聚合物共混改性课后题集答案解析.docx
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1、1 .聚合物共混改性的主要目的有哪些?物性(谋求新的功能提高性能):功能化、高性能化、耐久性成型加工性:流动性、收缩性、离型性、尺寸稳定性、结晶性、结晶速度、热熔融强度等经济性:增量、代用、省资源、循环利用等.聚合物共混改性的主要方法有哪些?物理共混:是指两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成一 种宏观上均匀的新材料的过程。化学共混:聚合物的化学共混改性是通过聚合物的化学反应,改变大分子链上的原子或原子团的种类及其 结合方式的一类共混改性方法。物理/化学共混:是在物理共混的过程中发生某些化学反应.简述混合的基本方式及其特点。基本方式:分配混合(分布混合、层
2、流混合)分散混合特点:在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程,称为分配混合。分布混合:只改变分散相的空间分布状况,增加分散相分布的随机性。分散相物料主要通过对流作用来实 现;层流混合:是分布混合的一种特定形式,其理论基于一种假设,即在层流混合的过程中,层与层之间 不发生扩散。分散混合:在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值,同时增加相界面和提高混合物组分均 匀性的混合过程。2 .试述聚合物共混物的形态及特点.海-岛结构:是一种两相体系,一相为连续相,另一相为分散相,分散相分散在连续相中,亦即单相连续 体系。海-海结构:也是一种二相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿,亦即两
3、相连续体系。两相互锁或交错结构:也是一种二相体系,这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相,而且两相相 互交错形成层状排列,难以区分连续相和分散相。 多的化学键,而破坏化学键要比分子间的滑动消耗更多的能量。银纹体形成时所消耗的能量称为银纹的生 成能。形成银纹时要消耗四种形式的能量:生成银纹时的塑性功;在应力作用下银纹扩展的粘弹功;形成 空洞的表面功化学键的断裂能。3 .简述银纹的形成过程,即银纹的引发、增长和终止三个阶段.银纹的引发:是由于存在结构的不均一性,从而产生应力集中,引发银纹。对于均相聚合物,表面缺陷、 空洞及其他结构缺陷都是银纹的引发中心。聚合物共混物的两相界面是引发银纹的主要场
4、所。特别典型的 例子是橡胶增韧塑料,其中的橡胶颗粒构成了引发银纹的中心。银纹的增长:增长速率取决于内部应力集中的情况及银纹尖端材料的性质。有时随着银纹的增长,应力集 中因子下降,银纹增长速率就逐渐下降。当银纹尖端应力集中因子小于临界值时银纹即终止。银纹的终止:有各种原因,例如银纹与剪切带的相互作用银纹尖端应力集中因子的下降及银纹的支化等。银纹的发展如能被及时终止,则不致破裂成裂纹。4 .试分析影响银纹化的因素及其影响.(a)分子量的影响分子量的大小对银纹的引发速率基本上无影响;对银纹强度影响甚大,分子量高时银纹强度大,不易破裂成裂纹;银纹的形态亦受分子量的影响。当分子量小于80000时银纹短而
5、粗,且形态不规则,银纹数目少,易于破裂成裂纹导致聚合物开裂;当 分子量很大时则形成大量细而长的银纹,银纹强度大,因而材料强度亦大。(b)分子取向的影响银纹的形态亦与取向有关。分子取向后,在平行于取向方向施加应力时,银纹化受到抑制,银纹不易产生,有也密而细短;而在垂直于取向方向施加应力时,则易于产生银纹,且少而粗长; 引发银纹的应力和取向方向与应力方向之间的夹角有关,在090。之间,此夹角越大,则引发应力越小, 越易形成银纹。(C)环境的影响某些有机物可大大加速聚合物材料开裂的速度。如苯可使聚苯乙烯立刻开裂破坏。开裂就是由银纹破裂形成裂纹并导致聚合物破裂的现象。臭氧等亦可导致。溶剂银纹化 某些液
6、体的溶解度参数与聚合物的溶解度参数相近,可使形成银纹的临界形变值及临界应 力值大幅度下降,还使银纹强度大大下降,致使聚合物的强度大幅度减小。5 .剪切带产生的必要因素是什么?6 .表示聚合物材料的冲击韧性的方法有哪些?冲击强度、应力-应变曲线下的面积、特征表面破裂能、破裂韧度.制备高抗冲击聚合物共混物需满足哪些条件?(1)所用橡胶的Tg必须远低于室温或远低于材料的使用温度;橡胶不溶于基体树脂中以保证形成两相结构,即不完全相容;(3)橡胶与树脂之间要有适度的相容性以保证两相之间有良好的粘合力(界面)1 .理解各种橡胶增韧机理及其局限性.能量的直接吸收理论次级转变温度理论屈月创彭胀理论 裂纹核心理
7、论 银纹-剪切带-空穴理论2 .试述橡胶增韧机理之银纹-剪切带空穴机理.增韧的主要原因是银纹或剪切带的大量产生和银纹与剪切带的相互作用。橡胶粒子重要作用:充当应力集中中心,诱发大量银纹或剪切带。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。银纹-剪切带-空穴理论认为椽胶颗粒的主要增韧机理包括:A引发和终止大量银纹;B引发基体剪切形变,形成剪切带;C在橡胶颗粒内及表面产生空穴,伴之以空穴之 间聚合物链的伸展和剪切并导致基体的塑性变形。4 .试分析影响共混物形变的因素.(1)基体性质:聚合物共混物屈服形变时,银纹和剪切形变两种成分的比例在很大程度上取决于连续相基 体的性质。一般而言,连续
8、相的韧性越大,则剪切成分所占的比例越大。(2)应力:形变中银纹成分的比例随应力性质和形变速率的增加而增加;形变速率的影响与应力大小的影 响相似。大多数情况下,增加形变速率会使银纹成分的比例提高;应力性质的影响更大。由于银纹化伴随 着体积的增加,所以压应力抑制银纹,张应力则促进银纹的生成。例如,应力为张应力时,HIPS的屈服形 变主要是银纹化,当应力为压应力时则主要为剪切带。大分子取向的影响:大分子取向常常砌眼纹成分的比例。例如橡胶增韧塑料,拉伸时基体大分子取向,橡胶 颗粒会变成椭球状,结果应力集中因子减小。取向的结果使剪切成分的比例增加而银纹化成分的比例下降。 (4)橡胶(弹性体)含量的影响:
9、橡胶含量增加时,橡胶颗粒的数目增多,银纹引发中心增加,但是由于 橡胶颗粒之间的距离减小,银纹终止速率也相应提高。这两种作用基本抵消。这时银纹化速率的增加主要 是应力集中因子增加的缘故。同样,剪切形变速率也有提高,但是银纹速率增加的更快些,所以总的结果 是橡胶含量增加时银纹化所占的比例提高。5 .简述非弹性体增韧机理.脆性塑料对韧性塑料基体的增韧机理.当韧性基体受到外界拉伸应力时,会在垂直于拉伸应力的方向上对脆性塑料粒子施以压应力。脆性粒子在 强大的静压力作用下会发生塑性形变,从而将外界作用的能量耗散掉。6 .共混物流变性能的特征是什么?一,聚合物熔体为假塑性非牛顿流体二,聚合物熔体流动时有明显
10、的弹性效应。7 .聚合物共混物熔体的粘弹性表征方法有哪些?(1)稳态剪切时的法向应力差Nl = oll - o22 ; (2)动态力学试验测量储能模量G ; (3)挤出膨胀比B或可恢 复性剪切形变SR ; (4)出口压力降P出。8 .制备高透明性聚合物共混物的要点是什么?1)制备透明的聚合物共混物,首先基体材料要采用透明的聚合物。其次,各种添加剂也要不妨碍材料的 透明性。2)减小分散颗粒的尺寸,使其小于可见光光波的波长,可改进共混物的透明性。但分散相颗粒 太小时常使韧性下降。3)最好的办法是选择折光率相近的组分。若两组分的折光率相等,则不论形态结 构如何,共混物总是透明的。9 .简述共混体系聚
11、合物的选择原则.化学结构相似原则、极性相近原则、溶解度参数相等或相近原则、黏度相近原则、表面张力相近原则、分影响橡胶增韧塑料冲击强度的因素有哪些?子扩散动力学原则(1)树脂基体特性的影响(2 )橡胶相的影响(3 )橡胶相与基体树脂间结合力的影响12 . 一步法和两步法的特点及应用条件是什么.一步法:是指将各种物料在一次共混过程中进行混合。特点及应用:由于一步法共混过程是一次完成的,所以具有工艺流程短、生产便捷的优点。对于相容性较 好、分散相较易分散的共混体系,应该采用一步法。两步法(或多步法):是指经过两次(或多次)共混,完成该共混体系的全部共混过程。目的与应用:改善分散相的分散效果。对于采用
12、一步法难于获得良好分散效果的共混体系,应该采用两步法。13 .试说明两阶共混及其特点.是将两种共混组分中用量较多的组分的一部分,与另一组分的全部先进行第一阶段共混。在第一阶段共混 中,要尽可能使两相熔体黏度相等,且使两组分物料用量也大体相等。在这样的条件下,制备出具有海 一海”结构的两相连续中间产物。在两阶共混的第二P介段,将组分含量较多的蝌糠余部分,力叭到海一海结构的中间产物中,将海一海 绢盼U ,可制成MW小例相径,国渤驰彳试嗷为均匀的“海一岛缰勾两雌系。14 .单螺杆挤出机的主要结构.挤压系统:主要由料筒和三段式螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体,并在这一过程中所建 立的压力下
13、,被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。传动系统:它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。加热冷却系统:其功用是通过对料筒(或螺杆)进行加热和冷却,保证成型过程在工艺要求的温度范围内 完成。控制系统:控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行,检测、控制温度、压力等参数,完成对制 品的质量控制,使其满足工艺要求。15 .双螺杆挤出机的主要结构.挤压系统:主要由8字型料筒和双螺杆组成。塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体,并在这一过程中所 建立的压力下,被螺杆连续地定压定量定温地挤出机头。传动系统:它的作用是给螺杆提供所需的扭矩和转速。加热冷却系统:其功用是通过对料筒(或螺杆)进行加热和冷却,保证成
14、型过程在工艺要求的温度范围内 完成。控制系统:控制挤出机的拖动电机、按所需的功率、速度运行,检测、控制温度、压力等参数,完成对制 品的质量控制,使其满足工艺要求。加料装置:由螺旋送料机构和调速电机构成,实现定量供料,并能任意调节给料量。16 .单螺杆挤出机螺杆的主要作用试什么螺杆的运转对物料产生如下三个作用:1)输送物料:螺纹回转时,物料在旋转的同时受到轴向压力,向机头方向流动。2)传热塑化物料:螺杆与料筒配合使物料接触传热面不断更新,在料筒的外加热和螺杆摩擦作用下,物料逐渐软化,熔融为 粘流态。3)混合均化物料:螺杆与料筒和机头相配合产生强大剪切作用,使物料进一步均匀混合,并定量定压由机头挤
15、出。 梯度结构:为二相体系,特殊的共连续体系(两相连续体系)其组成在空间上互为增减。阶跃结构:为二相体系,特殊的共连续体系(两相连续体系),在极小过渡区域内,其组成在空间上互为 增减。单相连续体系:海-岛结构、两相互锁或交错结构共连续体系:海海结构、梯度结构、阶跃结构5.影响熔融共混的主要因素有哪些?(1)聚合物两相体系的熔体黏度(比值)及熔体弹也(2 )聚合物两相体系的界面张力。(3 )聚合物两相体系的组分含量以及物料的初始状态。(4 )流动场形式和强度。(5 )共混时间。1 .试述聚合物共混的概念.聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成
16、 一种宏观上均匀,而且力学、热学、光学、电学及其他性能得到改善的新材料的过程,这种混合过程称为 聚合物的共混改性,所得到的新的共混产物称为聚合物共混物,简称共混物。2 .共混物的形态学要素有哪些?分散相和连续相、分散相的分散状况、两相体系的形貌、相界面.简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理.液滴分裂机理:分散相的大粒子,分裂成两个较小的粒子,然后,较小的粒子在进一步分裂,这一过程不 断重复,直至平衡。细流线破裂机理:分散相的大粒子,在拉伸应力下变形为细流线,细流线再在瞬间破 裂成细小的粒子。3 .依据“液滴模型,讨论影响分散相变形的因素.Weber数:We很小时,。占据主导作用,形成稳定的液滴
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