高分子材料成型原理 沈新元 簡答題答案1

1、簡答題1. 比較熔融紡絲、濕法紡絲和干法紡絲的異同點。（1） 相同點：（2） 不同點：與熔紡不同，濕法成形過程中除有傳熱外，傳質(zhì)十分突出，有時還伴有化學反應.。在干紡中，力學因素和傳熱因素的作用是次要的，紡絲線和周圍介質(zhì)之間的傳質(zhì)強度以及各種濃度所控制的轉(zhuǎn)變起主要作用。.（3） 機理差別：由于濕紡初生纖維含有大量的凝固浴液而溶脹，大分子具有很大的活動性，因此濕紡初生纖維的超分子結構接近于熱力學平衡狀態(tài)，而其形態(tài)結構卻對紡絲工藝極為敏感. 干法紡絲：將聚合物溶于揮發(fā)性溶劑中，通過噴絲孔噴出細流，在熱空氣中形成纖維的紡絲方法.2. 列舉六種可觀察到聚合物流體彈性的現(xiàn)象。（1） 流體的彈性回縮 （2

2、）聚合物流體的蠕變松弛 （3）孔口脹大效應（4）爬桿效應 （5）剩余壓力現(xiàn)象 （6）孔道的虛構長度 （7）無管虹吸現(xiàn)象3. 用聚合物、溶劑、凝固劑三元相圖說明濕紡、干紡和凍膠紡的相分離過程。l 當夾角q0時， SD沿SP線向S靠近，相應的通量比JS/JN，即紡絲原液不斷地被純?nèi)軇┧♂?。l 當q 時，SD向P靠近，通量比JS/JN，相當于干法紡絲，即紡絲原液中的溶劑不斷蒸發(fā)，使原液中聚合物濃度不斷上升，直至完全凝固。區(qū): JS/JN u* (第一臨界切線)。 沿紡絲線組成變化路徑,聚合物濃度下降 (即溶劑擴散速度小于凝固劑的擴散速度)無相分離，不固化。區(qū): u* JS/JN 1 (上限，即溶劑

3、與凝固劑的擴散速度相等)。沿紡絲線途徑聚合物含量下降 (凝固劑濃度增加) 有相分離，固化。區(qū): 1 JS/JN u* (第二臨界切線)沿紡絲線途徑聚合物濃度增加，有相分離，固化。通常的濕法紡絲以區(qū)為多。區(qū): u* JS/JN (上限為干法紡絲) 聚合物含量增加 ，無相分離，固化， 形成致密而均勻的結構4. 在橡膠的塑煉過程中，機械力、氧和溫度是如何影響塑煉效果的？5. 膠接理論主要有哪幾種，膠接接頭的強度主要取決于哪幾種界面結合力？（1） 膠接的吸附理論 （2）膠接的擴散理論（3）膠接的靜電理論（4）膠接的機械連接理論 （5）膠接的化學鍵理論 (6)弱邊界層（1）膠黏劑本身的內(nèi)聚強度 （2）粘

4、結劑與被粘物之間的粘附力，包括化學鍵力，分子間作用力，界面靜電引力及機械嵌合力。6. 影響的o因素有哪些？材料的平均分子量，粘流活化能7. 簡述濕紡中形成皮芯結構的機理。主要是細流外邊和內(nèi)部的凝固機理不同.細流外邊的凝固: 主要由于溶劑向凝固浴擴散,使細流中溶劑濃度低于臨界濃度,于是聚合物析出;此時P-S-N體系中聚合物含量高,因此結構致密.細流內(nèi)部的凝固 溶劑向凝固浴擴散,凝固浴中的沉淀劑向原液細流擴散,使溶劑濃度不斷下降,當細流中溶劑濃度低于臨界濃度, 聚合物析出,但此時P-S-N體系中聚合物含量不高,內(nèi)部含有較多溶劑和沉淀劑,因此結構較松散 8. 硫化過程中對硫化速度及硫化膠網(wǎng)絡結構形成

5、起決定作用的主要反應，可分為哪四個主要反應階段？（1）硫化體系各組分間相互作用生成中間化合物，這些中間化合物是事實上的硫化劑；（2）中間化學物與橡膠相互作用在橡膠分子鏈上生成活性側基；（3）這些活性側基相互間或與橡膠分子作用形成交聯(lián)鍵；（4）交聯(lián)鍵的繼續(xù)反應。9. 試述影響聚合物熔體剪切粘度的因素。(一)聚合物分子結構的影響1. 鏈結構的影響2.平均分子量的影響3.分子量分布的影響(二) 聚合物溶液濃度的影響(三) 溫度的影響(四) 溶劑性質(zhì)的影響1.溶劑的粘度hs影響聚合物濃溶液的粘度h0 hs h0 (C相同時)2. 溶劑的溶解能力影響h0 3.溶劑中混入的可溶性雜質(zhì)或添加劑的影響(五)混

6、合的影響(六) 流體靜壓的影響10. 以SBS為例，說明熱塑性彈性體為什么既具有橡膠狀彈性又具有塑化成型性？11. 從熱力學角度出發(fā)討論高聚物結構變化對熔點的影響。1. 等規(guī)稀類聚合物：即等規(guī)聚-a稀烴，隨取代基的空間位阻增大，主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)位阻增加，分子鏈的柔順性降低，熔點升高。當側鏈長度繼續(xù)增加時，會使熔點回升。當取代基為體積龐大基團時，由于內(nèi)旋轉(zhuǎn)的空間位阻，使分子鏈剛性增加，熔點升高。這類取代基的空間位阻越大，熔點升高越多。2. 脂肪族聚酯、聚酰胺、聚氨酯和聚脲：這類聚合物隨重復單元的增加，逐漸趨于聚乙烯的熔點。3.主鏈含苯環(huán)或其它剛性結構的高聚物：主鏈含有環(huán)狀結構或共扼結構的聚合物，都使鏈

7、的剛性增加，具有比對應的飽和脂肪鏈聚合物高得多的熔點。對位芳族高聚物的熔點比相應的間位芳族高聚物的熔點要高。12. 聚合物的取向結晶有何特點？特點：結晶聚合物的結晶速度隨張應力和紡速的提高而增加，結晶體的結構隨紡速不同而不同。結晶聚合物的形態(tài)隨分子取向程度的不同而變化，結晶溫度和結晶速率升高。（1、從結晶理論來看，大分子取向規(guī)整區(qū)域越大，生成晶核的臨界溫度越高。2，從熱力學來看，取向比未取向體系的熵值低，所以從熔體轉(zhuǎn)變成晶體時，取向體系的熵值變化較小，即自由能變化較大，這樣，就能使那些在未取向體系中不穩(wěn)定的亞穩(wěn)晶核穩(wěn)定下來，即增大晶核的生成速率。13. PA6和PET長絲拉伸方法有何不同？為什

8、么？PA6是室溫拉伸，因為它的玻璃化溫度低，結晶度低。PET是熱拉伸，因為它的玻璃化溫度高，結晶度低。14. PET纖維在拉伸過程中其結晶和取向結構有何變化？15. 試述影響濕紡初生纖維橫截面的因素，并結合紡絲工藝條件加以討論。（1） 傳質(zhì)通量比(Js/JN) （2）固化表面層硬度（3） 噴絲孔形狀討論：（1）當JS / JN 1時，則橫截面的形狀取決于固化層的力學行為：（3）柔軟的表層收縮的結果導致形成圓形的橫截面；（4）具有堅硬的皮層時，橫截面的崩潰將導致形成非圓形.16. 闡明引起溶紡（或干紡或濕紡）非穩(wěn)態(tài)紡絲的原因，并舉例討論其影響因素。17. 簡述影響溶解度的結構因素。1.大分子鏈的

9、結構的影響 大分子鏈的化學結構使分子間作用力 溶解度 鏈結構的不規(guī)整性 ，溶解度大分子鏈的剛性 ，溶解度 分子量M ，溶解度2.超分子結構的影響結晶度 溶解度 但極性的結晶聚合物也可以在常溫下溶解。無定形部分與溶劑的相互作用會釋放出大量熱，致使結晶部分熔融 。3.溶劑結構的影響（1）溶劑的化學結構、締合程度 （2） 溶劑的極性 溶劑的極性越接近聚合物的極性，溶解度越高（3）極性溶劑的基團性能 溶劑的極性基團與聚合物極性基團相互吸引產(chǎn)生溶劑化作用,溶解度（4） 溶劑極性基團旁的原子團 原子團 極性聚合物的溶解度（5） 混合溶劑 溶解性18. 工業(yè)生產(chǎn)中應如何選擇溶劑？溶劑+聚合物濃溶液：加工流變

10、性好，等濃度溶液的黏度低，等黏度溶液的濃度高19. 如何表征聚合物流體的彈性？（1） 流體的彈性回縮 （2）聚合物流體的蠕變松弛 （3）孔口脹大效應（4）爬桿效應 （5）剩余壓力現(xiàn)象 （6）孔道的虛構長度 （7）無管虹吸現(xiàn)象20. 試述紡絲過程的基本規(guī)律。1.在紡絲線的任何一點上，聚合物的流動是穩(wěn)態(tài)和連續(xù)的;2. 紡絲線上的主要成形區(qū)域內(nèi)，占支配地位的形變是單軸拉伸;3. 紡絲過程是一個狀態(tài)參數(shù)連續(xù) 變化的非平衡態(tài)動力學過程;4. 紡絲動力學包括幾個同時進行并相互聯(lián)系的單元過程動能傳遞、傳熱、傳質(zhì)、結構參數(shù)變化等.21. 連續(xù)拉伸可分為哪三個區(qū)，各個區(qū)之間絲條或絲束的運動速度和張力有何不同？區(qū)

11、：準備拉伸區(qū) VR恒定并等于絲條的喂入速度， 當纖維溫度超過玻璃化溫度而開始明顯形變的瞬間，準備區(qū)結束. 拉伸張力隨拉伸比的增大而單調(diào)增大.區(qū)：形變區(qū)或真正拉伸區(qū)纖維中大分子發(fā)生取向，伴隨著結構改組. VR提高，引起拉伸張力和拉伸應力增大，區(qū)：纖維拉伸松弛區(qū)，纖維不再發(fā)生形變. 拉伸張力隨拉伸比的增大而單調(diào)增大.22. 熔融紡絲所得到的初生纖維，其結構對拉伸性能有何影響？1.熔紡成型的本體聚合物卷繞絲(1)結晶度和結晶變體的影響 熔體卷繞絲的結晶度 拉伸曲線沿“b” “c” a”型變化, 屈服應力 ，且N 結晶變體的相對含量也影響拉伸行為 可拉伸性: 型結晶變體 型結晶變體 型結晶變體 (2)

12、預取向度的影響u 熔紡卷繞絲預取向度，拉伸曲線沿“c” “b”型變化，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚶欤?，E ，N（卷繞絲預取向度 ，拉伸曲線從“b” “c”）。u 熔紡卷繞絲預取向度不太高時，可拉伸性好.(3)卷繞絲分子量的影響 一般卷繞絲分子量， 熔紡卷繞絲其它結構因素的影響 卷繞絲內(nèi)含較大的氣泡或固體粒子時，卷繞絲內(nèi)出現(xiàn)裂縫或線密度度波動時 可拉伸性歸納：熔紡卷繞絲結晶度或取向度，E 斷裂 ； 熔紡卷繞絲分子量，斷裂強度和斷裂伸長2. 濕法成型凍膠體凝固絲凝固絲網(wǎng)絡骨架越細密 最大拉伸比 凝固絲的溶脹度 可拉伸性 但凍膠中溶劑含量太多，網(wǎng)絡弱，經(jīng)不起高倍拉伸.23. 熱定型過程中纖維結構和性

13、能發(fā)生了哪些變化？（一）熱定型中纖維結構的變化1.結晶結構的變化（1）結晶度：松弛熱定型，結晶度；T，結晶度緊張熱定型，結晶度不變或增加較慢（2）晶粒尺寸：松弛熱定型，微晶尺寸 (尤其與取向垂直方向上的尺寸） 晶區(qū)更完善 緊張熱定型，平行于纖維取向軸的微晶尺寸 垂直于纖維取向軸的尺寸略微增大，張力大時可能（3）晶格的變化熱定型影響晶格結構.2.取向結構的變化松弛熱定型, 取向度；T，取向度定長熱定型, 取向度不變定張力熱定型, 取向度3.形態(tài)結構的變化T，長周期（折疊鏈數(shù)）（二）熱定型對纖維物理機械性質(zhì)的影響1.力學性能的變化松弛熱定型時，斷裂強度，伸長；T，影響更大緊張熱定型時，強度不變甚至

14、，伸長 ；T，強度，伸長2.熱收縮率的變化T定型，熱收縮率3.吸濕和染色性能的變化熱定型對纖維的吸濕和染色性能的影響較為復雜.吸濕和染色性能主要取決于纖維的結晶度、晶粒尺寸、非晶區(qū)的取向以及微孔結構.24. 為什么硅橡膠的耐低溫性能特別好？25. 塑煉過程中氧氣和溫度對塑煉效果有何影響？26. 在涂料的生產(chǎn)過程中，顏料粒子是如何穩(wěn)定分散在涂料中的？使已混合均勻的漆料在研磨機中達到充分潤濕狀態(tài)，使漆漿中的顏料聚集體粒子大小降到涂料產(chǎn)品要求的細度，并在粒子周圍附上一層漆料，以使顏料粒子保持在穩(wěn)定分散狀態(tài)。27. 熔紡紡程上的溫度分布方程是在什么條件下導出的？ 內(nèi)能U的變化及流動過程中能量失散均忽略

15、不計； 忽略熱輻射； 在紡絲線上的任何一點上，聚合物流動是穩(wěn)態(tài)的； 絲條在冷卻過程中無相變熱釋放； 以拉伸應變速率和拉伸應力作粘性拉伸流動過程中產(chǎn)生的熱量可忽略 沿絲條軸向的傳熱可忽略； 絲條徑向無溫差；并將絲條作圓柱形處理，其直徑為d、密度為、速度為v. 28. 試述動力學結晶能力G的物理意義，并解釋K-T曲線上出現(xiàn)極大值的原因。 (1) G的意義：某一聚合物從熔點Tm以單位冷卻速度降低至玻璃化溫度Tg時，所得到的相對結晶度.(2) 由于結晶包括成核過程及晶核生長過程，在輕微過冷（接近熔點）條件下，成核的動力很小，物料結晶很慢；另一方面，當溫度接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時，由于分子缺乏流動性，晶

16、體生長速率也較低。29. 熔融紡絲過程有哪些幾類參數(shù)及其主要內(nèi)容宏觀狀態(tài)參數(shù) T-X (溫度場) V-X (速度場) P-X (應力場) Ci-X (濃度場) 微觀狀態(tài)參數(shù)取向度 結晶度 網(wǎng)絡結構 30. 紡絲線上拉伸應變速率為什么會變化及如何變化？31. 何謂穩(wěn)態(tài)紡絲及非穩(wěn)態(tài)紡絲？哪些因素影響初生纖維的線密度的不均一性？穩(wěn)態(tài)紡絲是指紡絲線上的任何一點都具有各自恒定的狀態(tài)參數(shù)，不隨時間而變化。32. 熔紡紡程的控制因素（絲條運動速度和吹風速度）是怎樣變化的，它有什么實際意義？33. 紡程上區(qū)，區(qū)，a,b,以及區(qū)的特點如何？區(qū)：準備拉伸區(qū) VR恒定并等于絲條的喂入速度， 0. 當纖維溫度超過玻璃

17、化溫度而開始明顯形變的瞬間，準備區(qū)結束.區(qū)：形變區(qū)或真正拉伸區(qū) a： 0 ;b ： 0纖維中大分子發(fā)生取向，伴隨著結構改組.區(qū)：纖維拉伸松弛區(qū)纖維不再發(fā)生形變.34. 進行拉伸的方式有那幾種？各適用于何種纖維？（1）干拉伸（室溫拉伸、熱拉伸）、蒸汽浴拉伸、濕拉伸（2）干拉伸：Tg較高或拉伸應力較大的（長絲）纖維；蒸汽浴拉伸：Tg大、拉伸應力大、拉伸倍數(shù)高的(短)纖維 ；濕拉伸：纖度較粗的短纖維35. 何為細頸拉伸、冷拉伸、均勻拉伸？無定型聚合物、結晶聚合物、凍膠初生纖維在拉伸行為上有何不同？（1） 細頸拉伸：處于不可拉伸與均勻拉伸之間的拉伸溫度區(qū)域的拉伸36. 拉伸條件對拉伸曲線有何影響？試歸

18、納其變化規(guī)律。 1.拉伸溫度的影響未取向結晶高聚物的典型拉伸曲線：T拉伸Tg ,拉伸曲線呈a型T拉伸Tg、T ，拉伸曲線呈c型T拉伸Tg、T ，拉伸曲線近似b型T拉伸，拉伸曲線由bc a型2.拉伸速度的影響VR，拉伸曲線由bc a型, (c、a型) N (c型)VR，拉伸曲線的變化與降低T的影響類似VR達到一定值以上時，應考慮拉伸放熱對拉伸應力的影響， VR 等效于T 3. 低分子物的影響低分子物的增塑作用，對纖維拉伸行為的影響與提高溫度類似。 減小低分子物作用，拉伸曲線由bc a型。4.初生纖維線密度的影響線密度 拉伸應力和自然拉伸比 ：等效于T 但線密度較大時，線密度 比表面積 散熱慢 拉

19、伸后易局部升溫而產(chǎn)生細頸。37. 影響熔紡初生纖維拉伸應力的因素有哪些？通常采取哪些措施提高其拉伸倍數(shù)，從而使拉伸均勻？38. 影響拉伸工藝穩(wěn)定性的因素有哪些？39. 試述拉伸過程涉及三種形變機理，它們之間的關系如何？1普彈形變e1 e1=se/E1 普彈形變是大分子主鏈的鍵角和鍵長受力后發(fā)生形變的反映 普彈形變與應力同相位，瞬間發(fā)生和瞬間回復 普彈形變的彈性模量E1很大，形變量e1很小2高彈形變e2 l 高彈形變是大分子鏈在引力作用下，由卷曲構象轉(zhuǎn)化為伸展構象的宏觀表現(xiàn)l 高彈形變的特點是模量E2較小，形變量e2大，可伸長至10倍以上l 有明顯的時間依賴性(形變滯后于應力，形變在外力除去后基

20、本上能回復，但回復需要時間)，松弛過程3塑性形變e3 塑性形變是聚合物在外力作用下，大分子鏈間產(chǎn)生相對滑移的宏觀反映.l 塑性形變實際上是一種 流動變形，其分子運動機理雖與粘性流動相類似，但必須在屈服應力*之上才能發(fā)生.l 塑性形變的特點是外力去除后，形變完全不可回復.40. 為什么非晶取向因素是決定纖維強伸的主要因素？41. 試用蠕變方程解釋纖維在拉伸中的形變機理。蠕變方程：普弾形變：瞬間發(fā)生，是大分子主鏈的鍵角和鍵長受力后發(fā)生的形變。形變與應力同相位，形變能馬上回復；彈性模量很大，形變值很小高彈形變：大分子鏈在引力作用下，由卷曲構象轉(zhuǎn)化為伸展構象的宏觀表現(xiàn)。形變滯后于應力，有明顯的時間依賴性。是一種松弛過程。模量較小，形變量大。塑性形變：聚合物在外力作用下，大分子鏈間產(chǎn)生相對滑移的宏觀表現(xiàn)。形變是完全不可回復的。42. 影響松弛時間的因素有哪些？它們?nèi)绾斡绊懜邚椥巫兊陌l(fā)展？（1）增塑所引起的活化能下降Up和T（2） 高彈形變的發(fā)展與外力作用的時間、增塑所引起的活化能下降Up、纖維的拉伸應力以及形變時纖維的溫度T有關43. 敘述分子網(wǎng)絡理論的基本模型，Nc、Ns、在分子網(wǎng)絡理論中的含義。網(wǎng)絡理論：每種纖維總的延伸性能，包括噴絲