高物試題1卷答案.doc

高分子物理期末考試試題1卷參考答案 一 、名詞解釋（每題2分，共10分）：1、內(nèi)聚能密度與溶度參數(shù)：內(nèi)聚能密度定義為單位體積凝聚體汽化時(shí)所需要的能量。溶度參數(shù)定義為內(nèi)聚能密度的平方根。2、時(shí)溫等效原理：升高溫度與延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)分子運(yùn)動(dòng)是等效的，對(duì)聚合物的粘彈行為也是等效的。3、力學(xué)松弛：高聚物的力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間的變化。它包括蠕變、應(yīng)力松馳、滯后、力學(xué)損耗。4、泊松比：材料拉伸時(shí)橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值之負(fù)數(shù)，是一個(gè)反映材料性質(zhì)的重要參數(shù)。5、 構(gòu)型與構(gòu)象：構(gòu)型是指分子中由化學(xué)鍵所固定的原子的空間排列。構(gòu)象是指由于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子的空間位置上的變化。 二、簡(jiǎn)答題（可任選答8題，每題5分，共40分）：1、試判別在半晶態(tài)聚合物中，發(fā)生下列轉(zhuǎn)變時(shí)，熵值如何改變？并解釋其原因：（1）Tg轉(zhuǎn)變；（2）Tm轉(zhuǎn)變；（3）形成晶體；（4）拉伸取向。答：（1）Tg轉(zhuǎn)變時(shí)熵值增大，因鏈段運(yùn)動(dòng)使大分子鏈的構(gòu)象數(shù)增加； （2分）（2）Tm轉(zhuǎn)變時(shí)熵值增大，理由同（1）； （1分）（3）形成結(jié)晶時(shí)熵值減小，因大分子鏈規(guī)整排列，構(gòu)象數(shù)減少； （1分）（4）拉伸取向時(shí)熵值減小，理由同（3）。 （1分）2、試述高聚物平衡高彈性的特點(diǎn)、熱力學(xué)本質(zhì)和分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理。 答：高聚物平衡高彈性的特點(diǎn)：1) 彈性應(yīng)變大；2) 彈性模量低；3) T升高，高彈平衡模量增加；4) 快速拉伸，溫度升高。 （2分）熱力學(xué)本質(zhì)：熵彈性； （1分）分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理：鏈段運(yùn)動(dòng)從卷曲構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺沟臉?gòu)象。 （2分）3、簡(jiǎn)述結(jié)晶溫度對(duì)聚合物結(jié)晶速度的影響。答：由于結(jié)晶過(guò)程可分為晶核生成和晶粒生長(zhǎng)兩個(gè)階段（1 分），成核過(guò)程涉及核的生成和穩(wěn)定，溫度越低越有利于成核（1 分）；晶粒生長(zhǎng)取決于鏈段向晶核擴(kuò)散和規(guī)整堆砌的速度，是一個(gè)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，溫度越高越有利于生長(zhǎng)（1 分）。所以結(jié)晶速度與溫度呈現(xiàn)單峰形。（1分）Tmax=0.800.85Tm (K )。（1 分）4、指出非晶態(tài)聚合物的模量（或形變）-溫度曲線的力學(xué)行為可分幾個(gè)區(qū)域，并從分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理的角度加以說(shuō)明。答：區(qū)：玻璃態(tài)區(qū)。由于溫度低，只有小尺寸運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)，聚合物處于玻璃態(tài)，模量很高（GPa 級(jí)）。 （1 分） 區(qū)：玻璃橡膠轉(zhuǎn)變區(qū)。隨溫度升高，鏈段開始運(yùn)動(dòng)，模量迅速下降3-4 個(gè)數(shù)量級(jí)。（1 分）區(qū)：橡膠彈性平臺(tái)區(qū)。模量保持平穩(wěn)，鏈段可以運(yùn)動(dòng)，但受到物理纏結(jié)的限制，聚合物呈現(xiàn)橡膠彈性。 （1 分） 區(qū)：橡膠流動(dòng)區(qū)。隨溫度升高，發(fā)生解纏，模量開始下降，分子鏈滑移，即開始流動(dòng)。（1 分） 區(qū)：液體流動(dòng)區(qū)。模量降至幾百Pa。聚合物很容易流動(dòng)。 （1 分）5、比較下列物質(zhì)的 Tg，并解釋原因。（1）PP 與 PS；（2）聚甲基丙烯酸甲酯與聚甲基丙烯酸丁酯；（3）PAN 與 PVC。答：（1）PP 低于PS（1 分）： 由于PS 的側(cè)基為體積較大的苯環(huán)，使單鍵旋轉(zhuǎn)困難，分子鏈的柔性變差。 （1 分） （2）聚甲基丙烯酸甲酯高于聚甲基丙烯酸丁酯（1 分）：因?yàn)轷ヮ惾嵝詡?cè)基越長(zhǎng)，分子鏈間距越大，分子鏈的柔性越好。（1 分）（3）PAN 高于PVC：由于PAN 的側(cè)基極性強(qiáng)于PVC 的，使分子間作用力增大。 （1 分）、比較分子鏈的柔順性，并說(shuō)明原因：(A)聚氯乙烯 (B)聚乙烯 (C)聚丙烯。答：分子鏈的柔順性：BCA （2 分）原因：A的側(cè)鏈中含有極性很強(qiáng)的氯原子，故柔性最差； （1 分）B的主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)稱，沒(méi)有體積較大的取代基，在碳鏈高聚物中柔性很好； （1 分）C的側(cè)鏈中含有極性很弱的甲基取代基，同A比較，柔性比A好。 （1 分）7、寫出三個(gè)判別溶劑優(yōu)劣的參數(shù)；并討論它們分別取何值時(shí)，該溶劑分別為聚合物的良溶劑、不良溶劑、溶劑。答：10 ， （或u0）為良溶劑； （2 分） 11/2 ，A2 0 ， （或u1) B、牛頓流體(，n=1)C、假塑性流體(，n1) D、賓哈流體()2、 在注射成型中能最有效改善聚甲醛熔體流動(dòng)性的方法是 （ C ）A、增大分子量 B、提高加工溫度 C、提高注射速率3、下列方法中，能提高聚合物模量的是 （ B ）A、提高支化程度 B、提高結(jié)晶度 C、加入增塑劑 D、與橡膠共混4、下列方法中，可以明顯降低聚合物熔點(diǎn)的是 （ D ）A、主鏈上引入芳雜環(huán) B、降低結(jié)晶度 C、提高分子量 D、加入增塑劑5、當(dāng)高分子溶液從凝膠滲透色譜柱中被淋洗出來(lái)時(shí)，溶液中的分子分離按( B )A、分子量 B、分子流體力學(xué)體積 C、分子鏈柔性 D、分子間相互作用力的大小6、將有機(jī)玻璃板材用高彈真空成型法成型飛機(jī)座艙蓋時(shí)，成型溫度為( B )A、Tb-Tg之間 B、Tg-Tf之間 C、Tf-Td之間(Tb、Tg、Tf、Td 分別為脆化溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、流動(dòng)溫度和分解溫度)7、制備紡絲溶液時(shí)，對(duì)所用溶劑的要求：(A B C D)A 、溶劑必須是聚合物的良溶劑，以便配成任意濃度的溶液。B 、溶劑有適宜的沸點(diǎn)，這對(duì)于干法紡絲尤為重要。C 、盡量避免采用易燃，易爆和毒性大的溶劑。D、溶劑來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，回收簡(jiǎn)單，在回收過(guò)程中不分解變質(zhì)。8、Tg溫度標(biāo)志著塑料使用的 B 和橡膠使用的 A 。前者常表征塑料的 C ，后者表征橡膠的 D 。A、最低溫度 B 、最高溫度 C、耐熱性 D、耐寒性9、下列哪種力學(xué)模型可以模擬交聯(lián)高聚物的蠕變過(guò)程 B 。A、Maxwell模型 B、Voigt模型 C、四元件模型 D、多元件模型10、聚電解質(zhì)在離子化溶劑中,其溶液性質(zhì)與普通高分子不同：稀溶液濃度降低， B ，線團(tuán)擴(kuò)張度增大 ，故 A 。加入強(qiáng)電解質(zhì)時(shí)， C 、D 。A、增大 B、電離度增大 C、減少 D、分子鏈卷曲四、填空題（每空1分，共15分）1、高聚物在 條件下，超額化學(xué)位1E =0，其高分子鏈段間以及鏈段與溶劑分子間的相互作用 相等 、溶液呈現(xiàn) 無(wú)擾狀態(tài) 。2、自由體積理論認(rèn)為，高聚物在玻璃化溫度以下時(shí)，體積隨溫度升高而發(fā)生的膨脹是由于 固有體積的膨脹 。3、高分子的結(jié)晶形態(tài)有折疊鏈片晶、串晶、伸直鏈片晶和纖維狀晶。4、提高高分子材料耐熱性的途徑主要有增加鏈剛性、增加分子間作用力、結(jié)晶。 5、聚合物樣品在拉伸過(guò)程中出現(xiàn)細(xì)頸是 屈服 的標(biāo)志，冷拉過(guò)程（頸縮階段）在微觀上是分子中鏈段或晶片的 取向 過(guò)程。6、高分子液晶根據(jù)制備方法的不同，可分為 溶致 液晶與 熱致 液晶。五、計(jì)算題（任選二題，每題10分，共20分）1、假定聚乙烯的聚合度2000，鍵角為109.5，求伸直鏈的長(zhǎng)度Lmax與自由旋轉(zhuǎn)鏈的根均方末端距之比值，并由分子運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)解釋某些高分子材料在外力作用下可以產(chǎn)生很大形變的原因。解：對(duì)于聚乙烯鏈Lmax=（2/3）1/2 nl （3分） n=22000=4000 所以 （4分） 可見，高分子鏈在一般情況下是相當(dāng)卷曲的，在外力作用下鏈段運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使分子趨于伸展。于是在外力作用下某些高分子材料可以產(chǎn)生很大形變。理論上，聚合度為2000的聚乙烯完全伸展可產(chǎn)生36.5倍形變。 （3分）2、已知PE和PMMA的流動(dòng)活化能E分別為41.8kJ/mol和192.3kJ/mol，PE在473K時(shí)的粘度473=91Pas；PMMA在513K時(shí)的粘度513=200Pas。試求：（1）PE在483K和463K時(shí)的粘度，PMMA在523K和503K時(shí)的粘度；（2）說(shuō)明鏈結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物粘度的影響；（3）說(shuō)明溫度對(duì)不同結(jié)構(gòu)聚合物粘度的影響。（文獻(xiàn)查得Tg（PE）=193K，Tg（PMMA）=378K）解：（1）現(xiàn)求的粘度均在Tg+100K以上，故用Arrhenius公式