2015北京化工大學(xué)高物期末考試課后習(xí)題講解PPT.pdfVIP

高分子物理高分子物理 三 四 五章習(xí)題課講解 2014 12 29 董彬董彬 3 2 對聚乙烯進(jìn)行氯化 氯原子無歸取代氫原子 低氯 含量時(shí)會(huì)使軟化點(diǎn)降低 高氯含量時(shí)又會(huì)使軟化點(diǎn)升高 解釋原因 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 低氯含量時(shí) 氯原子的引入破壞了聚乙烯鏈結(jié)構(gòu)的規(guī)整性 降低了結(jié)晶的完 善程度 導(dǎo)致軟化點(diǎn)軟化點(diǎn) 熔點(diǎn) 熔點(diǎn) 下降 高氯含量時(shí)結(jié)晶能力已經(jīng)完全喪失 為無定形聚合物 由于氯原子的極性 軟化點(diǎn)軟化點(diǎn) 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 升高 對于高結(jié)晶聚合物而言 不存在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū) 軟化點(diǎn)為其熔點(diǎn) 對于無定形聚合物而言 存在一玻璃態(tài)到高彈態(tài)的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū) 軟化點(diǎn)為其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 3 4 聚苯乙烯的Tg 100 聚丁二烯 視為均聚物 的 Tg 70 欲得到Tg 55 的丁苯橡膠 苯乙烯質(zhì) 量分?jǐn)?shù)應(yīng)為多少 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 3 8聚丙烯酸酯的Tg為233K 環(huán)氧樹脂的Tg為393K 二者的混合 體系分為兩相 環(huán)氧樹脂在兩相中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0 9和0 28 現(xiàn)對該混合體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)測試 畫出定性的 tg 溫度曲線圖 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 3 12 一聚合物應(yīng)力松弛模量在t 0時(shí)為2 0GPa t 104s時(shí)為1 0GPa 求該聚合物突加應(yīng)力100MPa后1000s時(shí)的應(yīng)變 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 蠕變過程蠕變過程 3 14 一個(gè)類Maxwell單元由一個(gè)普通黏壺和一根理想橡膠帶構(gòu)成 27 時(shí)受1000Pa的恒定應(yīng)力 3h后應(yīng)變?yōu)?2 00 在此刻去除應(yīng) 力 永久應(yīng)變?yōu)? 750 現(xiàn)將此模型用于應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn) 在127 固定應(yīng)變?yōu)? 5 求初始應(yīng)力 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 3 15 一個(gè)Kelvin單元 G 2 105Pa 103s 串聯(lián)一個(gè)黏壺 3 108 Pa s 試給出 1 描述體系在恒定應(yīng)力4 9Pa下形變隨時(shí)間的變化規(guī)律 2 若應(yīng)力保留3000s后移去 試畫出蠕變與回復(fù)曲線 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 1 2 3 19 某高分子材料273K時(shí)黏度為105Pa s Tg 時(shí)的黏度 為1012 Pa s 求其在298K時(shí)的黏度 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 3 22 在298K下聚異丁烯應(yīng)力松弛到105N m 2約需10h 試用WLF方 程求其在253K應(yīng)力松弛到同一數(shù)值所需的時(shí)間 已知PIB的Tg為 203K 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) 3 27 一聚合物溶液可用描述 應(yīng)力為 1000 Pa時(shí)的黏度是多少 溶液為膨脹體還是假塑體 2 70 102 0 635 第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章 聚合物運(yùn)動(dòng)學(xué) Ostwald de Waele方程 又叫冪律公式 n 黏度 1000 7 86 127Pa s 1000 2 70 102 0 635 剪切速率 7 86 指數(shù) n 0 635 1 有 2 70 102 0 365 可知黏度隨剪切速率的增大而逐漸降低 故為假塑性流體 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) 4 2 兩根相同長度的聚乙烯醇纖維 一根上懸掛重物浸入熱水中 纖維不發(fā)生變化 另一根松散地漂浮于熱水中 纖維會(huì)發(fā)生溶解 試解釋這種現(xiàn)象 聚乙烯醇為水溶性高分子聚合物 拉伸狀態(tài)下聚乙烯醇分子鏈沿拉伸方向平行取向 促進(jìn)了分子鏈的結(jié)晶 同 時(shí)拉伸可降低聚合物的熔融熵 S0 從而提高了熔點(diǎn) 此時(shí)的水溫未及熔點(diǎn)故 不溶解 未拉伸狀態(tài)下聚乙烯醇為無定形態(tài) 易溶于熱水 4 5 利用Thompson Gibbs 方程計(jì)算厚度為100nm 50nm 10nm 5nm的聚乙烯晶片的熔點(diǎn) H0 293J g c 1g cm3 Tm0 415K 90mJ m2 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) Thompson Gibbs 方程方程 0 1 2 0 Tm為聚合物熔點(diǎn) Tm0為平衡熔點(diǎn) 為表面自由能 Lc為晶片厚度 H0為熔融熱 晶片厚度為100nm時(shí) Tm 412K 晶片厚度為50nm時(shí) Tm 410K 晶片厚度為10nm時(shí) Tm 390K 晶片厚度為5nm時(shí) Tm 364K 結(jié)論 晶片厚度越小 晶片熔點(diǎn)越低 4 10 證明質(zhì)量結(jié)晶度 wc A 1 a s 其中A為依賴聚合物性質(zhì)的常數(shù) 與結(jié) 晶度無關(guān) a與 s分別為無定形組分與樣品密度 今有兩個(gè)聚合物樣品密度 分別為1 346和1 392g cm3 質(zhì)量結(jié)晶度分別為10 和50 求 a 晶區(qū)與非晶 區(qū)密度 c與 a b 密度為1 357g cm3的樣品的質(zhì)量結(jié)晶度 a 1 335g cm3 A 12 24 c 1 454g cm3 a b 4 15 某聚合物總?cè)∠蚨葹?0 8 結(jié)晶度 0 50 晶區(qū) 取向度為 0 95 求無定形鏈的取向度 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) 總?cè)∠蚨?f fcwc fawa 取向取向 Orientation 指結(jié)構(gòu)單元關(guān)于特定方向排列的傾向性 包括一維取向及二維取向 0 8 0 95 0 5 fa 0 5 求得無定形鏈的取向度 fa 0 65 4 17 一樣品隨溫度升高由三維晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榻б壕?再轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄幸壕 再轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨嗤砸后w 畫出相 應(yīng)的DSC譜圖 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) DSC譜圖譜圖 第五第五章 極限力學(xué)性能章 極限力學(xué)性能 5 4 工程師欲將聚苯乙烯產(chǎn)品的摩爾分子質(zhì)量從225000 g mol 降 低到150000 g mol以方便用戶加工 這一舉措將對產(chǎn)品的力學(xué)性 能有何影響 你同意這一決定嗎 分子量與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系 分子量較低時(shí) 拉伸強(qiáng)度隨分子量 的升高而增大 當(dāng)分子量超過一定值后 拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)平臺(tái)區(qū) 不再隨分子量變化 出現(xiàn)平臺(tái)的臨界分子量一般為纏結(jié)分子量 Me的8倍 分子量越高 熔體的黏度越大 加工越困難 因此一般商品聚 合物分子量都控制在7Me左右 對于聚苯乙烯 查表對于聚苯乙烯 查表3 2可知 其臨界纏結(jié)分子量可知 其臨界纏結(jié)分子量Me為為18 100 7Me 126 700 尚低于尚低于155 000 此舉提高加工性能 不損失 此舉提高加工性能 不損失力學(xué)性能 因此是可取的 力學(xué)性能 因此是可取的 第五章 極限力學(xué)性能第五章 極限力學(xué)性能 5 5 一聚甲基丙烯酸甲酯樣品的中央開有一個(gè)2 0cm的缺口 其KIC為0 80 MPa m1 2 裂紋擴(kuò)