高分子物理試題

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)：2、 時(shí)一溫等效原理：3、 力學(xué)松弛：4、 泊松比：5、 構(gòu)型與構(gòu)象：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。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。3、 簡(jiǎn)述結(jié)晶溫度對(duì)聚合物結(jié)晶速度的影響。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。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。6、 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。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。8、 說(shuō)明聚合物的蠕變和內(nèi)耗現(xiàn)象。并簡(jiǎn)要說(shuō)明為什么聚合物具有這些現(xiàn)象？9、 為改善聚丙烯的沖擊性能，作為材料工程師的你需要選擇一種合適的橡膠來(lái)進(jìn)行增韌，目前可供使用的有三元乙丙橡膠與氯丁橡膠，請(qǐng)你做出選擇，簡(jiǎn)要說(shuō)明原因，并簡(jiǎn)述其增韌機(jī)理。三、 選擇題（在下列各小題的備選答案中，請(qǐng)把你認(rèn)為正確答案的題號(hào)填入題干的括號(hào)內(nèi)。少選、多選不給分。每題1.5分，共15分）1、 大多數(shù)聚合物流體屬（）A、膨脹型流體（b切=Kn，n>1） B、牛頓流體（b=Kyn，n=1）C、假塑性流體（b:=Kn，n>1） D、賓哈流體（b:=b+K）2、在注射成型中能最有效改善聚甲醛熔體流動(dòng)性的方法是切 ）’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（ ）A、提高支化程度 B、提高結(jié)晶度命加入增塑劑 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（）A、主鏈上引入芳雜環(huán) B、降低結(jié)晶度 C、提高分子量 。、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（）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（）A、T-T之間 B、T-T之間 C、T-T之間bg gf fd（Tb、T、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、 制備茹絲溶液時(shí)，對(duì)所用溶劑的要求：（ ）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)志著塑料使用的和橡膠使用的。前者常表征塑料的，后者表征橡膠的。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)齒。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，，線團(tuán)擴(kuò)張度增大，故。加入強(qiáng)電解質(zhì)時(shí)，。A、n增大B、電離度增大 C、n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△姑=0，其高分子鏈段間以及鏈段與溶劑分子間的相互作用、溶液呈現(xiàn)。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。3、高分子的結(jié)晶形態(tài)有 、、和。4、提高高分子材料耐熱性的途徑主要有、、。5、聚合物樣品在拉伸過(guò)程中出現(xiàn)細(xì)頸的標(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 過(guò)程。6、 高分子液晶根據(jù)制備方法的不同，可分為液晶與液晶。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。2、 已知PE和PMMA的流動(dòng)活化能△￡分別為41.8kJ/mol和192.3kJ/mol，PE在473K時(shí)的粘度n473=91Pa-s；PMMA在513K時(shí)的粘度n513=200Pa-s。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）3、一交聯(lián)橡膠試片，長(zhǎng)2.8cm，寬1.0cm，厚0.2cm，，質(zhì)量0.518g，于25°C時(shí)將它拉伸1倍，測(cè)定張力為1.0kg，估算試樣網(wǎng)鏈的平均相對(duì)分子質(zhì)量。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)一溫等效原理：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)品時(shí)熵值減小，因大分子鏈規(guī)整排列，構(gòu)象數(shù)減少；（1分）TOC\o"1-5"\h\z（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)品溫度對(duì)聚合物結(jié)品速度的影響。答：由于結(jié)品過(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分如晶粒生長(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)品速度與溫度呈現(xiàn)單峰形。（1分）Tmax=0.80-0.85Tm（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：I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）II區(qū)：玻璃一橡膠轉(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）III區(qū)：橡膠一彈性平臺(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）W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）V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）6、 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：B〉C〉A(chǔ) （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、0溶劑。答：x1<1/2，A2>0，△叩<0（或u>0）為良溶劑；（2分）X1>1/2，A2<0，△”>0（或u<0）為不良溶劑；（1.5分）1X1=1/2，A2=0，ME=0（或u=0）為0溶劑。（1.5分）18、 說(shuō)明聚合物的蠕變和內(nèi)耗現(xiàn)象。并簡(jiǎn)要說(shuō)明為什么聚合物具有這些現(xiàn)象？答：蠕變是指在一定的溫度和較小的恒定應(yīng)力作用下，材料的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增大的現(xiàn)象；（1.5分）由于發(fā)生滯后現(xiàn)象，在每一循環(huán)變化中，作為熱損耗掉的能量稱為力學(xué)損耗（即內(nèi)耗）。（1.5分）由于高分子鏈可以通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)使分子鏈進(jìn)行重排或質(zhì)心滑移，從而使應(yīng)力松弛，因此聚合物可以出現(xiàn)蠕變或應(yīng)力松弛現(xiàn)象；在交變應(yīng)力作用下，因?yàn)殒湺蔚倪\(yùn)動(dòng)受阻于內(nèi)摩擦力，因此會(huì)出現(xiàn)滯后和內(nèi)耗現(xiàn)象。（2分）9、 為改善聚丙烯的沖擊性能，作為材料工程師的你需要選擇一種合適的橡膠來(lái)進(jìn)行增韌，目前可供使用的有三元乙丙橡膠與氯丁橡膠，請(qǐng)你做出選擇，簡(jiǎn)要說(shuō)明原因，并簡(jiǎn)述其增韌機(jī)理。答：應(yīng)選三元乙丙橡膠，因其與PP極性相近，具有較好的相容性。銀紋-剪切帶增韌機(jī)理。（選擇正確2分，原因闡述正確2分，增韌機(jī)理論述正確1分。）三、選擇題（在下列各小題的備選答案中，請(qǐng)把你認(rèn)為正確答案的題號(hào)填入題干的括號(hào)內(nèi)。少選、多選不給分。每題1.5分，共15分）1、 大多數(shù)聚合物流體屬（C）A、膨脹型流體（b=Kn，n>1）B、牛頓流體（b=Kn，n=1）C、假塑性流體（b切二冏n，n>1）D、賓哈流體（b切=b+K）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)品度”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)品度C、提高分子量 。、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、T-T之間B、T-T之間 C、T-T之間（T、bT、gT、T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）gfd7、 制備紡絲溶液時(shí)，對(duì)所用溶劑的要求：（ABCD）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。。、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^^。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、n增大 b、電離度增大C、n減少 D、分子鏈卷曲四、 填空題（每空1分，共15分）1、高聚物在e條件下，超額化學(xué)位^口f=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)品形態(tài)有折疊鏈片品、串品、伸直鏈片品和纖維狀品。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)用。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)度匕便與自由旋轉(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）1/2nl氣2）1/2寸斯（3分）

n=2X2000=4000所以 LmaX（hf2廣2=寸秋=J4000/3=36.5 （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△%分別為41.8kJ/mol和192.3kJ/mol,PE在473K時(shí)的粘度n473=91Pa?s；PMMA在513K時(shí)的粘度n=200Pa?s。試求：（1）PE在483K和463K時(shí)的粘度，PMMA513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，T（PMMA）=378K）解：（1）現(xiàn)求的粘度均在T+100K以上，故用Arrhenius公式（6g分）n=PE或2.3031g =^En(■!--1)LR注n=PE或2.3031g =^En(■!--1)LR注n41.8X103 1 12.3031g483= (一)91 8.31 483473P