高分子物理課后習(xí)題答案詳解金日光第三版

1、.高分子物理答案（第三版）第1章 高分子的鏈結(jié)構(gòu)1.寫出聚氯丁二烯的各種可能構(gòu)型。等。 2構(gòu)象與構(gòu)型有何區(qū)別？聚丙烯分子鏈中碳碳單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的，通過(guò)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是否可以使全同立構(gòu)聚丙烯變?yōu)殚g同立構(gòu)聚丙烯？為什么？答：（1）區(qū)別：構(gòu)象是由于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子在空間位置上的變化，而構(gòu)型則是分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的排列；構(gòu)象的改變不需打破化學(xué)鍵，而構(gòu)型的改變必須斷裂化學(xué)鍵。（2）不能，碳-碳單鍵的旋轉(zhuǎn)只能改變構(gòu)象，卻沒(méi)有斷裂化學(xué)鍵，所以不能改變構(gòu)型，而全同立構(gòu)聚丙烯與間同立構(gòu)聚丙烯是不同的構(gòu)型。精品.3.為什么等規(guī)立構(gòu)聚丙乙烯分子鏈在晶體中呈31螺旋構(gòu)象，而間規(guī)立構(gòu)聚氯乙烯分

2、子鏈在晶體中呈平面鋸齒構(gòu)象？ 答（1）由于等歸立構(gòu)聚苯乙烯的兩個(gè)苯環(huán)距離比其范德華半徑總和小，產(chǎn)生排斥作用，使平面鋸齒形（ttt）構(gòu)象極不穩(wěn)定，必須通過(guò)c-c鍵的旋轉(zhuǎn)，形成31螺旋構(gòu)象，才能滿足晶體分子鏈構(gòu)象能最低原則。 （2）由于間規(guī)聚氯乙烯的氯取代基分得較開(kāi)，相互間距離比范德華半徑大，所以平面鋸齒形構(gòu)象是能量最低的構(gòu)象。 4.哪些參數(shù)可以表征高分子鏈的柔順性？如何表征？答：（1）空間位阻參數(shù)（或稱剛性因子），值愈大，柔順性愈差；（2）特征比cn，cn值越小，鏈的柔順性越好； （3）連段長(zhǎng)度b，b值愈小，鏈愈柔順。 5聚乙烯分子鏈上沒(méi)有側(cè)基，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能不大，柔順性好。該聚合物為什么室溫下為塑

3、料而不是橡膠？答：這是由于聚乙烯分子對(duì)稱性好，容易結(jié)晶，從而失去彈性，因而在室溫下為塑料而不是橡膠。6.從結(jié)構(gòu)出發(fā)，簡(jiǎn)述下列各組聚合物的性能差異： （1）聚丙烯睛與碳纖維； （2）無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯與等規(guī)立構(gòu)聚丙烯； （3）順式聚1，4-異戊二烯（天然橡膠）與反式聚1，4-異戊二烯（杜仲橡膠）。 （4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯與交聯(lián)聚乙烯。 精品.7.比較下列四組高分子鏈的柔順性并簡(jiǎn)要加以解釋。解：精品.8.某單烯類聚合物的聚合度為104，試估算分子鏈完全伸展時(shí)的長(zhǎng)度是其均方根末端距的多少倍？（假定該分子鏈為自由旋轉(zhuǎn)鏈。）答：81.6倍9.精品.無(wú)規(guī)聚丙烯在環(huán)己烷或甲苯中、30時(shí)測(cè)得的空間位阻參

4、數(shù)（即剛性因子）=1.76,試計(jì)算其等效自由連接鏈長(zhǎng)度b（已知碳碳鍵長(zhǎng)為0.154nm,鍵角為109.5）。解：b=1.17nm10.某聚苯乙烯試樣的分子量為416000，試估算其無(wú)擾鏈的均方末端距（已知特征比cn=12）。答：均方末端距為2276.8nm2。第2章 聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)1.名詞解釋凝聚態(tài)，內(nèi)聚能密度，晶系，結(jié)晶度，取向，高分子合金的相容性。凝聚態(tài)：為物質(zhì)的物理狀態(tài)，是根據(jù)物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)在宏觀力學(xué)性能上的表現(xiàn)來(lái)區(qū)分的，通常包括固體、液體和氣體。內(nèi)聚能密度：ced定義為單位體積凝聚體汽化時(shí)所需要的能量，單位：晶系：根據(jù)晶體的特征對(duì)稱元素所進(jìn)行的分類。 結(jié)晶度：試樣中的結(jié)晶部分所占的

5、質(zhì)量分?jǐn)?shù)（質(zhì)量結(jié)晶度）或者體積分?jǐn)?shù)（體積結(jié)晶度）。 取向：聚合物的取向是指在某種外力作用下，分子鏈或其他結(jié)構(gòu)單元沿著外力作用方向的擇優(yōu)排列。 高分子合金的相容性：兩種或兩種以上高分子，通過(guò)共混形成微觀結(jié)構(gòu)均一程度不等的共混物所具有的親和性。 精品.2.什么叫內(nèi)聚能密度？它與分子間作用力的關(guān)系如何？如何測(cè)定聚合物的內(nèi)聚能密度？答：（1）內(nèi)聚能密度：ced定義為單位體積凝聚體汽化時(shí)所需要的能量，單位：（2）內(nèi)聚能密度在300以下的聚合物，分子間作用力主要是色散力；內(nèi)聚能密度在400 以上的聚合物，分子鏈上有強(qiáng)的極性基團(tuán)或者分子間能形成氫鍵；內(nèi)聚能密度在300-400之間的聚合物，分子間相互作用居中

6、。3.聚合物在不同條件下結(jié)晶時(shí)，可能得到哪幾種主要的結(jié)晶形態(tài)？各種結(jié)晶形態(tài)的特征是什么？答：（1）可能得到的結(jié)晶形態(tài)：?jiǎn)尉?、?shù)枝晶、球晶、纖維狀晶、串晶、柱晶、伸直鏈晶體；（2）形態(tài)特征：?jiǎn)尉В悍肿渔湸怪庇谄矫媾帕校穸纫话阒挥?0nm左右；樹(shù)枝晶：許多單晶片在特定方向上的擇優(yōu)生長(zhǎng)與堆積形成樹(shù)枝狀；球晶：呈圓球狀，在正交偏光顯微鏡下呈現(xiàn)特有的黑十字消光，有些出現(xiàn)同心環(huán)；纖維狀晶：晶體呈纖維狀，長(zhǎng)度大大超過(guò)高分子鏈的長(zhǎng)度；串晶：在電子顯微鏡下，串晶形如串珠；柱晶：中心貫穿有伸直鏈晶體的扁球晶，呈柱狀；伸直鏈晶體：高分子鏈伸展排列晶片厚度與分子鏈長(zhǎng)度相當(dāng)。4.測(cè)定聚合物的結(jié)晶度的方法有哪幾

7、種？簡(jiǎn)述其基本原理。不同方法測(cè)得的結(jié)晶度是否相同？為什么？ 答：（1）密度法，x射線衍射法，量熱法；（2）密度法的依據(jù)：分子鏈在晶區(qū)規(guī)整堆砌，故晶區(qū)密度大于非晶區(qū)密度；x射線衍射法的依據(jù)：總的相干散射強(qiáng)度等于晶區(qū)和非晶區(qū)相干散射強(qiáng)度之和；量熱法的依據(jù)：根據(jù)聚合物熔融過(guò)程中的熱效應(yīng)來(lái)測(cè)定結(jié)晶度的方法。（3）不同，因?yàn)榻Y(jié)晶度的概念缺乏明確的物理意義，晶區(qū)和非晶區(qū)的界限很不明確，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定結(jié)晶部分的量，所以其數(shù)值隨測(cè)定方法不同而不同。精品.5.高分子液晶的分子結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？根據(jù)分子排列有序性的不同，液晶可以分為哪幾種晶型？如何表征？答：（1）高分子液晶分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 分子主干部分是棒狀（筷形）

8、，平面狀（碟形）或曲面片狀（碗形）的剛性結(jié)構(gòu)，以細(xì)長(zhǎng)棒狀最為常見(jiàn)；b.分子中含有對(duì)位苯撐，強(qiáng)極性基團(tuán)，可高度極化或可形成氫鍵的基團(tuán)，因而在液態(tài)下具有維持分子作某種有序排列所需要的凝聚力；c.分子上可能含有一定的柔性結(jié)構(gòu)。 （2）液晶晶型：a.完全沒(méi)有平移有序向列相即n相，用單位矢量表示；b.一維平移有序（層狀液晶）近晶a（）和近晶c()；c.手征性液晶，包括膽甾相（ch）和手征性近晶相；d.盤狀液晶相。（3）液晶態(tài)的表征一般為：a.偏光顯微鏡下用平行光系統(tǒng)觀察；b.熱分析法；c.x射線衍射；d.電子衍射；e.核磁共振；f.電子自旋共振；g.流變學(xué)；h.流變光學(xué)。6.簡(jiǎn)述液晶高分子的研究現(xiàn)狀，舉

9、例說(shuō)明其應(yīng)用價(jià)值。 答：液晶高分子被用于制造防彈衣，纜繩及航空航天器大型結(jié)構(gòu)部件，可用于新型的分子及原子復(fù)合材料，適用于光導(dǎo)纖維的被覆，微波爐件，顯示器件信息傳遞變電檢測(cè)7.取向度的測(cè)定方法有哪幾種？舉例說(shuō)明聚合物取向的實(shí)際意義。（1）用光學(xué)顯微鏡測(cè)定雙折射來(lái)計(jì)算;(2)用聲速法測(cè)定；（3）廣角x射線衍射法；（4）紅外二向色性；（5）偏正熒光法。8.某結(jié)晶聚合物的注射制品中，靠近模具的皮層具有雙折射現(xiàn)象，而制品內(nèi)部用偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)有maltese黑十字，并且越靠近制品芯部，maltese黑十字越大。試解釋產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因。如果降低模具的溫度，皮層厚度將如何變化？答：（1）由于形成球晶，球

10、晶具有雙折射現(xiàn)象，自然光經(jīng)過(guò)偏振片變?yōu)槠窆猓ㄟ^(guò)球晶發(fā)生雙折射，分成兩束振動(dòng)方向垂直的偏振光，兩束偏振光在與檢偏鏡平行方向上存在分量，分量速度不同，產(chǎn)生相位差而干涉，使呈現(xiàn)黑十字消光圖像，制品外部與模具接觸，冷卻速度快，球晶來(lái)不及生長(zhǎng)而成多層片晶或小球晶，而制品芯部溫度高，結(jié)晶時(shí)間充分，生長(zhǎng)為大球晶，因此消光圖像更大。（2）降低溫度會(huì)增加過(guò)冷度，縮短結(jié)晶時(shí)間，因而皮層厚度增加。精品.9.采用“共聚”和“共混”方法進(jìn)行聚合物改性有何異同點(diǎn)？ 解：略。10.簡(jiǎn)述提高高分子合金相容性的手段答：提高高分子合金的相容性一般用加入第三組分增溶劑的方法。增溶劑可以是與a、b兩種高分子化學(xué)組成相同的嵌段或接

11、枝共聚物，也可以是與a、b的化學(xué)組成不同但能分別與之相容的嵌段或接枝共聚物。11.某一聚合物完全結(jié)晶時(shí)的密度為0.936g/cm3,完全非晶態(tài)的密度為0.854g/cm3,現(xiàn)知該聚合物的實(shí)際密度為0.900g/cm3,試問(wèn)其體積結(jié)晶度應(yīng)為多少？（體積結(jié)晶度為0.561）12.已知聚乙烯晶體屬斜方晶系，其晶胞參數(shù)a=0.738nm,b=0.495nm,c=0.254nm.(1)根據(jù)晶胞參數(shù),驗(yàn)證聚乙烯分子鏈在晶體中為平面鋸齒形構(gòu)象;(2)若聚乙烯無(wú)定形部分的密度a=0.83g/cm3,試計(jì)算密度=0.97g/cm3聚乙烯試樣的質(zhì)量結(jié)晶度。 13.用聲波傳播測(cè)定拉伸滌綸纖維的取向度。若試驗(yàn)得到分子

12、鏈在纖維軸方向的平均取向角為30。，試問(wèn)該試樣的取向度為多少？第3章 高分子溶液精品.1.溶度參數(shù)的含義是什么？“溶度參數(shù)相近原理”判斷溶劑對(duì)聚合物溶解能力的依據(jù)是什么？答：（1）溶度參數(shù)：是指內(nèi)聚能密度的平方根；（2）依據(jù)是：，因?yàn)槿芙膺^(guò)程0，要使0，越小越好，又因?yàn)?，所以與越相近就越小，所以可用“溶度參數(shù)相近原理”判斷溶劑對(duì)聚合物的溶解能力。2.什么叫高分子溶液？它與理想溶液有何本質(zhì)區(qū)別？答：（1）高分子溶液：是指高分子稀溶液在溫度下（flory溫度），分子鏈段間的作用力，分子鏈段與溶劑分子間的作用力，溶劑分子間的作用力恰好相互抵消，形成無(wú)擾狀態(tài)的溶液。 此時(shí)高分子溶劑相互作用參數(shù)為1/

13、2,內(nèi)聚能密度為0.（2）理想溶液三個(gè)作用力都為0，而溶液三個(gè)作用力都不為0，只是合力為0.3.flory-huggins晶格模型理論推導(dǎo)高分子溶液混合熵時(shí)作了哪些假定？混合熱表達(dá)式中huggins參數(shù)的物理意義是什么？ 答：（1）假定：a.溶液中分子排列也像晶體中一樣，為一種晶格排列；b.高分子鏈?zhǔn)侨嵝缘?，所有?gòu)象具有相同的能量；c.溶液中高分子“鏈段”是均勻分布的，即“鏈段”占有任一格子的幾率相同。（2）物理意義：反映高分子與溶劑混合時(shí)相互作用能的變化。4.什么叫排斥體積效應(yīng)？flory-kingbuam稀溶液理論較之晶格模型理論有何進(jìn)展？ 答：（1）排斥體積效應(yīng)：在高分子稀溶液中，“鏈段

14、”的分布實(shí)際上是不均勻的，高分子鏈以一個(gè)被溶劑化了的松懈的鏈球散布在純?nèi)軇┲?，每個(gè)鏈球都占有一定的體積，它不能被其他分子的“鏈段”占有。 （2）進(jìn)展：把“鏈段”間的排斥體積考慮進(jìn)去，更符合實(shí)際。 5.高分子合金相分離機(jī)理有哪兩種？比較其異同點(diǎn)。解：略。6.苯乙烯-丁二烯共聚物（=16.7）難溶于戊烷（=14.4）和醋酸乙烯（=17.8）。若選用上述兩種溶劑的混合物，什么配比時(shí)對(duì)共聚物的溶解能力最佳？解：精品.7.計(jì)算下列三種情況下溶液的混合熵，討論所得結(jié)果的意義。 （1）99e12個(gè)小分子a與1e8個(gè)小分子b相混合（假定為理想溶液）； （2）99e12個(gè)小分子a與1e8個(gè)小分子b（設(shè)每個(gè)大分子

15、“鏈段”數(shù)x=1e4）相混合（假定符合均勻場(chǎng)理論）； （3）99e12個(gè)小分子a與1e12個(gè)小分子b相混合（假定為理想溶液）。 答：（1）；（2）;（3）.結(jié)果說(shuō)明，絕大多數(shù)高分子溶液，即使在濃度小時(shí)，性質(zhì)也不服從理想溶液的規(guī)律，混合熵 比小分子要大十幾倍到數(shù)十倍，一個(gè)高分子在溶液中可以起到許多個(gè)小分子的作用，高分子溶液性質(zhì)與理想溶液性質(zhì)偏差的原因在于分子量大，分子鏈具有柔順性，但一個(gè)高分子中每個(gè)鏈段是相互連接的，起不到x（連段數(shù)）個(gè)小分子的作用，混合熵比xn個(gè)小分子來(lái)得小。 8.在20將10-5mol的聚甲基丙烯酸甲酯（=105, =1.20g/cm3）溶于179g氯仿（=1.49 g/cm

16、3）中，試計(jì)算溶液的混合熵、混合熱和混合自由能。（已知1=0.377） 答：;9.假定共混體系中，兩組分聚合物（非極性或弱極性）的分子量不同但均為單分散的，xa/xb=r。試寫出計(jì)算臨界共溶溫度下組成關(guān)系的方程式，畫出r分別為小于1、等于1和大于1時(shí)，該體系的旋節(jié)線示意圖。精品.第4章 聚合物的分子量和分子量分布1.什么叫分子量微分分布曲線和體積分布曲線？?jī)烧呷绾蜗嗷マD(zhuǎn)換？(1)微分分布曲線：表示聚合物中分子量（m）不同的各個(gè)級(jí)分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)x(m);積分分布曲線：表示聚合物中分子量小于和等于某一值的所有級(jí)分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)i(m)或摩爾分?jǐn)?shù)。轉(zhuǎn)換：2.測(cè)定聚合物數(shù)均和重均分子量的方

17、法有哪幾種？每種方法適用的分子量范圍如何？答：(1)測(cè)定數(shù)均分子量的方法：端基分析法、沸點(diǎn)升高、冰點(diǎn)下降、氣相滲透壓（范圍）(2)測(cè)量重均分子量的方法：光散射法()3.證明滲透壓法測(cè)得的分子量為數(shù)均分子量。 答：滲透法測(cè)定分子量依據(jù)為時(shí)，所以：即滲透壓法測(cè)得分子量為數(shù)均分子量。4.采用滲透壓法測(cè)得試樣a和b和摩爾質(zhì)量分別為4.20e5g/mol和1.25e5g/mol，試計(jì)算a、b兩種試樣等質(zhì)量混合物的數(shù)均分子量和重均分子量。 答：；精品.5.35時(shí)，環(huán)己烷為聚苯乙烯（無(wú)規(guī)立構(gòu)）的溶劑。現(xiàn)將300mg聚苯乙烯（=1.05g/cm3，=1.5e5）于35溶于150ml環(huán)己烷中，試計(jì)算：(1)第二

18、維利系數(shù)a2;(2)溶液的滲透壓。 答：（1）；（2）6.某聚苯乙烯試樣經(jīng)分級(jí)后得到5個(gè)級(jí)分。用光散射法測(cè)定了各級(jí)分的重均分子量，用粘度法（22、二氯乙烯溶液）測(cè)定了各級(jí)分的特征粘度，結(jié)果如下所示：e-40.3081.5548.056.8157,dl/g0.04050.1221.381.422.78 試計(jì)算mark-houwink方程=km中的兩個(gè)參數(shù)k和。7.推導(dǎo)一點(diǎn)法測(cè)定特性粘度的公式： (1) = (2) =?其中/ 證明：（1） 精品.（2） 8.三醋酸纖維素-二甲基甲酰胺溶液的zimm圖如左所示。試計(jì)算該聚合物的分子量和旋轉(zhuǎn)半徑。（=5.461e-1nm，n(dmf)=1.429）

19、精品.9.現(xiàn)有一超高分子量的聚乙烯試樣，欲采用gpc方法測(cè)定其分子量和分子量分布，試問(wèn)： （1）能否選擇gpc法的常用溶劑thf？如果不行，應(yīng)該選擇何種溶劑？ （2）常溫下能進(jìn)行測(cè)定嗎？為什么？ （3）如何計(jì)算該試樣的數(shù)均、重均和粘均分子量。 精品.第5章 聚合物的轉(zhuǎn)變與松弛 1.以分子運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)和分子間物理纏結(jié)概念說(shuō)明非晶態(tài)聚合物隨著溫度升高粘彈行為的4個(gè)區(qū)域，并討論分子量對(duì)應(yīng)力松弛模量-溫度曲線的影響規(guī)律。 答：（1）a.玻璃態(tài)區(qū)，玻璃化溫度以下，分子運(yùn)動(dòng)主要限于振動(dòng)和短程的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；b.玻璃-橡膠轉(zhuǎn)變區(qū)，可解析為遠(yuǎn)程、協(xié)同分子運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始；c.橡膠-彈性平臺(tái)區(qū)，由于分子間存在幾個(gè)鏈段平行排列

20、的物理纏結(jié)，聚合物呈現(xiàn)遠(yuǎn)程橡膠彈性；d.末端流動(dòng)區(qū)，物理纏結(jié)來(lái)不及松弛，材料仍然表現(xiàn)為橡膠行為，溫度升高，發(fā)生解纏作用，導(dǎo)致整個(gè)分子產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生流動(dòng)，這種流動(dòng)是作為鏈段運(yùn)動(dòng)結(jié)果的整鏈運(yùn)動(dòng)。 （2）聚合物分子量越高，橡膠-彈性平臺(tái)就越長(zhǎng)。 2.討論結(jié)晶、交聯(lián)聚合物的模量-溫度曲線和結(jié)晶度、交聯(lián)度對(duì)曲線的影響規(guī)律。 解：略。3.寫出四種測(cè)定聚合物玻璃化溫度的方法，簡(jiǎn)述其基本原理。不同實(shí)驗(yàn)方法所得結(jié)果是否相同？為什么？ 答：（1）a.膨脹計(jì)法，熱膨脹的主要機(jī)理是克服原子間的主價(jià)力和次價(jià)力，膨脹系數(shù)較??；b.量熱法，聚合物在玻璃化時(shí)的熱學(xué)性質(zhì)的變化；c.溫度-形變法，利用聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)形變

21、量的變化來(lái)測(cè)定其玻璃化溫度；d.核磁共振法，利用電磁性質(zhì)的變化研究聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的方法。 （2）不同，略。 4.聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是否是熱力學(xué)相變？為什么？ 聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變并不是一個(gè)真正的熱力學(xué)相變。 因?yàn)榉蔷B(tài)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積，焓或熵是連續(xù)變化的，而k,和 includepicture * mergeformatinet 出現(xiàn)不連續(xù)的變化，要使體系達(dá)到熱力學(xué)平衡，需要無(wú)限緩慢的變溫速率和無(wú)限長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間，實(shí)驗(yàn)上不可能做到，因此，玻璃化溫度的測(cè)定過(guò)程體系不能滿足熱力學(xué)平衡條件，轉(zhuǎn)變過(guò)程是一個(gè)松弛過(guò)程，所測(cè)得的玻璃化溫度不是一個(gè)真正的熱力學(xué)相變。 5.試用玻璃化轉(zhuǎn)變的自由體積

22、理論解釋：（1）非晶態(tài)聚合物冷卻時(shí)體積收縮速率發(fā)生變化；（2）冷卻速度愈快，測(cè)得的tg值愈高。 答：（1）在 includepicture * mergeformatinet 以上，非晶態(tài)聚合物體積收縮時(shí)，包括聚合物分子占有體積的收縮以及自由體積的收縮，而在 includepicture * mergeformatinet 以下，自由體積處于凍結(jié)狀態(tài)，所以，聚合物體積收縮只有聚合物占有體積的收縮，因此，體積收縮速率會(huì)有變化。 （2）當(dāng)冷卻速度愈快，測(cè)得的 includepicture /xiti/xiti/(5)_clip_image004_0001.gif * mergeformatinet

23、 偏大，這是因?yàn)椋阂环矫妫瑴囟冉档?，體系的自由體積減小，同時(shí)，粘度增大，鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間增加，另一方面，冷卻速率決定了實(shí)驗(yàn)的觀察時(shí)間，而玻璃化溫度是鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間與實(shí)驗(yàn)的觀察時(shí)間相當(dāng)時(shí)的溫度，故冷卻愈快，觀察時(shí)間愈短，測(cè)得的 includepicture gif * mergeformatinet 值愈高。 6.玻璃化轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)理論基本觀點(diǎn)是什么？ 答：熱力學(xué)研究表明，相轉(zhuǎn)變過(guò)程中自由能是連續(xù)的，而與自由能的導(dǎo)數(shù)有關(guān)的性質(zhì)發(fā)生不連續(xù)的變化。非晶態(tài)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積、焓或熵是連續(xù)變化的，但k、 includepicture * mergeformatinet 出現(xiàn)不連續(xù)的變化

24、。實(shí)際上，玻璃化溫度的測(cè)定過(guò)程體系不能滿足熱力學(xué)的平衡條件，轉(zhuǎn)變過(guò)程是一個(gè)松弛過(guò)程，所得 includepicture * mergeformatinet 值依賴于變溫速率及測(cè)試方法（外力作用速率） 7.聚合物晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過(guò)程與小分子晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過(guò)程有何差別？造成這些差別的原因是什么？ 答：（1摧$dd嬁愁$摧）小分子有分子晶體、原子晶體和離子晶體，而高分子晶體僅有分子晶體，且僅是分子鏈的一部分形成的晶體。這是由于高分子的分子鏈很長(zhǎng)，可穿越多個(gè)晶胞。 （2）小分子的熔點(diǎn)是一個(gè)確定值，而高分子的熔點(diǎn)是一個(gè)范圍值。 （3）高分子有結(jié)晶度的概念，而小分子沒(méi)有。這是由于高分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得聚合

25、物結(jié)晶要比小分子結(jié)晶有更多的缺陷，所以結(jié)晶總是很不完善，有晶區(qū)和非晶區(qū)，用結(jié)晶讀表示。 （4）高聚物的結(jié)晶過(guò)程分一次結(jié)晶（主結(jié)晶）和二次結(jié)晶（次級(jí)結(jié)晶）。這是由于高分子的相對(duì)分子質(zhì)量大，體系黏度大，分子運(yùn)動(dòng)遲緩所引起的。 精品.8.測(cè)定聚合物結(jié)晶速度有哪些方法？簡(jiǎn)述其原理和主要步驟。 答：（1）膨脹計(jì)法、光學(xué)解偏振法和示差掃描量熱法(dsc)。原理：聚合物結(jié)晶過(guò)程中，從無(wú)序的非晶態(tài)排列成高度有序的晶態(tài)，由于密度變大，會(huì)發(fā)生體積收縮即可研究結(jié)晶過(guò)程。主要步驟：方法是將試樣與跟蹤液(通常是水銀)裝入一膨脹計(jì)中，加熱到聚合物熔點(diǎn)以上，使其全部熔融。然后將膨脹計(jì)移入恒溫槽內(nèi)，觀察毛細(xì)管內(nèi)液柱的高度隨時(shí)

26、間的變化。 （2）偏光顯微鏡法和小角激光光散射法。原理：用單位時(shí)間里球晶半徑增加的長(zhǎng)度作為觀察溫度下球晶的徑向生長(zhǎng)速度。主要步驟：將試樣熔融后立即進(jìn)行等溫結(jié)晶，觀察球晶的半徑隨時(shí)間的增長(zhǎng)變化，以球晶半徑對(duì)時(shí)間作圖，可得一直線。 9.比較下列各組聚合物的tg高低并說(shuō)明理由： （1）聚二甲基硅氧烷，順式聚1，4-丁二烯； includepicture * mergeformatinet ：聚二甲基硅氧烷 順式聚1，4-丁二烯 （2）聚己二酸乙二醇酯，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯； includepicture * mergeformatinet ：聚己二酸乙二醇酯 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 （3）聚丙烯，聚4

27、-甲基-1-戊烯； includepicture * mergeformatinet ：聚丙烯 聚4-甲基-1-戊烯 （4）聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯。 includepicture * mergeformatinet ：聚氯乙烯 聚偏二氯乙烯 10.以結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)討論下列聚合物的結(jié)晶能力：聚乙烯、尼龍66、聚異丁烯。 聚乙烯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)稱又規(guī)整，所以非常容易結(jié)晶。 尼龍66，化學(xué)結(jié)構(gòu)及幾何結(jié)構(gòu)均較規(guī)整，沒(méi)有鍵接方式問(wèn)題，也較容易結(jié)晶。 聚異丁烯，分子鏈具有較高的對(duì)稱性，可以結(jié)晶，但由于取代基的空間位阻以及化學(xué)結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性，使其較難結(jié)晶。 11.均聚物a熔點(diǎn)為200，熔融熱為8374j/mol重復(fù)

28、單元。如果在結(jié)晶的ab無(wú)規(guī)共聚物中，單體b不能進(jìn)入晶格，試預(yù)測(cè)含單體b10%摩爾分?jǐn)?shù)的共聚物的熔點(diǎn)。 答：451.8k.12.現(xiàn)有某種聚丙烯試樣，將其熔體10ml于150在膨脹計(jì)中進(jìn)行等溫結(jié)晶，不同時(shí)間測(cè)得聚合物的體積如下： t/min3.24.77.112.620v/ml9.99819.99249.97659.84189.5752已知聚丙烯晶胞密度為0.96g/cm3,結(jié)晶完全時(shí)體積結(jié)晶度為50%。試用avrami方程計(jì)算該試樣的結(jié)晶速度常數(shù)k和avrami指數(shù)n。 答：k=0.00316,n=3.02。(5)_clip_image004_0001精品.瑘潓瑦慷敲捩潲潳瑦傳晦捩罥q揓戀縹偼考

29、老考?污敳老獡灓撿亀來(lái)瑡癩亀浵敢呲灹厀畯捲噥污敵耄耈湕瑩慎敭33s333s333ss3ss3s3攚 溏9ac川ct炾jkn曚攅楬巉竸沜考?峿巿廿嬀笀壽娀楔葲汶繎第6章 橡膠彈性 1.高彈性有哪些特征？為什么聚合物具有高彈性？在什么情況下要求聚合物充分體現(xiàn)高彈性？什么情況下應(yīng)設(shè)法避免高彈性？ 答：（1）高彈性特征：a.彈性模量很小;b.形變量很大;c.彈性模量隨絕對(duì)溫度的升高正比的增加；d.形變時(shí)有明顯的熱效應(yīng)。（2）略（3）略 2.試述交聯(lián)橡膠平衡態(tài)髙弾形變熱力學(xué)分析的依據(jù)和所得結(jié)果的物理意義。 答：依據(jù)：熱力學(xué)第一定律和第二定律， 物理意義：橡膠變形后的張應(yīng)力可以看成是由熵的變化和內(nèi)能的變化

30、兩部分組成。只有熵才能貢獻(xiàn)的彈性叫熵彈性，橡膠拉伸時(shí)內(nèi)能變化很小，主要是熵的變化。內(nèi)能的變化是橡膠拉伸時(shí)放熱的原因。 3簡(jiǎn)述橡膠彈性統(tǒng)計(jì)理論的研究現(xiàn)狀與展望，說(shuō)明橡膠彈性唯象理論的優(yōu)缺點(diǎn)。答：略。 4什么叫熱塑性彈性體？舉例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。 答：（1）熱塑性彈性體是一種兼有塑料和橡膠特性、在常溫下顯示橡膠高彈性、高溫下又能塑化成型的高分子材料，又稱為第三代橡膠。 （2）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（sbs），pb分散相tg高于室溫，構(gòu)成物理交聯(lián)區(qū)域；故sbs室溫下為彈性體，高溫下發(fā)生粘性流動(dòng)，可以塑化成型。 精品.5.一交聯(lián)橡膠試片，長(zhǎng)2.8cm、寬1.0cm、厚0.2cm、重0.

31、518g，于25時(shí)拉長(zhǎng)1倍，測(cè)定張力為9.8n。請(qǐng)計(jì)算該試樣網(wǎng)鏈的平均分子量。 答：8185g/mol6. 某硫化橡膠試樣，其網(wǎng)鏈平均分子量為10000，密度為1g/cm3。問(wèn)25時(shí)拉伸1倍需要多大的應(yīng)力?(r=8.314j/kmol)答：pa7.一硫化橡膠試樣，應(yīng)力為1.5106n/m2時(shí)拉伸比為2.5.試計(jì)算該試樣1cm3中的網(wǎng)鏈數(shù)。 答：8.（1）利用橡膠彈性理論，計(jì)算交聯(lián)點(diǎn)間平均分子量為5000、密度為0.925g/cm3的彈性體在23時(shí)的拉伸模量和切變模量。（r=8.3145j/kmol） (2)若考慮自由末端校正，模量將怎樣改變？（已知試樣的=100000） 答：(1)e=1.36

32、6mpa, g=0.455 mpa(2) e=1.229mpa, g=0.410 mpa9.稱取交聯(lián)后的天然橡膠試樣，于25在正癸烷溶劑中溶脹。達(dá)溶脹平衡時(shí)，測(cè)得體積溶脹比為4.0。已知高分子-溶劑相互作用參數(shù)1=0.42，聚合物的密度2=0.925g/cm3,溶劑的摩爾體積為195.86cm3/mol,試計(jì)算該試樣的剪切模量g(r=8.3145j/kmol)。 答：。精品.第7章 聚合物的粘彈性 1.舉例說(shuō)明聚合物的蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗現(xiàn)象。為什么聚合物具有這些現(xiàn)象？這些現(xiàn)象對(duì)其的使用性能存在哪些利弊？ 2.簡(jiǎn)述溫度和外力作用頻率對(duì)聚合物內(nèi)耗大小的影響。畫出聚合物的動(dòng)態(tài)力學(xué)普示意圖，舉

33、出兩例說(shuō)明譜圖在研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能方面的應(yīng)用。 3.指出maxwell模型、kelvin模型和四元件模型分別適宜于模擬哪一類型聚合物的那一種力學(xué)松弛過(guò)程？ 答：maxwell模型適宜于模擬線形聚合物的應(yīng)力松弛過(guò)程，kelvin模型適宜于模擬交聯(lián)聚合物的蠕變過(guò)程，四元件模型適宜于模擬線形聚合物的蠕變過(guò)程。 4.什么是時(shí)溫等效原理？該原理在預(yù)測(cè)聚合物材料的長(zhǎng)期使用性能方面和在聚合物加工過(guò)程中各有哪些指導(dǎo)意義？ 答：（1）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，這就是時(shí)溫等效原理。（2）需要在室溫條件下幾年甚至上百年完成的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)的，但可以在高溫條件

34、下短期內(nèi)完成；或者需要在室溫條件下幾十萬(wàn)分之一秒或幾百萬(wàn)分之一秒中完成的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，可以在低溫條件下幾個(gè)小時(shí)甚至幾天內(nèi)完成。5.定量說(shuō)明松弛時(shí)間的含意。為什么說(shuō)作用力的時(shí)間相當(dāng)時(shí)，松弛現(xiàn)象才能被明顯地觀察到？ 答：（1）松弛時(shí)間是粘性系數(shù)和彈性系數(shù)的比值； （2）如果外加應(yīng)力作用時(shí)間極短，材料中的粘性部分還來(lái)不及響應(yīng)，觀察到的是彈性應(yīng)變。反之，若應(yīng)力作用的時(shí)間極長(zhǎng)，彈性應(yīng)變已經(jīng)回復(fù)，觀察到的僅是粘性流體貢獻(xiàn)的應(yīng)變，材料可考慮為一個(gè)簡(jiǎn)單的牛頓流體。只有在適中的應(yīng)力作用時(shí)間，材料的粘彈性才會(huì)呈現(xiàn)，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸衰減到零，這個(gè)適中的時(shí)間正是松弛現(xiàn)象的內(nèi)部時(shí)間尺度松弛時(shí)間。 精品.6.簡(jiǎn)述聚合物粘彈

35、理論的研究現(xiàn)狀與展望。 答：略。 7.一某種聚合物材料作為兩根管子接口法蘭的密封墊圈，假設(shè)該材料的力學(xué)行為可以用maxwell模型來(lái)描述。已知墊圈壓縮應(yīng)變?yōu)?.2，初始模量為3e6n/m2,材料應(yīng)力松弛時(shí)間為300d，管內(nèi)流體的壓力為0.3e6n/m2,試問(wèn)多少天后接口處將發(fā)生泄露？答：208d。8.將一塊橡膠試片一端夾緊，另一端加上負(fù)荷，使之自由振動(dòng)。已知振動(dòng)周期為0.60s，振幅每一周期減少5%，試計(jì)算：（1）橡膠試片在該頻率（或振幅）下的對(duì)數(shù)減量（）和損耗角正切（tg）；（2）假若=0.02，問(wèn)多少周期后試樣的振動(dòng)振幅將減少到起始值的一半？答：（1）；（2）21。9.分別寫出純粘性液體（

36、粘滯系數(shù)）、理想彈性體（彈性模量e）、maxwell單元（em、m)和kelvin單元（ek, k）在t=0時(shí)加上一恒定應(yīng)變速度k后應(yīng)力（）隨時(shí)間（t）的變化關(guān)系，并以圖形表示之。解：（1）=ket, 圖形為一過(guò)原點(diǎn)直線。精品.（2）=k, 圖形為一水平直線。（3）=k-exp(-et/), 圖形為一條斜率逐漸減小的曲線。（4）=ket+k 圖形為一直線，與縱軸交點(diǎn)在橫軸上方。10.設(shè)聚丙烯為線性粘彈體，其柔量為d（t）=1.2t0.1(gpa)-1(t的單位為s),應(yīng)力狀態(tài)如下：=0t0=1mpa0t1000s=1.5mpa1000st2000s試計(jì)算1500s時(shí)，該材料的應(yīng)變值。答：精品.

37、11.在頻率為1hz條件下進(jìn)行聚苯乙烯試樣的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，125出現(xiàn)內(nèi)耗峰。請(qǐng)計(jì)算在頻率1000hz條件下進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)內(nèi)耗峰的溫度。（已知聚苯乙烯的tg=100）答：151.312.某聚合物試樣，25時(shí)應(yīng)力松弛到模量為1e5n/m2需要10h。試計(jì)算-20時(shí)松弛到同一模量需要多少時(shí)間？（已知該聚合物的tg=-70）答：13.某聚合物的粘彈行為服從kelvin模型，其中值服從wlf方程，e值服從橡膠彈性統(tǒng)計(jì)理論。該聚合物的玻璃化溫度為5，該溫度下粘度為1e12pas，有效網(wǎng)鏈密度為1e-4mol/cm3。試寫出30、1e6pa應(yīng)力作用下該聚合物的蠕變方程。 答：第8章 聚合物的屈服和

38、斷裂 1.名詞解釋： 脆-韌轉(zhuǎn)變點(diǎn)；細(xì)頸；剪切帶；銀紋；應(yīng)力集中；疲勞。 脆-韌轉(zhuǎn)變點(diǎn)：在一定應(yīng)變速率下，作斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力分別與溫度t的關(guān)系曲線，兩條曲線的交點(diǎn)就是脆韌屈服轉(zhuǎn)變點(diǎn)。 細(xì)頸：高分子材料試樣條在拉伸實(shí)驗(yàn)中，試條某點(diǎn)的橫截面突然快速下降的現(xiàn)象。 剪切帶：只發(fā)生在局部帶狀區(qū)域內(nèi)的剪切變形。 銀紋：聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某些薄弱地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，以至在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長(zhǎng)度為100m、寬度為10m左右、厚度約為1m的微細(xì)凹槽。 應(yīng)力集中：受力材料在形狀、尺寸急劇變化的局部或內(nèi)部缺陷（孔、裂縫等）的附近出現(xiàn)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象。 疲勞：材料

39、或構(gòu)件在周期應(yīng)力作用下斷裂或失效的現(xiàn)象，是材料在實(shí)際使用中常見(jiàn)的破裂 形式。 2.畫出非晶態(tài)和晶態(tài)聚合物拉伸時(shí)典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，指出曲線上的特征點(diǎn)及相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變名稱。 3.討論溫度、應(yīng)變速度、流體靜態(tài)壓力對(duì)上述應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響規(guī)律。 精品.4.簡(jiǎn)述幾種組合應(yīng)力作用下材料的屈服判據(jù)，比較不同判據(jù)之間的差異。 答：（1）單參數(shù)屈服判據(jù)（tresca判據(jù)和最大形變能理論），只受正應(yīng)力和切應(yīng)力；（2）雙參數(shù)屈服判據(jù)（coulomb判據(jù)或mc判據(jù)），受正應(yīng)力、切應(yīng)力和正壓力。此外考慮流體靜壓力的改進(jìn)的tresca和von mises判據(jù)也適用。 5.何謂聚合物的強(qiáng)度？為什么理論強(qiáng)度比實(shí)際強(qiáng)度

40、高很多倍？ 6.簡(jiǎn)述聚合物增強(qiáng)、增韌的途徑和機(jī)理。 答：聚合物增強(qiáng)途徑：通過(guò)添加增強(qiáng)劑來(lái)形成復(fù)合材料； 機(jī)理：形成復(fù)合材料，可以傳遞應(yīng)力，避免基體應(yīng)力集中，提高力學(xué)強(qiáng)度。 聚合物的增韌途徑：添加增塑劑。 機(jī)理：銀紋機(jī)理、銀紋-剪切帶機(jī)理、三軸應(yīng)力空化機(jī)理、剛性粒子增韌機(jī)理。 7.下列幾種聚合物的抗沖擊性能如何？為什么？（ttg） （1）聚苯乙烯；（2）聚苯醚；（3）聚碳酸酯；(4)abs;(5)聚乙烯 答：(1)聚苯乙烯，因主鏈掛上體積龐大的側(cè)基苯環(huán)，使之稱為難以改變構(gòu)象的剛性鏈，使得沖擊性能不好，為典型的脆性聚合物。 （2）聚苯醚，因主鏈含有剛性的苯環(huán)，故為難以改變構(gòu)象的剛性鏈，沖擊性能不好

41、。 （3）聚碳酸酯，由于主鏈中含酯基，在-120攝氏度可產(chǎn)生局部模式運(yùn)動(dòng)，稱之為轉(zhuǎn)變。在ttg時(shí)，由于外力作用，轉(zhuǎn)變吸收沖擊能，使聚合物上的能量得以分散，因此沖擊性能好，在常溫下可進(jìn)行冷片沖壓成型，即常溫塑性加工。 （4）abs，因abs具有多相結(jié)構(gòu)，支化的聚丁二烯相當(dāng)于橡膠微粒分散在連續(xù)的塑料相中，相當(dāng)于大量的應(yīng)力集中物，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)，它們可以引發(fā)大量的裂紋，從而能吸收大量的沖擊能，所以沖擊性能好。 （5）聚乙烯，由于聚乙烯鏈節(jié)結(jié)構(gòu)極為規(guī)整和對(duì)稱，體積又小，所以聚乙烯非常容易結(jié)晶，而且結(jié)晶度比較高。由于結(jié)晶限制了鏈段的運(yùn)動(dòng)，使之柔性不能表現(xiàn)出來(lái)，所以沖擊性能不好。高壓聚乙烯由于支化多，破

42、壞了鏈的規(guī)整性，結(jié)晶度低些，沖擊性能稍好些。 8.如何采用物理改性的方法制備下列材料？簡(jiǎn)述其改性機(jī)理。 （1）抗沖擊聚丙烯塑料；（2）高強(qiáng)度丁苯橡膠；（3）高強(qiáng)度尼龍纖維；（4）高強(qiáng)度、高耐折射性的聚酯薄膜；（5）高強(qiáng)度環(huán)氧樹(shù)脂。 9.用低密度聚乙烯改性尼龍的研究和應(yīng)用報(bào)道很多。該種共混體系相容性很差，用什么方法可以改善兩者的相容性？用什么實(shí)驗(yàn)手段可以說(shuō)明相容性確實(shí)顯著提高了？ 10.現(xiàn)有一塊有機(jī)玻璃（pmma）板，內(nèi)有長(zhǎng)度為10mm的中心裂紋，該板受到一個(gè)均勻的拉伸應(yīng)力=450e6n/m2的作用。已知材料的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子kic=84.7e6n/m2m1/2,安全系數(shù)n=1.5,問(wèn)板材結(jié)構(gòu)是否安全？ 精品.精品.第9章 聚合物的流變性 1.什么是假塑性流體？絕大多數(shù)聚合物熔體和濃溶液在通常條件下為什么均呈現(xiàn)假塑性流體的性質(zhì)？試用纏結(jié)理論加以解釋。 答：（1）流動(dòng)指數(shù)n1的流體稱為假塑性流體；（2）略2.聚合物的粘性流動(dòng)有何特點(diǎn)？為什么？ 3.為什么聚合物的粘流活化能與分子量無(wú)關(guān)？ 答：根據(jù)自由體積理論，高分子的流動(dòng)不是簡(jiǎn)單的整個(gè)分子的遷移，而是通過(guò)鏈段的相繼躍遷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。形象的說(shuō)，這種流動(dòng)的類似于蚯蚓的蠕動(dòng)。因而其流動(dòng)活化能與分子的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知當(dāng)碳鏈不長(zhǎng)時(shí)，隨碳數(shù)的增加而增加，但當(dāng)碳數(shù)大于30時(shí)，不再增大，因此聚合物超過(guò)一定數(shù)值后，與相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)關(guān)。 4.討