过程。与普通湿法纺丝相比，纺丝速度提高 5 ～ 10倍。

8、橡胶高弹性的定义是什么？试从分子链结构、聚集态结构分析橡胶具有高弹性的本质原

因？

定义：橡胶弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。

材料之所以呈现高弹性，是由于链段运动能比较迅速的适应所受外力而改变分子链的构象。这就要求链在常温下能够充分显示出柔性。橡胶在Tg~Tf间可表现出一定的高弹性。橡胶的高弹性本质是由大分子构象变化而来的熵弹性，这种高弹性表现为，在外力作用下具有较大的弹性变形，最高可达1000%，除去外力后变形很快恢复。

9、试从分子链结构、聚集态结构比较分析天然橡胶、丁苯橡胶，顺丁橡胶的性能各有哪些

优缺点？

物质 结构 优点 缺点 天然橡胶 P181 P182 P182

丁苯橡胶 P183 P184 P184-185 顺丁橡胶 P186 P186-187 P187

10、热塑性弹性体的定义是什么？相比传统热固性橡胶，热塑性弹性体在性能上有什么优

缺点？ 定义：热塑性弹性体是指在常温下具有橡胶的弹性，高温下具有可塑化成型的一类弹性体材料。

优点：1、良好抗冲击和抗疲劳性能。 ⒉高冲击强度和良好的低温柔韧性。⒊温度上升时保持良好的性能。 ⒋良好的耐化学性。 ⒌高抗撕裂强度及高耐摩擦性能。⒍易加工且具经济性。⒎良好的可回收性。P208 缺点：P208

11、导电聚合物结构与导电性的关系？

物质的导电性是由于物质内部的载流子（带电粒子）的移动引起的。载流子：高分子材料中的自由电子或空穴。 电子存在形式：

（1）内层电子：紧靠原子核的内层，在正常电场下没有迁移能力 （2）σ电子： 形成C-C单键的电子，处在成键原子的中间

（3） n电子： 与杂原子结合，孤立时没有离域性

（4） π电子： p电子重叠产生，孤立存在时具有有限离域性，电子可在原子核周围运动，随着共轭体系的增大，离域性增加 只有具有共轭π电子体系，高分子材料才可能具有导电性（非充分而是必要条件）。带隙为零是高分子材料成为导体的另一必要条件。

聚乙炔的结构：

如果聚乙炔中所有的碳原子是等距离的，成键轨道和反键轨道的能隙为零，电子可以自由运动，聚乙炔是导体；如果聚乙炔中的C-C单键的长度大于C=C双键，则聚乙炔是半导体。

12、超分子聚合物所用单体的结构特点是什么？P285-286 13、高分子相容性的表征方法？P295-296

1.热力学方法2.形态学方法3.分子运动的方法4.界面相方法5.动力学方法6.物理机械性能测试方法

14、增容剂和界面相的作用是什么？

增容剂的作用相当于是表面活性剂，可降低界面张力和增加界面层的厚度。嵌段共聚物和接枝共聚物常用作增容剂，增容剂也可以在共混过程中原位生成。P296 P331

界面相不仅是连接基体和增强体的纽带，也是应力传递、阻止裂纹扩展和缓解应力集中的桥梁，因此对复合材料的性能产生重要的影响。

15、试叙述导电和导热复合材料的形态特征？P318-321

1、导电复合材料：当导电相物质分散在聚合物基体中生成填充型聚合物基导电复合材料。（1）、密度低； （2）、可供选择的导电性范围大，体积电阻率范围为10-3—1010Ω·㎝； （3）、耐腐蚀性强； （4）、优良的加工性能，容易加工成各种复杂结构形状的零件，可大批量生产； （5）、成本较低。

2、导热复合材料：高分子材料的热传导率较低，可加入热导率高的填料，如金属或碳材料制备导热复合材料。

导热复合材料的制备和导电复合材料一样。

填料含量对热导率的影响与对电导率的影响有很大的区别： ①不存在渗逾阈值②热导率的提高幅度远小于电导率

银纹现象时聚合物在张应力作用下，于某种材料某些薄弱部位出现应力集中而产生局部的塑性形变和取向，以至在材料表面或内部垂直于应力方向上出现长度为100μm、宽度为10μm左右、厚度为1μm的微细凹槽或“裂纹”现象。

银纹现象是高聚物在溶剂、紫外光、机械力和内应力等作用下引起的形同微裂纹状的缺陷，光线照射下呈现银白色光泽。长度可达100μm，厚约1～10nm。由银纹质(高度取向的高分子微纤)和空洞组成，银纹质在空洞中连接银纹边，大的微纤直径约20～30nm，小的约10nm，空洞约占银纹体积的40%～50%。银纹质具有一定的力学强度和黏弹性，因此能承受一定的负荷。而且在玻璃化温度以上能自行消失，称为自愈合。

银纹和裂纹极相似，不同之处在于裂纹中间是空的，银纹中间的空洞中有银纹质相连。银纹发展变粗，银纹质断裂，即成裂纹。银纹的出现和发展，使材料的机械性能迅速变差。塑料件成型后，在胶料流动的方向上出现银色的条纹。这是由于原料粒子干燥程度不够或者在注塑过程中胶料热稳定不强造成的。抗银纹性是塑料抵抗银纹出现和增长的能力，是塑料的重要性能指标之一。

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