高分子聚合物共混改性试题备课讲稿.pdf

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1、 高分子聚合物共混改性试题 精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 聚合物共混改性考试试卷 一、判断题：对的（），错的（）（本大题共 17 小题，每题 1 分，其中 13 题 4 分，共 20 分）1最早的聚合物共混物出现于 1912 年，是 Hancock 将天然橡胶与古塔波胶混合制成雨衣。（）2最早投产的聚合物共混物是在 1942 年的 PVC/NBR。（）31942 年 Dow 化学公司出售的 Styralloy-22,首次使用了“聚合物合金”这一术语。（）4银纹和裂纹的是同一概念的不同说法。（）5只有少数聚合物对是完全相容或部分相容，大多数是不相容的。（）61960 年提出了银

2、纹核心理论。（）71964 年 OsO4染色技术研究成功，可用透射电镜（TEM）直接观察共混物的形态结构。（）8在相同的剪切力场中分散相的大粒子比小粒子容易变形，大粒子比小粒子受到更大的外力。（）9.界面层的形成：第一步是两相之间的相互接触，第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。增加两相的接触面有利于链段扩散,提高两相之间的粘合力。（）10.界面层的厚度主要取决于两种聚合物的相容性,还与大分子链段尺寸、组成以及相分离条件有关。（）精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 11.基本不混溶的聚合物，链段之间只有轻微的相互扩散，因而两相之间有非常明显和确定的相界面。（）12随着两种聚合

3、物之间混溶性增加，扩散程度提高，相界面越来越模糊，界面层厚度越来越大，两相之间的粘合力增大。完全相容的两种聚合物最终形成均相，相界面消失。（）13.Cox 和 Leal 研究了牛顿液体珠滴在剪切作用下形变和流体力学的稳定性，以稀乳液为模型，悬浮液滴的粘度 i 与连续介质粘度 0 之比为=i/0 和参数ak.0/,所以:A).和 k 越大，液滴就越难破碎。（）B)k 与界面张力系数 成正比，与两种聚合物的相容性有关，两种液体的混溶性越小，就越大。（）C).在其他条件相同时，两种聚合物的混溶性越小，则所得共混物分散相的颗粒就越大。（）D).当 0 不变时，分散相的粘度越大，液珠就越难变形破碎。所以

4、，两种聚合物共混时，若要得到分散均匀的共混物，两种聚合物的熔体粘度要相匹配（相接近）。（）14在剪切带内分子链有很大程度的取向，剪切带有高度双折射现象。()15银纹体与聚合物界面处会发生光的全反射。()16剪切带与聚合物界面处会发生光的全反射。()17在银纹体内分子链有很大程度的取向，银纹体有高度双折射现象。()精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 二、填空题：（本大题共 2 小题，每空 1 分，共 9 分）18聚合物熔体的流变性能主要特征是 和 。19Han 和 Kim 对 PE/PS 共混物进行了流变学的详细研究得出的结论是：PE/PS 75/25 时，共混物熔体形态结构为 。粘

5、度出现极大值的原因，显然由于 增加了流动阻力，即两相界面之间相互作用的增加会使熔体粘度反常地加，因而出现极大值。极大值相当于共混物熔体的珠滴状分散状态，即珠滴状的 PS 分散于 PE 连相中;而 的极小值相应于共混物熔体的 。当粘度为极小值时，为极大值;而当粘度为极大值时，为极小值。三、名词解释：（本大题共 5 题，每题 3 分，其中第 22 题 4 分，共19 分）20.聚合物共混与聚合物共混物：（3 分）21.相容性与混溶性：（3 分）精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 22.NG 机理和 SD 机理：（4 分）23.分散相与相畴：（3 分）24.银纹与银纹化、剪切与剪切带：（

6、3 分）25.应变软化与应变硬化：（3 分）四、简答题：（本大题共 5 题，每题 5 分，共 25 分）26.根据相的连续性，写出聚合物共混物形态结构的基本类型。27.简述聚合物透气性和 Fick 第一定律并写出它的数学表达公式。28.写出聚合物共混物熔体的弹性效应的数学表示方法。精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 29简述玻璃化转变法测定聚合物-聚合物相容性的原则。30简述橡胶增韧机理中的银纹-剪切带理论。五、计算题：（本大题共 3 小题，31 题 10 分，32 题 5 分，33 题 12分，共 27 分）31.已知在 25oC 时，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯酸丁酯（

7、PBA）的密度分别为 1.179 和 1.156 g/cm3，各化学基团的摩尔吸引常数 G/(2.0410-3J1/2m-3/2)分别如下：CH3:214;CH2:133;C:93;OC:275;OCO:310；CH：28；CH2:190;=CH-:111；O:70。1).根据估算法，计算 PMMA 和 PBA 的溶解度参数。2).若 PMMA 与 PBA 的相对分子量均为 10000，判断它们共混时热力学相容性程度如何？并说明理由。提示：本题不考虑极性和氢键的影响；mmmSTHG，21221)(mmVH；临界2121的体系可能不发生相分离；当分子量为 10000 时，2/32/1321100

8、4.235.0mJ临界。32.若聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的相对分子质量均为 200000，它们重复链节之间的01.012c，问 PE/PP 的相容性如何？33.已知 NBR、PVC 和 HDPE 的性能指标参数如下表：精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 Polymer E/M Pa/2.0410-3J1/2m-3/2/g.cm-3 NBR 0.99 9.4 1.01 HDPE 0.13 7.9 0.955 PVC 49.0 9.7 1.39 1）根据上表，设计一种橡胶增韧树脂的两组分共混物配方，使得分散相以球形无规松散堆砌，m=0.55,KE=2.50，共混物的拉伸模量（E）

9、不小于 18.0 M Pa，假设在共混中各组分的体积变化不大，计算重量共混比。2）根据你设计的配方，你认为此共混物的 E 最大和最小值各是多少？聚合物共混改性试卷答案 一、判断题，对的（）,错的（）（共 20分，其中 13 题 4分）1（），2（），3（），4（），5（），6（），7（），8（），9.（），10.（），11.（），12（），13.A).（），13.B)（），13.C).（），13.D).（），14（），15（），16（），17（）。二、填空题（9分）18聚合物熔体为非牛顿液体;聚合物熔体流动时有明显的弹性效应。19互锁结构。互锁结构。弹性效应，弹性效应，互锁结构。弹性效应，弹性

10、效应。三、名词解释（共 19 分）。20.答：聚合物共混是指两种或两种以上均聚物或共聚物的经混合制成宏观均匀的材料的过程。聚合物共混物是指两种或两种以上均聚物或共聚物的经混合制成宏观上均匀的高分子聚合物的混合物。21.答：相容性：依靠外界的条件实现了共混物各组分强制的、良好的分散，彼此相互容纳，得到力学性能优良且稳定的聚合物共混物，共混物各组分之间的这种能力。相容性在热力学上可能是不相容的，热力学上也可能是不稳定的，相容的程度有完全相容、部分相容、不相容。混溶性：共混物各组分之间形成了均相的体系，其极限是分子水平上的相容，其特点是，共混物的玻璃化温度(Tg)只有一个值,相当于完全相容。精品文档

11、 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 22.答：处于介稳定的体系，相分离不能自发进行，需要成核作用，包含核的形成和核的增长两个阶段，这样的相分离过程机理称为成核-增长分离过程机理即 NG 机理。成核是由浓度的局部升落引发的,成核活化能与成一个核所需的界面能有关,成核之后,因大分子成核微区扩散而使珠滴增大.珠滴的增长又分为扩散和凝聚粗化两个阶段,每一阶段都有取决于界面的平衡.由 NG 机理进行相分离而形成的形态结构主要为珠滴/基体,即一种为连续相,另一种是以球状颗粒形式的分散相.液-液相分离。处于不稳定的体系，在相分离过程中，物质向浓度较大的方向扩散，即反向扩散来完成的，称为旋节分离，即为 S

12、D 机理。SD 分离起始于均相的、混溶的体系，相畴（微区）尺寸增长有：扩散、液体流动和粗化三阶段，可形成三维共连续的形态结构，可发生在任意浓度，产生的相畴微小（纳米），仅限于相容体系，液-液相分离。23.答：在共混物中两个或多个相中只有一个连续相，此连续相为分散介质，称之为基体，其他分散于连续相中的相是分散相。在复相聚合物体系中，每一相都以一定的聚集态存在，因为相之间的交错，所以连续性较小的相或不连续的相就被分成很多的微小区域，这种微小区域称为相畴。24.答：玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现象，这种现象叫应力发白现象，亦称银纹现象，这种产生银纹的现象也叫银纹化。聚合物中产生银纹的部位称为银

13、纹体或简称银纹。聚合物在一定的剪切应力作用下，可产生明显的局部的形变，这种形变称为剪切形变，由剪切形变所构成的形变区域称为剪切带。25.答：应变软化就是材料对应变的阻力随应变的增加而减小，是由于在较大应变时大分子链各物理交联点发生重新组合形成有利于形变发展的超分子结构的缘故。当形变值很大时，这种大形变能导致大分子链的明显取向,造成应变硬化现象。四、问答（共 25分，每小题 5分）26.答：完全相容的两组分可形成均相，部分相容的两组分共混物按相的连续性分成：单相连续结构（一相连续，另一相是分散相）、两相互锁结构或交错结构、相互贯穿的两相连续结构。27.答：当固体两边的气体压力不同时，气体分子会穿

14、过聚合物从压力较高的一边向压力较低的一边扩散，这叫做聚合物的透气性。Fick第一定律：单位面积,单位时间的气体透过量 q 与浓度梯度成正比。q，式中 q 为扩散速率,D 为扩散系数,为扩散分子的浓度,dC/dx为沿薄膜厚度方向的浓度梯度。28.答：聚合物熔体在流动中会发生大分子构象的改变，产生可逆的弹性形变，因而发生弹性效应。这种弹性效应可用不同的指标表示，其数学表达式如下。最常用的指标是出口膨胀比：B=dj/D,dj为流出物直径,D为模口直径。其他常采用的指标有:出口压力 P出;法向应力差，如第一法向应力差（为流动方向的法向应力，为速度梯度方向的法向应力）;可恢复性剪切形变等。这些不同指标之

15、间具有如下的关系。（）（dj/D）P出 P出 ，式中为管壁处剪切应力；为剪切模量。29答：聚合物共混物的玻璃化转变温度与两种聚合物分子级的混合程度有直接的关系。若相容，共混物是均相体系，就只有一个玻璃化温度,此玻璃化温度取决于两组分dxdCD精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 的玻璃化温度和体积分数。若完全不相容，形成界面明显的两相结构，就有两个玻璃化温度，分别等于两组分的玻璃化温度。若部分相容，体系的玻璃化温度介于上述两种极限情形之间。30答：橡胶增韧机理中的银纹-剪切带理论：第一，橡胶颗粒是充作应力集中中心，诱发大量银纹或剪切带。大量银纹或剪切带的产生和发展要消耗大量能量。第二

16、，橡胶颗粒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的裂纹。第三，剪切带是终止银纹的另一个重要因素，特别是基体韧性较大而有大量剪切带产生时。第四，除了终止银纹之外，橡胶颗粒和剪切带还能阻滞、转向并终止已经存在的小裂纹的发展。五、计算题（27分，31题 10 分，32 题 5分，33题 12 分）31.解：1）.PMMA的重复链节单元如下结构式，其相对式量为 M=100，所以它的溶解度参数:而 PBA的重复链节单元如下结构式，COO-CH2CH2CH2CH3-(CH2-CH)n-，其相对式量为 M=128，溶解度参数:2/32/131004.279.9128)310282141334(1

17、56.1mJMGdi丁2).在不考虑极性和氢键的影响时，当0STHGmmm时，共混体系的混合可自发进行，才能相容。又因为在共混时mS很小，几乎是0mS。所以只有当0Hm时，才有0STHGmmm；又 0)1004.2(384.01004.2)79.917.9()(22/32/13232mJ丁甲，即0)(2VHmm丁甲丁甲，这说明了 PMMA与 PBA共混时是不可能相容的；当相对分子量为 10000 时，2/32/13212/32/131004.235.01004.262.0mJmJ临界丁甲，这也说明两者共混时是不相容的。32.解：当01.011211222112cmm时，PE/PP才可能完全相容

18、。PE的重复链节的式量=28，PP的重复链节的式量=42，所以 CH3COO-CH3-(CH2-C)n-2/32/131004.217.9100)21431093133214(179.1mJMGdi甲精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 PE的聚合度：282000001m，PE的聚合度：422000002m 4212105.342200000128200000121，即12小于01.012c，所以 PE/PP可完全相容。33.答：1）因为 NBR、PVC和 HDPE的溶解度参数分别为：9.42.0410-3J1/2m-3/2，9.72.0410-3J1/2m-3/2，7.92.041

19、0-3J1/2m-3/2，所以可知，当 PVC与 NBR共混时可能有很好的相容性，而当 HDPE与 NBR共混时，是不相容的，不相容的共混物 HDPE/NBR的拉伸模量达不到 18.0 M Pa。因此，只能制成一种橡胶增韧树脂的双组分共混物 PVC/NBR，NBR为橡胶组分且是分散相，PVC则是树脂组分是连续相。使 PVC/NBR的拉伸模量为 18.0 M Pa,即:P=18.0M Pa,P1=49.0 M Pa,P2=0.99 M Pa,1=1.39,2=1.01.A t=1/A=1/(KE1)=1/(2.50-1)=2/3,Bt=(P1/P2)1/(P1/P2)+1=(49.0/0.99)

20、-1/(49.0/0.99)+1=0.960,=1+（1 m）/2 m 2=1+(1-0.55)/0.552 2=1+1.492,P1/P=(1+AtBt2)/（1-Bt2）=(1+2/30.9602)/1-0.960(1+1.492)2 即：49.0/18.0=(1+2/30.9602)/1-0.960(1+1.492)2 所以，NBR体积分数为：2=0.368,PVC体积分数为：1=1-2=1-0.368=0.632.假设这两组分在共混中各自的体积变不大，即可认为各自的体积不变，计算重量共混比：NBR的质量 m2=2V2，PVC的质量 m1=1V1，V=V1+V2,1=V1/V，2=V2/

21、V，设共混物的密度，则共混物的总重量为 m=m1+m2=V,重量共混比：w1+w2=1,所以，PVC的质量分数：w1=m1/m=11/（11+22）=1.390.648/(1.390.632+1.010.368)=0.70,NBR的分数：w2=1-w1=0.30.即 PVC/NBR的重量共混比为 70/30。2）上限 Pmax=P11+P22=49.00.632+0.990.368=31.3 M Pa.下限 1/P=1/P1+2/P2=0.632/49.0+0.368/0.99,Pmin=2.60 M Pa.这就是设计的配方拉伸模量的最大和最小值。精品文档 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除