提出改善高分子材料下列力学性能的方案:(1)提高结构材料的抗蠕变性能;(2)减小橡胶材料的滞后损失;(3)提高材料的拉伸强度;(4)提高材料的抗冲击强度答:(1)采用主链含芳杂环的刚性结构聚合物(2)提高交联程度,降低网链的平均分子量(3)采用刚性结构主链的聚合物,提高聚合物的分子量,提高取向度或结晶度(4)在材料中加入增塑剂或采用橡胶增韧共混习题83.从分于运观点解释非晶态聚合物三种力学状态及其转变,并且讨论:(1)分子量对聚合物温度--形变曲线形状的影响规律;(2)交联对聚合物温度--形变曲线形状的影响规律;(3)结晶对聚合物温度--形变曲线的影响规律。答:1、 非晶态聚合物随温度升高会表现出三种力学状态(1)玻璃态 在较低温度下,链段运动处于被冻结的状态,只有键长键角及一些小尺寸运动单元能够运动。聚合物材料受到外力作用时表现出的形变能力很小,形变量与外力大小成正比,而且外力一旦去除,形变立即恢复。该状态下聚合物表现出的力学性质与小分子玻璃很相似,所以将聚合物的这种力学状态称为玻璃态。(2)高弹态 在较高温度下,链段可以运动。分子链的构象可以改变,但大分子链的整体运动仍处于冻结状态。当聚合物受到外力作用时,聚合物可以通过链段的运动改变构象去造应外力,产生大形变。外力去除后,分子链又会通过链段的运动回复到原来的卷曲状态。由于该状态下聚合物表现出很大的变形能力和良好的弹性,所以称之为高弹态。由于链段运动的松她特性,无论是产生形变过程还是形变恢复过程都不能瞬时完成,而需要一定的时间。(3)黏流态 在更高温度下,大分子链和链段的运动均可发生。受到外力作用后,大分子链可以通过链段的定向协同运动产生位移,从而产生形变。这种形变随时间的发展而发展,而且是不可回复的,就像小分子液体的黏性流动一样,所以称之为黏流态。2、 玻璃态与高弹态之间的转变称为玻璃化转变,它对应于链段的运动能否发生; 高弹态与黏流态之间的转变称为黏流转变,它对应于大分子链的运动能否发生。(1)分子量的影响 当分子量很低时,链段运动就相当于整个分子链运动,此时,Tg和Tf重合,聚合物不出现高弹态。随分子量增大,高弹态出现,而且黏流温度Tf随分子量增加而上升,导致高弹区的长度增大。(2)交联的影响 交联使高分子间以化学键力结合,若不破坏化学键,分于链间不能发生相对位移,所以不仅形变能力随交联程度的提高而下降,而且不存在黏流态,当交联达到非常高的程度时,也不出现高弹态。(3)结晶的影响 轻度结晶时,结晶聚合物内部非晶区占了主体,成为连续相,而晶区则主要起物理交联点作用,因此主要是由非晶区来承受外力。在这种情况下,聚合物试样的温度--形变曲线与非晶聚合物的温度--形变曲线的形状类似,随温度聚合物表现出三种力学状态和两个热转变。但是,当聚合物内部的微晶粒起到了类似物理交联点的作用,使非晶部分处于高弹态时的结晶聚合物试样的形变量没有线形非晶聚合物那样大(高弹平台区变低),而且随结晶度增加,高弹平台的高度不斯被小,聚合物硬度不断增大。当重度结晶 (结晶度大于40% )时,结晶聚合物内部的晶区成为贯穿整个材料的连续相,开始承担主要应力。当温度到达非晶区的玻璃化转变温度后,尽管非晶区内链段可以运动,但是晶区内部链段的运动仍被晶格紧紧地束缚着,材料的形变很小,宏观观察不到有明显的玻璃化转变,当温度升高到结晶熔点时,晶格被破坏,晶区消失,聚合物试样才会发生明显的形变,此时曲线的变化会出现两种情况,其一是在试样的分子量不太高时,非晶区的黏流温度低于结晶熔点(TfTm.晶区熔融后只有链段的运动,大分子链的整体运动仍然不能发生。所以,试样先进人高弹态,然后随温度进一步升高进入黏流态。20.从结构观点讨论温度和剪切速率对聚合物熔体黏度的影响。在聚合物成型加工过程中如何利用黏度对温度和的切速率的不同敏感性来改善聚合物的加工流功性?答:随温度升商,聚合物黏度下降。黏度随温度开高而下降的幅度与流动活化能的大小有关。对刚性链聚合物,流动活化能一般都比较大,温度对黏度的影响就比较明显。随温度升高,黏度明显下降。由于刚性链聚合物的表观黏度对温度表现出较大的敏感性。可以将它们称之为温敏性聚合物。对于这类聚合物,在成型加工过程中采用改变温度的方法来调节聚合物的黏度和流动性比较有效。对柔性链聚合物,由于流动活化能比较小,表观黏度随温度的变化不大,尽管随温度升高黏度呈下降趋势,但下降幅度较小。在极低(第一牛顿区)和极高(第二牛顿区) 剪切速率下,聚合物熔体的黏度不随剪切速率变化,表现出牛顿流体的流动行为。只有在中间剪切速率范围内(假塑性区),剪切速率的变化才会对熔体黏度产生影响。此时,随剪切速率增加,分子链解缠结不断发生,缠结结构的破坏和分子链沿流动方向的取向,导致黏度不断下降。对于柔性链聚合物,由于很容易过链段的运动实现分子链的取向,所以其黏度随剪切速率增加下降明易;但是,由于刚性链聚合物中运动单元(链段)较长,链构象的改变比较因难。分子链不容易取向。所以随剪切速率增加,黏度下降幅度很小。25.聚合物流动过程中会产生哪些弹性效应? 分析它们产生的原因,并简述如何减轻这些弹性效应对聚合物成型加工带来的不利影响?答: (1) 聚合物熔体在流动过程中产生的弹性效应1、法向应力效应 用一转轴在盛有液体的容器中快速旋转,聚合物熔体(浓溶液) 受到向心力作用,在转轴处液面上升。2、挤出膨大现象 当聚合物熔体从毛细管、狭缝或者小孔中挤出时,挤出物的直径(厚度) 会明显大于口模的尺寸。3、不稳定流动或熔体破裂现象 当剪切速率不大时,聚合物熔体从口模中挤出时的表面比较光洁。但是当剪切速率超过某个临界值以后,随剪切速率增加,挤出物出现表面粗糙、螺旋形波纹、不规则扭曲,破碎等现象。(2) 弹性效应对聚合物的成型加工带来的不利影响包括制品外观变差、尺寸稳定性下降和产生内应力。(3) 减轻弹性效应影响的措施1、升高模具温度,缩短松弛时间,加快弹性恢复。2、采用较低的流速,降低剪切力,减轻弹性效应。3、合理设计流道几何形状; 避免尺寸突然变化,减轻拉伸流动。增加流道长径比,以利于弹性形变充分松弛。4、采用热处理工序,在接近Tg温度下将制品放置一段时间,使弹性形变尽可能回复,消除内应力。何谓高聚物的去向?为什么有的材料(如纤维)进行单轴取向,有的材料(如薄膜)进行双轴取向?说明理由。