青島科技大學(xué)高分子物理習(xí)題及答案兩套

青島科技大學(xué)高分子物理習(xí)題及答案兩套一、名詞解釋（每題1.5分，共15分）鍵接異構(gòu)——大分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵接順序不同所引起的異構(gòu)體。雙軸取向——取向單元沿兩個(gè)相互垂直方向的取向，其面積增大，厚度減小。脆性斷裂——屈服前的斷裂，拉伸中試片均勻形變，斷面較平整。Boltzmann原理——聚合物的力學(xué)松弛行為是其整個(gè)受力歷史上諸松弛過程的線性加和的結(jié)果。熔限——高聚物熔融開始至終了的溫度區(qū)間。力學(xué)狀態(tài)——高聚物的力學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的特征狀態(tài)；時(shí)溫等效原理——升高溫度和延長時(shí)間對(duì)分子運(yùn)動(dòng)及高聚物的粘彈行為是等效的，可用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子αT將某一溫度下測(cè)定的力學(xué)數(shù)據(jù)變成另一溫度下的力學(xué)數(shù)據(jù)。銀紋質(zhì)（體）——聯(lián)系起兩銀文面的束狀或高度取向的聚合物。柔順性—高分子鏈能夠不斷改變其構(gòu)象的性質(zhì)或高分子能夠卷曲成無規(guī)線團(tuán)的能力。零切黏度——剪切速率趨向于零時(shí)的熔體黏度，即流動(dòng)曲線的初始斜率。二、填空（每題3分，共36分）自由結(jié)合鏈的均方末端距=nl2，自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方末端距=nl2(1+cosθ)/(1-cosθ)，等效自由結(jié)合鏈均方末端距=nele2。一般情況下，高聚物的結(jié)晶溫度區(qū)域?yàn)門g-Tm_，在此區(qū)間較高溫度下結(jié)晶可使高聚物的Tm較高，熔限較窄，結(jié)晶尺寸較大。膜滲透壓法測(cè)定的是數(shù)均Mn分子量；凝膠色譜法（GPC）測(cè)定可得到Mn，Mw，Mz，Mη，d=Mw/Mn=Mz/Mw，從色譜柱中最先分離出來的是分子量較大的級(jí)份。PE、等規(guī)PP的溶解過程為先熔融，后溶脹，再溶解，硫化橡膠遇溶劑后只溶脹，不溶解。良溶劑狀態(tài)時(shí)，<0，<1/2，>0。動(dòng)態(tài)粘彈性一般用儲(chǔ)能模量（E′），損耗模量(E”)，損耗因子（tanδ）等參數(shù)來表征；從分子結(jié)構(gòu)來講，順丁橡膠、丁苯橡膠、丁晴橡膠、丁基橡膠四種橡膠中內(nèi)耗最大的是丁基橡膠（IIR）。大多數(shù)聚合物熔體屬假塑性流體，，其n值為<1，表明它們具有剪切變稀特性。橡膠彈性熱力學(xué)方程為，交聯(lián)橡膠的狀態(tài)方程為，當(dāng)溫度升高時(shí)橡膠彈性模量會(huì)增大。9.共混高聚物是指兩種或以上的高聚物通過物理或化學(xué)方法制備的高分子-高分子混合物，其聚集態(tài)特征為亞微觀非均相，宏觀均相。10.玻璃態(tài)高聚物發(fā)生冷拉（強(qiáng)迫高彈形變）的溫度區(qū)間是Tb~Tg，結(jié)晶聚合物的冷拉溫度區(qū)間是Tb(Tg)~Tm。11.順丁橡膠分子鏈的結(jié)構(gòu)單元化學(xué)組成屬碳鏈高聚物，鍵接結(jié)構(gòu)屬1-4鍵接，構(gòu)型屬順式構(gòu)型。12.高密度PE與低密度PE相比，其支化度低，結(jié)晶度高，熔點(diǎn)高拉伸強(qiáng)度高，沖擊強(qiáng)度低。三、問答題（49分）1、試說明結(jié)晶高聚物的微觀結(jié)構(gòu)具有哪些特征？高結(jié)晶度材料的分子鏈應(yīng)具備什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？（10分）答：1：（5分）一條大分子穿過數(shù)個(gè)晶胞；晶體中分子鏈取穩(wěn)定構(gòu)象，并構(gòu)象固定；晶胞的各向異性；具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象；結(jié)晶的不完善性。2：鏈的對(duì)稱性：高分子鏈的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性越高，越容易結(jié)晶；（2分）鏈的規(guī)整性：規(guī)整性越高，越易結(jié)晶，鍵接順序應(yīng)規(guī)整，構(gòu)型應(yīng)是全同或間同立構(gòu)；對(duì)于二烯類聚合物，反式的結(jié)晶能力大于順式；（2分）鏈的柔順性應(yīng)適中：一定的柔順性是結(jié)晶時(shí)鏈段向結(jié)晶表面擴(kuò)散和排列所必需的。高度結(jié)晶材料應(yīng)同時(shí)具備以上三個(gè)要求，缺一不可。（1分）2、請(qǐng)分別畫出低密度PE，輕度交聯(lián)橡膠的下列曲線，并說明理由。（10分）（1）溫度形變曲線（3分）（2）蠕變及回復(fù)曲線（3分）（3）應(yīng)力-應(yīng)變曲線（并標(biāo)明拉伸強(qiáng)度）（4分）答：（1）圖中：1為輕度交聯(lián)橡膠的溫度形變曲線；2為低M低密度PE的溫度形變曲線；3為高M(jìn)低密度PE的溫度形變曲線；a：低密度PE的Tg；b：輕度交聯(lián)橡膠的Tg；c：低密度PE的Tm；d：高分子量低密度PE的Tf。原因：因?yàn)槭禽p度交聯(lián)，仍有明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變，由于交聯(lián)作用，沒有熔融和粘流。低密度PE由于結(jié)晶含量較少，有明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變和熔融轉(zhuǎn)變，對(duì)于低分子量的PE，其Tf低于Tm，所以熔融后直接進(jìn)入粘流態(tài)；對(duì)于高分子量PE，其Tf高于Tm，有明顯的粘流轉(zhuǎn)變。（2）圖中：ε1：普彈形變；ε2：高彈形變；ε3：塑性形變。輕度交聯(lián)橡膠低密度PE原因：輕度交聯(lián)橡膠因交聯(lián)鍵的限制，無明顯的塑性形變，但有普彈形變和高彈形變；低密度PE中的結(jié)晶部分類似于交聯(lián)點(diǎn)，但由于結(jié)晶含量較低，所以在外力的作用下，除發(fā)生普彈和高彈形變外，非晶部分仍能發(fā)生塑性形變。（3）原因：輕度交聯(lián)橡膠室溫拉伸時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變屬高彈形變，無屈服和冷拉，一般來說，拉伸強(qiáng)度等于斷裂強(qiáng)度；低密度PE屬低結(jié)晶度高聚物，拉伸時(shí)有屈服，有時(shí)有冷拉（與低密度PE的分子量大小有關(guān)），但應(yīng)力應(yīng)變曲線與高結(jié)晶度PE明顯不同，即低密度PE冷拉不完全，屈服之前有明顯的非線性區(qū)。3、寫出下列高聚物的結(jié)構(gòu)式，比較Tg的高低，并說明理由。（9分）（1）順丁橡膠、聚乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡膠、聚苯乙烯（3分）答：分子鏈的柔順性愈好，其Tg越低；（手工畫結(jié)構(gòu)式）從上面的結(jié)構(gòu)式可以看出，BR主鏈不含側(cè)基，且有孤立雙鍵，所以柔性最好，Tg最低；PE與BR相比缺少孤立雙鍵，柔性次之；CR中雖有孤立雙鍵，但有極性側(cè)基氯原子，柔性降低，Tg升高；PVC中無孤立雙鍵，有極性側(cè)基氯原子，柔性降低；聚苯乙烯中無孤立雙鍵，有剛性側(cè)基苯環(huán)，Tg最高。既主鏈連含有孤立雙鍵，柔性增加；側(cè)基體積增大，或極性增大，柔性降低。Tg：順丁橡膠<聚乙烯<氯丁橡膠<聚氯乙烯<聚苯乙烯（2）聚異丁烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯（3分）（手工畫結(jié)構(gòu)式）Si-O主鏈鍵長鍵角均大于C-C主鏈，且O上無取代基，取代基對(duì)稱，所以柔性最好；其余三者主鏈組成相同，側(cè)基都對(duì)稱，側(cè)基極性甲基小于CL和氟原子，但氟原子體積小于氯原子，所以排列如下：Tg：聚二甲基硅氧烷<聚異丁烯<聚偏二氟乙烯<聚偏二氯乙烯（3）聚苯撐、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（3分）（手工畫結(jié)構(gòu)式）主鏈苯環(huán)含量增加，Tg增大；酯基含量增加，Tg減小；Tg：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯<聚碳酸酯<聚苯撐4、畫出模擬高聚物應(yīng)力松弛過程的力學(xué)模型，給出應(yīng)力松弛方程，并說明該模型適合于描述何種高聚物的應(yīng)力松弛過程，為什么？（10分）答：Maxwell模型：彈簧串聯(lián)粘壺；（3分）應(yīng)力松弛方程：τ=η/E：松弛時(shí)間（4分）當(dāng)t→∞時(shí)，σ（t）→0,應(yīng)力可以完全松弛掉，所以只適合于模擬線型高聚物。（3分）5、試分析討論分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶、交聯(lián)、取向?qū)Ω呔畚锢鞆?qiáng)度的影響。（10分）答：（1）凡使分子柔性減小的因素及分子間力增大如生成氫鍵等都有利于高聚物拉伸強(qiáng)度的提高；分子量增大，拉伸強(qiáng)度提高，但有極大值，之后變化不大；（3分）（2）結(jié)晶度提高，拉伸強(qiáng)度提高，但有極大值，之后變化不大；（3分）結(jié)晶度相同時(shí)，結(jié)晶尺寸減小，拉伸強(qiáng)度提高；結(jié)晶形態(tài)：球晶<串晶<伸直鏈晶片。（3）隨交聯(lián)密度的提高，高聚物拉伸強(qiáng)度先增大后減小；（2分）（4）平行于取向方向上拉伸強(qiáng)度增加，垂直于取向方向上拉伸強(qiáng)度減小。（2分）一、名詞解釋（每題2分，共20分）1．等效自由結(jié)合鏈：由若干個(gè)化學(xué)鍵組成的一段鏈可作為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元，稱為鏈段，令鏈段與鏈段自由結(jié)合，并且無規(guī)取向，稱為等效自由結(jié)合鏈。2．取向度：是材料取向程度的衡量指標(biāo)，一般可用取向函數(shù)F來表示F=式中為分子鏈主軸與取向方向間的夾角。3．溶解度參數(shù)：通常將內(nèi)聚能密度的平方根定義為溶解度參數(shù)（＝），溶質(zhì)和溶劑的溶解度參數(shù)愈接近，兩者愈能相互溶解。4．溶劑化作用：又稱廣義酸堿作用，是指溶質(zhì)和溶劑分子間的作用力大于溶質(zhì)分子間的作用力，而使溶質(zhì)分子彼此分離而溶解于溶劑中。5．次級(jí)松弛：在Tg（非晶和低結(jié)晶聚合物）或Tm（高結(jié)晶聚合物）以下，小尺寸運(yùn)動(dòng)單元從運(yùn)動(dòng)到凍結(jié)或從凍結(jié)到運(yùn)動(dòng)的變化過程稱為次級(jí)松弛。6．非牛頓性指數(shù)：冪律公式中的n是表征流體偏離牛頓流動(dòng)的程度的指數(shù)，稱為非牛頓指數(shù)。7．粘彈性：外力作用下，高聚物材料的形變行為兼有液體粘性和固體彈性的雙重特性，其力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間變化而呈現(xiàn)出不同的力學(xué)松弛現(xiàn)象的特性稱為粘彈性。8．Boltzmann疊加原理：高聚物的力學(xué)松弛行為表現(xiàn)為歷史上各松弛過程的線性加和。9．銀紋：又稱裂紋，是高聚物受應(yīng)力、環(huán)境影響而在表面出現(xiàn)的銀白色條紋。10．表觀粘度：與牛頓粘度定義相類比，將非牛頓流體的粘度定義為剪切應(yīng)力與剪切速率之比，其值稱為表觀粘度，即。二、填空（每題2分，共30分）1.空間位阻參數(shù)，無擾尺寸（鏈段長度），極限特征比2.提高，增大，減少，加快3.極稀的溶液中，球晶，黑十字消光圖像4.n<w<z5.體積排除機(jī)理，分子量大的高分子6.b7.小，高，高，高8.上限溫度，下陷溫度，TfTd9.鏈段運(yùn)動(dòng)，偏低，偏高10.b，a11.＝0，＝0，＝0.5，自由無擾12.b13.d，丁基橡膠的側(cè)基數(shù)最多從而導(dǎo)致分子鏈間內(nèi)摩擦阻力最大14.時(shí)間和溫度，松弛15.Tb-Tg，Tg-Tm三、問答題（每題10分，共50分）1.結(jié)晶度：結(jié)晶高聚物中結(jié)晶部分含量的量度，通常以重量百分?jǐn)?shù)（）或體積百分?jǐn)?shù)來表示，其中W表示質(zhì)量，V表示體積，下標(biāo)c和a表示結(jié)晶和非晶。（2分）高結(jié)晶度高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鏈的對(duì)稱性好有利（2分）；鏈的規(guī)整性好有利（2分）；柔順性好有利（2分）；分子間能形成氫鍵有利（2分）。2.結(jié)晶聚合物熔融過程體積－溫度曲線，標(biāo)出熔點(diǎn)和熔限；（2.5分）低結(jié)晶度聚合物的溫度－形變曲線，注明轉(zhuǎn)變溫度并考慮分子量的影響；（2.5分）（手工畫圖）線型和交聯(lián)聚合物的應(yīng)力松弛曲線；（2.5分）等規(guī)聚丙稀和增韌聚氯乙稀在室溫下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。（2.5分）（手工畫圖）3.1)交聯(lián)聚合物的溶度參數(shù)2；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：將交聯(lián)聚合物置于一系列溶度參數(shù)不同的溶劑中，在一定溫度下測(cè)其平衡溶脹比Q，Q值最大的溶劑的溶度參數(shù)可作為該交聯(lián)聚合物的溶度參數(shù)。（2.5分）實(shí)驗(yàn)原理：只有在溶劑的溶度參數(shù)和交聯(lián)聚合物的溶度參數(shù)相等時(shí)，交聯(lián)聚合物的溶脹性能才最好。（2.5分）2)理想橡膠材料在外力拉伸時(shí)，熵隨著伸長l的變化值，即實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：將理想橡膠材料在等溫下拉伸到一定長度l，然后測(cè)試其在不同溫度下的張力f。以張力f對(duì)絕對(duì)溫度T作圖，當(dāng)拉伸比不太大時(shí)可得到一條直線，由橡膠的熱力學(xué)方程式可知該直線的斜率為（。（2.5分）實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)橡膠的兩個(gè)熱力學(xué)方程式可知（＝。（2.5分）4.1）交聯(lián)聚合物蠕變過程的力學(xué)模型（2分）（