Polymer Materials

Vakinformatie

Het vak werd vroeger gegeven door Prof. Erik Nies, maar wordt vanaf 2023-2024 gegeven door Bart Goderis en Guy Koeckelberghs. Het examen van Koeckelberghs is mondeling en het examen van Goderis is deels schriftelijk, deels mondeling. De cursus is ook veranderd in 2023-2024 waardoor sommige examenvragen van daarvoor mogelijks niet meer relevant zijn. De lessen van Prof. Koeckelberghs worden niet opgenomen. In 2024-2025 is de leerstof van Goderis weer deels veranderd.

Examenvragen

9 januari 2026

Big questions Goderis

1. How do you achieve stable necking (wil een hele uitleg over compression test, dat als ge strain hardening hebt de stress daarvan hoger moet liggen dan de yielding stress zodat die ervoor kiest om de nek langer te maken). What happens when you have a deep notch (figures are given)
2. Formula of free energy for misscibility given, explain each term + explain for UCTS

Small questions Goderis

1. Figures for a creep test given, how is it described Maxwell or Kevin voight
2. What is OEM
3. 3 reasons why you add compatibilizers
4. How is the pressure obtained in injection molding
5. What is the largest reason for decrease in viscosity with increasing temperatures

Questions Koeckelberghs

1. How do you obtain cationic polymerization?
2. Controlled polymerization with TEMPO
3. Explain using the structure of vinyl why it is used for polymerization (+ voorbeeld voor elke soort)
4. Butadiene and another molecule given which polymerizations take place and which not and why (structuren tekenen)

9 januari 2026

big questions Goderis (mondeling)

1. PS has brittle behaviour, why? Mechanical rejuvination can make it ductile, but after some time it becomes brittle again. What is mechanical rejuvenation, what does it do, why does it become ductile, why does it become brittle again and what is this called? Draw the tensile deformation curve of PS at the beginning and after some time.
2. Phasediagram for a partially miscible polymer blend (chapter 7 slide 37). You have a polymer blend with 33% of B, what does it mean when it is in the miscible region, metastable region and unstable region? Extra question: What does metastable mean and why is it there?

small questions Goderis (schriftelijk)

1. Give 3 examples of natural polymers
2. What is a steam cracker doing
3. How do you define Newtonian liquids
4. Which element permits describing the stress relaxation behavior of viscoelastic materials: a Maxwell element or a Kelvin-Voigt element? Explain why.
5. AMorphous polymers display a rubber plateau in a graph of the modulus as a function of temperature. What is the molecular requirement to have a rubber plateau?
6. Which of the following polymers has the highest and the lowest Tg? A) HDPE, B) PP or C) PVC? Explain why. (structures given)
7. Which processing technique(s) would you recommend to produce thin multi-layer foils for packaging purposes?
8. Why is the zero shear rate viscosity of long chain polymers increasing with Mn according to Mn^3,4?
9. What is an ionomer?
10. What is the origin of shish-kebab structures in the context of polymer crystallization? Make a sketch of the structure.

questions Koeckelbergs

1. What is the difference between chain-growth and step-growth? Does is affect mass?
2. Explain stereospecificity. Give for 2 different types a polymerization method that leads to that particular type.
3. Define Mn, Mw and how can you measure these?
4. In which way can the following vinyl monomers be polymerized? Explain why (not)? Butadiene and 4-vinylphenol (structures given)

21 januari 2025

big questions Goderis (mondeling)

1. hoe werken de twee mechanismen van plastische vervorming en hoe meet je ze experimenteel. ook vragen over PS, HIPS, salami stuctuur.
2. wat zijn compatibalisers, waarom gebruik je ze en hoe breng je ze in een polymeer

small questions Goderis (schriftelijk)

1. shish kebab structuur tekenen en uitleggen
2. waarom gebruik je nylon niet als screws?
3. true vs engineering stress en strain
4. elastic inversion wat is het
5. ldpe blow film
6. wat is het percentage petroleum van alle fossiele brandstoffen die we gebruiken
7. waarom neem viscositeti toe met Mw tot de macht 3.4
8. couette cell tekenen en wat uitleg geven

questions koeckelbergs

1. step chain en chain growth uitleggen
2. verschillende polymeren waaronder isobutylenen en methacrylaten hoe polymeriseren en waarom
3. hoe maak je de verschillende tacticiteiten van polymeren en waarom werkt dat

14 januari 2025

big questions goderis (mondeling)

1. give the different types of polyethylene and how do you make them? there was also a graph given and u needed to point for each polyethylene a graph (graph is in the cursus)
2. how can you predict necking? what happens after mechanical rejuvenation and a deep notch?

questions koeckelberghs (mondeling)

1. give the relation between MM and step-growth polymerization + formules
2. explain cationic polymerization, how can you make it a living polymerization?
3. exercises like in the cursus

25 Januari 2024 (NM)

big questions Goderis (mondeling)

1. Explain the gel spinning process for Dyneema fibers. Why are they so strong? (How to determine the strength? -> graph)
2. Does atactic polystyrene crystallize? Why (not)? How will the Tg change when: MM is increased, adding crosslinks, adding plasticizer. When butadiene is copolymerized with styrene, will the Tg change? (Give the formula of the Tg of a miscible mixture.)

small questions Goderis (schriftelijk)

1. Properties vs performance.
2. Microplastics?
3. Flash?
4. Draw a Couette cell.
5. Co-extrusion?
6. Maxwell element vs Kelvin-Voigt element: which one is used for stress relaxation experiments? Why?
7. Ionomers?
8. Conformation of crystalline PE.
9. Why does η0 change with MM^3,4?
10. Draw the microstructure of LDPE.

questions Koeckelberghs (mondeling)

1. Compare chain growth polymerization with step growth polymerization. How does the molar mass change during these reactions?
2. Give the formula to calculate the dispersity of a living polymer with the MM. Draw a graph of the polymerization reaction for living polymers.
3. Vinyl acetate and ethacrylic acid -> radical/anionic/cationic? Why?

16 Januari 2024

big questions Goderis (mondeling)

1. states of aggregation and effect of molecular weight
2. 3 ways of making thermoplastic elastomers (non-permanent crosslinks)

small questions Goderis (schriftelijk)

1. plastic vs polymer
2. naphta
3. is LDPE of LLDPE copolymer
4. spinneret
5. blown film process
6. hoe is de conformatie van kristallijn polyethyleen
7. Poiseuille flow
8. iets over viscositeit

questions Koeckelberghs (mondeling)

1. twee vinyl hoe te polymeriseren
2. wat is steoregulariteit heef twee types en heeft elke type een soort van polermerisatie da je die stereo krijgt
3. chain and step en MM

12 Januari 2024

big question Goderis (mondeling)

1. polymer melt index(viscosity depends on what? (mm, temperature, shear rate(newton’s law: are polymers newtonian liquid, shear thinning behaviour? -> also look at H7 slide 73
2. crystallization graph of 4 polymers (with Tg and Tm) and graph with specific volume something (H7 slide 43!!)-> looks like amorphous polymer graph but it isnt!! -> talk about PE conformations (HDPE LDPE LLDPE). (temperature dependance of free volume is also related to one of these questions (H6))

small question Goderis

1. macromolecule vs polymer
2. thermo elastic inversion effect for rubbers(H7 slide 71)
3. True of false: shrinking foil is high polydispersity needed?
4. steam cracking?
5. why not use nylon screw? (we did it in the exercise) (strain reduces faster)
6. die swelling
7. which process for plastic bottles(extrusion blow molding and injection blow molding)
8. zero shear rate viscosity increases with mw^3.4 why (H7)
9. how to find toughness with tensile experiment (H6)
10. dont remember

Guy (mondeling)

1. Mw and Mn -> how to measure
2. anionic living polymerization (counterion, stability, solvent) -> under which conditions: ex no O2/C02 -> peroxide forming…
3. dibuteen and 4-Vinylphenol how to polymerize, stabilisatie en compatibele zijgroepen.

24 Januari 2023

1. Welke polymerisatie ondergaat wel/niet onderstaande molecule (10 punten)?
2. Begrippen (10 punten)
   • Mz adhv molecular weight + welke eenheid heeft eindresultaat definitie
   • Hoe ziet operating point van een injection er uit? Maak een schets/tekening.
   • Staudinger Hypothese
3. UHMWPE (Tabel met gegevens gegeven; 10 punten)
   • Wat is UHMWPE en wat is er speciaal aan?
   • Is deze in coiled vorm? Ja/neen + leg uit waarom.
   • Welke waarden in tabel hebben invloed/zeggen iets over volume van coiled vorm?
   • Leid een formule af voor afhankelijkheid van Mw bij weight density van coiled vorm.
   • Reken uit
4. Rubberen bal (ideaal rubber bij Rubbery plateau; 10 punten):
   • Schets storage modulus en loss modulus tussen -50°C - 50°C met Tg = -19°C
   • Leg de schets uit
   • Bal wordt om de zoveel tijd losgelaten vanaf 1m hoog. Schets grafiek (h/T) en waarom heb je die zo geschetst?
   • Hebben "*" 2 en 3 iets met elkaar te maken? Zo ja/neen? Waarom?

29 Augustus 2022

1. Polystyrene
2. FJC-model
3. Begrippen
   • Staudinger Hypothese
   • Mz
   • Performance VS Property
4. Rectangular rubber loaded with mass. T lowers from 50°C to -50°C
   • (zie vraag jan '22)

25 januari 2022

1. In which ways can Methyl vinyl ether be polymerised?
2. What is the freely jointed chain model + make a drawing indicating the relevant parameters. Give a basic expression for R, give a precise expression for the contour length L. Derive an expression for <R.R> and discuss for each step what you did.
3. • - What is Newtonian viscosity and how can it be determined from the shear rate dependent viscosity? - Illustrate the dependence of the Newtonian viscosity on the molar mass, what are the molecular reasons for this?
   • - What is a thermoplastic elastomer? - How is it made out of block copolymers?
   • Give the Staudinger hypothesis.
4. Rectangular rubber loaded with mass. T lowers from 50°C to -50°C (tabel gegeven met veel gegevens) (oefening analoog aan set 5 over rubbers, oefening 2)
   • What is an ideal rubber?
   • Calculate length of the rubber at 50 °C (gewoon extension ratio berekenen, alle gegevens voor de formule zijn gegeven)
   • Make a plot L(T) from - 50 °C to 50 °C and indicate length from previous exercise (dezelfde vgl oplossen maar dan voor andere temperaturen en je bekomt een dalende rechte vanaf glastransitietemperatuur want vanaf daar is de formule geldig)
   • Explain this behaviour (elasticiteit en entropie)

9 januari 2021

1. In which ways can acrylonitrile be polymerized?
2. What is the freely jointed chain model + make a drawing indicating the relevant parameters. Give a basic expression for R, give a precise expression for the contour length L. Derive an expression for <R.R> and discuss for each step what you did.
3. • Give the definition for Mz, starting from the molecular moments. Discuss each variable and give the units.
   • What is the operating in injection moulding + make a drawing.
   • PE is made by free radical polymerization (Mw = 50 kg/mole, D = Mw/Mn = 3.2), can we make super strong PE fibers from this? Explain
   • State the Staudinger hypothesis.
4. A cylindrical nylon fiber is used to suspend a 10 kg rotor in a centrifuge experiment. At T = 60°C, L0 = 20 cm and after 50 minutes, L = 20.0045 cm.
   • What mechanical analogue would you use to describe the centrifuge experiment?
   • Calculate stress and strain at T = 60°C and after 50 minutes.
   • Determine Rs, the radius of the nylon fiber.
   • Determine the elongation of the fiber at T = -10°C and after 24 hours.

22 januari 2020

1. Vraag 1: Pagina 1 van voorbeeld examenvragen
2. Vraag 2 (mondeling): Rechthoekig rubber wordt beladen met een massa. T daalt van +50°C tot -50°c met 1°C/min en er is nog een tabel met een heel aantal gegevens beschikbaar.
   • Bereken de lengte van het rubber bij 50°C (gewoon extension ratio berekenen, alle gegevens voor de formule zijn gegeven)
   • Maak een plot van lengte ifv temperatuur en neem je bekomen lengte uit bovenstaande vraag mee (dezelfde vgl oplossen maar dan voor andere temperaturen en je bekomt een dalende rechte vanaf glastransitietemperatuur want vanaf daar is de formule geldig)
   • Verklaar je observatie (elasticiteit is door entropie bepaald, geef analogie met veerconstante)
3. Gesloten boek: Pagina 2 van voorbeeld examenvragen

13 januari 2020

1. Vraag 1 van voorbeeldexamen (open boek)
2. Vraag met grafiek Young's modulus van voorbeeldexamen (open boek, mondeling)
3. Verschil copolymerisatie Ziegler-Natta vs metalloceen van voorbeeldexamen (gesloten boek)
4. Formule kracht elasticiteit, entropieveer van pagina 4 voorbeeldexamen (gesloten boek)
5. Tabel met info UHMWPE. Waarvoor staat UHMWPE? Wat is er typisch aan deze graad? Afleiden densiteit van coiled coil, welke assumpties maak je bij deze afleiding? Uitrekenen densiteit. Is (een specifieke naam van polymeer) PE in de coiled coil conformatie?

14 januari 2019

1. vraag 1: pagina 1 van voorbeeld examenvragen
2. vraag 2 (mondeling): Rechthoekig rubber wordt beladen met een massa. T daalt van +50°C tot -50°c met 1°C/min en er is nog een tabel met een heel aantal gegevens beschikbaar.
   • Bereken de lengte van het rubber bij 50°C (gewoon extension ratio berekenen, alle gegevens voor de formule zijn gegeven)
   • Maak een plot van lengte ifv temperatuur en neem je bekomen lengte uit bovenstaande vraag mee (dezelfde vgl oplossen maar dan voor andere temperaturen en je bekomt een dalende rechte vanaf glastransitietemperatuur want vanaf daar is de formule geldig)
   • Verklaar je observatie (elasticiteit is door entropie bepaald, geef analogie met veerconstante)
3. Gesloten boek: pagina 2 van voorbeeld examenvragen

16 januari 2018

1. Hoe polymeriseert methylvinylether? (open boek)
2. Oefening elongatie nylon 66 vezel in centrifuge experiment (open boek, mondeling)
   • welke verband tussen stress en strain
   • Bereken stress en strain
   • Bereken diameter draad
   • Uitrekken bij andere T (onder Tg)
3. Vanalles over newtioniaanse viscositeit (def., te zien in shear thinning, verband met molaire massa)
4. Wat zijn thermoplastische elastomeren
5. Experiment met stelling (van voorbeeld examen blijkbaar)
   • Klopt stelling
   • Bewijs je redenering
   • Geef alle variabelen en hun eenheden gebruikt in bewijs

15 januari 2018

1. Polymerisatie van acrylonitril (radicaal, kationisch, anionisch) (open boek)
2. Oefening van rubber (analoog aan laatste (set 5, ex 2) oefeningen, rubber wordt uitgerokken door een kracht, dit wordt gevolg bij temperaturen van 50 °C tot -50 °C, bespreek plot) (open boek, mondeling)
3. Leg het verschil uit tussen
   • Performance & property
   • Entanglements & cross-links
4. Extruder
   • Geef vergelijk volumetrische flow
   • Leg alle symbolen uit en geef de eenheden
   • Een mould wordt aan een extruder gezet voor een rod-shaped object te maken,teken dit, geef werkings punt (Qextr=Qdie)