2025年北京化工大学化学工程与技术（高分子化工）专业高分子材料改性试题及答案.docxVIP

2025年北京化工大学化学工程与技术（高分子化工）专业高分子材料改性试题及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、简答题（每题5分，共30分）

1.简述聚合物物理共混改性的基本原理及其面临的主要挑战。

2.比较化学改性与物理改性在改变聚合物性能方面的主要区别。

3.简述聚合物填充改性的作用机理，并列举三种常见的填充剂及其对聚合物性能的潜在影响。

4.解释什么是聚合物接枝改性，并说明其在提高聚合物性能方面的优势。

5.简述聚合物表面改性常用的物理方法和化学方法各一种，并说明其原理。

6.选择题（请将正确选项的字母填在题后括号内）

二、论述题（每题10分，共40分）

7.论述聚合物共混体系中出现相容性问题的原因，并阐述改善聚合物/聚合物共混体系相容性的主要策略。

8.结合具体实例，论述聚合物化学改性在开发高性能特种材料方面的应用价值。

9.详细讨论聚合物填充改性中，填料与聚合物基体之间的界面相互作用对复合材料性能的重要性，并说明如何通过改性手段改善界面相容性。

10.试述高分子材料改性的主要目的，并分析当前高分子材料改性技术发展面临的主要挑战和未来的发展趋势。

试卷答案

一、简答题（每题5分，共30分）

1.聚合物物理共混改性的基本原理：利用不同聚合物间的相互作用（如溶解度参数接近、晶格匹配等），通过物理方法（如熔融共混、溶液共混）将两种或多种聚合物混合，利用各组分聚合物链段的无规分布或相分离结构，以期获得单一均相或多相体系，从而改善或结合各组分聚合物的优异性能，得到综合性能更佳的新材料。解析思路：考察对共混改性基本概念的理解，需要说明其混合方式、结构特点（均相或多相）以及最终目的（性能互补或提升）。

2.化学改性与物理改性的区别：化学改性是通过化学反应引入新的官能团、改变聚合物主链结构或形成化学键，从而从分子层面改变聚合物的化学本质，产生根本性的性能变化；物理改性（如共混、填充、表面改性）主要是在不改变聚合物分子链化学结构的前提下，通过物理手段改变聚合物的形态结构（如相结构、分子间作用力、表面状态），或引入物理填充物，从而改变材料的宏观或微观性能。解析思路：考察对两大改性类别核心区别的掌握，关键在于区分是否改变了“分子化学本质”。

3.聚合物填充改性的作用机理与填料影响：作用机理主要是利用填料与聚合物基体之间的相互作用（包括物理吸附、化学键合等），在聚合物基体中形成强化网络或改变材料微观结构，从而传递应力、阻碍链段运动、改变结晶行为等，进而提高聚合物的强度、模量、硬度、耐磨性、导热/导电性、尺寸稳定性等。常见填料及其影响：①碳黑：显著提高橡胶的强度、耐磨性、抗疲劳性；②云母：提高聚合物的刚性、耐热性、尺寸稳定性；③二氧化硅（白炭黑）：提高聚合物的力学性能、耐磨性、抗老化性，并可作为交联剂。解析思路：考察对填充改性机理的理解（应力传递、结构改变等）以及常见填料的种类和功能，要求举例说明。

4.聚合物接枝改性及其优势：聚合物接枝改性是指在聚合物分子链上引入其他不同化学结构的长链侧基或支链的过程，通常通过自由基、阳离子、阴离子或配位等引发方式，使一种聚合物分子链上生长出另一种聚合物或官能团。其优势在于：可以赋予聚合物基体新的功能（如亲水性、抗静电性、生物相容性），改善与其它材料的相容性，调节材料的表面性能，或为后续功能化处理提供活性点。解析思路：考察对接枝改性概念和原理的理解，并说明其主要带来的性能或功能提升。

5.聚合物表面改性方法与原理：物理方法：如等离子体处理，利用高能粒子轰击聚合物表面，刻蚀、沉积或引发化学反应，改变表面成分和结构。化学方法：如表面接枝、表面交联、化学镀等，通过在聚合物表面引入官能团、形成交联网络或沉积金属层，改变表面化学性质和物理性质。解析思路：考察对两种主要表面改性方法的掌握，并说明其基本原理，即如何通过物理或化学手段改变“表面”的成分和结构。

6.（无）

二、论述题（每题10分，共40分）

7.聚合物共混体系相容性问题原因与解决策略：原因：①聚合物间化学结构、极性、分子量、链柔顺性差异过大，导致界面相互作用能低，混合时自由能增加，倾向于相分离；②聚合物链段体积排阻效应，使得两种聚合物链段难以互相进入对方的紧密packing区域。解决策略：①添加增容剂（第三组分），选择与两主组分均具有良好相容性的聚合物，降低界面能，促进相容；②改善界面相互作用，如在一种聚合物中引入能与另一种聚合物发生化学键合的基团（化学改性）；③通过物理或化学方法使一种聚合物表面改性，改变其表面能或与基体的相互作用力；④共混时进行充分的混合，细化相结构；⑤选择合适的加工条件（如