塑料、橡胶、纤维制品与工艺
一、名词解释
1、高分子链：由单体通过聚合反应连接的链状分子
2、链段：如假设高分子单键旋转受阻，一个键运动可以带动若干键运动，将若干个键组成一段链作为独立运动单元，称为链段；或者主链中能够独立运动的最小单元称为链段
3、链结构：是指单个分子的结构与形态
4、高分子链有几种链形态：线型大分子、支化大分子、网状大分子
5、分子量：小分子明确，聚合物是由一系列分子量不等的同系物高分子组成，这种同种聚合物分子长短不一的特征称为聚合物的多分散性。因此，高分子分子量只能用统计平均值来表示
6、分子量分布：表征聚合物的多分散程度, 也叫分子量分布
7、聚合度：也可用作度量高分子分子量的参数，指高分子中所含有的重复单元的数目，其值与分子量成正比，同样具有统计平均的意义
8、近程结构：构造、构型，化学结构一级结构
9、远程结构：－分子形态、大小，柔顺性，构象，二级结构
10、构造：指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列顺序，支链类型与长度等
11、构型：指某一原子的取代基在空间的排列或分子中最近邻原子键的相对位置，指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。要改变构型需要化学键断裂；构型不同的异构体有旋光异构体和几何异构体
12、构象：由于单键内旋转而产生的分子空间的不同形态称为构象，为由分子内热运动引起的物理现象。
13、柔顺性：高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性，高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。
14、全同立构高分子：主链上的C*的立体构型全部为一种旋光异构单元
15、间同立构高分子：主链上C*的立体构型各不相同，两种旋光异构单元交替键接，R 取代基交替排列在平面的两侧
16、立构规整性高分子：C*的立体构型有规则连接，简称等规高分子。包括全同立构高分子和间同立构高分子
17、远程结构：:包括（1）分子大小与形态（伸直链、无规线团、折叠链），分子链的柔顺性及分子在环境中的构象
18、碳链高分子：主链由碳原子组成，聚乙烯PE 、聚丙烯PP 、聚氯乙烯PVC 、聚苯乙烯PS 、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA （有机玻璃）
19、杂链高分子：主链由两种或两种以上原子组成，如聚酰胺PA （尼龙）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（涤纶）PET 等
20、元素高分子：主链含有Si 、P 等元素的高分子，有机硅等
21、线型和交联高分子差别：线型高分子能溶解，交联高分子不溶不熔，交联度不高可溶涨
22、交联度。相邻两个交联点之间的链的平均分子量Mc 来度量，交联度越大，Mc 越小；也可以用交联点密度来表示
23、等规度。指聚合物中全同立构和间同立构的总的百分数
24、聚集态结构。高分子的聚集态指高分子链之间的排列和堆积结构，也称为超分子结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构，三级结构，晶态与非晶态，晶态有序性比小分子的差，非晶态有序性比小分子的高
25、取向：高分子链沿一定方向优先平行排列，称为取向
26、取向态和结晶态的差别：都为有序，取向为一或二维有序，结晶态为三维有序。
27、液晶态：一种具有晶体和液体的部分性质的过渡态，称为液晶态
28、均相成核：无外来物质存在下、高分子链自身形成晶核发生结晶
29、异相成核：异相成核为外来物质、未完全熔融的聚合物结晶体等为中心，吸附熔体中高分子链作有序排列而形成晶核
30、交联结构：高分子链之间通过支链联结成一个三维网型大分子，就称为交联结构
31、等规聚合物：全同立构和间同立构的聚合物有时通称为“等规聚合物”
32、结晶度：结晶部分含量的度量，有重量百分数和体积百分数来表示
33、同质多晶现象：结晶条件变化，引起高分子链构象的变化，一种高分子可形成多种不同的晶型，这种称为高聚物的同质多晶现象
34、均聚物：由一种单元组成的聚合物，如乙烯聚合的聚乙烯
35、共聚物：由两种以上单元组成的聚合物，其结构比均聚物复杂，按其联结方式可分为交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物和无规共聚物类型，如乙烯和丙烯共聚的乙丙共聚物
36、交替共聚物：两单体单元在分子链上有规律地交替排列，A 单体单元相邻的肯定是B 单体单元
37、嵌段共聚物：两单体单元在分子链上成段排列。
38、接枝共聚物：以其中一单体组成的长链为主链，另一单体组成的链为侧链（支链）与之相连
39、柔性：主链有一定内旋转自由度的性质
40、热塑性弹性体：可加热塑性流动的弹性体
41、溶胶：如果聚合物中含有能溶解的支化与线形高分子，也含有交联高分子，能溶解的部分叫做溶胶
42、凝胶：如果聚合物中含有能溶解的支化与线形高分子，也含有交联高分子，不能溶解的部分叫做凝胶
43、自由结合链：内旋转无任何阻碍，每个键在任何方向取向的几率相同
44、自由旋转链：假设分子链中每个键都在键角容许的方向自由内旋，不考虑空间位阻对转动的影响，这种链称为自由内旋转链
45、高分子的聚集态结构模型：纓状微束模型－－两相模型、折叠链模型、松散折叠链模、型隧道－折叠链模型、插线板模型
二、选择题
（1）聚丙烯在晶相中分子链呈平面锯齿形排列？ 是 否√
（2）高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性？ 是√ 否
（3）高聚物结晶包括晶核的形成和晶粒的生长两个阶段？ 是√ 否
（4）拉伸使结晶高聚物结晶度和熔点提高？ 是√ 否
（5）取代基越大，主链内旋转位阻越大，分子链柔顺性降低，熔点提高？ 是√ 否
（5）聚酰胺的熔点与碳原子奇、偶数有关，奇数的比偶数的高？ 是 否√
（6）拉伸强度在取向方向明显提高，而在垂直方向降低？ 是√ 否
（7）取向高分子通常有两种－单轴取向和双轴取向？ 是√ 否
（8）X 光衍射方法可以测定高分子的结晶温度和结晶热？ 是 否√
（9）整链和链段取向速度相同？ 是 否√
（10）聚丙烯的熔点、玻璃化温度高于聚乙烯？是√ 否
（11）ABS 是共混物？ 是 否√
（12）单键内旋转是导致高分子链构型的原因？ 是 否√
（13）聚乙烯在晶相中分子链呈平面锯齿形排列？ 是√ 否
（14）－Si －O －比－C －O －内旋转容易？ 是√ 否
（15）高分子可100％结晶？ 是 否√
（16）结晶速度由结晶生长速度决定？ 是 否√
（17）差示扫描量热计（DSC 方法）可以测定高分子的结晶温度和结晶热？ 是√ 否
（18）晶片厚度增加，熔点提高？ 是√ 否
（19）聚对苯二甲酸乙二醇酯的熔点低于聚对苯二甲酸丁二醇酯的？ 是 否√
（20）整链和链段取向速度相同？ 是 否√
三、说明题
1、写出三种通用树脂的化学名称：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等
2、 写出三种工程塑料的化学名称：PA 、PET 、PBT 等
3、写出三种合成橡胶的化学名称：丁苯橡胶、聚异戊二烯、乙丙胶等
4、写出三种合成纤维的化学名称：PET 、PP 、PAN 、PA
5、写出三种热塑性树脂的化学名称：PET 、PP 、PA
6、写出三种热固性树脂的化学名称：环氧、不饱和聚酯、PI
四、论述题
1、高分子结构包括什么内容？
• 高分子结构包括链结构与聚集态结构。
• 链结构是指单个分子的结构与形态，分为近程结构和远程结构。
• 近程结构包括构造与构型
• 构造是指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列顺序，支链类型与长度等；
• 构型是指某一原子的取代基在空间的排列。
• 近程结构属于化学结构，又称一级结构。远程结构包括（1）分子大小与形态（伸直链、无规线团、折叠链）；（2）分子链的柔顺性及分子在环境中的构象。远程结构又称二级结构。
• 聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构：包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构。前四者是描述高分子聚集体中分子之间是如何堆积，又称为三级结构。织态结构－高级结构
2、讨论高分子柔顺性与链结构的关系？
• 主链结构 影响显著：
• 主链为单键连接的碳氢高分子，极性最小，旋转容易，具有较大的柔性。如聚乙烯、聚丙烯、乙丙共聚物。 • －Si －O －比－C －O －内旋转容易， －C －O － 又比－C －C －容易； －Si －O －Si －比 －C －O －C －容易； • 主链有芳杂环不能内旋转，柔顺性较差，具有耐高温的特点，用作工程塑料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET ）。 • 但主链芳杂环过多，刚性太大，加工困难，如聚苯硫醚（PPS ）、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜。
• 主链含有非共轭双键易于内旋转，柔顺性好，用作橡胶，如聚丁二烯，聚异戊二烯。
• 带有共轭双键的不能内旋转，都为刚性高分子，如聚苯、聚乙炔。
• 侧基：侧基极性对链柔顺性影响很大。
• 极性强、相互作用大，单键内旋转困难，柔顺性差，如PVC 比PE 的差。
• 侧基体积大，空间位阻大对内旋转不利，刚性增加，如PP 比PE 的柔顺性低。
• 但对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱，柔顺性大，如聚异丁烯有对称的侧甲基，使主链间的距离增大，链间相互作用力减弱，柔顺性增加，比PE 更加柔顺。
• 侧链的长短:
• 侧链短，内旋转产生的构象数小，刚性大。侧链长，主链所含的单键数目多，因内旋转而产生的构象数目多，柔顺性好。
• 但侧链长超过一定后，侧链长对柔顺性影响不大。
• 氢键：如果高分子链的分子内或分子间可以形成氢键，氢键的影响比极性更显著，可大大增加分子链的刚性。
3、讨论高分子结构与结晶能力的关系？
• 链的对称性：
• 高分子链的结构对称性越高，越容易结晶。如PE 、PTFE ，结晶能力强，难于得到非晶态，在结晶高分子中其结晶度最高；
• 分子链对称性降低，结晶能力降低。PE > PP > PVC > PS；
• 对称取代的烯类高分子，如聚偏氯乙烯、聚异丁烯，主链含有杂原子的聚合物，如聚甲醛（POM ），许多縮聚物PA 、PET 、PC 、PSF 等，分子链的对称性有所降低，但还属对称结构，都可以结晶，但结晶能力不如PE 。
• 链的规整性：
• 主链含有不对称中心时，不对称中心的构型完全是无规的，使高分子链的对称性和规整性破坏，失去结晶能力，不能结晶。如自由基聚合的PS 、PMMA 、聚醋酸乙烯酯等；
• 用定向聚合，使主链的不对称中心具有规则的构型，如间规（间同）或等规（全同）立构聚合物，链规整性提高，具有结晶能力；等规度越高，结晶能力越大。如等规、间规PS ，等规、间规PP 等，属于这类聚合物基本上为等规a －聚烯烃；
• 在二烯类聚合物中，几何构型是无规排列的，规整性被破坏，不能结晶；全顺式和全反式结构的聚合物可以结晶，如反式聚丁二烯容易结晶，反式聚合物的结晶能力大于顺式的；聚醋酸乙烯酯不能结晶，水解物聚乙烯醇结晶，归结于羟基体积小和有极性
• 共聚物的结晶能力：
• 无规共聚破坏了链的规整性，结晶能力降低，甚至不能结晶；
• 如果两种共聚单元的聚合物有相同类型的结晶结构，可结晶；
• 如果两种均聚物有不同结晶结构，组分多的可以结晶，组份少的作为缺陷存在于组份多的结晶中；
• 当两组份两相近时，结晶能力大大下降，甚至不结晶，如乙丙共聚物；
• 嵌段共聚物的各嵌段基本保持相对独立性，各嵌段可以结晶形成相应的晶区；如乙烯－丙烯嵌段共聚物，形成聚乙烯结晶和聚丙烯结晶；聚酯－聚丁二烯－聚酯嵌段共聚物，聚酯可以结晶形成物理交联点，使共聚物称为热塑性弹性体
• 其他因素：
• 链柔顺性降低，结晶能力下降；
• 高柔顺性的PE 结晶很快，主链含有苯环的PET ，柔顺性降低，结晶能力减弱，快冷时甚至来不及结晶； • 主链上苯环密度更大的PC ，链柔顺性更差，通常情况下不能结晶；
• 支链使链规整性和对称性降低，结晶能力下降、LDPE
• 交联限制链的活动性，轻度时结晶能力下降，高度时不能结晶；
• 分子间力使链柔顺性降低，影响结晶能力。
• 分子间形成氢键，有利于结晶结构的稳定
4、讨论结晶高分子的结晶速度影响因素？
（1）分子结构是决定结晶速度的根本因素：链结构简单、对称性高、规整性好、取代基空间位阻小、链柔顺性大，结晶速度快；如聚乙烯、聚四氟乙烯结晶很快，等规聚丙烯结晶比聚乙烯慢，全同聚苯乙烯更慢
（2）分子量对结晶速度由显著的影响：分子量低结晶快
（3）杂质存在对结晶过程有很大的影响：有些阻碍结晶，有些促进结晶，起到晶核的作用，通常称为成核剂. 加入成
核剂可使结晶速度大大加快，球晶变小. 成核剂已广泛地在工业生产中得到应用；有些溶剂也促进结晶
5、描述结晶度与高分子材料性能的关系？
• 非晶区处于橡胶态时，高聚物的模量、硬度随结晶度增加而提高。
• 在玻璃化温度以下，结晶度增加，分子链排列紧密，受到冲击时，分子链活动余地少，脆性增大，冲击强度降低，拉伸强度下降。
• 在玻璃化温度以上，结晶度增加，分子间的相互作用力增加，拉伸强度提高，断裂伸长率降低。结晶度提高，密度提高。
• 作为塑料使用，非晶或结晶度低的高聚物，最高使用温度是玻璃化温度。结晶度达到40％以上，由于结晶对链段运动的限制，最高使用温度接近熔点。结晶度提高，耐溶剂性提高
6、高分子链结构对熔点有何影响？
• 取代基越大，主链内旋转位阻越大，分子链柔顺性降低，熔点提高；
• 侧链的长度增加时，影响链间的紧密堆积，熔点降低。
• 聚酰胺熔点与碳原子奇、偶数有关，偶数的比奇数的高，偶数形成的氢键多。
• 主链含苯环或其他刚性结构的高聚物具有高的熔点。
• 二烯类聚合物熔点较低，其顺式的熔点比反式的低。
• 随着共聚单元浓度增加，熔点降低。等规度高熔点高。线性PE>支化PE 。
7、取向对高分子材料性能有何影响？
• 未取向高分子材料为各向同性，取向的为各向异性，取向使高分子材料的力学性能、光学性能和热性能发生明显的改变，取向通常使材料的Tg 、密度和结晶度提高，可以提高材料的使用温度。
8、测定结晶高分子熔点的方法？
• （1）膨胀计法－比容随温度的变化，（2）热分析法（DSC 、DTA ）－结晶熔融过程的吸热效应、温度变化，（3）偏光显微镜等－直接观察晶体的熔融
9、拉伸对高聚物熔点有何影响？
• 对于结晶高聚物，拉伸能使高聚物结晶，提高结晶度，同时提高熔点
10、为何P E T 矿泉水瓶口为透明，
而P E T 饮料瓶口为乳白色？
• PET矿泉水瓶口由于结晶度低而为透明，PET 饮料瓶口因结晶度高而为乳白色。
11、为何P E T 矿泉水瓶不能装高温水，
而涤纶衣服耐热水洗涤？
• PET 矿泉水瓶结晶度低，其Tg 低于100℃水，装高温水变形；涤纶衣服耐热水洗涤由于拉伸导致结晶度、耐热性提高。