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《高分子材料》习题

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《高分子材料》习题_第1页
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2.1聚乙烯Q1.总结LDPE、HDPE和LLDPE构造性能区别.LDPE主链上存在大量长支链和短支链;HDPE主链含少量短支链;LLDPE主链上存在大量短支链(与LDPE相称)由于支链的存在及支化限度的不同,导致性能上的差别支链的存在影响分子链的反复折叠和紧密堆砌,导致密度减少,结晶度减小,熔点,强度,拉伸模量减少Q2.从微观构造因素分析,为什么交联PE的力学性能有大幅度的提高通过查阅文献分析一下PE的构造对PE交联反映的影响及其机理PE力学性能低重要是由于分子间作用低,而交联的PE只要是用化学(过氧化物交联或硅烷交联)或辐射措施通过交联,形成网状构造的热固性塑料,分布越集中,分子间作用力提高,使密度增大,相对分子量变大,支化变少,从而抗冲击,抗蠕动抗应力好辐射交联光交联光交联是通过光引起剂吸取光能量后转变为激发态,然后在聚乙烯链上夺氢产生自由基而引起聚乙烯交联的过氧化物交联【1】刘新民. 交联聚乙烯的实验研究.青岛:中国海洋大学,. Q3.通过查阅文献并结合课上所学知识,从LLDPE的分子构造特性分析为什么LLDPE的耐环境应力开裂性能要高于HDPE和LDPE所谓环境应力开裂(ESC)是指材料在环境因素和应力因素协同作用下发生开裂的状况。

影响聚乙烯耐环境应力开裂(ESCR)性能的因素诸多,重要有:分子量及其分布,密度和结晶度,分子链构造,聚合物组分及成型加工工艺①分子量及其分布一般觉得PE的分子量越大(熔体流动速率越小),分子链越长,晶片间系带分子数越多,ESCR性越好分子量分布是影响ESCR 性能的另一种重要因素分子量分布直接反映了高聚物中大分子和小分子的含量大分子的含量多,晶片间的连接分子数就多,ESCR性能愈好;而小分子的含量多对ESCR 性能是极为不利的当分子量分布窄时,分子链长短较均匀,能生成均匀的微晶构造,低分子空隙区少,因此ESCR 性能好,而LLDPE分子量分布最窄窄②密度和结晶度PE密度越大,结晶度越高,晶片间的系带分子数愈少,将导致ESCR性能下降另一方面,结晶度愈高,晶粒间结合的密度大,环境介质不易渗入到无定形区而使系带分子不易解缠和松弛,有助于ESCR 性能的提高③分子链构造增长链的支化度也可以提高PE 的耐开裂性能当PE 分子带有支链时能大大提高PE的ESCR 性能如在PE主链上引入弹性链段,这些弹性链段使PE大分子链具有较好的弯曲性,阻碍球晶和好的序态形成,因此比均聚物的ESCR 性能好LLDPE由乙烯和少量α-烯烃共聚制得,引入了第二单体链段,且LLDPE具有大量的短支链,因此ESCR性能好。

1】 叶昌明.HDPE 耐环境应力开裂的机理影响因素和改善.塑料科技,,5:55-56.【2】 陈祖敏,染晓明, 冯新书. PE管材耐环境应力开裂的影响因素及对策. 1998,26(11):18-20.【3】 陈祖敏. 影响聚乙烯管材耐环境应力开裂的因素及对策. 塑料科技,,6:27-29.Q4.自学教材:理解茂金属聚乙烯、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、乙烯共聚物的构造性能特点,掌握其英文缩写① 茂金属聚乙烯(m-PE)-乙烯由茂金属催化剂与甲基铝氧烷催化剂构成的催化体系制得茂金属乙烯立构规整性好,支链短而少,分子量高且分布窄,制品密度低,高拉伸强度高,透明性好,冲击强度高,热封温度低,重要用于膜类产品由于加工性能差,常与LDPE共混改性② 氯化聚乙烯(CPE)-高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中仲碳原子上的氢原子被氯原子部分取代的一种无规聚合物常用含氯量30%-40%氯化聚乙烯分子链含侧氯原子且无规分布,破坏了分子链的对称性,结晶度减少,材料变软,类似橡胶的弹性氯含量增长,弹性减少氯化聚乙烯具有优良的冲击性能、阻燃性能、耐热性能(长时间使用温度达120℃),耐候性、耐油性、耐臭氧老化性好,耐磨性高,电绝缘性好。

③ 氯磺化聚乙烯(CSM)-在SO2存在条件下对聚乙烯进行氯化可制得氯磺化聚乙烯一般氯含量27%-45%,硫含量1%-5%由于分子链上具有侧基氯原子和体积较大的氯璜酰基,分子链柔性变差,韧性及耐寒性变差,但耐老化性、耐油性、阻燃性比聚乙烯有明显的提高④ 乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA) 共聚物的性能与乙酸乙烯脂的含量有很大关系:当乙酸乙烯脂的含量增长时,共聚物的回弹性、柔韧性、粘合性、透明性、耐应力开裂、冲击性能都会提高;当减少乙酸乙烯脂的含量时,共聚物的刚性、耐磨性、电绝缘性会增长侧链极性的乙酸乙烯脂提高了共聚物在溶剂中的溶解度,时期耐化学药物性变差2.2聚丙烯Q1.什么是PP的等规度PP中档规聚合物所占的重量比例Q2.分析为什么PP大球晶会对性能导致不利的影响?如何避免? 由于球晶边界是连接最弱的区域,而PP球晶构造为大球晶,球晶之间有明显的界面,在界面处易产生应力集中,会削弱断裂伸长、韧性、抗冲击性、刚性、弹性模量、拉伸强度等性能大球晶的直径远不小于可见光波长,且晶区与非晶区的折射率相差较大,导致产生表面光的散射,导致透明性下降可以采用减少熔体温度,缩短熔融时间;中档降温速度;增大加工剪切应力;加入成核剂等措施避免大球晶的产生以改善PP的性能。

参照文献:【1】 王登飞,杜威,郭峰,等.聚丙烯成核剂的应用与研究进展. 广州化工,,39(11):25-27.【2】 曹新鑫,何小芳, 王海娟,等 . 聚丙烯成核剂及其对聚丙烯性能的影响.塑料助剂,.3:12-16.Q3.PP的等规度和分子量对PP力学性能的影响,其机理是什么?等规度越大,则拉伸屈服强度、硬度增大,抗冲击强度则下降这是由于等规度大的PP更整洁,有助于结晶,因此晶度越高,结晶会使拉伸屈服强度、硬度增大,抗冲击强度则下降分子量增大(MFI减小),拉伸屈服强度、硬度减小,抗冲击强度则增大这是由于分子量增大,缠结严重,结晶度下降,结晶度的下降会使PP的拉伸屈服强度、硬度减小,抗冲击强度增大Q4、PP改性的措施有那些?多种措施对PP性能的影响是什么?共聚改性,例如与乙烯共聚可以得到无规共聚物和嵌段共聚物;可以增韧、提高耐寒性;但强度和耐热性减少共混改性,例如PP与HDPE共混,PP与EPR和TPE共混,可以增韧、提高耐寒性;但强度和耐热性减少;与聚酰胺共混,可以增韧、提高耐热、耐磨和强度填充改性,例如粉末状矿物填料填充PP,可以提高耐热性、刚度、硬度;减少收缩和热膨胀增强改性,例如用玻璃纤维增强PP,可以大幅度提高耐热性、刚度、硬度;减少收缩和热膨胀。

Q5、为什么PP容易氧化降解,请查阅资料,简要论述其机理 聚丙烯氧化老化是按游离基连锁反映机理进行,具体过程如下:(1) 链引起大分子聚丙烯RH受光、热或氧气的作用生成游离基 (2) 链增长 游离基自动催化生成过氧化物游离基和大分子过氧化物,过氧化物分解又产生游离基,使链不断增长3) 链终结 大分子游离基相结合,生成稳定的产物,使反映终结参照文献:【1】傅和青,黄洪,陈焕钦.聚丙烯抗氧剂作用机理及其研究.合成材料老化与应用,,33(4):36-39.2.3聚氯乙烯Q1.简要分析一下为什么高分子量的PVC(小牌号)适合用作软质PVC; 而低分子量(大牌号)的PVC适合用作硬质PVC? 提示:可从加工和力学性能的角度加以分析答:在合成PVC时,重要是通过控制聚合反映的温度来控制PVC的分子量在较低聚合反映温度下生产的PVC,分子量高,结晶度高,颗粒为疏松型在较高聚合反映温度下生产的PVC,分子量低,结晶度低,颗粒为紧密型从性能来讲,软质PVC中由于添加了大量的增塑剂(含量超过40%)已使其玻璃化转变温度低于室温,是一种弹性材料采用高分子量的PVC来制备,由其结晶度较高,可以提供较多的物理交联点,有助于获得较好的力学性能。

从加工角度来件,高分子量PVC多为疏松型颗粒,利于大量吸取增塑剂,适合用来制备软质PVC制品而低分子量的PVC多为紧密型颗粒,吸取增塑剂能力低,适合用来制造添加增塑剂量很少的PVC硬制品Q2.PVC热稳定性差的因素是什么?答:PVC分子链中的“缺陷”是导致降解的重要内因热、光、机械应力是导致PVC降解的外因在热和光的作用下,支链发生脱HCI反映;PVC树脂中存在一定数量偏低低分子量组分,减少了聚合物的热稳定性聚合物中如存在某种杂质,例如在聚合过程中加人的引起剂、催化剂、酸、碱等清除不尽,或在储运过程中吸取水分,都会减少聚合物的稳定性PVC的热降解是一种“链式”脱除氯化氢的反映,得到稀丙基氯化产物有氯化氢存在的条件下能加快反映的进行Q3.铅盐类、金属皂类热稳定剂提高PVC热稳定性的原理是什么?答:通过捕获PVC热分解产生的HCl,避免HCl的催化降解作用铅盐类可以吸取HCl,碱金属羧酸盐或碱土金属羧酸盐的“协同效应”,提高热稳定性Q4.什么是金属皂类稳定剂的协同效应,其机理是什么?答:A,B单独不起作用,A+B才达到作用先加重金属取代出CL,再加碱土金属把CL转移Q5.什么是PVC的反增塑效应?请判断PP和HDPE中会有反增塑效应吗?答:在PVC加入增塑剂可以增长分子间的活动能力,提高柔顺性,硬PCV加入少量增塑,会浮现“反增塑效应”:由于CL分子链比较僵硬,加入少量增塑剂,有一定空间让分子链排列成结晶形态,规整度紧,结晶度高,密度高,使拉伸强度增强,因而紧密,自由移动空间小,故冲击性小,硬度上升。

PP和HEPE不会有反增塑效应,由于它们的结晶度比较高Q6.润滑剂的作用是什么?内外润滑剂各有什么特点?答:润滑剂可以减少加工中树脂颗粒间和熔体聚合物分子间摩擦产生的热效应,避免塑料对加工设备金属表面的黏着:(1)内润滑剂:与PVC相容性好,碳链长度短---减少分子间的极性作用力(2)外润滑剂:与PVC相容性不好,碳链长度长--在加工设备表面与熔体间形成润滑膜2.4聚苯乙烯Q1.比较PE、PP、PVC和PS四种通用树脂的分子构造特性及汇集态特性的异同根据它们微观构造特性的异同分析比较、它们性能特点上的异同性能特点涉及:(1)拉伸强度;(2)抗冲击性能;(3)耐热性(抗热变形能力);(4)热稳定性;(5) 透明性;(6)绝缘性;(7)耐溶剂和化学药物性;(8)阻燃性PE构造单元对称,构造规整,分子链柔顺且有一定支化在使用温度下,PE汇集态由大量结晶相和少量无定形构造构成聚丙烯构造简朴,与聚乙烯相比,主链上多了反复侧甲基,因此有三种不同的立体构型(等规,间规,无规PP)等规PP常温下是大量结晶和少量无定形构造共存间规PP,无规PP结晶度下降,力学性能也变差PVC构造和PP类似,甲基变成了氯原子,稳定性变差,受热或辐射易分解放出HCl。

PVC主链以头尾构造为主,常温下是含少量结晶构造的无定形聚合物PS主链含大量刚性的苯环,有较大的空间位阻,分子链柔性较差,是一种线性无规高分子,是完全无定形的聚合物1)拉伸强度:硬质PVC≈PS>PP>PE(硬质PVC的拉伸强度与PS相近)(2)抗冲击性能:PE和软质PVC抗冲击性能都较好,聚丙烯和聚苯乙烯冲击强度较低(3)耐热性(抗热变形能力):PP耐热性最佳,PE,PVC,PS耐热性较差(4)热稳定性:PVC受热易分解,热稳定性差,其她稳定性较好(5) 透明性:PVC,PS透明性较好,PE一般为半透明或不透明,PP为白色蜡状固体(6)绝缘性:四种塑料绝缘性都较好,PP高频绝缘性好,PVC中低频绝缘性好(7)耐溶剂和化学药物性:PE,PP耐溶剂和化学药物性能优秀;PVC与PS耐酸碱性相近,都不耐氧化性酸PVC不耐极性溶剂,PS不耐非极性溶剂8)阻燃性:PVC由于含卤。

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