第三章高分子材料的配方设计
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第三章 高分子材料的配方设计1、 高分子材料制品设计的一般程序是什么?画图说明。
2、 配方常用的表示方法有几种?简述每种方法的具体含义?二种。
3、 配方设计中因素和水平的概念是什么?4、 单因素变量的配方设计方法有哪些?爬山法的关键问题是什么?5、 多因素变量配方设计方法有哪些?写出正交表的表示方法,说明正交表L 4(23)中各符号的物理意义。
6、 高分子材料密度的估算。
无定形高分子的密度()()3/298cm g V M igi g ∑=ρ 式中 M ——重复结构单元的摩尔质量,g/mol——组成重复结构单元各个基团摩尔体 积之和,cm 3/mol 。
结晶性高分子的密度ρc (298)=1.13ρg (298)7、 高分子材料的T g 、T m 估算。
M Y i gig ∑=T式中 ∑i gi Y——摩尔玻璃化转变函数之和,K·g / mol• 在熔点(T m )估算时要考虑的因素与估算T g 时基本一致,但基团的贡献值不同。
8、 高分子材料熔体的热膨胀率及其在挤出温度时的密度估算。
摩尔热膨胀可表示为:低于T g 时 E g ≈4.5×10-4V ω(cm 3/mol·K )高于T g 时 E l ≈10×10-4V ω(cm 3/mol·K )式中 V ω ——分子的范德华体积贡献值,cm 3/mol 。
热膨胀率: e g =E g (298) /M (cm 3/g·K)e l =E l (298) /M (cm 3/g·K)因此,温度T 时的摩尔体积为:V l (T )=V g (298)+E g (T g -298)+E l (T-T g )ρ (T)=M/V(T)。
高分子材料加工工艺第一章绪论1.材料的四要素是什么?答:材料的四要素是:材料的制备(加工)、材料的结构、材料的性能和材料的使用性能。
2.什么是工程塑料?区分“通用塑料”和“工程塑料”,“热塑性塑料”和“热固性塑料”。
答:按用途和性能分,又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。
工程塑料是指拉伸强度大于50MPa,冲击强度大于6kJ/m2,长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。
但这种分类并不十分严格,随着通用塑料工程化(亦称优质化)技术的进展,通过改性或合金化的通用塑料,已可在某些应用领域替代工程塑料。
热塑性塑料一般是线型高分子,在溶剂可溶,受热软化、熔融、可塑制成一定形状,冷却后固化定型;当再次受热,仍可软化、熔融,反复多次加工。
热固性塑料一般由线型分子变为体型分子,在溶剂中不能溶解,未成型前受热软化、熔融,可塑制成一定形状,在热或固化剂作用下,一次硬化成型;一当成型后,再次受热不熔融,达到一定温度分解破坏,不能反复加工。
3.与其它材料相比,高分子材料具有那些特征(以塑料为例)?答:与其他材料相比,高分子材料有以下特性(以塑料为例)。
(1)质轻。
(2)拉伸强度和拉伸模量较低,韧性较优良。
(3)传热系数小,可用作优良的绝热材料。
(4)电气绝缘性优良。
(5)成型加工性优良。
(6)减震、消音性能良好。
(7)某些塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑性能。
(8)耐腐蚀性能优良。
(9)透光性良好可作透明或半透明材料。
(10)着色性良好。
(11)可赋予各种特殊的功能如透气性、难燃性、粘结性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等各种特殊性能。
(12)使用过程中易产生蠕变、疲劳、冷流、结晶等现象,长期使用性能较差。
(13)热膨胀系数大。
(14)耐热性(熔点、玻璃化转变温度)较低,使用温度不高。
(15)易燃烧。
4.获取高分子的手段有那些?答:高分子化合物的制造:获取高分子化合物的方法大致可分为三种;聚合反应、利用高分子反向和复合化。
成型用的物料及其配制第四节 成型用助剂及配方设计第三章常州 材料科学与工程高分子材料成型工艺学 邹国享主讲 教师在高分子材料的生产或使用过程中,为改善高分子材料某一方面的性能而加入到材料中的化学品称为高分子助剂。
由于大部分助剂是在加工过程中添加于材料或产品中,因此,助剂也常被称为“添加剂”或“配合剂”。
助剂的主要作用⏹改善聚合物的加工工艺,优化工艺条件,提高加工效率;⏹改进制品的性能,提高使用价值,延长使用寿命。
高分子合成助剂 高分子加工助剂高分子助剂塑料加工助剂 橡胶加工助剂主要可分为加工改性助剂、稳定化助剂和功能化助剂等。
选用助剂的基本原则(1)助剂与树脂间的相容性(2)助剂的耐久性(3)助剂对加工条件及制品用途的适应性(4)助剂配合中的协同作用和对抗作用增塑剂增加塑料的可塑性,改善在成型加工时树脂的流动性,提高制品柔韧性的物质。
它通常是一些高沸、难以挥发的粘稠液体或低熔点的固体,一般不与塑料发生化学反应。
增塑剂的作用DOP 、多元醇酯或多元酸酯、环氧大豆油类、聚酯等增加塑料的可塑性改善在成型加工时树脂的流动性提高制品柔韧性润滑剂能降低塑料熔体粘度或熔体与加工设备之间摩擦系数的添加剂称为润滑剂。
润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂两大类。
●内润滑剂通过降低聚合物内部分子间的摩擦,降低成型加工中聚合物的熔体粘度并减少能量消耗。
●外润滑剂的作用是减少聚合物与加工设备之间的摩擦或粘附。
常用的润滑剂有:金属皂类、脂肪酸及酯类、烃类和有机硅化合物类等。
稳定化助剂稳定剂的主要功能是阻缓或停止塑料在物理的(如热、光)和化学的(氧、微生物)因素作用下的降解。
主要有热稳定剂、光稳定剂和抗氧剂等。
稳定剂主要包括:热稳定剂光稳定剂抗氧剂阻燃剂阻止或延缓塑料燃烧的物质叫阻燃剂。
通常阻燃剂可分为添加型和反应型两类。
添加型阻燃剂能分散在塑料母体中,但与聚合物不发生化学反应。
常用的添加型阻燃剂有:三氧化二锑(锑白)、氢氧化铝、十溴二苯醚、氯化石蜡(含氯量70%)、磷酸三苯酯。
.绪论绪论习题与思考题1.分别定义“高分子材料”和“塑料”。
2.分别区分“通用塑料”和“工程塑料”,“热塑性塑料”和“热固性塑料”,“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”,并请各举2~3例。
3.高分子材料成型加工的定义和实质。
第一章习题与思考题1.什么是聚合物的结晶和取向?它们有何不同?研究结晶和取向对高分子材料加工有何实际意义?2.请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围,并讨论两者作为材料的耐热性好坏。
3.为什么聚合物的结晶温度范围是Tg~Tm?4.什么是结晶度?结晶度的大小对聚合物性能有哪些影响?5.何谓聚合物的二次结晶和后结晶?6.聚合物在成型过程中为什么会发生取向?成型时的取向产生的原因及形式有哪几种?取向对高分子材料制品的性能有何影响?7.要使聚合物在加工中通过拉伸获得取向结构,应在该聚合物的什么温度下拉伸?8.分析并讨论影响热塑性塑料成型加工中熔体粘度的因素。
第二章习题与思考题1.高分子材料中添加助剂的目的是什么?2.什么是热稳定剂?哪一类聚合物在成型加工中须使用热稳定剂?对于加有较多增塑剂和不加增塑剂的两种塑料配方,如何考虑热稳定剂的加入量?请阐明理由。
3.试述增塑剂的作用机理。
4.增塑剂作用的实质是什么?并请区分“增塑效率”、“主增塑剂”、“副增塑剂”和“增塑剂相容性”四个概念。
5.内润滑与外润滑6.橡胶制品为何要使用配合剂?配合剂共分哪几类?7.何谓硫化剂?分哪几类?各自适用的橡胶类型是什么?8.何谓硫化促进剂?有哪几种类型?典型品种及其主要特性?9.活性剂有什么作用?什么是防焦剂?常用品种是什么?10.交联配合剂对橡胶制品和热固性塑料制品的作用有何异同?为什么?11、什么是填充剂和补强剂?它们的区别在哪里?第三章习题与思考题1.试分析下列配方,要求:(1)指出各成分在配方中的作用;(2)判断制品基本性能,并说出相应的理由。
①PVC树脂(XS-4)100,邻苯二甲酸二辛酯10,邻苯二甲酸二丁酯8,环氧脂肪酸辛酯3,液体钡-镉2,硬脂酸钡0.5,硬脂酸镉0.3,硬脂酸0.3,二氧化钛3②PVC树脂(XS-5)100,三盐基性硫酸铅5,二盐基性亚磷酸铅1.5,亚磷酸三苯脂0.5,硬脂酸铅0.5,硬脂酸正丁酯0.3,石蜡0.3,氧化锑5③PVC树脂(XS-3)100,DOP 20,DBP 20,DOS 10,氯化石蜡5,UV-9 0.1,滑石粉1,氧化铁0.2,二月桂酸二丁基锡3④丁睛橡胶100,硫磺1.5,促进剂M 1.5,促进剂TMTD 0.2,ZnO 5,硬脂酸1,防老剂4010NA 1,半补强碳黑60,陶土30,沥青5,石蜡1.52.在生产宽1200mm,厚0.5mm的聚氯乙烯软膜时,采用以下配方:聚氯乙烯树脂100,三盐基硫酸铅2,硬酯酸钡1.2,硬酯酸铅0.8,邻苯二甲酸二辛酯30,癸二酸二辛酯10,环氧大豆油5,氯化石蜡5,硬酯酸0.8,碳酸钙8,钛箐兰0.5问:配方中各组分的作用?配方中树脂、稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、颜料各占总量的百分之几?3.高分子材料进行配方设计的一般原则和依据各是什么?4.配方有哪几种表示方法?各有何作用?相互关系是什么?第四章习题与思考题1.与低分子物相比,聚合物的粘性流动有何特点?2.什么是牛顿型流体和非牛顿型流体?试用流变方程和流动曲线说明非牛顿型流体的类型。