833高分子材料答案

第#頁（共4頁）河南科技大學(xué)2013年碩士研究生入學(xué)考試試題答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)考試科目代碼： 833 考試科目名稱： 高分子材料 一、名詞解釋（共30分，每題5分）1、工程塑料：是指用作工程材料，也即結(jié)構(gòu)材料的一類塑料（2分）。這類塑料在承受一定的外力下，具有良好的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性，較好的電性能，并在高溫（ >1000C）和低溫（V1000C）下仍能保持其優(yōu)良的性能。（3分）2、合成纖維：線型結(jié)構(gòu)的高分子量合成樹脂，經(jīng)過適當(dāng)方法紡絲后得到的纖維稱為合成纖維。（5分）3、硫化：使具有高彈性的線型高聚物轉(zhuǎn)變成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物的過程稱為硫化。 （5分）4、 聚合物基復(fù)合材料：是以高分子聚合物為基體（2分），添加各種增強(qiáng)材料、粉體或顆粒填料后制得的一種復(fù)合材料（2分）。聚合物基復(fù)合材料具有許多優(yōu)異的性能（1分）。5、 本體聚合：指在單體中加入少量引發(fā)劑或不加引發(fā)劑依賴熱引發(fā)，而無其他反應(yīng)介質(zhì)存在的聚合實(shí)施方法。（5分）6、 聚合物合金：化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的均聚物或共聚物的物理混合物稱為共混聚合物，又叫做聚合物合金。（5分）、簡(jiǎn)答題（共70分）TOC\o"1-5"\h\z1、什么是功能高分子材料？這種材料主要包括哪些類型？（ 7分）答：除了具有聚合物的一般力學(xué)性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質(zhì)、能量和信息轉(zhuǎn)換、傳遞和貯存等特殊功能的一類高分子材料稱為功能高分子材料。 （3分）這種材料主要包括物理功能（如電學(xué)功能、磁學(xué)功能、光學(xué)功能、熱學(xué)功能、聲學(xué)功能） 、化學(xué)功能（如反應(yīng)功能、催化功能、分離功能、吸附功能）、生物功能（如抗凝血功能高分子材料、高分子藥物、生物降解醫(yī)用高分子材料）和功能轉(zhuǎn)換型（如智能、光電子信息、生態(tài)環(huán)境等）的高分子材料。（4分）2、熱塑性聚合物和熱固性聚合物在溶劑中的溶解行為有哪些不同？為什么？（ 7分）答：在適當(dāng)條件下，熱塑性聚合物與溶劑接觸時(shí)，溶劑分子首先進(jìn)入聚合物分子鏈之間，使聚合物發(fā)生充分溶脹，然后聚合物分子鏈從聚集體中分離，進(jìn)入溶劑中形成均相溶液，發(fā)生溶解（ 2分）。而在相同條件下，熱固性聚合物在溶劑中只能溶脹，不能溶解，無法形成均相溶液。 （2分）產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是：熱塑性聚合物的分子鏈為線型或支化型結(jié)構(gòu)，溶劑分子能夠充分滲透到分子鏈之間把聚合物分子鏈分離，而熱固性聚合物的分子鏈之間被化學(xué)鍵交聯(lián)，溶劑分子無法使化學(xué)鍵斷裂和分子鏈分離，因此在溶劑中只能溶脹，不能溶解，無法形成均相溶液。 （3分）3、 高分子材料最主要和最常用的成型加工方法有哪些？試對(duì)每種方法列舉出兩種常見的工業(yè)產(chǎn)品。（8分）答：高分子材料最主要和最常用的成型加工方法有四種：擠出成型、注射成型、吹塑成型和壓制成型。（4分）每種加工方法常見的產(chǎn)品有：（1）擠出成型：各種液體輸送塑料管材、合成纖維、異型材、板材、棒材、電線電纜包層、各種樹脂顆粒、著色母料顆粒等； （2）注射成型：塑料盆、齒輪、軸承、家用電器外殼、周轉(zhuǎn)箱等；（3）吹塑成型：各種塑料瓶、桶、水壺、貯存酸、堿的大型容器，吹塑薄膜等；（4）壓制成型：聚四氟乙烯板材、超高分子量聚乙烯制品、酚醛樹脂板材、聚苯乙烯泡沫復(fù)合保溫板材等。（4分）4、高密度聚乙烯（HDPE）是一種極易結(jié)晶的聚合物，室溫下是一種典型的塑料，而乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）的結(jié)晶能力很差，室溫下具有良好的柔韌性，可作為彈性體使用，為什么會(huì)有這種差別？（6分）答：這是由于高密度聚乙烯（HDPE）的分子鏈基本無側(cè)基和支鏈，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單規(guī)整，分子鏈柔順性好，易于規(guī)整排列到晶格中形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)室溫下十分穩(wěn)定，因此得到的 HDPE制品在室溫下具有較高的強(qiáng)度和韌性，是一種典型的塑料。 （3分）與HDPE相比，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）的分子鏈中引入了大量的含有較大側(cè)基的乙酸乙烯酯結(jié)構(gòu)單元，使聚合物分子鏈的有序性和規(guī)整性遭到破壞，分子鏈無法有序排列到晶格中，使材料的結(jié)晶能力顯著降低乃至完全喪失，因此EVA的結(jié)晶能力很差，室溫下具有良好的柔韌性，可作為彈性體使用。 （3分）5、涂料的基本組成有哪些物質(zhì)？簡(jiǎn)述其各自的作用。 （8分）答：（1）涂料的基本組成包括4個(gè)方面：成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑。（4分）（2）它們各自的作用如下：成膜物質(zhì)：是形成涂膜的物質(zhì)，通常是具有反應(yīng)活性的合成樹脂或線型高聚物。要求在涂料貯存期間相當(dāng)穩(wěn)定，不發(fā)生明顯物理的或化學(xué)的變化。 成膜以后，于規(guī)定條件下，要求迅速形成干燥的漆膜層。（1分）顏料：可使漆膜呈現(xiàn)顏色并具有遮蓋力，增強(qiáng)機(jī)械性能、漆膜的耐久性、以及某些特殊性能，例如防腐蝕、防污染等。（1分）溶劑：使成膜物質(zhì)均勻溶解，干燥后形成具有光澤的漆膜。 （1分）助劑：包括增塑劑、催干劑、乳化劑、分散劑、固化劑等，用量很少，但對(duì)涂料的某些性能產(chǎn)生影響。（1分）6、與聚乙烯相比，聚丙烯在加工和使用過程中更容易老化，為什么會(huì)有這種差別？（ 6分）答：這是由于聚乙烯（PE）分子鏈的結(jié)構(gòu)單元為-CH2-CH2-,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單規(guī)整，分子鏈上所有的H原子都是仲氫原子，C-H鍵的鍵能較大，聚合物分子鏈相當(dāng)穩(wěn)定，不容易發(fā)生脫除 H原子的反應(yīng)。（3分），而聚丙烯（PP）分子鏈的每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中都含有一個(gè)叔H原子，與叔H原子相關(guān)的C-H鍵的鍵能大大降低，在高溫下或輻射作用下很容易斷裂脫除叔H原子，因此PP受熱時(shí)容易氧化降解，在高溫下對(duì)氧特別敏感，容易老化。（3分）TOC\o"1-5"\h\z7、為什么要對(duì)高聚物進(jìn)行改性？其改性工藝有哪些？（ 7分）答：（1）通過對(duì)高聚物進(jìn)行改性，可以改進(jìn)高聚物某些性能方面的不足，得到性能優(yōu)良的新產(chǎn)品或具有特殊功能的新產(chǎn)品，擴(kuò)大高聚物的使用范圍或獲得新的性能。 （2分）（2）高聚物改性的工藝如下：a共聚改性：通過兩種或兩種以上單體進(jìn)行聚合，獲得具有新性能或新功能的聚合物。包括無規(guī)共聚、嵌段共聚、交替共聚和接枝共聚。（1分）b共混改性：化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的均聚物或共聚物進(jìn)行物理混合得到的復(fù)合體系稱為共混聚合物。不同組分之間靠分子間力相互作用或分子鏈相互纏繞而緊密結(jié)合在一起。 （1分）c互穿網(wǎng)絡(luò)改性：兩種交聯(lián)聚合物互相貫穿緊密結(jié)合但兩者之間不存在化學(xué)鍵的聚合物體系成為互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物體系。（1分）d化學(xué)反應(yīng)改性：將已合成的高聚物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)使之轉(zhuǎn)變?yōu)樾缕贩N材料或新性能材料的方法。（1分）e復(fù)合化改性：以高聚物作為基體材料，通過填充、增強(qiáng)等途徑制備成復(fù)合材料，從而改進(jìn)聚合物材料的性能。（1分）8、與人工合成的高分子材料相比，天然高分子材料有哪些優(yōu)點(diǎn)？常見的天然高分子材料有哪些？請(qǐng)至少列舉出四種。（6分）答：（1）天然高分子材料是自然界存在的天然有機(jī)材料，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)有很大的共同點(diǎn)， 都是由自然界生長(zhǎng)的長(zhǎng)鏈狀高分子化合物。它們的突出優(yōu)點(diǎn)是：來源于自然界，與人類活動(dòng)無關(guān)； 在自然界中能夠自然降解，使用和廢棄后對(duì)環(huán)境沒有污染。（2分）常見的天然高分子材料有：棉花、木材、纖維素、淀粉、蠶絲、皮毛、天然橡膠、甲殼素、蟲膠、殼聚糖等。（4分）9、橡膠加工工藝中，生膠在與各種配合劑混煉之前必須首先進(jìn)行塑煉，塑煉的目的和機(jī)理分別是什么？（8分）答：塑煉是使生膠由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌伤苄誀顟B(tài)的工藝過程。 由于生膠分子量很大，具有很高的彈性，不便于加工成型。經(jīng)過塑煉后，分子量降低，黏度下降，可獲得適宜的可塑性和流動(dòng)性，有利于后面工序的正常進(jìn)行。（4分）塑煉過程實(shí)質(zhì)上就是依靠機(jī)械力、熱量或氧氣的作用，使橡膠的大分子斷裂，大分子鏈由長(zhǎng)變短的過程。（4分）10、什么是層壓成型？層壓成型過程主要包括哪幾個(gè)步驟？（ 7分）答：層壓成型是以片狀或纖維狀材料作為填料，在加熱、加壓條件下把相同或不同材料的兩層或多層結(jié)合成為一個(gè)整體的方法。（3分）層壓成型過程主要包括填料的浸膠、浸膠材料的干燥、壓制等幾個(gè)步驟。在浸膠過程中，要求填料浸漬有足夠的膠液，浸漬時(shí)填料必須為樹脂浸透，避免夾入空氣。浸好膠液的填料， 經(jīng)過干燥后再按照不同的使用要求疊壓在一起，最后通過加熱、加壓制成層壓材料。 （4分）三、問答題（共50分）1、用高密度聚乙烯（HDPE）樹脂制備的薄膜通常透明度很差，不能作為塑料大棚使用，而采用低密度聚乙烯（LDPE）樹脂制成的薄膜透明度很高，大量用于農(nóng)田育秧和日光溫室，為什么會(huì)有這種差別？（15分）答：這主要是由于兩者在分子鏈結(jié)構(gòu)上的不同造成的（ 3分），HDPE和LDPE在結(jié)構(gòu)和性能上的不同之處是：前者分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，基本無支鏈，結(jié)晶程度高，力學(xué)強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)異，透明度較差。后者在大分子主鏈上有較多支鏈，結(jié)構(gòu)規(guī)整性和有序性較差，結(jié)晶度低，力學(xué)強(qiáng)度低,透明性好（6分）。由于HDPE薄膜透明性差，用作日光溫室時(shí)雖然有保溫作用，但因光線透過率太低，對(duì)作物的生長(zhǎng)造成了不利影響。LDPE因?yàn)槠浣Y(jié)晶度較低，薄膜透明性好，既能保持日光溫室的溫度，又有利于日光透過薄膜促進(jìn)就作物生長(zhǎng)，所以大量用于農(nóng)田育秧和日光溫室。 （6分）2、聚四氟乙烯（PTFE）具有極其優(yōu)越的耐化學(xué)腐蝕性能和不粘性，被稱為“塑料王”并用于制作不粘鍋涂層，為什么會(huì)具有這些性能？（15分）

答：這是因?yàn)榫鬯姆蚁≒TFE）分子量大，結(jié)晶度高，熔點(diǎn)也很高（5分）。分子結(jié)構(gòu)中C-C主鏈周圍的一層氟原子外殼起著屏蔽作用， 阻擋了各種試劑的侵入，與其他物體的粘結(jié)性很差，摩擦系數(shù)也很低（5分）。所以在300oC以下沒有一種溶劑能使它溶解和溶脹，能耐各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、油脂、有機(jī)溶劑和強(qiáng)氧化試劑，具有極其優(yōu)越的耐腐蝕性和不粘性，被稱為“塑料王”并用于制作不粘鍋涂層。（5分）TOC\o"1-5"\h\z3、航空工業(yè)上用有機(jī)玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅酸鹽玻璃作為飛機(jī)窗戶材料，這種材料有哪些優(yōu)點(diǎn)？其合成用的單體是什么？寫出單體的分子式。工業(yè)上合成有機(jī)玻璃樹脂的聚合工藝有哪些？（ 10分）答：（1）PMMA的優(yōu)點(diǎn)是：透明性高、電絕緣性、沖擊韌性和耐候性好； （2分）（2）單體是甲基丙烯酸甲酯（MMA） （2分）分子式為CHi-C-CHaCOOCH3分子式為CHi-C-CHaCOOCH3（2分）（3）主要有兩種方法：A本體澆鑄聚合：由單體直接澆鑄到模具中聚合后得到板狀、管狀和棒狀制品。（2分）TOC\o"1-5"\h\zB懸浮聚合：用于生產(chǎn)注塑成型和擠塑成型的粒料。 （2分）合成聚氨酯泡沫塑料的主要原料有哪些？聚氨酯泡沫塑料有哪些類型，其生產(chǎn)工藝有哪些？結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際舉例說明這種泡沫塑料的應(yīng)用情況。 （10分）答：（1）合成聚氨酯泡沫塑料的主要原料有：異氰酸酯、聚醚或聚酯多元醇、催化劑、發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑、開孔劑以及其他組分。（2分）（2）聚氨酯泡沫