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高分子答案

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、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<HDPE

硬度：

LDPE <LLDPE<HDPE

抗蠕变性：

LDPE<LLDPE<HDPE

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<LLDPE<LDPE

■ 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；

无人驾驶小车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P

VC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”。

PP和HDPE不会有反增塑效应。

■ 润滑剂的作用是什么？内外润滑剂各有什么特点？

润滑剂可以减少加工中树脂颗粒间和熔体聚合物分子间摩擦产生的热效应，避免塑料对加

单晶硅生产工艺工设备金属表面的黏着。

内润滑的特点：与PVC相容性好，碳链长度短，能够减少分子间的极性作用力。

外润滑的特点：与PVC相容性不好，碳链长度长，在加工设备表面与熔体间形成润滑膜。

第四节聚苯乙烯（PS）类树脂

■ 比较比较PE、PP、PVC和PS四种通用树脂的分子结构特征及聚集态特征的异同。根据它们微观结构特征的异同分析比较、它们性能特点上的异同。

性能特点包括：（1）拉伸强度；（2）抗冲击性能；（3）耐热性（抗热变形能力）；（4）热稳定性；(5) 透明性；（6pwm转模拟电压）绝缘性；（7）耐溶剂和化学药品性；（8）阻燃性。

名称	PE	PP	PVC	PS
分子结构特征透水混凝土施工工艺	分子链非常柔顺，结构单元对称规整。	按照分子结构等规度的不同分为等规PP，间规PP，无规PP	PVC是VCM单体多数以头-尾结构相联的线形聚合物。	PS是几乎无规的高分子； PS是线形高分子，存在着少量的短支链。侧苯基具有很大的空间位阻，造成PS分子链很僵硬，Tg～100℃。
聚集态特征	结晶度很高，存在大量的结晶相和少量的无定形结构并存。分子间作用力弱。	等规PP在使用温度范围内是大量结晶和无定形结构共存。	PVC是含有少量结晶结构的无定形聚合物由PVC链上的间规短链段形成的微晶，结晶度在5～25％之间。	无规PS螺旋焊缝钢管乙烯是完全无定形的聚合物
拉伸强度	较低	较好	较好	较好
抗冲击性能	良好	差	差	差
耐热性	差	良好	差	差
热稳定性	差	差	差	差
透明性	差	差	较好
绝缘性	优异	优异	优异	良好
耐溶剂和化学药品性	优异	优异	较好	较好
阻燃性	差	差	较好	差