高分子材料科学基础期末复习资料总结Word文件下载.docx

1、结晶对聚合物性能的影响：结晶使高分子链规整排列，堆砌紧密，因而增强了分子链间的作用力，使聚合物的密度、强度、硬度、耐热性、耐溶剂性、耐化学腐蚀性等性能得以提高，从而改善塑料的使用性能。但结晶使高弹性、断裂伸长率、抗冲击强度等性能下降，对以弹性、韧性为主要使用性能的材料是不利的。取向：链段、整个大分子链以及晶粒在外力场作用下沿一定方向排列的现象称为聚合物的取向。应力松弛：在恒定温度和形变保持不变的情况下，高分子材料内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。例：捆扎物体的橡皮筋蠕变：在恒定温度和施加的应力保持不变的情况下，高分子材料的形变随时间的增加而逐渐变长的现象。挂了重物的塑料绳非结晶聚合物的温

2、度形变曲线，并根据曲线论述聚合物的三种力学状态及其理论：非结晶聚合物的力学状态曲线整个温度形变曲线分为五个区域：区域（1）：高聚物的形变很小，类似于刚硬的玻璃体，这一力学状态称为玻璃态；在这个区域，由于温度低，聚合物链段的热运动不足以克服主链内旋转位垒，因此链段的运动处于“冻结”状态，只有侧基、链节、键长、键角等局部运动，在力学行为上表现为模量高和形变小，具有虎克弹性行为，质硬而脆。区域（3）：高聚物成为柔软而具有弹性的固体，弹性形变可达原长的510倍，这一力学状态称为高弹态；在这个区域，在Tg以上，聚合物链段已充分发展，但整个大分子链重心并未发生相对位移，因此聚合物弹性模量下降，在较小的应力

3、下，即可发生很大的形变，除去外力后，形变可迅速恢复。区域（5）：高聚物象粘性液体一样，可发生粘性流动，这一力学状态称为粘流态； 在这个区域，温度高于Tf，聚合物链段发生剧烈运动，在外力的作用下，整个大分子链重心发生相对位移，产生不可逆形变。区域（2）：高聚物玻璃态和高弹态的转变区；区域（4）：高聚物高弹态和粘流态的转变区；Tg：玻璃化温度，表征玻璃态和高弹态之间的转变温度；Tf：流动温度，表征高弹态和粘流态之间的转变温度。熔融指数：指在一定的温度下和规定负荷下，10min内从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔体的质量，用MI表示，单位为g/10min。聚合物力学屈服现象并画出示意图：

4、聚合物力学屈服曲线（1）在一定条件下，由于拉伸应力作用，各种聚合物表现出如图所示的应力-应变曲线。其必要条件是在Tg（非晶态聚合物）或Tm（结晶聚合物）以下进行拉伸，所以此曲线又称为冷拉曲线。（2）曲线的起始阶段OA基本上是一段直线，应力与应变成正比，试样表现为虎克弹性行为，从这段直线的斜率可计算出试样的杨氏模量。（3）B点为屈服点。当应力达到屈服点之后，在应力基本不变的情况下产生较大的形变，当除去应力后，材料也不能恢复到原样，即材料屈服了，屈服点所对应的应力称为屈服应力或屈服强度y。一般而言，屈服应力是聚合物作为结构材料使用的最大应力。（4）屈服点之后，聚合物试样开始出现细颈（也有不出现细颈

5、的情况）。此后的形变是细颈的逐渐扩大，直到D点，全部试样被拉成细颈。然后进入应变的第三阶段，试样再度被均匀拉伸，应力提高，直到在E点拉断为止，相应与E点的应力E成为拉伸强度，相应的形变合物表现为韧性。老化：聚合物及其制品在使用或贮存过程中由于环境（光、热、氧、潮湿、应力、化学浸蚀等）的影响，性能（强度、弹性、硬度、颜色等）逐渐变坏的现象称为老化。氧指数：就是在规定的条件下，试样在氧气和氮气的混合气流中维持稳定燃烧所需的最低氧气浓度。根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将非晶态聚合物的应力-应变曲线大致分为六类：（1）材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，并在屈服点之前发生

6、断裂，具有高的模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。（2）材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度（3）材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。（4）材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。（5）材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。（6）材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。强与弱从比较；硬与软从E（/）比较；脆与韧则主要从断裂伸长率比较。E称为断裂伸长率。 屈服前就出现断裂的玻璃态聚合物表现为脆性，屈服之后才断裂的玻璃态聚

7、第三章 高分子材料的制备反应均裂：构成共价键的一对电子拆成两个带一个电子的基团，这种带独电子的基团称为自由基或游离基。异裂：构成价键的电子对归属于某一基团，形成负离子（阴离子），另一基团成为正离子（阳离子）。自由基聚合反应的特征：（1）自由基聚合反应可明显区分出引发、增长、终止、转移等基元反应，其中引发速率最小，是控制总聚合速率的关键；（2）只有链增长反应才能使聚合度增加；（3）聚合过程中，单体浓度逐步降低，聚合物转化率逐步增大；（4）少量（0.01%-0.1%）阻聚剂可足以使自由基聚合反应终止；（5）绝大多数自由基聚合反应是不可逆反应。逐步聚合反应与连锁聚合反应的区别：（1）逐步聚合反应没有

8、特定的反应活性中心；（2）逐步聚合反应每个单体分子的官能团，都有相同的反应能力；（3）逐步聚合反应随着反应时间的延长，分子量逐步增大；（4）逐步聚合反应增长过程中，每一步产物都能独立存在，在任何时候都可以终止反应，在任何时候又能使其继续以同样活性进行反应。第四章 塑料塑料:以聚合物为主要成分,在一定条件（温度,压力等）下,可塑成一定形状,并在常温下保持其形状的材料。热塑性塑料：受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成型的聚合物。热固性塑料：由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，一旦形成交联，受热后不能再回复到可塑状态的聚合物。塑料基本性能质轻,相对密度0.9-2.3,泡沫塑

9、料0.01-0.05；电绝缘好,体积电阻率1016-18 ,介电损耗10-4；力学强度范围宽、防腐、隔热、成型加工性能好、减震,消音,透光。 不足：耐热差,力学强度小于金属,导热差,膨胀系数大,易变形,易燃,蠕变,冷流,疲劳等。塑料的组成和作用：1）树脂: 塑料的主要组分。2）填充剂（填料）: 提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。3）增塑剂: 提高塑料的可塑性和柔软性。4）稳定剂: 提高塑料对热、光、氧等的稳定性，延长使用寿命。5）增色剂: 赋予塑料制品各种色彩。6）润滑剂: 提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。7）固化剂: 与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型

10、结构变成热稳定好的体型结构。挤出成型：热塑性聚合物与各种助剂混和均匀后，在挤出机料筒内受到机械剪切力、摩擦热和外热的作用使之塑化熔融，再在螺杆的推送下，通过过滤板进入成型口模被挤塑成制品。注射成型：又称注射模塑或注塑，此种成型方法是将塑；压延成型：将已塑化的物料通过一组热辊筒之间使其厚；模压成型：在压延机的上下模板之间装置成型模具，使；低密度聚乙烯（LDPE）的性能和用途：；LDPE也称为“高压聚乙烯”，聚合方法是以乙烯为；LDPE主要做成薄膜用于食品包装、商业和工业用包；高密度聚乙烯（HDPE）的性能和用途：HDPE也称“低压聚乙烯”又称注射模塑或注塑，此种成型方法是将塑料（一般为粒料）在注

11、射成型机料筒内加热熔化，当呈流动状态时，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间冷却定型后，开启模具即得制品。将已塑化的物料通过一组热辊筒之间使其厚度减薄，从而制得均匀片状制品的方法称为压延成型。压延成型主要用于制备聚氯乙烯片材或薄膜。在压延机的上下模板之间装置成型模具，使模具内的塑料在热与力的作用下成型，经冷却、脱模即得模压成型制品。低密度聚乙烯（LDPE） 的性能和用途：LDPE也称为“高压聚乙烯”，聚合方法是以乙烯为原料，在100350MPa的高压下和160270较高温度下，以有机过氧化物为引发剂进行自由基聚合。聚

12、合中容易发生链转移，形成的产品中存在大量支链结构，分子结构也缺乏规整性，因此结晶度小（65 75%），密度较小（0.910.93g/cm3 ），相对分子量一般为25000，因此它的耐热性和耐溶剂性、硬度较差。但电绝缘性优良，柔软性好，耐冲击性能和透明性也比较好，具有良好的透气性。LDPE主要做成薄膜用于食品包装、商业和工业用包装、购物袋、垃圾袋等，特别是作为农用薄膜，如生产棚膜、地膜等，也可以制作家用器皿、玩具、医用品等。HDPE也称“低压聚乙烯”。聚合方法是以乙烯为原料，用Ziegler-Natta催化剂，在6070下进行阴离子配位聚合。产物分子量比较高（1530万），支链短而且少，因此密度

13、较高（0.9410.965g/cm3），结晶度较大（80 95%），拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量、硬度等性能都优于LDPE，但冲击强度比LDPE差。它的耐热性比较高，最高使用温度为100，最低使用温度可至一70。透气性为LDPE的1/5。HDPE可制成吹塑制品，用于日用容器、医用药瓶、汽车油箱、化学品储罐等，饮料和食品的周转箱、机械零件等注塑制品，食品和工农业产品的包装、农用地膜、购物袋等，城市排水管、农用灌溉管等管材，渔网等。PP的性能：（1）质轻：是所有合成树脂中密度最小的一种，相对密度仅0.9-0.9l，若未加填料浮在水面上。（2）在高温下的流动性好：加入添加剂后，制品的收缩率减少。可用

14、来制造各种大型和在高温下变形小的制品。（3）薄膜在定向拉伸后的强度很高，伸长率变小：可将其切成窄带或细丝用作织物和绳索材料。（4）具有良好的化学稳定性和耐热性：对溶剂及大多数化学药品都比较稳定。聚丙烯可耐沸水，在没有外部压力的条件下，制品加热到l50也不变形。（5）有较高的强度：抗挠曲性、拉伸强度、屈服强度和刚性都比HDPE高，有高的耐磨性、较好的应力开裂性和低蠕变性。（6）具有良好的电绝缘性：不吸水，不受周围环境湿度的影响，且有优良的高频特性。特别适合作为电器电缆绝缘层和电器外壳。缺点：聚丙烯在再加工和使用中容易受到光、热、氧的作用而发生降解和老化，因此必须添加稳定剂。聚丙烯的耐冲击强度性能

15、不好，可通过与乙烯的共聚改性来提高它在常温和低温下的冲击强度。PVC的性能：（1）较高的力学性能：PVC较PE有较高的强度、刚性、硬度，但断裂伸长率和冲击强度降低。（2）耐热性能不高：Tg约为80，80-85开始软化，完全熔融约为160，但140开始分解，需加入稳定剂。（3）较好的电性能：具有较好的电性能，但由于Cl原子的极性，电绝缘性能不如聚烯烃类塑料。（4）优良的化学性能：除浓H2SO4，浓HNO3外，能耐大多数化学药品，可作为防腐材料。（5）阻燃性能：氧指数为47，具有良好的阻燃性能。 热稳定性较差，分解气体有毒，容易老化。PA的性能：PA具有较高的结晶度（40-60%），线型分子结构，

16、半透明白色粉末或颗粒，密度约1.0g/cm3，因为酰胺基团，易吸水，吸水率为1-2.5%，相对分子量为2-7万。PA的最大特点是耐磨性和自润滑性能好，PA的拉伸强度很大，为70-210MPa。力学性能：形成氢键，良好的力学性能。如：拉伸、冲击、刚性、耐磨性都很好。 电性能：含有极性酰胺基团，电绝缘性下降。热性能：热稳定性差，一般80 以下。耐化学药品性：良好的化学稳定性。其他性能：PA耐气候性能一般，长时间暴露在大气环境中，会变脆，力学性能下降，一般加入稳定剂。PC的性能：PC的玻璃化温度为145-150，脆化温度-100，最高使用温度为135，热变形温度为115-127。PC呈微黄色，刚硬而

17、韧，具有良好的尺寸稳定性、耐蠕变性、耐热性及电绝缘性。分子具有对称结构，简单规整、基团体积较大，结晶困难，一般成型条件下，PC为无定形结构，透光率可达90%。PC链结构中，既有柔顺的碳酸酯链，又有刚性的苯环结构，机械性能既刚又韧的材料。PC链中酯基为极性基团，易吸湿、易水解。是制品容易产生应力开裂，耐溶剂、耐碱性能差，高温易水解，摩擦系数大、无自润滑性，耐磨性和耐疲劳性都较低。第五章 橡胶橡胶结构与性能的关系：（1）弹性和强度：分子链柔顺性越大，橡胶的弹性就越大，分子量越高，橡胶的弹性和强度越大；交联使橡胶形成网状结构，可提高橡胶的弹性和强度。（2）耐热性和耐老化性能：橡胶的耐热性主要取决于主

18、链上化学键的键能不饱和橡胶主链上的双键易被臭氧氧化，因而耐老化性差。（3）耐寒性：降低Tg或避免结晶，可以提高橡胶材料的耐寒性。（4）化学反应性：一是可进行有利的反应，如交联或取代等改性反应；二是有害的反应，如氧化降解反应等。（5）加工功能：橡胶的分子量分布一般较宽，其中高分子量部分提供强度，而低分子量部分起增塑剂的作用，可提高胶料流动性和粘性，增加胶料混炼效果，改善混炼时胶料的包辊能力。天然橡胶的性能：A具有良好的弹性，弹性模量约为钢铁的130000，而伸长率为钢铁的300倍。B具有较高的机械强度。C. 具有很好的耐屈挠疲劳性能，多次变形时生热低。此外，还具有良好的耐寒性、优良的气密性、防水

19、性、电绝缘性和绝热性能。 缺点：耐油性差，耐臭氧老化性和耐热氧老化性差。顺丁二烯橡胶的性能：弹性高，是当前橡胶中弹性最高的一种；耐低温性能好，其玻璃化温度为-105，是通用橡胶中耐低温性能最好的一种； 此外，其耐磨性能优异，生热性低；耐屈挠性好；与其它橡胶的相容性好。抗张强度和抗撕裂强度均低于天然橡胶和丁苯橡胶，用于轮胎对抗湿滑性能不良；工艺加工性能相粘着性能较差，不易包辊。丁腈橡胶性能：丁腈橡胶具有优良的耐油性和耐非极性溶剂性能。丁腈橡胶的耐热性、耐老化性、耐磨性、耐腐蚀及气密性均优于天然橡胶。丁腈橡胶的耐臭氧性能，电绝缘性能和耐寒性比较差热塑性橡胶：是在常温下具有橡胶弹性，而在高温下能像热

20、塑性塑料一样易于塑化成型的一类新型高分子材料。第六章 纤维纤维：是指长度比其直径大很多倍（1000:1），并具有一定柔韧性的纤细物质。典型的纺织纤维的直径为几微米至几十微米，而长度超过25mm。支数：单位重量（以克计）的纤维所具有的长度称支数。如1g重的纤维长100m，称100支。纤度：一定长度的纤维所具有的重量称为纤度。纤维愈细，纤度愈小。纤度的单位特，是1000m长纤维的重量克数。熔融纺丝法：将高聚物加热熔融制成融体，并经喷丝头喷成细流，在空气或水中冷却而凝固成纤维的方法称熔融纺丝法，如图4-16。溶液纺丝法：将高聚物溶解于溶剂中制得粘稠的纺丝液，由喷丝头喷成细流，通过凝固介质使之凝固而形

21、成纤维，这种方法称为溶液纺丝法。短纤维的后加工中集束、牵伸、热定型、上油、卷曲等不同工序的目的：（1）集束：是将纺制出的若干丝束合并成一定粗细的大股丝束，然后导入拉伸机进行牵伸。（2）牵伸是使大分子沿纤维轴向取向排列，以提高纤维的强度。（3）热定型：是为了进一步调整已经牵伸纤维的内部结构，消除纤维的内应力，提高纤维的尺寸稳定性，降低纤维的沸水收缩率以改善纤维的使用性能。（4）上油：是纤维表面覆上一层油脂，赋予纤维平滑柔软的手感，改善纤维的抗静电性能。（5）卷曲：使化学纤维具有与天然纤维相似的皱褶表面，增加短纤维与棉、羊毛混纺时的抱合力。加捻：是长丝后加工的特有工序，目的是增加单根纤维间的抱合力

22、，避免在纺织加工时发生断头或紊乱现象，同时提高纤维的断裂强度。1、聚酰胺纤维（锦纶）的性能：聚酰胺纤维是合成纤维中性能优良，用途广泛的品种之一。耐磨性好：优于其它一切纤维，比棉花高10倍，比羊毛高20倍。 强度高：耐冲击性好，它是强度最高的合成纤维之一。弹牲高：耐疲劳性好，可经受数万次双曲挠，比棉花高7-8倍。密度小：除聚丙烯和聚乙烯纤维外，它是所有纤维中最轻的，相对密度为1.041.14。此外，耐腐蚀、不发霉，染色性较好。弹性模量小，使用过程中易变形，耐热性及耐光性较差。2、聚酯纤维（涤纶）的性能：弹性好：弹性接近羊毛，耐皱性超过其它一切纤维，弹性模量比聚酰胺纤维高。 强度大：湿态下强度不变

23、，其冲击强度比聚酰胺纤维高4倍，比粘胶纤维高20倍。吸水性小：回潮率仅为0.4一0.5%，因而电绝缘性好，织物易洗易干。 耐热性好：熔点255260，比聚酰胺耐热性好。此外，耐磨性仅次于聚酰胺纤维，耐光性仅次于聚丙烯腈纤维。还具有较好的耐腐蚀性。3、聚丙烯腈纤维（腈纶）的性能：聚丙烯腈纤维无论外观或手感都很象羊毛，因此有“合成羊毛”之称。而且某些质量指标已超过羊毛。纤维强度比羊毛高12.5倍，密度（相对密度1.141.17）比羊毛小，保暖性及弹性均较好。聚丙烯腈纤维的弹性模量高，仅次于聚酯纤维，比聚酰胺纤维高2倍，保型性好。 聚丙烯脂纤维的耐光性与耐气候性能，除含氟纤维外，是天然纤维和化学纤维

24、中最好的。在室外曝晒一年强度仅降低20，而聚酰胺纤维，粘胶纤维等则强度完全破坏。此外，聚丙烯睛纤维具有很高的化学稳定性，对酸，氧化剂及有机溶剂极为稳定，其耐热性也较好。第七章 胶粘剂和涂料胶粘剂又称粘合剂，是一种能把各种材料紧密地结合在一起的物质，借助胶粘剂将各种物件连接起来的技术称为胶接（粘接、粘合）技术。胶粘剂的组成和作用：一般是以聚合物为基本组分的多组分体系。增塑剂及增韧剂：主要用以提高韧性。固化剂（硬化剂）：用以使胶粘剂交联、固化。填料：用以降低固化时的收缩牢、降低成本，提高抗冲强度、胶接强度热性等。有时则是为了胶粘剂具有某种指定性能如导电性、耐温性等。溶剂：加入溶剂是用以溶解粘料以及

25、调节粘度，以便于施工。溶剂的种类与用量与胶接工艺密切相关。其它辅料：如稀释剂、稳定剂、偶联剂、色料等。胶粘剂的胶接机理：第一阶段：液态胶粘剂向被粘物表面扩散，逐渐润湿被粘物表面并渗入表面微孔中，取代并解吸被粘物表面吸附的气体，使被粘物表面间的点接触变为与胶粘剂之间的面接触。第二阶段：产生吸附作用形成次价键或主价键，粘合剂本身经物理或化学的变化由液体变为固体，使胶接作用固定下来。涂料：是指涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。涂料的组成和作用：涂料为多组分体系，是由成膜物质（亦称粘料）和颜料、溶剂、催干剂、增塑剂等组分构成。（1）成膜物质成膜物质必须与物体表面和颜料具有良好的结合力（

26、附着力）。（2）颜料涂料中加入颜料起装饰作用，并对物体表而起抗腐蚀的；（3）填充剂；改进涂料的流动性能、提高膜层的力学性能和耐久性、；（4）溶剂；用以溶解成膜物质的易挥发性液体；（5）增塑剂；增塑剂是为提高漆膜柔性；（6）催干剂；对聚合物膜层的聚合或交联称为漆膜的干燥；（7）增稠剂及稀释剂；增稠剂：是为提高涂料的粘度；稀释剂：是为降低涂料的粘度，便于施工；（8）其它添加剂；涂料中加入颜料起装饰作用，并对物体表而起抗腐蚀的保护作用。（3）填充剂改进涂料的流动性能、提高膜层的力学性能和耐久性、光泽，并可降低涂料的成本。（4）溶剂用以溶解成膜物质的易挥发性液体。（5）增塑剂增塑剂是为提高漆膜柔性。（

27、6）催干剂对聚合物膜层的聚合或交联称为漆膜的干燥。催干剂就是促使聚合或交联的催化剂。（7）增稠剂及稀释剂是为提高涂料的粘度。是为降低涂料的粘度，便于施工。（8）其它添加剂杀菌剂、颜料分散剂以及为延长储存期顶加入的阻聚剂，防结皮剂等。通用塑料聚乙烯（PE）性质：1. 乳白色半透明的蜡质状,易燃烧,离火后能继续燃烧,密度为0.851.0g/cm32. 熔层：105137.脆化温度（Tb）低于-50.最高使用温度100,最低使用温度-70.3. 产量居塑料首位,约占塑料总量的1/3.4. 分子呈非极性,其吸水性低,小于0.01%,加工前可以不进行干燥.合成：自由基聚合：偶氮类如偶氮二异丁腈（AIBN

28、）、过氧类如过氧化二苯甲酰（BPO）配位聚合：Zieger-Natta引发体系、茂金属引发体系分类：低密度聚乙烯LDPE0.910.94gcm3高密度聚乙烯HDPE0.940.99gcm3中密度聚乙烯MDPE线性低密度聚乙烯LLDPE超高分子量聚乙烯UHMWPE和茂金属聚乙烯mPE1. LDPE：高压法.压力150250Mpa,温度180300,在微量氧的存在下,氧气与乙烯作用可能生成乙烯过氧化氢（CH2=CHOOH）,分解后产生自由基,引发自由基聚合.易产生支链,影响了分子的对称性和空间规整性,结晶度小,密度低.2. HDPE：离子型聚合.分子量高,支链短而少,结晶度大,密度高.采用Ziegler-Natta型引发剂或钼、镍、铬的氧化物.知识点：1. 在HDPE,LDPE和LLDPE中,HDPE的透气性能最好,且对油、脂的阻隔性能也最高.2. LLDPE：是乙烯与含量约8%的高级烯烃（如1-丁烯、1-己烯和1-辛烯等）的共聚物.3. 聚乙烯主链基本是饱和的脂肪烃长链,分子链上有甲基、短的或较长的烷基支链、不同类型的双键.4. 在低压法获得的HDPE含有较多的双键,而在低密度聚乙烯中还