[工学]材料结构与性能试题-答案.doc

材料结构与性能试题 1、高分子结构特点：包括近程结构和远程结构。 近程包括原子种类和排列、结构单元链接方式、支化与交联、序列结构和构型。 原子种类和排列：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、梯形和双螺旋形高分子、端基。 结构单元链接方式：是指结构单元在高分子链中的联结方式，如头—尾、头—头、尾—尾等。 支化与交联：支化破坏了分子的规整性，故结晶度大大降低。交联是指高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构。 序列结构：以A、B两种单体单元所构成的共聚物为例，按连接方式可分为：交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。 构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。 远程结构包括高分子链的大小和形态。 高分子链的大小（质量）包括相对分子质量(分子量)和相对分子质量分布(分子量分布)。 高分子链的形态(构象)：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。 工程塑料ABS：由丙稀腈，丁二烯和苯乙烯的三元接枝共聚物，因此兼具三种组分的特性：质硬、耐腐蚀、提高制品的拉伸强度和硬度。 SBS嵌段共聚物：由阴离子聚合法制得的苯乙烯与丁二烯的共聚物。聚丁二烯（PB）常温下是橡胶，聚苯乙烯（PS）则是硬性塑料，二者不相容，因此是两相结构。PB相形成连续的橡胶相，PS则形成微区分散于树脂中对PB起交联作用. 丁苯橡胶SBR：是由苯乙烯与丁二烯在BPO或氧化还原引发剂作用下，按照自由基聚合机理得到的无规共聚物。 2、答:非晶态聚合物典型的热--机械曲线如下图，存在两个斜率突变区，这两个突变区把热-机械曲线分为三个区域，分别对应于三种不同的力学状态，三种状态的性能与分子运动特征各有不同。 在区域I，温度低，链段运动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有胡克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。 随着温度的升高，链段运动逐渐“解冻”，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发展，形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。 由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫玻璃化转变区，玻璃态开始向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度（glass temperature)，以Tg表示。 当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。高弹态开始向粘流态转变的温度称为粘流温度，以Tf表示，其间的形变突变区域称为粘弹态转变区。分子量越大，Tf越高。交联聚合物由于分子链间有化学键连接，不能发生相对位移，不出现粘流态。 因此玻璃态、高弹态和粘流态称为无定形聚合物的力学三态。 3、答：高弹性的特点： ①弹性模量小，比其它固体物质小得多，如：钢：20000MPa(2×10 ）;（１公斤／m㎡=9.807MPa)，PE: 200MPa 结晶物； PS:2500MPa;橡胶: 0.2-8MPa. ②形变量大。可达1000%,一般在500%左右,而普通金属材料的形变量＜1％。 ③弹性模量随温度上升而增大，温度升高，链段运动加剧，回缩力增大，抵抗变形的能力升高。 ④高弹形变有时间依赖性——力学松弛特性，高弹形变时分子运动需要时间 ⑤形变过程有明显的热效应，橡胶：拉伸——放热；回缩——吸热 高弹性的本质：高弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。 高弹性的热力学分析： ⑴高弹形变的热力学方程 外力下发生高弹形变，除去外力后又可恢复原状，即形变是可逆的，因此可用热力学第一定律和第二定律进行分析。对轻度交联橡胶在等温（dT=0）下拉伸。物理意义:外力作用在橡胶上使橡胶的内能随伸长变化、使橡胶的熵变随伸长变化。 ⑵熵弹性的分析。橡胶拉伸时，内能几乎不变，主要引起熵变，因此称高弹性为熵弹性。热力学分析得到的一条重要的结论：弹性力主要来自熵的贡献，故称橡胶弹性——熵弹性。 ⑶交联橡胶的统计理论。橡胶不交联，几乎没有使用价值，因此研究交联橡胶的高弹形变具有重要的实际意义。统计理论讨论的是橡胶弹性问题的核心——形变过程中突出的熵效应，而忽略内能的贡献。 4、答：⑴室温下介电常数氯丁橡胶几乎是聚氯乙烯的3倍，因此室温下氯丁橡胶的介电常数大。⑵这些主链含极性基团或极性基团与主链硬链接的聚合物，当温度提高到玻璃化温度Tg以上时，其介电常数将大幅度地升高，聚氯乙烯的介电常数