高分子物理習(xí)題集--答案

1、高分子物理習(xí)題集-答案第一章 高聚物的結(jié)構(gòu)4、高分子的構(gòu)型和構(gòu)象有何區(qū)別？如果聚丙烯的規(guī)整度不高，是否可以通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)提高它的規(guī)整度？答：構(gòu)型：分子中由化學(xué)鍵所固定的原子或基團在空間的幾何排列。這種排列是穩(wěn)定的，要改變構(gòu)型必須經(jīng)過化學(xué)鍵的斷裂和重組。 構(gòu)象：由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子在空間的不同形態(tài)。構(gòu)象的改變速率很快，構(gòu)象時刻在變，很不穩(wěn)定，一般不能用化學(xué)方法來分離。不能。提高聚丙烯的等規(guī)度須改變構(gòu)型，而改變構(gòu)型與改變構(gòu)象的方法根本不同。構(gòu)象是圍繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)所引起的排列變化，改變構(gòu)象只需克服單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘即可實現(xiàn)，而且分子中的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)是隨時發(fā)生的，構(gòu)象瞬息萬變，不會出現(xiàn)因構(gòu)象改變而使間

2、同PP（全同PP）變成全同PP（間同PP）；而改變構(gòu)型必須經(jīng)過化學(xué)鍵的斷裂才能實現(xiàn)。5、試寫出線型聚異戊二烯加聚產(chǎn)物可能有那些不同的構(gòu)型。答： 按照IUPAC有機命名法中的最小原則，CH3在2位上，而不是3位上，即異戊二烯應(yīng)寫成（一）鍵接異構(gòu)：主要包括1，4-加成、1，2-加成、3，4-加成三種鍵接異構(gòu)體。 （二）不同的鍵接異構(gòu)體可能還存在下列6中有規(guī)立構(gòu)體。順式1，4-加成反式1，4-加成1，2-加成全同立構(gòu)1，2-加成間同立構(gòu)3，4-加成全同立構(gòu)3，4-加成間同立構(gòu)6分子間作用力的本質(zhì)是什么？影響分子間作用力的因素有哪些？試比較聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龍-66）、聚丙烯酸各有那

3、些分子間作用力？答：分子間作用力的本質(zhì)是：非鍵合力、次價力、物理力。影響因素有：化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)、分子量、溫度、分子間距離。PE、PP是非極性聚合物，其分子間作用力為：色散力；PVC是極性分子，其分子間作用力為：靜電力、誘導(dǎo)力、色散力；尼龍-66是極性分子，結(jié)構(gòu)為其分子間作用力為：靜電力、誘導(dǎo)力、色散力，氫鍵；聚丙烯酸是極性分子，結(jié)構(gòu)為其分子間作用力為：靜電力、誘導(dǎo)力、色散力，氫鍵。7下列那些聚合物沒有旋光異構(gòu)，并解釋原因。A聚乙烯 B聚丙烯 C1，4-聚異戊二烯 D3，4-聚丁二烯E聚甲基丙烯酸甲酯 F硫化橡膠答：A）聚乙烯， ，每個C原子上對稱取代兩個氫原子，分子內(nèi)無手性碳原子（或稱不對

4、稱碳原子）。所以聚乙烯沒有旋光異構(gòu)體存在。B）聚丙烯，結(jié)構(gòu)單元為-CH2-CHCH3-，每個結(jié)構(gòu)單元存在一個手性碳原子，所以聚丙烯具有旋光異構(gòu)。C）1，4-聚異戊二烯，分子中存在孤立雙鍵，有順反異構(gòu)，無旋光異構(gòu)。D）3，4-聚丁二烯，有旋光異構(gòu)性。E）聚甲基丙烯酸甲酯，有旋光異構(gòu)性。F）硫化橡膠，無手性碳原子，無旋光異構(gòu)。8何謂大分子鏈的柔順性？試比較下列高聚物大分子鏈的柔順性，并簡要說明理由。答：高分子鏈能夠改變其構(gòu)象的性質(zhì)稱為柔順性。這些大分子鏈的柔順性排序（按柔順性依次減小排列）：(2)(1)(3) (4) (5)理由：聚異戊二烯分子中含有孤立雙鍵，孤立雙鍵相鄰的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘較小，分

5、子柔順性最好，因為鍵角較大（120o）且雙鍵上只有一個取代基或一個H。 聚乙烯是結(jié)構(gòu)規(guī)整的分子，氫原子體積小，分子柔順性也較好 聚氯乙烯含有極性側(cè)基Cl，分子間相互作用力較大，分子柔順性變差 聚對苯二甲酸乙二醇酯主鏈中含有苯環(huán)，使分子鏈柔順性更差 聚丙烯腈含有強極性側(cè)基，分子間作用力非常大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘高，分子鏈柔順性最差。9、寫出下列各組高聚物的結(jié)構(gòu)單元，比較各組內(nèi)幾種高分子鏈的柔性大小，并說明原因。1）聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯2）聚乙烯，聚乙炔，順式1，4聚丁二烯3）聚丙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈4）聚丙烯，聚異丁烯5）聚氯乙烯，聚偏氯乙烯6）聚乙烯，聚乙烯咔唑，聚乙烯基叔丁烷7）聚丙烯酸甲酯，

6、聚丙烯酸丙酯，聚丙烯酸戊酯8）聚酰胺66，聚對苯二甲酸對苯二胺9）聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯答：1）結(jié)構(gòu)單元分別為：柔順性比較如下：柔性由大到?。壕垡蚁┚郾┚郾揭蚁┰颍喝N高聚物主鏈結(jié)構(gòu)相同，側(cè)基取代基體積越大，分子鏈柔性越小。2）結(jié)構(gòu)單元分別為：柔順性比較如下：柔性由大到?。喉樖?，4聚丁二烯聚乙烯聚乙炔原因：順式1，4聚丁二烯主鏈中含有孤立雙鍵，柔性較大，而聚乙炔分子主鏈上則是共軛雙鍵，分子剛性很大。3）結(jié)構(gòu)單元分別為： 柔順性比較如下：柔性由大到?。壕郾┚勐纫蚁┚郾╇嬖颍褐麈溄Y(jié)構(gòu)相同，側(cè)基取代基極性-CN-Cl-CH3，取代基極性越大，分子間相互作用力越大，分子

7、鏈柔順性越差，剛性越大。4）結(jié)構(gòu)單元分別為：柔順性比較：柔性由大到小：聚異丁烯聚丙烯原因：聚異丁烯兩個甲基對稱雙取代，使分子鏈柔性增加。5）結(jié)構(gòu)單元分別為：柔性：聚氯乙烯聚乙烯基叔丁烷聚乙烯咔唑原因：主鏈結(jié)構(gòu)相同，側(cè)基取代基的體積大的分子鏈柔性差。7）結(jié)構(gòu)單元分別為：柔順性：聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸丙酯聚對苯二甲酸對苯二胺原因：PPTA主鏈中含有苯環(huán)，分子鏈剛性大。9）結(jié)構(gòu)單元分別為：柔順性：聚對苯二甲酸乙二醇酯維尼綸 PVA要進行PVA縮甲醛反應(yīng)：是將水解制備的PVA溶解于熱水中，經(jīng)過紡絲、拉伸形成部分結(jié)晶的纖維（晶區(qū)不溶于水，但是無定型區(qū)親水，且能溶脹），在酸做催化劑，使纖維與甲醛縮合反應(yīng)。由

8、于幾率效應(yīng)，縮醛化并不完全，尚有孤立的羥基存在。第三章 高聚物的分子量及其分子量分布4今有分子量為1104和5104的兩種高聚物，試計算：A在分子數(shù)相同的情況下共混時的和。B在重量相同的情況下共混時的和。答案：A：在分子數(shù)相同的的情況下共混時B：在重量相同的情況下共混時注：式中N指分子數(shù)； 指i分子的摩爾數(shù)；w指重量；5在25的溶液中測得濃度為7.36kg/m3的聚氯乙烯溶液滲透壓數(shù)據(jù)為270Pa，求此試樣的分子量和第二維利系數(shù)A2（R=8.314J/Kmol），并指出所得分子量是何種統(tǒng)計平均值。答案：對于高分子溶液，膜滲透壓、分子量及溶液濃度之間有如下關(guān)系：因為是溶液，所以A2=0 （攝氏溫

9、度換算成開爾文溫度為：25+273.15=298.15K）因此，分子量為，是數(shù)均分子量。8今有聚甲基丙烯酸甲酯的苯溶液，初始濃度C0=0.1190g/100ml，在25測出溶劑的平均流出的時間t0=271.7秒，溶液的流出時間測定如下：1C453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3311.1試求特性黏度，然后用下面公式計算平均分子量 答案：將已知條件列表：1C453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3

10、311.1t(平均)453.1385.7354.2325.2311.11.6681.4201.3041.1971.1450.6680.4200.3040.1970.145C（g/ml）0.001190.0.0.0.429.9442.2446.1452.9455.1561.3529.6510.9496.2487.4利用表中數(shù)據(jù)作圖，將上圖兩條直線推至C=0處，得出截距根據(jù)公式：所以：因此，粘均分子量11從高分子溶液的光散射、滲透壓和黏度的測定中，分別可以獲得哪些有關(guān)高分子結(jié)構(gòu)的信息？答案：光散射法測重均分子量方法可以得到下列參數(shù)：、膜滲透壓法測數(shù)均分子量方法可以得到下列參數(shù)：、黏度法測黏均分子量

11、方法可以得到下列參數(shù)：、12試舉出三種熱力學(xué)參數(shù)，用它們對聚合物溶解性能進行判斷，在什么情況下溶劑是良溶劑、一般溶劑、溶劑、非溶劑。答案：良溶劑溶劑溶劑非溶劑1/21/200=0TT=T11=1 PVC PVDF PIB B、所以B組高聚物的玻璃化溫度大小比較如下：聚丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸乙酯 10天然橡膠的松弛活化能近似為1.05KJ/mol（結(jié)構(gòu)單元），試估計一塊天然橡膠由27升溫到127時，其松弛時間縮短了幾倍？答案：或者：所以，其松弛時間縮短了0.1倍。11已知增塑聚氯乙烯的玻璃化溫度為338K，黏流溫度為418K，流動活化能E=8.31KJ/mol，433K時的黏

12、度為5PaS，求此增塑聚氯乙烯在338K和473K時的黏度各為多少？答案：根據(jù)WLF方程 所以此聚氯乙烯在338K（Tg）時的黏度為：因為473K高于338100K（Tg100）所以要求473K溫度下聚氯乙烯的黏度，要使用阿累尼烏斯公式 所以此聚氯乙烯在473K時的黏度為： 第五章 晶態(tài)高聚物1試繪出高聚物熔體冷卻至很低溫度時的比容溫度曲線，標出結(jié)晶和非晶過程的特征溫度熔點及玻璃化溫度，說明高聚物的結(jié)晶過程和玻璃化轉(zhuǎn)變過程有何本質(zhì)的區(qū)別。答案：高聚物的結(jié)晶過程的本質(zhì)是熱力學(xué)相變過程，而高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變過程的本質(zhì)上是體積松弛過程，因此兩者有本質(zhì)上的不同。（注意：題中要求畫出高聚物熔體冷卻到很低

13、溫度時的比容溫度曲線，意思是要經(jīng)歷結(jié)晶過程和玻璃化轉(zhuǎn)變過程，而且玻璃化轉(zhuǎn)變過程完成完全。）12比較下列高聚物熔點之高低：A聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化甲烯B聚己二酸乙二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯C尼龍1010、尼龍610D尼龍6、尼龍7答案：熔點從高到低排序為A組：聚氧化甲烯（聚甲醛）聚乙烯聚氧化乙烯B組：聚對苯二甲酸乙二酯聚對苯二甲酸丁二酯聚己二酸乙二酯C組：尼龍610尼龍1010D組：尼龍7尼龍614在注射成型聚碳酸酯時，若模具溫度較低，則制品很快冷卻到100以下，試分析所得制品能否結(jié)晶，為什么？答案：所得制品通常為非晶態(tài)，因為從分子結(jié)構(gòu)上考慮，聚碳酸酯分子結(jié)構(gòu)對稱規(guī)整，具有

14、結(jié)晶能力，但是由于分子中含有較大的苯環(huán)結(jié)構(gòu)及較大的側(cè)基，分子運動能力較差，結(jié)晶條件非常苛刻，所以制品快速冷卻的情況下，常得到非晶態(tài)結(jié)構(gòu)（不能光從冷卻到100低于其玻璃化溫度，而不利于結(jié)晶，同時也要考慮分子運動能力對結(jié)晶條件的要求，因為對于一些容易結(jié)晶的高聚物，如PE等，即使是快速冷卻，也常常得到結(jié)晶結(jié)構(gòu)）。16試從結(jié)構(gòu)上說明片晶是如何堆砌成球晶的？球晶有何實驗特征？判斷結(jié)晶對高聚物下列性能的影響：相對密度，拉伸強度、伸長率、沖擊強度、硬度、彈性、耐熱性、耐化學(xué)介質(zhì)性。答：高物書P185，表6-14.22（1）指出下列高聚物中哪些具有結(jié)晶能力：聚甲醛；乙烯-丙烯交替共聚物；聚碳酸酯；間同立構(gòu)聚苯

15、乙烯；ABS；聚對苯二甲酸乙二醇酯；尼龍6；已固化環(huán)氧樹脂；聚乙烯；聚醚醚酮。（2）是否容易結(jié)晶和結(jié)晶度高的聚合物其熔點就一定是高的？以下幾種高聚物哪種容易結(jié)晶？哪種熔點高？（1）具有結(jié)晶能力的聚合物有：聚甲醛、乙烯-丙烯交替共聚物（單從結(jié)構(gòu)上來說，這種物質(zhì)可以結(jié)晶，但是通常很難通過鏈增長反應(yīng)制備乙烯-丙烯交替共聚物）、間同立構(gòu)聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍6、聚乙烯。（2）答案：容易結(jié)晶的聚合物其熔點并不一定高。一般來說，鏈的剛性增加，排列進入晶格的能力下降，結(jié)晶能力下降，但是鏈剛性增加，熔融熵減小，聚合物的熔點增大。所以容易結(jié)晶的聚合物熔點并不一定高。例如，下列幾種高聚物中

16、，聚乙烯很容易結(jié)晶、聚碳酸酯則不容易結(jié)晶，而聚乙烯熔點則遠低于聚碳酸酯的熔點。這些高聚物中，熔點的比較（由高到低排序）聚碳酸酯尼龍66聚丙烯聚乙烯。23. 將無規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯(Tg =100，180)和等規(guī)立構(gòu)聚丙烯（Tg-10，176）分別注射成型為如下圖所示的長條試樣（成型中，模具溫度均為20），試分析兩種試樣密度、取向度和熔點沿厚度方向的變化?；卮穑鹤⑸涑尚途酆衔飼r，聚合物熔體在模腔中的冷卻是不均勻的。因此會造成相應(yīng)的取向、結(jié)晶及收縮的不均勻性。（1）無規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯，任何成型條件下都不能結(jié)晶。因此注塑過程中，熔體進入模腔產(chǎn)生剪切流動，由于摸壁的摩擦阻力，速度分布是中間的芯層處較大，靠近

17、模壁處的皮層速度小，而剪切速率分布則是中間小，兩邊大。高分子在模腔壁上受到的剪切力大，沿作用方向取向顯著，同時模腔壁上溫度低（熔體迅速冷卻至20，遠低于PS的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度），即該處聚合物分子被迅速冷卻固化，所以密度較低，取向被保留下來；相對而言，制品芯層受力較小，同時溫度較高，冷卻緩慢，分子能夠通過布朗運動進行規(guī)整排列，密度較高，而取向不明顯。因此從芯層到皮層會出現(xiàn)：密度由高到低，取向程度由低到高（從芯層到皮層取向度先增加再減小，即取向度最高的點出現(xiàn)在皮層和芯層的中間某個位置，也是對的）（因是非晶高聚物，也就無熔點，就無熔點的變化）。（2）等規(guī)立構(gòu)聚丙烯，結(jié)晶高聚物，注塑成型時，因此注塑過程

18、中，熔體進入模腔后，模壁處的熔體迅速冷卻，分子來不及規(guī)整的排列進入晶格，結(jié)晶完善程度低，密度低，而芯層熔體冷卻速率慢，分子有充分的時間和溫度條件排列進入晶格，晶體完善程度大，密度高。所以試樣從芯層到皮層會出現(xiàn)：密度由大到小，熔點由大到小（球晶尺寸由大到?。┓植肌５诹?高聚物的力學(xué)性能7由聚異丁烯的時溫等效組合曲線可知，在298K時，其應(yīng)力松弛到約需10小時，試計算在253K達到同一數(shù)值所需的時間。（已知聚異丁烯的玻璃化溫度為203K）答案：根據(jù)題中條件，可以使用WLF方程計算Tg=203K，分別將T=298K和T=253K帶入WLF方程，得出 上述兩式相減得：所以：聚異丁橡膠在253K達到同

19、樣的力學(xué)松弛需要的時間為：5324h。（室溫等效原理補充題：課件作業(yè)）以0.1/分的升溫速度測得PS的Tg=100 ，試問在升溫速度改為10 /分時，PS的Tg=?答案：已知25oC時聚異戊二烯的應(yīng)力松弛模量-時間曲線，求測量時間為1小時，-80oC時的應(yīng)力松弛模量。答案：這個題要轉(zhuǎn)換思考角度，即在25oC時，測定時間為多少時，測得的模量與-80oC、測量時間為1小時所得到的模量值相同！已知聚異戊二烯的Tg=-73oC，應(yīng)用WLF方程和題意假定25oC時，測定時間為t（25oC），繼續(xù)應(yīng)用WLF方程在25oC時，測定時間為1.3510-13.5時，測得的模量與-80oC、測量時間為1小時所得到

20、的模量值相同。因此，測量時間為1小時，-80oC時的應(yīng)力松弛模量可從上圖查得約為1010N/m2。9、試總結(jié)你所學(xué)習(xí)的高聚物哪些性質(zhì)與鏈段運動有關(guān)？答案：與鏈段運動有關(guān)的聚合物性質(zhì)：溶脹、橡膠彈性、蠕變、應(yīng)力松弛、熔體彈性、內(nèi)耗、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。16、為什么高聚物的強度與測試的作用力速度和測試溫度有關(guān)？答案：聚合物是一種粘彈性材料，它的破壞過程也就是一種松弛過程，因此外力作用速度與溫度對聚合物的強度有顯著的影響。如果一種聚合物材料在拉伸實驗中鏈段運動的松弛時間與拉伸速度相適應(yīng)（即鏈段運動跟的上外力的作用），則材料在斷裂前可以發(fā)生屈服，出現(xiàn)強迫高彈性。當(dāng)拉伸速度提高時，鏈段運動跟不上外力的作用，為使材料屈服，需要更大的外力，即材料的屈服強度提高了；進一步提高拉伸速度，材料終會在更高的應(yīng)力下發(fā)生脆性斷裂。從時-溫等效原理上，提高拉伸速度等于降低溫度，所以高聚物的強度