高分子材料设计与应用

1 试解释几种主要加工助剂的作用和功能 Idkn & 助剂主要有四种: Clark

有助于加工的润滑剂

改进材料力学性能的填料、增强剂、抗冲改性剂、增塑剂等

改进耐燃性能的阻燃剂

提高使用过程中耐老化的各种稳定剂

填料:降低成本和收缩率

增塑剂:降低聚合物玻璃化温度和成型温度的作用

稳定剂:防止塑料在光、热、氧等条件下过早老化,延长制品寿命

润滑剂:使塑料制品顺利脱模和提高制品表面的光洁

2 比较LDPE 和HDPE 的结构和功能.

LDPE 高压法制得的聚乙烯分子链中含有较多的长短支链 结晶度较低,密度较小,质轻、

柔软、耐寒性、耐冲击性较好

生产薄膜、管材、电缆绝缘层和护套

HDPE 低压法制得的聚乙烯分子链中含有较少的长短支链 结晶度较高、具有较高的使

用温度,硬度,机械强度和耐化学药品

适宜中空吹塑,注塑和挤出制成各种制品

PP 和PE 有哪些共性和主要差别?

共性:外形外观相似,燃烧现象相似;都是脂肪碳氢化合物,无极性,都为结晶型;与

HDPE 类似的助剂、催化剂和合成方法.

差别:PP 的ρ

高于PE ;PP 导热系数差;PP 比PE 耐环境应力好.

PP 突出缺点:耐老化性差必须加抗氧剂、紫外线吸收剂,成型收缩率大,耐低温和耐冲

击强度差.

工业生产的PP 有哪几种结构:无规、等规、间规.

用做塑料的PP 性能及其等规度有什么关系:

均聚 共聚

拉伸强度-30(高)-25(低)

弯曲强度-40(高)-30(低)

抗冲击强度 1-4(低)

热变形温度-125℃(高)5-80(高) 95-110℃(低)Digitally signed by Idkn & ClarkDN: CN = Idkn & Clark, C = CNReason: I am the author of this document 3 简述PVC 的主要应用形式,配方组成特点,工艺性能及制品性能,列出10种PVC 制品及用途.

主要应用形式:紧密型塑脂, 俗称“玻璃球塑脂”,颗粒表面光滑, 内部无空, 呈实心球状结构 疏松型结构, 俗称“棉花球塑脂”, 颗粒表面粗糙, 内部疏松多空

配方组成特点:

工艺性能及制品性能:pvc 制品的抗冲压强度和表面硬度高, 刚性好, 延伸率低pvc 化学稳定性好, 耐热性和热稳定性差. 若超过180℃, 制品颜色将变黄, 最后变黑. 若低于0℃, 制品会变硬, 温度再降低, 制品就容易脆裂. 若加入少量增塑剂、稳定剂及填料等, 可制得硬质PVC 塑料. 其机械强度高, 耐酸碱腐蚀. 可以代替一些贵重的不锈钢和耐腐蚀材料制造储槽、离心泵 4简述PS 的性能特征?ABS 塑料是针对PS 哪些缺点而该性的一种塑料?

PS 具有较大的刚性,不易结晶,吸水性差,有优良的耐腐蚀性和电性能,耐辐射. 透明度高,表面易上色,印刷和金属化处理. 在PS 中加入15~20%的丁苯橡胶,可利用橡胶的高弹性改性聚苯乙烯,可提高其韧性和耐冲击性.

ABS 塑料是针对PS 脆性大、耐热温度低的特点改性的一种塑料.

5 根据PTFE 的结构特性,试述PTFE 的成型加工有什么特点?

PTFE的强度较其他的工程材料低,刚性差,而且由于大分子间相互吸引力较小会产生冷流现象,价格昂贵,特别是当温度达到250℃以上时,会放出剧毒的气体,在390℃时开始分解,而不存在粘流态,难以用一般的热塑性塑料的成型加工方法,而是采用类似“粉末冶金”的冷压与烧结相结合的成型加工方法. 将四氟乙烯粉末在模具中先以10~100Mpa 的压力冷压成型,再在370~380℃下烧结,然后冷却定型,再进行机械加工获得最终产品. 6 PA有哪几种类型?它们的共性如何?

PA 主要有尼龙-6、尼龙-1010、尼龙-610、尼龙-612、MC 尼龙等.

PA 的共性:1较高的机械强度 2较好的耐腐蚀性 3优良的耐磨性、自润滑性 4热稳定性较差 5导热系数很低 6吸水性大

7 写出涤纶的结构式,简述其功能,说明用途.

PET 拉伸强度特别高,耐候性、透光性、耐化学性和电性能优良. 但其结晶速度太低,PET 的加工性能差

PET 多作为纤维使用,也可用作生产薄膜,近年来更是广泛用于生产中空容器,常被称作聚酯瓶

8 PC有哪些突出的工程技术性能?

1 较高的抗冲击强度,但随温度的提高,强度显著降低

2 优良的抗蠕变性能和良好的尺寸稳定性,其由于吸湿而引起的尺寸变化也极小. 因此,它适于制造较高温度承受较高负荷而又要求保证尺寸稳定性的精密机械零件.

3 良好的耐热性和耐寒性使其可在-100~130℃范围内长期使用.

4 PC在室温下有相当大的强迫高弹形变能力和很高的冲击韧性.

9 为什么均聚甲醛和共聚甲醛在物理,机械和加工性能等方面有一定差别(从分子式结构分

析)

从两种高聚物的分子式可以看出,均聚物是由纯-C -O -链连续构成,而均聚物则在-C -O -键上是平均分布-C -C -键,后者较前者稳定,但是-C -O -键比-C -C -键距短,分子堆砌紧密,所以,均聚物的密度、结晶度、机械强度均较高,而热稳定性则较差. 10 写出聚苯醚,聚砜的结构式,简述其性能,说明用途

PPO :吸水率低,热变形温度高,使用温度在-127℃~+121℃、接近酚醛等热固性塑料. 有优良的高温蠕变性和电绝缘性. 但耐疲劳强度低,在紫外光下易老化交联.PPO 易用于电器零部件、滤材、医疗器械,较高温度下工作的齿轮、轴承、机械零件,也可用作制作低发泡材料.

PSF :耐热性好,脆化温度低,电绝缘性、化学稳定性好,具有自熄性. 通常用于制造耐热、高强、抗蠕变的变结构件.20%~40%玻璃纤维增强后的聚砜可以制成汽车挡泥板、外罩等.

11 试比较酸、碱法酚醛树脂的结构、性能和用途.

酸法酚醛树脂:若酚与醛比例大于1,则为热塑性,分子内不含-CH 2OH 基团,必须加固化剂才能固化;若小于1,则为热固性. 碱法酚醛树脂都为热固性,分子内含游离羟甲基(-CH 2OH ),不稳定,加热、加压时靠本身官能团之间的反应,交联成体型结构,再受热时不会再软化,也不流动. 酚醛塑料具有较高的机械强度和表面硬度,良好的电性能、耐热性、耐磨、耐腐蚀性. 用途:制各种电讯器材、酚醛层压塑料、酚醛模压塑料、酚醛泡沫塑料以及代替金属作耐热耐磨耐腐蚀结构件.

12 试从环氧树脂的大分子结构来说明它为什么有突出的粘结性.

分子链上含有环氧基和仲氢,至少带有2个环氧基, 未固化前是线型热塑性树脂,在适当

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17 化学试剂作用下最后能固化成为网状结构物质,因而具有突出粘结性. 什么是热塑性弹性体?列出2种热塑性弹性体品种并加以说明. 用物理方法把橡胶链段的末端连接起来形成网络结构,这类橡胶材料叫热塑性弹性体. 如何按照使用环境要求,选用粘胶剂,基本原则是什么?简述黏合剂的一般特性. 如何按照使用环境要求,选用涂料品种,基本原则是什么?简述涂料一般特性. 哪些材料适用作塑料齿轮?从使用环境和性能考虑. 从使用环境和性能来考虑,塑料齿轮的材料要求:高的弯曲和接触疲劳强度,高的冲击韧性和一定的弹性,低的热膨胀系数和吸水吸油率以及由此而致的尺寸、强度等性能变化,低的摩擦系数和一定的耐磨性,应力开裂倾向小,一定耐热性,成形工艺方便,收缩率小而均匀,不易老化,价格便宜. 所以,适用材料有:尼龙、聚缩醛、夹布酚醛、PC 等. 按照塑料制品的承载能力,可将塑料划分为哪三个基本类型?各列出5个聚合物品种.

抗静态载荷材料(压缩与拉伸、自重):ABS 、PVC 、PC 、PPO 、PF.

抗动态载荷材料(反复载荷、疲劳强度):PA 、POM 、夹布酚醛、增强热塑聚酯、增强PP

抗冲击载荷材料(冲击强度):高抗冲PS 、HDPE 、硬PVC 、ABS 、PPO

218 从公式P=Eεftg δ说明如何根据使用环境不同,选用高分子电绝缘材料.

高压条件下,P 与E 成平方关系,所以选用耐压强度高,ε、tg δ较小的电晕材料如交联聚乙烯;低压下选用聚碳酸酯、聚烯烃、四氟塑料薄膜等.

在大功率高频设备中,绝缘介质的介质损耗热很大,因为f 越大P 越大,而且有些材料由于f 变大引起tg δ变大,使P 与f 间高于一次方关系. 所以要选tg δ尽量小、ε稳定或小的材料如聚烯烃、F 4、和F 46、聚酰压胺、有机硅、PPO 等.

高分子防腐材料有哪些基本结构类型,在材料选用方面各具有什么特点,注意什么问题?

① 全塑结构与加强结构:全塑结构使用可靠简单,维修维护方便,节约大量钢材和贵

重金属,但是结构刚度强度往往不足,有时还要有更高的抗热变形温度要求. 所以加强结构的出现势在必行,它包括利用玻璃钢从外部加强热塑性塑料制件或其他非金属防腐蚀制件和全塑结构用钢框加强,但要注意层间结构的设计.

② 衬里结构:衬里本身不必具有高刚度,应尽量减少衬里材料的热膨胀系数,提高衬

里对基体的粘结力.

③ 涂层:单独一种材料构成的涂层,其材料必须既耐腐蚀又对基体有粘结性. 通常选用

复合涂层.

抗摩材料主要用在哪些场合,举出5个例子.

抗摩材料是低摩擦系数的材料,主要包括滑动轴承、滚动保护架、动密封填料环、机械密封磨块、活塞环、导向环、阀干螺母、阀芯、齿轮和涡轮等塑料摩擦件.

请解释pv 值的含义,说明它在摩擦材料应用方面的意义.

PV 是一个极限值,P 为摩擦力,V 为速度.P =µN.PV值越大,表明材料具有更高的耐磨擦性.

不管哪种摩擦环境,都有一个估算摩擦副工作PV 值的第一步,然后根据它的大小再综合其他条件或要求进行选材和结构设计.

高分子摩阻材料有哪几种类型,主要用到哪些聚合物品种,制动材料中树脂的作用是什么,在材料选择时应注意什么问题?

包括制动材料和传动材料. 主要有用于轴承材料、轴承衬套和活塞环主要用到酚醛塑料、19 20 21 22

尼龙塑料、氟塑料、聚甲醛、超高分子量聚乙烯、聚酰亚胺等.

在制动材料中的树脂摩擦系数较高. 在不同的摩擦环境中,在选用之前,都应有一个估算摩擦副PV 的一步,然后再综合其他条件和要求进行选材. 不同的材料,不同的结构类型和不同的摩擦工况下的PV 许用值是不同的.

23 在建筑物中哪些地方使用高分子材料?主要有哪些品种?它们的结构、性能及应用情况

如何?

24 简述高分子材料的光学特性,说明如何按照使用环境的要求设计和选用材料.

许多塑料在物态结构上是非晶结构或晶粒细小的部分结构,因而具有良好的透明性和阳光透过性. 许多塑料的折射率接近1.5,反射率R=4%. 某些透明塑料有光曲线传播特性、折射率随机械应力而变化、光能吸收和转化特性、光化反应特性、光热转换特性、光电转换特性等.

材料选用:略^_^

1 试解释几种主要加工助剂的作用和功能 Idkn & 助剂主要有四种: Clark

有助于加工的润滑剂

改进材料力学性能的填料、增强剂、抗冲改性剂、增塑剂等

改进耐燃性能的阻燃剂

提高使用过程中耐老化的各种稳定剂

填料:降低成本和收缩率

增塑剂:降低聚合物玻璃化温度和成型温度的作用

稳定剂:防止塑料在光、热、氧等条件下过早老化,延长制品寿命

润滑剂:使塑料制品顺利脱模和提高制品表面的光洁

2 比较LDPE 和HDPE 的结构和功能.

LDPE 高压法制得的聚乙烯分子链中含有较多的长短支链 结晶度较低,密度较小,质轻、

柔软、耐寒性、耐冲击性较好

生产薄膜、管材、电缆绝缘层和护套

HDPE 低压法制得的聚乙烯分子链中含有较少的长短支链 结晶度较高、具有较高的使

用温度,硬度,机械强度和耐化学药品

适宜中空吹塑,注塑和挤出制成各种制品

PP 和PE 有哪些共性和主要差别?

共性:外形外观相似,燃烧现象相似;都是脂肪碳氢化合物,无极性,都为结晶型;与

HDPE 类似的助剂、催化剂和合成方法.

差别:PP 的ρ

高于PE ;PP 导热系数差;PP 比PE 耐环境应力好.

PP 突出缺点:耐老化性差必须加抗氧剂、紫外线吸收剂,成型收缩率大,耐低温和耐冲

击强度差.

工业生产的PP 有哪几种结构:无规、等规、间规.

用做塑料的PP 性能及其等规度有什么关系:

均聚 共聚

拉伸强度-30(高)-25(低)

弯曲强度-40(高)-30(低)

抗冲击强度 1-4(低)

热变形温度-125℃(高)5-80(高) 95-110℃(低)Digitally signed by Idkn & ClarkDN: CN = Idkn & Clark, C = CNReason: I am the author of this document 3 简述PVC 的主要应用形式,配方组成特点,工艺性能及制品性能,列出10种PVC 制品及用途.

主要应用形式:紧密型塑脂, 俗称“玻璃球塑脂”,颗粒表面光滑, 内部无空, 呈实心球状结构 疏松型结构, 俗称“棉花球塑脂”, 颗粒表面粗糙, 内部疏松多空

配方组成特点:

工艺性能及制品性能:pvc 制品的抗冲压强度和表面硬度高, 刚性好, 延伸率低pvc 化学稳定性好, 耐热性和热稳定性差. 若超过180℃, 制品颜色将变黄, 最后变黑. 若低于0℃, 制品会变硬, 温度再降低, 制品就容易脆裂. 若加入少量增塑剂、稳定剂及填料等, 可制得硬质PVC 塑料. 其机械强度高, 耐酸碱腐蚀. 可以代替一些贵重的不锈钢和耐腐蚀材料制造储槽、离心泵 4简述PS 的性能特征?ABS 塑料是针对PS 哪些缺点而该性的一种塑料?

PS 具有较大的刚性,不易结晶,吸水性差,有优良的耐腐蚀性和电性能,耐辐射. 透明度高,表面易上色,印刷和金属化处理. 在PS 中加入15~20%的丁苯橡胶,可利用橡胶的高弹性改性聚苯乙烯,可提高其韧性和耐冲击性.

ABS 塑料是针对PS 脆性大、耐热温度低的特点改性的一种塑料.

5 根据PTFE 的结构特性,试述PTFE 的成型加工有什么特点?

PTFE的强度较其他的工程材料低,刚性差,而且由于大分子间相互吸引力较小会产生冷流现象,价格昂贵,特别是当温度达到250℃以上时,会放出剧毒的气体,在390℃时开始分解,而不存在粘流态,难以用一般的热塑性塑料的成型加工方法,而是采用类似“粉末冶金”的冷压与烧结相结合的成型加工方法. 将四氟乙烯粉末在模具中先以10~100Mpa 的压力冷压成型,再在370~380℃下烧结,然后冷却定型,再进行机械加工获得最终产品. 6 PA有哪几种类型?它们的共性如何?

PA 主要有尼龙-6、尼龙-1010、尼龙-610、尼龙-612、MC 尼龙等.

PA 的共性:1较高的机械强度 2较好的耐腐蚀性 3优良的耐磨性、自润滑性 4热稳定性较差 5导热系数很低 6吸水性大

7 写出涤纶的结构式,简述其功能,说明用途.

PET 拉伸强度特别高,耐候性、透光性、耐化学性和电性能优良. 但其结晶速度太低,PET 的加工性能差

PET 多作为纤维使用,也可用作生产薄膜,近年来更是广泛用于生产中空容器,常被称作聚酯瓶

8 PC有哪些突出的工程技术性能?

1 较高的抗冲击强度,但随温度的提高,强度显著降低

2 优良的抗蠕变性能和良好的尺寸稳定性,其由于吸湿而引起的尺寸变化也极小. 因此,它适于制造较高温度承受较高负荷而又要求保证尺寸稳定性的精密机械零件.

3 良好的耐热性和耐寒性使其可在-100~130℃范围内长期使用.

4 PC在室温下有相当大的强迫高弹形变能力和很高的冲击韧性.

9 为什么均聚甲醛和共聚甲醛在物理,机械和加工性能等方面有一定差别(从分子式结构分

析)

从两种高聚物的分子式可以看出,均聚物是由纯-C -O -链连续构成,而均聚物则在-C -O -键上是平均分布-C -C -键,后者较前者稳定,但是-C -O -键比-C -C -键距短,分子堆砌紧密,所以,均聚物的密度、结晶度、机械强度均较高,而热稳定性则较差. 10 写出聚苯醚,聚砜的结构式,简述其性能,说明用途

PPO :吸水率低,热变形温度高,使用温度在-127℃~+121℃、接近酚醛等热固性塑料. 有优良的高温蠕变性和电绝缘性. 但耐疲劳强度低,在紫外光下易老化交联.PPO 易用于电器零部件、滤材、医疗器械,较高温度下工作的齿轮、轴承、机械零件,也可用作制作低发泡材料.

PSF :耐热性好,脆化温度低,电绝缘性、化学稳定性好,具有自熄性. 通常用于制造耐热、高强、抗蠕变的变结构件.20%~40%玻璃纤维增强后的聚砜可以制成汽车挡泥板、外罩等.

11 试比较酸、碱法酚醛树脂的结构、性能和用途.

酸法酚醛树脂:若酚与醛比例大于1,则为热塑性,分子内不含-CH 2OH 基团,必须加固化剂才能固化;若小于1,则为热固性. 碱法酚醛树脂都为热固性,分子内含游离羟甲基(-CH 2OH ),不稳定,加热、加压时靠本身官能团之间的反应,交联成体型结构,再受热时不会再软化,也不流动. 酚醛塑料具有较高的机械强度和表面硬度,良好的电性能、耐热性、耐磨、耐腐蚀性. 用途:制各种电讯器材、酚醛层压塑料、酚醛模压塑料、酚醛泡沫塑料以及代替金属作耐热耐磨耐腐蚀结构件.

12 试从环氧树脂的大分子结构来说明它为什么有突出的粘结性.

分子链上含有环氧基和仲氢,至少带有2个环氧基, 未固化前是线型热塑性树脂,在适当

13

14

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16

17 化学试剂作用下最后能固化成为网状结构物质,因而具有突出粘结性. 什么是热塑性弹性体?列出2种热塑性弹性体品种并加以说明. 用物理方法把橡胶链段的末端连接起来形成网络结构,这类橡胶材料叫热塑性弹性体. 如何按照使用环境要求,选用粘胶剂,基本原则是什么?简述黏合剂的一般特性. 如何按照使用环境要求,选用涂料品种,基本原则是什么?简述涂料一般特性. 哪些材料适用作塑料齿轮?从使用环境和性能考虑. 从使用环境和性能来考虑,塑料齿轮的材料要求:高的弯曲和接触疲劳强度,高的冲击韧性和一定的弹性,低的热膨胀系数和吸水吸油率以及由此而致的尺寸、强度等性能变化,低的摩擦系数和一定的耐磨性,应力开裂倾向小,一定耐热性,成形工艺方便,收缩率小而均匀,不易老化,价格便宜. 所以,适用材料有:尼龙、聚缩醛、夹布酚醛、PC 等. 按照塑料制品的承载能力,可将塑料划分为哪三个基本类型?各列出5个聚合物品种.

抗静态载荷材料(压缩与拉伸、自重):ABS 、PVC 、PC 、PPO 、PF.

抗动态载荷材料(反复载荷、疲劳强度):PA 、POM 、夹布酚醛、增强热塑聚酯、增强PP

抗冲击载荷材料(冲击强度):高抗冲PS 、HDPE 、硬PVC 、ABS 、PPO

218 从公式P=Eεftg δ说明如何根据使用环境不同,选用高分子电绝缘材料.

高压条件下,P 与E 成平方关系,所以选用耐压强度高,ε、tg δ较小的电晕材料如交联聚乙烯;低压下选用聚碳酸酯、聚烯烃、四氟塑料薄膜等.

在大功率高频设备中,绝缘介质的介质损耗热很大,因为f 越大P 越大,而且有些材料由于f 变大引起tg δ变大,使P 与f 间高于一次方关系. 所以要选tg δ尽量小、ε稳定或小的材料如聚烯烃、F 4、和F 46、聚酰压胺、有机硅、PPO 等.

高分子防腐材料有哪些基本结构类型,在材料选用方面各具有什么特点,注意什么问题?

① 全塑结构与加强结构:全塑结构使用可靠简单,维修维护方便,节约大量钢材和贵

重金属,但是结构刚度强度往往不足,有时还要有更高的抗热变形温度要求. 所以加强结构的出现势在必行,它包括利用玻璃钢从外部加强热塑性塑料制件或其他非金属防腐蚀制件和全塑结构用钢框加强,但要注意层间结构的设计.

② 衬里结构:衬里本身不必具有高刚度,应尽量减少衬里材料的热膨胀系数,提高衬

里对基体的粘结力.

③ 涂层:单独一种材料构成的涂层,其材料必须既耐腐蚀又对基体有粘结性. 通常选用

复合涂层.

抗摩材料主要用在哪些场合,举出5个例子.

抗摩材料是低摩擦系数的材料,主要包括滑动轴承、滚动保护架、动密封填料环、机械密封磨块、活塞环、导向环、阀干螺母、阀芯、齿轮和涡轮等塑料摩擦件.

请解释pv 值的含义,说明它在摩擦材料应用方面的意义.

PV 是一个极限值,P 为摩擦力,V 为速度.P =µN.PV值越大,表明材料具有更高的耐磨擦性.

不管哪种摩擦环境,都有一个估算摩擦副工作PV 值的第一步,然后根据它的大小再综合其他条件或要求进行选材和结构设计.

高分子摩阻材料有哪几种类型,主要用到哪些聚合物品种,制动材料中树脂的作用是什么,在材料选择时应注意什么问题?

包括制动材料和传动材料. 主要有用于轴承材料、轴承衬套和活塞环主要用到酚醛塑料、19 20 21 22

尼龙塑料、氟塑料、聚甲醛、超高分子量聚乙烯、聚酰亚胺等.

在制动材料中的树脂摩擦系数较高. 在不同的摩擦环境中,在选用之前,都应有一个估算摩擦副PV 的一步,然后再综合其他条件和要求进行选材. 不同的材料,不同的结构类型和不同的摩擦工况下的PV 许用值是不同的.

23 在建筑物中哪些地方使用高分子材料?主要有哪些品种?它们的结构、性能及应用情况

如何?

24 简述高分子材料的光学特性,说明如何按照使用环境的要求设计和选用材料.

许多塑料在物态结构上是非晶结构或晶粒细小的部分结构,因而具有良好的透明性和阳光透过性. 许多塑料的折射率接近1.5,反射率R=4%. 某些透明塑料有光曲线传播特性、折射率随机械应力而变化、光能吸收和转化特性、光化反应特性、光热转换特性、光电转换特性等.

材料选用:略^_^


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