2015年工程塑料复习题

2015年工程塑料复习题(20题) 一、

什么叫工程塑料，工程塑料主要有哪些特点？

工程塑料（engineering-plastics）是指能够作为结构材料的热塑性塑料。

主要特点：良好的综合性能，刚性大，如蠕变小，力学强度高；耐热性能好；电绝缘性能好；能在苛刻的化学物理环境中长期使用。工程塑料通常价格贵、产量小。 二、

请写出下列工程塑料的英文缩写：聚酰胺，聚甲醛，聚碳酸酯，聚苯醚，聚醚醚酮，聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚苯硫醚，聚砜，液晶聚合物，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯。

聚酰胺（PA）Polymide (nylon)；聚甲醛（POM）polyoxymethylene or Polyformaldehyde；聚碳酸酯（PC）polycarbonate；聚苯醚（PPO或PPE）Polyphenylene oxide or polyphenylene ether；聚醚醚酮（PEEK）polyetheretherketone；聚酰亚胺（PI）polyimide；聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）Polyethylene terephthalate；聚苯硫醚（PPS）Polyphenylene sulfide；聚砜（PSU）polysulfone ；液晶聚合物（LCP）Liquid crystalline polymer；聚四氟乙烯（PTFE）polytetrafluoroethylene ；聚偏氟乙烯（PVDF）Polyvinylidene fluoride 。 三、

通用工程塑料与特种工程塑料的区别是什么？

通用工程塑料的使用温度<150℃，特种工程塑料的使用温度?150℃。即具有优异的耐热性，热变形温度在200℃以上，长期使用温度在150℃以上，且具有一定机械强度的聚合物。在分子结构上，特种工程塑料多为芳杂环高分子。 四、

什么叫P型聚酰胺？什么叫mp型聚酰胺？试各举一例说明。

通过氨基酸的缩聚或内酰胺的开环聚合而获得的聚酰胺称为p型聚酰胺。其中P是氨基酸或内酰胺中碳原子的数量。如聚酰胺6（PA6，Nylon 6）。

通过二元胺与二元酸缩聚而获得的聚酰胺称为mp型聚酰胺。其中m为二元胺中的碳原子数；p为二元酸中的碳原子数，如聚酰胺66（PA66，Nylon 66） 五、

mp型、p型PA分子链上氢键形成有什么规律？

对P型PA，凡单体中含有奇数个碳原子，分子链上的酰胺基可以100%形成氢键，偶数则只有50%可以形成氢键。对mp型PA，两种单体上都含有偶数碳原子，100%形成氢键，反之（即只有一种或两种含有奇数个碳原子），分子链上的酰胺基就只能50%形成氢键。氢

键的形成增大了分子链间的作用力，使聚合物的结晶能力得到进一步的增强，同时也使其熔点升高。 六、

写出芳香族聚碳酸酯的化学结构通式，并对结构进行分析。

芳香族聚碳酸酯的化学结构通式为：

OOR'OCn （1）主链上的R?基团的不同对材料的性质带来较大影响：

(a) R?基为烃基时，随中心碳原子两旁侧基(对称)体积及刚性的加大，H→CH3 →C2H5→C3H7→C6H5，对大分子产生的作用： ①刚性、位阻?，Tm、Tg?，伸长率、冲击韧性? ②链间距加大，相互作用力减弱，Tm、Tg?。 (b) R?基中心碳原子两侧基不对称，如R?基为

HCHCC3H7

分子规整性被破坏，不结晶。 (c) R?基为杂原子或杂原子基团时，如

OOSSSOO

特殊品种，特殊性能。 （2）主链上除R’基外的基团

(a) 苯基：大共轭芳香环状体，难以弯曲。刚性?，聚合物的机械强度、耐热性、耐化学药品性、耐候性和尺寸稳定性?，在有机溶剂中的溶解性和吸水性?。 (b) 氧基：柔顺性?，易于发生分子内旋转，加大溶解性和吸水性 羰基：分子链间的相互作用力?，靠得更紧密，使刚性增大

酯基：该基团极性较大，分子链中较薄弱部分。易水解断裂，易溶于极性有机溶剂，是造成电绝缘性能不如非极性甚至弱极性聚合物的重要原因。 综合(1)和(2)分析（不考虑R?基团）

对分子链刚性的影响，苯基和羰基的共同作用超过氧基的相反作用。 产生结果：

(a) 刚性相当大的PC分子链及相互间较大吸引力使彼此缠结不易解除，分子链间相对滑动困难；

(b) 聚合物在外力作用下不易变形，尺寸稳定性提高； (c) 大分子链取向困难，结晶不易，处于无定形态；

(d) 外力强迫取向后，分子链不易松弛，PC制品内的残留内应力难以自行消除。 (3) 苯基上的不同取代基

PC大分子链中苯基上取代基团不同，对分子链间的相互作用力和分子链的空间活动情况造成影响。

(a)苯基上氢原子被非极性烃基取代 链间作用力减小，分子链的刚性增大。 (b)苯基上氢原子被极性卤族原子取代

链间作用力增加，并且苯基上卤原子越多，链间作用力就越大，分子敛集更紧，分子链刚性更大。卤原子体积小，卤素不燃，从而赋予PC新的性能。 (4) 端基的影响

PC大分子链两末端上的端基对其热性能影响显著。 (a) 未使用封端剂，酯交换法PC：羟基和苯氧基； (b) 光气化法PC:羟基和酰氯基（水解后为羧基）

PC属酯类化合物，在高温下羟基会引起醇解，羧基会促使它酸性水解，并进一步导致游离基连锁降解，对热稳定性不利。 为此，需加入链终止剂封锁链末端的活性基，并控制产物分子量。通过加入链终止剂而引入既稳定又具有功能性的端基是两全其美的好措施。 （以上内容可以概括、简答） 七、

芳香族聚碳酸酯的突出性能特点有哪些？请分别举出至少一个相应的应用案例。

芳香族聚碳酸酯的冲击性能优异，是一种强韧性材料，透光性高，可用于做齿轮、头盔和光学器件等。缺点：缺口敏感、耐溶剂性、耐磨性差、耐疲劳强度低、熔体粘度大、流动性差、易发生应力开裂。 八、

PET分子结构与PBT相比有何区别？这些不同造成二者在性能上有何差异？

PBT的分子结构式与PET的相似。不同之处在于，酯基重复单元的亚甲基PBT为4个，而PET为2个，这意味着柔性链长度增加，刚性链所占比例下降，即PBT的分子柔顺性增加，因此，PBT的刚性、硬度、Tg和熔点都比PET低，韧性比PET高，结晶速率比PET快，成型加工更容易。 九、

PET除与极少数聚合物，如聚酯等，有一定相容性外，与其它聚合物的相容性都很差，因此，在PET共混改性中必须进行增容。常用的增容方法有哪些？

增容方法的方法有3：增加极性法，反应性增容法和加入离聚体法。

（1）增加极性法：常用接枝极性单体，如MA、MMA、AA等。

（2）反应性增容法 对PET共混体系非常有效，PET分子链含有羧基、羟基、酯基，因此，含有羧酸、酸酐、环氧、酯基的接枝或嵌段共聚物在熔融共混时可与PET发生反应，形成反应性增容。含MAH接枝共聚物最为典型。

（3）加入离聚体法 其中离聚体是指离子含量(＜10%)少的聚合物，如乙烯/丙烯酸共聚物的金属盐、磺化聚苯乙烯的金属盐等。作成核剂，又起增韧作用。 十、

从结构和性能的关系推测PPO为什么具有以下性能？加工性能差，高耐热性，尺寸稳定性，电绝缘性好。

聚苯醚分子主链的重复单元中含有链节的高分子化合物。

刚性酚基芳香环量大，分子链的刚性与分子链间作用力使分子链段内旋转困难，导致其熔点?，熔体粘度? ，流动性↓，加工困难。

两个甲基为疏水的非极性基团，降低PPO大分子的吸水性和极性，封闭酚基的两个活性点，使PPO的分子结构中无可水解的基团，耐水性好，吸湿性低，尺寸稳定性和电绝缘性好。 两个甲基封闭了酚基两个邻位的活性点，使刚性↑ ，稳定性↑ ，耐热性和耐化学稳定性↑ 。

十一、 MPPO与PPO相比有哪些改进？为什么？

改性聚苯醚是聚苯醚与高抗冲聚苯乙烯(High Impact Polystyrene; HIPS)共混制成，突出的特点是电绝缘性和耐水性优异，尺寸稳定性好。MPPO在保持PPO原有的综合性能基础上，大大改善了成型加工性能，从而产品得以推广应用，也推动了PPO的工业发展。 原因：MPPO的粘度比PPO明显↓。

十二、 分析均聚和共聚聚甲醛分子结构组成与其性能的差异。

POM大分子是带有柔顺性链的线形聚合物，且结构规则，从均聚与共聚甲醛结构看，均聚甲醛由纯—C—O—键连续构成，而共聚甲醛则在—C—O—键上平均分布一些—C—C—键。由于—C—O—键的键长(1.46×10-10m)比—C—C—键的键长(1.55×10-10m)短，链轴方向的填充密度大；其次，POM分子链中C和O原子不是平面曲折构型，而是螺旋构型，故分子链间距离小，密度大。与PE相比，均聚甲醛的密度为1.425～1.430g/cm3，而PE为0.960g/cm3，分子主链中引入少量—C—C—键后的共聚甲醛密度则稍有降低(1.410g/cm3)，但仍比PE高得多。所以，均聚甲醛的密度、结晶度、力学性能均较高，而热稳定性则比

共聚甲醛差。

十三、 玻璃纤维增强的聚甲醛在性能上有什么改变？

POM经GF增强后，拉伸强度、耐热性能和刚性明显增加，而线膨胀系数、收缩率明显下降，同时耐磨性、冲击强度下降，成本下降。

十四、 聚四氟乙烯在结构和性能上具有什么特点？

PTFE的分子结构简单、完全对称、无支链、线性好，属高结晶度材料。结晶度大小主要由熔融状态冷却条件和分子量决定。

PTFE具有良好的热稳定性，且不受氧、臭氧、紫外光作用，不易老化。也不受潮湿、霉菌、虫、鼠等的影响，属阻燃材料。

PTFE的氟原子在分子链上对称且均匀分布，分子不带极性，因此，介电性能极好。尽管在分子末端带有极性基团，但其它部分是完全非极性的，介电常数极小，且不随湿度变化而变化。

PTFE分子中氟碳键的键能高且稳定，碳-碳主链完全被体积较大的氟原子所遮蔽，故耐化学腐蚀性极佳，除了全氟烷烃、全氟氯烷烃能较轻微溶胀PTFE外，只有熔融的碱金属、ClF3和F2在高温高压下可腐蚀PTFE。常温下，它几乎能耐所有其它介质，几乎不吸湿，很难被一般液体所润湿。

PTFE具有螺旋型结构，分子较僵硬，分子间的吸引力很微弱，因而分子间很易滑动，摩擦系数在聚合物中是最低的。

PTFE的熔体粘度极高，通常只能采用金属粉末冶金的方法，

十五、 PVF、PVDF、PCTFE、FEP、ETFE、PFA各代表什么聚氟塑料？ 聚氟乙烯(Polyvinyl fluoride; PVF)

聚偏氟乙烯(Polyvinylidene finoride; PVDF）

聚三氟氯乙烯(Polychloro-trifluoro ethylene; PCTFE) 聚全氟乙丙烯(Fluorinated ethylene-propylene resins; FEP) 四氟乙烯和乙烯共聚物(Ethylene-tetrafluoroethylene; ETFE)

可溶性聚四氟乙烯，全氟烷基乙烯基醚与四氟乙烯聚合反应所得共聚物（Tetrafluoroethylene-perfluorinated alkyl vinyl ether copolymer; Teflon-PFA)

十六、 简述聚苯硫醚的结构和性能特点。

由于PPS树脂结构为刚性苯环与柔顺性硫醚键交替连接而成，分子链有很大的刚性和规整

性，因而PPS为结晶性聚合物，具有诸多优异性能（耐热、阻燃、耐化学药品）。又硫原子上的孤对电子使得PPS树脂与GF、无机填料及金属具有良好的亲和性，这样就易于制成各类增强复合材料及合金。

十七、 简述聚聚酰亚胺的结构和性能特点

是分子主链重复单元中含有酰亚胺基团的芳杂环聚合物。这是一类新型耐高温工程塑料，是杂环高分子中唯一正式商品化了的聚合物。

(1) 聚酰亚胺的大分子主链中含有大量含氮的芳环和五元杂环，为一种半梯形环链聚合物，同时主链中又含有一定数量的醚键，总体结果为分子呈较大刚性和一定的韧性；由于芳杂环的共轭效应，使其具有优良的稳定性和耐热性；视不同品种的聚酰亚胺的分子对称性不同，聚酰亚胺有结晶型和无定形两种。

(2) 由于聚酰亚胺有大量含氮的芳环，所以它是难燃品种，其氧指数可达36，聚酰亚胺气体阻隔性好，吸水率低。

(3) 聚酰亚胺的力学性能很好，尤其是拉伸强度、耐蠕变性、耐磨性和摩擦性优良，并且随温度变化不大。如均苯型聚酰亚胺薄膜的拉伸强度高达170MPa，而联苯型聚酰亚胺薄膜的拉伸强度更高达400MPa，而且不受温度的影响。

(4) 聚酰亚胺的耐高温性突出，均苯型聚酰亚胺的热分解温度高达600℃，是迄今为止热稳定性最高的聚合物品种；均苯型聚酰亚胺的热变形温度高达360℃，可在260℃下长期使用，在无氧条件下使用温度可达300℃；聚酰亚胺的耐低温性优异，均苯型聚酰亚胺在―269℃的低温下仍不会变脆；聚酰亚胺的线膨胀系数低，尺寸稳定性好。

(5) 聚酰亚胺分子中含有极性基团，但因结构对称和刚性大而影响极性基团的活动，所以聚酰亚胺仍具有十分优良的电性能，它的耐电弧电晕性突出，是少数几种耐电晕材料，介电强度高，电性能随频率影响小。

(6) 聚酰亚胺具有优良的耐油性和耐溶剂性，但不耐碱，聚酰亚胺的耐辐射性好。 (7) 聚酰亚胺无毒，并具有良好生理相容性等性能。 十八、 聚醚醚酮在工业上有哪些应用？

十九、 与通用工程塑料相比，特种工程塑料在分子结构上有何特点？ 在分子结构上，特种工程塑料多为芳杂环高分子。 二十、 液晶聚合物有那几种类型？试各举一例说明。

液晶聚合物是指在液态时，大分子链的某些部分能够相互呈有序排列的聚合物，分溶致性液晶聚合物和热致性液晶聚合物，又分侧链型液晶聚合物（呈有序排列的部分处于侧链上）和主链型液晶聚合物（有序排列的部分在主链上）。用作结构材料的都是主链型液晶聚合

物，可有序排列的链段都呈刚性棒状，由芳环或杂环构成。

已经商品化的溶致性液晶聚合物主要是芳香聚酰胺，用来纺制高强度、高模量的耐热纤维，典型的产品是杜邦公司的nomex和Kevlar纤维。

作为工程塑料用的热致性液晶聚合物大多是含大量芳香环的聚酯。第一个热致性液晶聚酯是1973年由Carborundum公司发展的Ekkcel

思考题(2题)

一、试论述工程塑料分子结构与其力学性能（强度、韧性、缺口敏感度）、耐热性、阻燃性能、电学性能和化学稳定性之间的关系。

二、工程塑料合金化的目的和基本原则是什么？并解释，在工程塑料合金中，为什么PA/PPO系列研究得最为广泛？

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