高分子材料改性郭靜主編課后習題標準答案

1、第一章緒論第二章 高分子材料共混改性1.什么是相容性，以什么作為判斷依據(jù)？是指共混無各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力，其一般以是否能夠產(chǎn)生熱力學相互溶解為判據(jù)。2.反應性共混體系的概念以及反應機理是什么？是指在不相容或相容性較差的共混體系中加入（或就地形成）反應性高分子材料，在混合過程中（例如擠出過程）與共混高分子材料的官能團之間在相界面上發(fā)生反應，使體系相容性得到改善，起到增容劑的作用。3.高分子材料體系其相態(tài)行為有哪幾種形式，各自有什么特點，并舉例加以說明。（1）具有上臨界混溶溫度UCST，超過此溫度,體系完全相容,為熱力學穩(wěn)定的均相體系;低于此溫度為部分相容,在一定的組成范圍內(nèi)

2、產(chǎn)生相分離。如:天然橡膠-丁苯橡膠。（2）具有下臨界混溶溫度LCST，低于此溫度,體系完全相容,高于此溫度為部分相容。如:聚苯乙烯-聚甲基乙烯基醚、聚己內(nèi)酯-苯乙烯/丙烯腈共聚物。（3）同時出現(xiàn)上臨界混溶溫度UCST和下臨界混溶溫度LCST，如苯乙烯/丙烯腈共聚物-丁腈橡膠等共混體系。（4）UCST和LCST相互交疊，形成封閉的兩相區(qū)（5）多重UCST和LCST4.什么是相逆轉(zhuǎn)，它與旋節(jié)分離的區(qū)別表現(xiàn)在哪些方面？相逆轉(zhuǎn)（高分子材料或高分子材料B從分散相到連續(xù)相的轉(zhuǎn)變稱為相逆轉(zhuǎn)）也可產(chǎn)生兩相并連續(xù)的形態(tài)結(jié)構(gòu)。（1）SD起始于均相的、混溶的體系,經(jīng)過冷卻而進入旋節(jié)區(qū)而產(chǎn)生相分離,相逆轉(zhuǎn)主要是在不混

3、溶共混物體系中形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。（2）SD可發(fā)生于任意濃度,而相逆轉(zhuǎn)僅限于較高的濃度范圍（3）SD產(chǎn)生的相疇尺寸微細,而相逆轉(zhuǎn)導致較粗大的相疇,5.相容性的表征方法有哪些，試舉例加以說明。玻璃化轉(zhuǎn)變法、紅外光譜法、差熱分析(DTA)、差示掃描量熱法(DSC) 膨脹計法、介電松弛法、熱重分析、熱裂解氣相色譜等。玻璃化轉(zhuǎn)變法：若兩種高分子材料組分相容，共混物為均相體系就只有一個玻璃化溫度，完全不溶，就有兩個玻璃化溫度，部分相容介于前兩者之間。差示掃描量熱法(DSC)：DSC測量試樣按升溫T所需熱量與參比材料同樣升溫T所需熱量之差， 從而定出試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變Tg。紅外光譜法：對于相容的高分子材料共混體

4、系,由于不同高分子材料分子之間有強的相互作用,其所產(chǎn)生的光譜相對兩高分子材料組分的光譜譜帶產(chǎn)生較大的偏離(譜帶頻率的移動和峰形的不對稱加寬等)，由此而表征相容性的大小。6.提高相容性的方法有哪些？舉例加以解釋。（1）加強基團間的相互作用，例如苯乙烯和含強極性-CN基團的丙烯腈共聚后，就能和許多高分子材料如聚碳酸酯、聚氯乙烯等形成相容體系。（2）接枝嵌段共聚共混 如嵌段共聚共混制取乙丙橡膠與聚丙烯的共混物。（3）添加第三組份增容劑 LDPEPP共混物中加入含PP和PE嵌段-EPCAR,提高強度。（4）形成互穿高分子材料網(wǎng)絡(IPN)7.簡述增容劑的作用機理，對比反應型增容劑和非反應型增容劑的優(yōu)劣

5、。按增容劑與不基體的作用形式可增容劑將分為非反應型和反應型兩大類，反應型增容劑是指共混時伴隨著化學反應，與共混組分能生成化學鍵。而非反應型增容劑只起到“乳化劑”的分散作用，降低其相界面間的張力，從而達到增容的目的。與非反應型增容劑相比，反應型增容劑具有制造成本低、添加量少、增容效果好、增容效率高等特點，8.試說明高分子材料共混物有哪幾種形態(tài)結(jié)構(gòu)？高分子材料共混物可分為均相和兩相結(jié)構(gòu)。兩相結(jié)構(gòu)中又分為：單向連續(xù)結(jié)構(gòu)，兩相互鎖或交錯結(jié)構(gòu)，相互貫穿的兩相連續(xù)結(jié)構(gòu)。9.以具體實例說明彈性體增韌，非彈性體增韌、無機粒子的增韌機理。彈性體增韌：NBR改性PVC，NBR橡膠小球可以作為應力集中體，誘發(fā)銀紋或

6、剪切帶，外力作用的能量通過銀紋或剪切帶的形成而耗散掉。非彈性體增韌：在PC韌性基體中添加PS（脆性塑料），當韌性基體受到外力拉伸應力時，會在垂直于拉伸應力的方向上對脆性塑料粒子施以壓應力。脆性粒子在靜壓力作用下發(fā)生塑性形變，將外力作用能量耗散掉。無機粒子的增韌：PVC里加入納米CaCO3,受到外力作用時，微小的剛性粒子引發(fā)大量銀紋，同時塑料基體也產(chǎn)生塑性變形，吸收沖擊能量，達到增韌效果。10.影響剛性粒子增韌的因素有哪些？a.基體韌性：高分子材料基體的初始韌性越大.則增韌的效果越明顯b.界面黏結(jié)性：為了使在剛性粒子赤道而上產(chǎn)生強應力，必須使基體與填料界而有適當?shù)慕缍澈弦詽M足應力傳遞。c. 粒

7、子大小及用量：剛性粒子的加入量存在一最佳值。d. 粒間基帶厚度e. 分散相模量：分散相的屈服應力與分散相和基質(zhì)間的界而黏結(jié)越接近，才能起到較好的增韌作用。f. 剛性粒子增韌與基體結(jié)晶行為的關系：無機填料對結(jié)晶性高分子材料具有成核作用，而填料的表面處理不僅對填料的成核能力有明顯的影響，而且使結(jié)晶的成長過程發(fā)生變化。11. 簡述概念 銀紋現(xiàn)象 相疇 最低臨界相容溫度 相容性 功能性聚合物共混物銀紋現(xiàn)象：玻璃態(tài)聚合物在應力作用下會產(chǎn)生發(fā)白現(xiàn)象-應力發(fā)白現(xiàn)象，相疇：在復相聚合物體系中，每一相都以一定的聚集形態(tài)存在。因為相之間的交錯，所以連續(xù)性較小的相或不連續(xù)的相就被分成很多的微小區(qū)域。最低臨界相容溫度

8、：低于此溫度,體系完全相容,高于此溫度為部分相容。“相容性”代表熱力學相互溶解，共混時，混合自由焓 Gm 0 。功能性聚合物共混物是指除通用性能之外，具有某種特殊功能（如抗靜電性、高阻隔性、離子交換性等）的聚合物共混物。12.簡述聚合物共混物界面層的形成步驟。分析提高兩相之間的辦法。 兩相之間的相互接觸； 兩種聚合物大分子鏈段之間的相互擴散。增加兩相之間的接觸面積有利于大分子鏈段之間的相互擴散、提高兩相之間的粘合力。具體辦法：高效率的共混機械；采用IPN技術；采用增容劑。第三章 高分子材料化學改性1“不同單體對同一種自由基或者是同一種單體對不同自由基具有不同的反應活性”，試解釋導致這種差異的原

9、因。導致這種差異的原因是其取代基的結(jié)構(gòu)效應所致，具體表現(xiàn)在三個方面：（1）共軛效應：取代基的共軛效應越強，則單體愈活潑，而其產(chǎn)生的自由基越穩(wěn)定，活性越小。取代基對自由基的共軛效應強弱如下：-Ph，-CH=CH2 > -CN,-COR > -COOR >-Cl > -OCOR , -R > -OR, -H（2）位阻效應位阻效應是指取代的大小、數(shù)量、位置對單體共聚的影響。（3）極性效應取代基的極性也會影響單體和自由基的活性。帶強推電子取代基的單體與帶強吸電子取代基的單體組成的單體對由于取代基的極性效應，正負相吸，因而容易生成交替共聚物。2自由基共聚合反應的實施方法有哪

10、幾種，試對各種方法進行比較并舉例說明。本體聚合溶液聚合懸浮聚合乳液聚合配方成分單體、引發(fā)劑單體、引發(fā)劑、溶劑單體、引發(fā)劑、水和分散劑單體、引發(fā)劑、水和乳化劑引發(fā)劑油溶性引發(fā)劑油溶性引發(fā)劑油溶性引發(fā)劑水溶性引發(fā)劑難度控制難較難易易聚合特點提高反應速率分子量下降，分子量分布加寬伴向溶劑轉(zhuǎn)移分子量小，分子量分布窄提高反應速率分子量下降，分子量分布加寬可同時提高反應速率與分子量生產(chǎn)特征體系溫度高設備簡單間歇生產(chǎn)產(chǎn)物可直接使用散熱容易，可連續(xù)生產(chǎn)散熱容易，可連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)物要提純凈化散熱容易，可連續(xù)生產(chǎn)代表產(chǎn)品PS,PVC,HDPE乙丙橡膠丁苯橡膠丁腈橡膠氯丁橡膠3.以SBS為例說明其結(jié)構(gòu)特征與合成方法。

11、SBS的多種制備途徑: BuLi為引發(fā)劑，依次加入苯乙烯、丁二烯、苯乙烯相繼聚合SBS 萘鈉使丁二烯先聚合形成雙負離子，再在兩端引發(fā)苯乙烯聚合SBS先制成SB，再用適當偶聯(lián)劑連接起來 SBXBS 4. 嵌段共聚物不能用自由基共聚反應來制備，需用特殊方法來合成，試舉例說明。方法種類活性聚合（依次加入不同單體）負離子法、正離子法、配位負離子法、自由基法、基團轉(zhuǎn)移法、活性開環(huán)聚合法擴鏈反應法遙爪高分子材料、活性高分子材料、擴鏈劑逐步聚合法縮聚反應、端基官能團、共縮聚其他方法自由基交聯(lián)法、縮聚物鏈交換法、特殊引發(fā)劑法、力化學法、光分解法5.試說明接枝共聚物的制備方法及其反應機理。方法種類機理主鏈大分子

12、+單體引發(fā)劑法用自由基聚合引發(fā)劑或與主鏈大分子有關的氧化還原反應引發(fā)體系，在主鏈形成自由基。也可在主鏈上形成陽離子或陰離子引發(fā)中心鏈轉(zhuǎn)移法在主鏈上引入SH等易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移的基團輻射聚合法預輻射處理法和同時輻射處理法光聚合法增加光敏劑或?qū)⒐饷艋鶊F引入主鏈大分子機械力化學法利用摩擦力來切斷主鏈或側(cè)鏈來產(chǎn)生自由基6. 試對自由基聚合、陽離子聚合和陰離子聚合從單體、引發(fā)劑、反應機理、活性種、溫度及溶劑條件等方面加以對比說明。高分子材料吸收紫外線后，會使高分子材料處于高能狀態(tài)，通過光化學反應，引起高分子材料降解和交聯(lián)，發(fā)生老化現(xiàn)象。防光氧老化可以通過:光屏蔽作用；紫外線吸收作用；猝滅作用。7. 論述共聚物

13、結(jié)構(gòu)與性能的關系。聚合反應自由基聚合離子聚合陽離子聚合陰離子聚合聚合單體弱吸電子基的烯類單體，共軛單體推電子取代基的烯類單體，共軛單體，易極化為負電性的單體吸電子取代基的烯類單體，共軛單體，易極化為正電件的單體引發(fā)劑(催化劑)過氧化物，偶氮化物，氧化還原體系Lewis酸，質(zhì)子酸，陽離子生成物，親電試劑堿金屬，有機金屬化合物，碳陰離子生成物，親核試劑活性中心自由基C·碳陽離子C+碳陰離子C-阻聚劑生成穩(wěn)定自由基和穩(wěn)定化合物的試劑：對苯二酚，DPPH親核試劑：水，醇，酸，酯，胺類供給質(zhì)子的試劑：水，醇，酸等活潑氫物質(zhì)及CO2，氧等聚合機理雙基終止，特征為慢引發(fā)、快增長、有終止。不能雙基終

14、止。通過單分子自發(fā)終止，或向單體、溶劑等鏈轉(zhuǎn)移終止。特征為快引發(fā)、快增長、易轉(zhuǎn)移、難終止。不能雙基終止。較難發(fā)生鏈終止，需加入其他試劑使之終止。一般為快引發(fā)、慢增長、無終止。聚合溫度一般50800以下0以下或室溫水、溶劑的影響可用水作溶劑，溶劑對聚合反應影響小水會離子聚合終止。離子聚合中，溶劑的極性和溶劑化能力，對引發(fā)和增長活性中心的形態(tài)有極大影響，從而影響聚合速率、產(chǎn)物分子量及立體規(guī)整性。一種離子聚合的溶劑常是另一種離子聚合的鏈轉(zhuǎn)移劑或終止劑，不可顛倒使用。聚合方法本體，溶液，懸浮，乳液本體，溶液就共聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中鏈的規(guī)整性,共聚物聚物的玻璃化溫度,熔點,溶解性,機械性能以及大分子鏈的降

15、解等幾個方面討論共聚物結(jié)構(gòu)與性能的關系。規(guī)整性好，分子鏈相互作用強的高分子材料易結(jié)晶。玻璃化溫度有公式，無規(guī)共聚物的熔點Tm與共聚單體的量的關系：在無規(guī)共聚物中加入一些改善材料的吸濕性、防污性、阻燃性和染色性的共聚單體后，其強度等有不同程度的下降。無規(guī)共聚一般會破壞高分子材料的分子規(guī)整性，因此會導致高分子材料降解性的提高。高分子材料熱降解時，可發(fā)生多種反應，最主要的是解聚、無規(guī)斷鏈及側(cè)基脫除。解聚：在熱作用下，大分子末端斷裂，生成自由基，然后按鏈式機理迅速逐一脫除單體而降解。無規(guī)斷鏈：高分子材料受熱時主鏈發(fā)生隨機斷裂，分子量迅速下降，但單體收率很低，這類熱解反應即為無規(guī)斷鏈. 側(cè)基脫除：10.

16、 按制備方法，對IPN進行分類，并加以說明?？煞譃榉植絀PN，同步IPN，膠乳IPN等。分步IPN：是先合成交聯(lián)的高分子材料1，再用含有引發(fā)劑和交聯(lián)劑的單體2使之溶脹，然后使單體2就地聚合而制得。包括逆IPN，完全IPN，半IPN，漸變IPN，Millar IPN.同步IPN：將兩種單體混溶，使兩者以互補干擾得方式各自聚合并交聯(lián)。膠乳IPN：以乳液聚合方法合成得分步IPN。另外還有互穿網(wǎng)絡彈性體（IEN）和熱塑性IPN，AB-交聯(lián)高分子材料。第四章 填充改性及纖維增強復合材料1. 什么叫填料？聚合物改性過程中常用的填料有哪些？簡述它們的性能。答：（1）在聚合物中改性過程中，為了降低成本或改善聚

17、合物的性能而加入的有機過或無機填充劑。（2）常用的填料主要包括：碳酸鹽類、硅酸鹽類、金屬氧化物與金屬氫氧化物類、金屬粉類、碳素類等、木粉等。（3）略2. 簡述納米碳酸鈣的基本性質(zhì)及其在聚合物填充改性中的應用實例。答：納米碳酸鈣是近年來高分子改性中的一種重要無機填料，由于納米材料的小尺寸效應，導致納米碳酸鈣填充改性的聚合物材料在性能方面優(yōu)于傳統(tǒng)無機填料改性的聚合物材料。具體表現(xiàn)在填充量很少時，就可以使聚合物基體材料的剛性和韌性同時得到一定程度的提高，從而為傳統(tǒng)聚合物改性技術提供了新的機遇。3. 簡述木塑復合材料的發(fā)展前景。答：隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境保護意識的不斷加強，人們對傳統(tǒng)填充改性聚合物體系提出

18、了新的要求，即在滿足力學性能和使用性能的前提之下，同時還要滿足有關環(huán)境保護方面的要求。這對玻璃纖維增強聚合物材料提出了挑戰(zhàn)，而以天然纖維材料為基礎，通過化學和物理改性的手段，得到目數(shù)較高的纖維素材料，然后再同聚合物基體材料進行復合，是未來解決上述問題的一個切實可行的新思路。4. 常用增強纖維有哪些主要品種？它們各有什么特性？答：按組成分：A、C、D、E、R、S等；按截面大小分：初級、中級、高級；按長度分：連續(xù)玻璃纖維、短切玻璃纖維。（略）5. 從結(jié)構(gòu)觀點分析芳綸和超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維具有高強度、高模量的原因。答：芳綸：液晶纖維固有的高取向性及主鏈結(jié)構(gòu)的高度剛性；超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維

19、：大分子結(jié)構(gòu)的高度結(jié)晶性和分子鏈的高取向性。：大分子結(jié)構(gòu)的高度結(jié)晶性和分子鏈的高取向性。6. 什么是偶聯(lián)劑？簡述高分子改性過程中常用偶聯(lián)劑的品種和基本特性。答：偶聯(lián)劑是一類具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們分子中的一部分基團可與無機表面的化學基團反應，形成化學鍵合；另一部分基團則有親有機物的性質(zhì)，可與有機分子發(fā)生化學反應或產(chǎn)生較強的分子間作用。主要品種：硅烷偶聯(lián)劑鈦；酸酯偶聯(lián)劑；鋁酸酯偶聯(lián)劑；復合偶聯(lián)劑等。7. 簡述粉體增強熱塑性復合材料的制備過程。答：原輔材料的預處理；計量；混合；熔融共混擠出；冷卻切粒；混合與包裝。8. 舉例說明粉體增強聚丙烯材料的應用。答：聚丙烯是五大通用塑料之一，今年來的產(chǎn)量增加

20、幅度較大，主要原因是成本較低，力學性能突出。目前填充改性聚丙烯材料的應用包括汽車儀表板、汽車內(nèi)飾件、汽車保險杠等汽車專用料。9. 簡述纖維增強復合材料的常用生產(chǎn)方法及其工藝特點。答：層壓成型工藝、手糊成型工藝、袋壓成型工藝、模壓成型工藝、纏繞成型工藝成型比較簡單方便；材料與制品的成型同時完成。10. 纖維增強復合材料具有哪些方面的力學性能？答：比強度高、各向異性、彈性模量和層間剪切強度低、性能分散性大等。第五章 高分子材料的表面改性1簡述電暈放電處理的特點及其對高分子材料表面結(jié)構(gòu)與性能的影響。電暈處理優(yōu)點：處理時間短、速度快、操作簡單、控制容易。電暈處理缺點：效果不穩(wěn)定。對高分子材料表面結(jié)構(gòu)與

21、性能的影響表現(xiàn)在：引發(fā)高分子材料表面化學鍵斷裂，生成自由基，在有氧條件下，自由基迅速與氧氣結(jié)合生成含氧官能團。由于分子鏈氧化降解，產(chǎn)生表面刻蝕作用，表面粗糙度發(fā)生明顯變化。高分子材料表面與水的接觸角、表面能下降，表面張力增大。高分子材料表面潤濕性得到改善，黏接強度提高。2簡述火焰處理與熱處理的區(qū)別，進行此類處理時要注意哪些問題？火焰處理特定混合氣體形成的火焰與高分子表面直接接觸，而熱處理是將高分子材料暴露在約500熱空氣中。注意的問題：（1）提高高分子材料的表面能具有暫時性，所以處理完以后必須在20min 內(nèi)完成印刷和噴涂作業(yè)；（2）應注意選擇適當?shù)臏囟群蜁r間，以免“燒傷”表面，形成過厚的氧化

22、層；（3）防止材料變形。3高分子材料表面金屬化方法有哪些？簡述各方法工藝過程與特點。主要有濕法技術和兩種。濕法技術包括電鍍和化學鍍化學鍍是利用強還原劑在非金屬表面進行氧化還原反應,使金屬離子沉積在非金屬鍍件上的過程?；瘜W鍍前處理工藝如下：去應力除油（脫脂）水洗中和水洗粗化水洗敏化水洗活化還原化學鍍。直接電鍍是是將塑料活化后，在特定活化劑中沉積Pb-Sn復合層，然后在特定溶液中將錫置換為銅，使其具有導電性，水洗后，直接電鍍酸性光亮銅或光亮鎳。干法技術主要有真空蒸鍍，金屬轉(zhuǎn)移鍍等。真空蒸鍍是在1.3×10 -21.3×10-3Pa的真空中加熱金屬材料，使它在極短時間內(nèi)熔融、蒸發(fā)

23、，蒸發(fā)了的金屬材料分子沉積在高分子材料表面形成鍍膜層。金屬轉(zhuǎn)移鍍是用金屬噴涂法在模具工作表面噴涂一層金屬，再在金屬噴涂層上鋪覆復合材料預浸料，然后熱壓固化，復合材料制件成型脫模后，金屬噴涂層將轉(zhuǎn)移到復合材料制件表面。4什么是離子注入？簡述離子注入的特點。離子注入(Ion implantation)就是將工件放在離子注入機的真空靶室中，在幾十至幾百千伏的電壓下，把所需元素離子注入到工件表面，形成一層在組織和結(jié)構(gòu)上都不同于底材的注入層，從而改善材料性能。離子注入特點：(1)離子注入基體的過程是一個非熱平衡過程，因此，原則上可以將任何元素注入到固體中，注入元素的種類、能量和劑量均可選擇，并能精確控制

24、。(2)由于離子是在高能狀態(tài)下強行擠入基體的，因此基體材料不受限制可獲得其他方法不能得到的新合金相。(3)注入元素進入基體后呈高斯分布，不形成新的界面，沒有因界面引起的腐蝕、開裂、起皮、剝落等其他涂層容易產(chǎn)生的缺陷，從而解決了許多涂層技術中存在的粘附問題和熱膨脹系數(shù)不匹配問題。(4)由于離子注入處理可以在接近室溫的條件下進行，不存在熱變形問題，不需對零件進行再加工或再熱處理。(5)離子注入處理是在高真空條件下進行的，不受環(huán)境影響，基體外表沒有殘留物，能保持原有的外廓尺寸精度和表面光潔度，特別適合于高精密部件的最后工藝。(6)離子注入功率消耗低，以表面合金代替整體合金，節(jié)約大量稀缺金屬和貴重金屬，而且沒有毒性，利于環(huán)保。(7)離子注入工藝的缺點是設備一次性投資大，注入時間長、注入深度淺、視線加工等缺點，不適合復雜形態(tài)構(gòu)件改性。5簡述離子注入改性的機理及其對高分子材料表面結(jié)構(gòu)的影響。離子注入對高分子材料的改性，是通過離子注入使材料的結(jié)晶、組分以及分子空間位置的變化來實現(xiàn)的，是一種采用物理方法來達到化學目的的手段。離子注入的對材料結(jié)構(gòu)的影響有三個方面：（1）大分子鏈被打斷成為活性自由基，自由基之間相互結(jié)合生成三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)。（2）在離子注入過程中，離子能量傳遞給晶格，并促使高分子材料表面發(fā)生劇烈的結(jié)構(gòu)變化，注入樣品表面粗糙度加大。（3）高分子材料受離子轟擊，碳氮、碳氫及碳氧鍵被