材料科学导论(A)卷答案

材料科学导论（A）卷答案

一、选择填空

1、（d）

2、（a）

3、（b）

4、（c）

5、（d）

6、（a，d）

7、（d）

8、（a，b）

9、（d）

10、（b）

二、判断对错题

1、（R）

2、（R）

3、（F）

4、（F）

5、（R）

6、（R）

7、（F）

8、（F）

9、（R）

10、（R）

三、填空题

1、（立体变化的）

2、（复合化功能化智能化低维化）

3、（94），（72）

4、（材料本身的结构）

5、（3000），（200），（100）

6、（螺杆或柱塞）

7、（重金属、轻金属、贵金属和稀有金属）

8、（便于成型或组装）

9、（绝缘材料）

10、（温度）

四、简答及名词解释

1、简述包装材料及其分类。

现代包装种类很多，根据包装分类的角度不同，可形成多样化的分类方法。如按内外层次分有内包装和外包装；按包装功能分有防水包装、防潮包装、防霉包装、防辐射包装、防盔包装、防伪包装等；按流通中的作用分有工业包装、商业包装和消费包装等。这里以包装

所用材料不同来叙述材料在包装工业中的作用。

包装材料是指用于制造包装容器和包装运输、包装装潢、包装印刷等有关材料和包装辅助材料的总称。根据包装所用材料的不同，可分为纸质包装，如纸板包装、瓦楞纸包装；木质包装，如木箱包装、木桶包装；玻璃包装；陶瓷包装：金属包装；塑料包装，如塑料薄膜包装、塑料容器包装，以及复合材料包装等。

2、复合材料的结构物特征与类别

复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相起粘结、保护增强相并把外加载荷造成的应力传递到增强相上去的作用。基体相可以由金属、树脂、陶瓷等构成，在承载中，基体相承受应力作用的比例不大；增强相是主要承载相，并起着提高强度(或韧性)的作用，增强相的形态各异，有纤维状、细粒状、片状等。工程上开发应用较多的是纤维增强复合材料。

复合材料通常有如下几种分类方法。按基体材料类型可分为：树脂基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类；按增强体类型可分为：颗粒增强型、纤维增强型和板状复合材料三大类。

按用途可分为：结构复合材料与功能复合材料两大类。结构复合材料指以承受载荷为主要目的，作为承力结构使用的复合材料。功能复合材料指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料，即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。以增强纤维类型分：碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、复合纤维复合材料。

3、简述智能材料原理与种类

智能材料系指对环境可感知响应，并且有功能发现能力的新材料。它是在原子、分子水平上进行材料控制、在不同层次上赋予自检测(传感功能)、自判断、自结论(处理功能)和自指令、自执行(执行功能)所设计出的新材料。它是受集成电路启迪并且仿照生物体所具有的功能而设计的三维组件模式的融合型材料，使无生命的材料变得似乎有了“感知”和“知觉”。众所周知，生命实际上是蛋白质的存在形式，细胞为生体材料的基础，而细胞本身就有传感、处理和执行三种功能，故它可以作为智能材料的蓝本。从这一角度出发，智能材料也可叫仿生智能材料。

仿生智能材料主要有金属系、无机非金属系和高分子系智能材料。

4、、简述包装用塑料材料与种类

包装用塑料材料受到众多限制，目前用于包装的塑料主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA，俗称尼龙)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，俗

称聚酯)、聚碳酸酯(PC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚乙烯醇(PV A)及乙烯·乙酸乙烯共聚物(EV A)等。包装塑料用量在塑料中占首位，约占全部热塑性塑料产量的1／3。塑料包装材料主要制品有薄膜(袋)、中空容器(瓶、罐、桶等)、周转箱、片材成型容器、泡沫塑料、编织袋、打包带、合成纸等。塑料包装约占包装材料的四分之一，仅次于纸晶包装，其中又以薄膜为最主要。

塑料包装主要有一般包装和食品包装两类。塑料在用于一般包装时，通常要求具有优良的实用性和装饰性，而当塑料用于食品包装时，还应满足食品包装的一系列特殊要求。

5、简要陈述高分子材料的环境劣化

在热、光、辐射、气候等环境和化学环境作用下，高分子材料会发生各种变化。高分子材料的化学反应活性与构成高分子材料的化学键有很大关系。聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃只含有C一C键与C一H 键，是比较稳定的，可发生的化学反应主要是取代，如氯化等。支化聚乙烯含有叔碳原子，构成氧化的活性点。聚四氟乙烯只含有C-C 键与C-F 键，这两种键都是极为稳定的而其他含氟高分子材料还含有C一H 键或C一C 键，就容易受到过氧化物、二胺或二异氰酸醋的攻击。主链上含双键的高分子材料如二烯烃橡胶，容易受氧气、臭氧、卤化氢和卤素的作用。尤其是臭氧，能够造成断链，使大分于的相对分子质量迅速降低。醋基、酞胺基和碳酸盐基都对水解敏感。如果水解发生在侧链上还无关紧要，如果发生在主链上也会造成相对分子质量的降低。

无论是主链上还是侧链上的苯环都可能发生取代反应。但这种取代对高分子材料的性质不会产生重大影响，既不会发生断链，也不会发生交联。高分子材料的反应与小分子的反应有两点主要不同：一是反应只发生在分子链的“弱键”上，而一旦弱键上发生反应，就会造成断链或功能化，使相对分子质量发生变化或赋予某种功能性；二是反应活性点在大分子上往往是重复出现的，在小分子上的一步反应在大分子上往往会发生连锁反应。例如聚甲醛和聚甲基丙烯酸甲酷的解聚就是连锁反应。在热、光与高能辐射作用下，高分子材料可能会发生交联、断链或其他结构变化。

高分子材料在高温环境下的行为称为热稳定性。在没有其他物质存在的情况下，高分子材料的热稳定性只与键能有关。同热与光的影响一样，高能辐射也会造成高分子材料的交联或断链。影响高分子材料性能的环境大致可以分为四类：化学环境、热、光照〔主要是紫外线〕和高能辐射。

五、计算及论述题

1、已知两种聚乙烯树脂的相对分子质量分别为15×104和2×106，试计算两种聚乙烯树脂的聚合度。（要求给出计算步骤并说明生产原料，写出化学合成反应方程式）

解题说明：

合成高分子化合物是由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成，其化学反应式可写成：nCH2=CH2 [CH2-CH2-]n

（2）从中可以看出，聚乙烯是由许多氯乙烯小分子打开双键连接而成的由相同结构单元多次重复组成的大分子链。这种可以聚合成高分子化合物的低分子化合物称为单体。组成高分子化合物的相同结构单元称为重复单元，每个重复单元又称作大分子链的一个链节，一个高分子化合物中重复单元的数目n叫做链节数，在大多数场合下链节数可称为聚合度，记为DP。例如聚氯乙烯的单体是氯乙烯，链节是-CH2-CHCl-，聚合度为300～2500，相对分子质量为2万～16万。

（3）5357；71429

（4）生产原料为乙烯单体。

2、按照材料的分类，分别阐述并分析金属材料、无机非金属材料、高分子材料三大类材料的内部结构特征

答题要点：

金属材料、无机非金属材料、高分子材料的差异本质上是由不同的元素、以不同的键合方式造成的。

金属材料：以金属键把各个原子吸引在一起，成为金属晶体。其特点是具有键作用的电子并不固定在一定的原子上，而是可以多少在金属格子(由阳离子排列成的有序晶格)之间自由活动。格子由离子化了的金属原子构成，电子就起到将它们结合成键的作用。这种键具有无方向性的球对称性质。金属的高电导率和高热导率都是金属中自由电子运动的结果。此外，自由电子能够吸收所有波长的能量，从而也解释了金属对光的非透明性；而这一·吸收能量的辐射，又同样解释了金属表面的高反射性。

无机非金属材料：主要以共价键结构和离子键结构为主。其中也可能含有多种键型共同存在的作用。从显微结构上看，绝大多数陶瓷材料通常含有一种或一种以上的晶相，一定数量的玻璃相，少量或极少量的气相(气孔)，因而呈现出多相结构。不同类别的陶瓷有着不同的显微结构，但总的来说，可以归纳为结晶相、固溶体相、玻璃相和气相。结晶相又可分为主晶相、次晶相及第三晶相。

高分子化合物是由大量重复的结构单元连接而成。高分子材料的结构包括高分子链的结构及聚集态结构。大分子之间的相互作用大分子链中原子之间、链节之间的相互作用是强大的共价键结合，这种结合力称为主价力。其大小取决于链的化学组成，化学组成不同，共价键的键长和键能也不同。主价力的大小对高分子化合物的性能，特别是熔点、强度等有重要的影响。大分子之间的相互作用是范德华力和氢键，这类结合力称为次价力，大小比主价力小得多，只有主价力的1％～10％。但次价力对物质的性能有很大影响，对相对分子质量很大的高分子化合物来说尤为重要。