高分子材料复习提纲+答案

高分子材料

定义：以聚合物或以聚合物为主，辅以各种添加剂等物质经加工而成的材料。 分类 按化学组成：金属材料

按作用分类： 结构材料 无机非金属材料

功能材料 有机高分子材料

复合材料

按聚合物来源分类：天然高分子材料 按材料用途分类：

改性的天然高分子材料 塑料 (Plastics)

合成高分子材料 弹性体 (Elastomer)

改性合成高分子材料 纤维 (Fiber) 涂料 (Coating)

聚合物 － Polymer 胶粘剂 (Adhesive)

高聚物High polymer 复合材料 (Composite)

大分子－Macromolecule 按主链结构分类：碳链、杂链、元素有机高分子

第三章 塑料材料

1、名词解释：极限氧指数、受阻酚、工程塑料、热变形温度 2、请指出提高增塑剂的耐久性的方法。 4、请解释磷系阻燃剂的凝聚相阻燃机理。 5、请说明Al(OH)3的阻燃作用。

6、给出下述聚合物的中文全称和重复单元结构：

PF(酚醛树脂), 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）, POM（聚甲醛树脂）。 8、 为什么UHMWPE的密度介于LDPE和HDPE之间，却可以作为工程塑料使用？分子之间的缠结非常强烈。

9、请分析HDT热变形温度的变化趋势：HDPE、LLDPE、LDPE ，并说明原因。 10、为什么PVC塑料拖鞋夏天穿着感觉柔软、而冬天感觉坚硬呢？

? 热塑性塑料和热固性塑料在结构与性能上区别。

? 热塑性塑料：线型或支化聚合物。分子链之间主要以次价力或氢键相吸引而显示一定

强度，同时表现出弹性和塑性。 “可溶、可熔”。 可反复成型。

? 热固性塑料：起初是热固性树脂（一般是分子量不高的预聚物或齐聚物），经过“固化

反应”而得，为三维体型（网状）结构。

“不溶、不熔”。一次成型，不可再塑。

耐热性能、力学性能、耐化学品性能高于热塑性塑料。

? 塑料用加工助剂（添加剂）的种类及作用。

? 塑料用加工助剂为改善塑料的使用性能或加工性能而添加的物质。

? 主要包括：填料及增塑剂、稳定剂（防霉剂、抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂）、润滑

剂、抗静电剂、阻燃剂、偶联剂、着色剂、固化剂······

1. 增塑剂：改进高分子材料加工性，提高制品柔软性的一类物质。（消弱分子间作用力，

2. 3.

4. 5. 6. 7.

破坏结晶区。）降低粘度η，改善加工性能；玻璃化转变温度下降，弹性模量下降，降低Tf，提高聚合物的可塑性。e.g. 邻苯二甲酸酯类。

高沸点、难挥发；与高分子基质有一定的相容性，但不与其发生化学反应。? 抗氧氧剂：能够有效抑制聚合物自氧化作用，从而延长其使用寿命的添加剂。e.g. 酚类。 阻 燃 剂 Flame retardant：LOI越小，燃烧所需O2浓度越低，材料越易燃。吸 热 效 应、覆盖效应、稀释效应、抑制效应（捕捉自由基）。无机、有机阻燃剂（e.g.磷系中的双酚A双（二苯基磷酸酯）BDP）。

抑烟剂：广义上讲，能够减少聚合物燃烧时的发烟量的助剂均可称为抑烟剂。 填料及增强剂：降低成本、增强、改善成型加工性，赋予塑料制品特殊的性能。 抗静电剂：防止产生静电。 着色剂：（1）提高塑料制品的商品价值；（2）改善耐候性、光学性能及各种特殊用途（标志、标识、标牌；废旧塑料回收料（垃圾袋——黑色）；塑料墨镜等）。

? 热塑性塑料和热固性塑料的成型加工工艺。

1. 热塑性塑料：挤出、注射、压延、吹塑及模压 2. 热固性塑料：模压、铸塑及传递模塑

第四章 弹性体（橡胶）材料

作业：名词解释 1、再生胶；2、硫化橡胶；3、热塑性弹性体 问答题：4、分析氯丁橡胶和天然橡胶在结构和性能上的差异。 ? 简述橡胶的结构与其性能之间的关系。

结构特征与性能：

1. 大分子链具有足够的柔性；玻璃化温度比室温低。 柔性越好，弹性越好； 2. 使用条件下不结晶或结晶度很小。 适当结晶度可以提高橡胶的强度，但结晶

度过高，使橡胶的弹性变差。

3. 使用条件下无分子间相对滑动，分子适当交联，形成网络结构。 于是，不溶不

熔，仅溶胀。交联度越高，强度越高，但太高则弹性变差。

? 高温橡胶的加工工艺有哪些？

橡胶加工是指由生胶（即未交联）及其配合剂经过一系列化学与物理加工制成橡胶制品的过程。

硫化是成形品在一定温度、压力下形成网络结构的过程，其结果是使半成品失去塑性，同时获得高弹性和足够强度。

? 热塑性弹性体：高温下能反复塑化成型，常温下能显示橡胶弹性的材料

硬段为不连续相分散在柔性链段中，存在微相分离结构；具可逆性交联结构。 e.g.氨基甲酸酯链段间形成氢键 ? 物理交联

第五章 纤维材料

? 成纤聚合物的结构特征。 （1）分子结构

1. 2. 3. 4. 5.

成纤高聚物均为线型高分子

成纤维高聚物具有适宜的分子量和分布，高者不易加工，低者性能不好。 成纤高聚物的分子链间必须有足够的次价力 成纤高聚物应具有可溶性和熔融性

成纤高聚物高分子链立体结构具有一定的规整性

（2）形态结构

① 纤维多重原纤结构和表面形态

a.多重原纤结构 b.表面形态

② 纤维横截面形状和皮芯结构 ③ 纤维中的孔洞

? 纤维的加工工艺以及后处理的目的和后加工过程。

1. 将成纤聚合物的熔体或浓溶液，用纺丝泵(或称计量泵)连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)的毛细孔挤出，而成为液态细流，再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生纤维的过程称作“纤维成型”，或称“纺丝”。

工业上常用的纺丝方法主要有两大类：熔体纺丝法和溶液纺丝法。

在溶液纺丝法中，根据凝固方式的不同，又分为湿法纺丝和干法纺丝。化学纤维生产中绝大部分采用上述三种纺丝方法。

此外，还有一些特殊的纺丝方法，如乳液纺丝、悬浮纺丝、干湿法纺丝、冻胶纺丝、液晶纺丝、相分离纺丝和反应纺丝法等，用这些方法生产的纤维量很少。 2. 后处理的目的

由上述各种方法得到的纤维，分子链排列不规整，物理力学性能差，不能直接用于织物加工。为此，必须进行一系列后加工，以改进纤维结构，提高其性能。 后加工过程：⑴ 短纤维的后处理：集束，牵伸，水洗，上油，干燥，热定性，卷曲，切断，打包等

⑵ 长丝后处理： 拉伸，加捻，复捻，热定性，络丝，分级，包装等。 ⑶ 弹力丝的加工-假捻法 ⑷ 膨体纱的加工

第六章 涂料和胶粘剂

? 粘合剂的组成有哪些？

固化剂（交联）：又称硬化剂。其作用是使液态的高分子化合物（主体）变成固体，从而使粘接具有一定的机械强度和稳定性。例如用环氧树脂做主体时，必须使用乙二胺做固化剂，才能使环氧树脂固化，起粘接作用。

增韧剂：它能提高胶粘剂的柔韧性，改善胶结层抗冲击的能力。

稀释剂：用于降低胶粘剂的粘度，便于施工和操作，很多都是如乙醇、丙酮、丁醇、甲苯、二甲苯等常用的溶剂。

填料：可提高胶粘剂的粘接强度、耐热性和尺寸稳定性，并可降低成本。例如加入玻璃纤维和石棉纤维可提高胶粘剂的耐冲击强度；加入石英粉和瓷粉可提高硬度和抗压性；加入石墨粉可提高抗磨性；加入氧化铝和钛白粉，可提高粘接力。

? 要达到良好的胶接，须具备的条件。

? 胶粘剂要能很好的润湿被粘物的表面：

表面扩散→表面微孔→表面空气→点接触→面接触 ? 粘合剂与被粘物之间需要较强的相互作用力。

? 粘合剂的胶接工艺。

? 涂料的组成及作用。

组成：成膜物质、颜料、溶剂、增塑剂、催干剂、增稠剂、稀释剂等。

作用：涂料主要有三大基本功能：一是保护功能，起着避免外力碰伤、摩擦，防止腐蚀的作用；二是装饰功能，起着使制品表面光亮美观的作用；三是特殊功能，可作为标志使用，如管道、气瓶和交通标志牌等。

第七章 功能高分子材料

? 功能高分子材料的概念、分类、性能及应用。 功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应的高分子材料。 1. 力学功能材料

1) 强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等； 2) 弹性功能材料，如热塑性弹性体等。 2. 化学功能材料

1) 分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等； 2) 反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂； 3) 生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。 3. 物理化学功能材料

1) 耐高温高分子，高分子液晶等；

2) 电学功能材料，如导电性高分子、超导高分子，感电子性高分子等； 3) 光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子，光敏性高分子等； 4) 能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分子等。 4. 生物化学功能材料

1) 人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；

2) 高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等； 3) 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。

国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分特种和功能高分子材料的划分普遍采用的方法，具体可划分为8种类型。

1. 反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。

2. 光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。

3. 电性能高分子材料，包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。

4. 高分子分离材料，包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。

5. 高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。

6. 高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH、压力感应材料等。 7. 医药用高分子材料，包括医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等。

8. 高性能工程材料，如高分子液晶材料，耐高温高分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。

? 简单阐述感光性高分子的结构特点。

感光性高分子的结构特点：感光基团直接连接在高分于主链上，在光作用下激发成活性基团，能进一步形成交联结构。

? 对医用高分子材料有何要求，种类、特点。 体外使用：

? 化学稳定性 ? 毒、副作用 ? 生物相容性

体内使用（除左边3条外）： ? 组织相容性 ? 生物降解性 ? 血液适应性

? 离子交换树脂的类型及结构特点。 离子交换树脂的结构：离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为0.3～1.2nm。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。

吸附树脂的结构：吸附树脂的外观一般为直径为0.3～1.0 mm的小圆球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白色、浅黄色或深褐色。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响很大。粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以做到，故目前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。

离子交换树脂的分类：

（1） 按交换基团的性质分类可将离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两

大类。

（2） 按树脂的物理结构分类，可将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。 吸附树脂的分类：

（1）非极性吸附树脂：指树脂中电荷分布均匀，在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性基团的树脂。代表性产品为由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附树脂。 （2）中极性吸附树脂：这类树脂的分子结构中存在酯基等极性基团，树脂具有一定的极性。 （3）极性吸附树脂：分子结构中含有酰胺基、亚砜基、腈基等极性基团，这些基团的极性

大于酯基。

（4）强极性吸附树脂：强极性吸附树脂含有极性很强的基团，如吡啶、氨基等。

第八章

? 聚合物共混物的基本概念及聚合物组分间不同组合方式。

1. 共混——聚合物-聚合物体系 2. 复合——聚合物-无机物 体系

3. 基本概念：聚合物共混物是指两种或两种以上聚合物通过化学或物理的方法共同

混合而形成的宏观上均匀、连续的固体高分子材料。是获得综合性能优异的高分子材料的卓有成效的途径。

4. 组合方式：机械共混物、接枝共混物、嵌段共混物、半-IPN、 IPN（互穿网络高

聚物共混物）、交联型。

? 橡胶增韧塑料的增韧机理，剪切屈服表现的主要形式。

银纹-剪切带理论：

橡胶颗粒在增韧体系中发挥两个重要的作用：

一是作为应力集中中心，诱发大量银纹和剪切带；

二是控制银纹的发展并使银纹及时终止，而不致发展成破坏性裂纹。 银纹尖端的应力场可诱发剪切带的产生，而剪切带也可阻止银纹的进一步发展。大量银纹或剪切带的产生和发展要消耗大量能量，因而显著提高材料的冲击强度。

? 智能高分子材料的三要素及其组成：感知、信息处理、执行功能是智能材料的三要素；基体材料、敏感材料、驱动材料、信息处理器。

第九章聚合物基复合材料的概念及性能。

概念：由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，称为复合材料。 性能：比强度和比模量高、抗疲劳性能好、减振性能好、高温性能好。此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性好等。 应用：1．纤维增强树脂基复合材料 (1)玻璃纤维增强复合材料(俗称玻璃钢)

按粘结剂不同。①热塑性玻璃钢：以玻璃纤维（增强材料）为增强剂，热塑性树脂（基体材料）为粘结剂。与热塑性塑料相比，当基体材料相同时，强度和疲劳强度提高2-3倍，冲击韧度提高2-4倍，抗蠕变能力提高2—5倍，强度超过某些金属。这种玻璃钢用于制作轴承、齿轮、仪表盘、收音机壳体等。②热固性玻璃钢：以玻璃纤维为增强剂，热固性树脂为粘结剂。其密度小，耐蚀性、绝缘性、成形性好，比强度高于铜合金和铝合金，甚至高于某些合金钢。但刚度差，为钢的1／10～1／5。耐热性不高(低于200℃)，易老化和蠕变。主要制作要求自重轻的受力件，例如汽车车身，直升机旋翼，氧气瓶，轻型船体，耐海水腐蚀件，石油化工管道和阀门等。 (2)碳纤维增强复合材料 这种复合材料与玻璃钢相比，其抗拉强度高，弹性模量是玻璃钢的4～6倍。玻璃钢在300℃

以上，强度会逐渐下降，而碳纤维的高温强度好。玻璃钢在潮湿环境中强度会损失15％，碳纤维的强度不受潮湿影响。此外，碳纤维复合材料还具有优良的减摩性、耐蚀性、导热性和较高的疲劳强度。

2. 纤维增强金属基复合材料 3.纤维增强陶瓷基复合材料

4. 粉体增强复合材料（矿物填料在塑料中）

补充：

(1) LDPE, HDPE, LLDPE，UHMWPE

LDPE：存在大量长、短支链； HDPE：存在少量短支链； LLDPE：短支链数量与LDPE相当，但没有长支链。 UHMWPE：分子结构为线性。

LDPE（低密度聚乙烯）

HDPE（高密度聚乙烯）

线性低密度聚乙烯(LLDPE)

(2) PP分为等规PP、间规PP及无规PP三种。

(3) PVC, 广泛用于各种塑料制品。

(4) PS, 具有高度透明、电绝缘性好等优点，也具有性脆、冲击强度低、易出现应力开裂、耐热性差、不耐沸水等明显的缺点。

(5) ABS, “坚韧、质硬、刚性”材料，苯乙烯－丁二烯－丙烯腈三元共聚物(ABS)

乳液共聚: 将丁二烯/丙烯腈乳液加入到苯乙烯/丙烯腈乳液中，然后聚合。

接枝共聚: 将苯乙烯和丙烯腈加入到聚丁二烯乳液中。然后搅拌加热，加入水溶性引发剂进行聚合。这样得到的接枝共聚ABS相对比共聚得到的ABS冲击强度大，但刚性和硬度低。

(6) PMMA，高透光性，但不耐磨。

(7)

PTFE, 优良的耐盐雾性、高的化学稳定性、超耐候性、优异的耐热性能。“塑料王”

(8) PC, 综合性能优良的工程塑料。

(9) SBS，热塑性弹性体。

(10)

酚醛树脂：

(11) 脲醛树脂，

(12)

环氧树脂，e.g. 双酚A型:

(13) 聚氨酯，全称为聚氨基甲酸酯，简称PU或PUR。是由多异氰酸酯与聚醚

型或聚酯型多羟基化合物在一定比例下反应的产物。

(14) 丁苯胶，简称SBR，是一种综合性能较好的产量和消耗量最大的通用橡胶。

(15) 乙丙胶，乙丙橡胶（EPR）是以乙烯、丙烯为主要单体，适量加入第三单体，在齐格勒-纳塔引发剂作用下共聚而得的高分子弹性体。由于加入的第三单体价格比较昂贵，因此乙丙橡胶的价格高于一般通用橡胶。居合成橡胶第四位。

(16) 氯丁胶（CR）：由2-氯-1,3-丁二烯（氯丁二烯）聚合而成的一种高分子弹性体。

，自由基乳液聚合。氯丁橡胶的耐油性仅次于丁

腈橡胶,氯丁橡胶的耐水性比其它合成橡胶好，气密性仅次于丁基 橡胶（最突出的是气密性和水密性。有极性基团的橡胶，分子间吸引力大空隙小；分

子链含有大侧基时，空间位移阻力较大；结晶的橡胶，分子链排列紧密有序。故以上三种分子结构的橡胶都是不易透气的。）。

(17) 异戊橡胶（IR）是以异戊二烯为单体配位聚合而得到的顺式聚1，4-异戊二烯弹性体的简称，又称为“合成天然橡胶”。是世界上居于第三位的合成橡胶。

由于异戊橡胶具有与天然橡胶相似的化学组成、立体结构和物理机械性能，因此它是一种综合性能好的通用合成橡胶。

(18) 天然橡胶的结构主要是大分子的链结构，分子量及其分布和聚集态结构，天然橡胶的大分子链结构单元是异戊二烯，大分子链主要是由聚异烯构成的，橡胶中含量占百分之九十七以上，其分子链上有醛基，每条大分子链上平均有一个，正是醛基在发生缩合或与蛋白质分解产物发生反应形成支化，交联，使得橡胶贮存中粘度增加，天然橡胶大分子链上还有环氧基的，比较活跃。

(19) 顺丁橡胶（BR）是以1，3-丁二烯为单体，经配位聚合而得到的高顺

式聚丁二烯高分子弹性体，是世界上仅次于丁苯橡胶的通用合成橡胶，是当前所有橡胶中弹性最高的一种橡胶。其分子结构比较规整，主链上无取代基，分子间作用力小，分子长而细，分子中有大量的可发生内旋转的C－C单键，使分子十分“柔软”。

(20) 丁基橡胶：是异丁烯和异戊二烯（少量）在Friedel-Craft催化剂作用下

进行阳离子聚合反应的产物。气密性最好。

(21) 涤纶，聚酯纤维。酯交换聚酯法、直接酯化聚酯法、环氧乙烷法。耐磨性仅次于聚酰胺纤维，。回潮率很低，具有易洗快干的特性。

(22) 聚酰胺PA，尼龙。（锦纶纤维是以聚酰胺基础制得的纤维，是三大合成

纤维之一）聚酰胺中酰胺基的存在，可以在大分子中间形成氢键，使分子间

作用力增大，赋予聚酰胺以高熔点和力学性能，同时，也使其吸水率增大。

(23) 醇酸树脂，一种聚酯。由多元醇、邻苯二甲酸酐和脂肪酸或油，缩聚。

(24) (25)

氨基树脂：由含有氨基的化合物与甲醛经缩聚而成的树脂的总称。重要的有脲聚乳酸PLA、聚乙醇酸（PGA）。聚乙烯醇。

醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯胺甲醛树脂。

(26) 聚丙烯腈(PAN) ，腈纶，“合成羊毛”。 聚丙烯纤维又称丙纶纤维，吸

湿性小。

做泳衣：氨纶（聚氨基甲酸酯，紧身衣），涤纶，锦纶。

1. 亲水基团的作用

纤维大分子中，亲水基团的多少和亲水性的强弱是影响其吸湿性的最本质因素。 2. 纤维的结晶度

水分子只能进入纤维的无序排列区域，而无法进入纤维的结晶区。

第二章 高分子材料性能特点

结晶提高聚合物：密度、硬度、耐热性、拉伸强度 结晶降低聚合物：溶解性、透气性、韧性、透明性

摩尔平均质量?，Tf? 。

运动单元多重性：键长、键角、侧基、支链、链节、链段、分子链 三态与相应分子运动模式

结晶高分子是否可以观察到高弹态？

若Tf > Tm，结晶区熔解后，非晶区仍处于高弹 态，所以可观察到高弹态。 若Tf < Tm，非晶区已进入粘流态，晶区还未熔解，所以观察不到高弹态。

交联、网状聚合物是否有粘流态？否 ? Tg 是橡胶的最低使用温度 ? Tg 是塑料的最高使用温度

弹性体：拉伸——放热、 回缩——吸热， 高弹性由熵变引起。

粘弹性：外力作用时，同时发生高弹变形和粘性流动。是高聚物的力学松弛现象

为什么无定形聚合物的导热率随其摩尔平均质量的增加而增大？

各向同性高聚物，由于分子链无序取向，导热性取决于链间作用力。

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