广东石油化工学院高物试题2卷答案.pdf

第1页 （共9页） 高分子物理期末考试试题高分子物理期末考试试题 2 2 卷参考答案卷参考答案 一 、名词解释名词解释（每题 2 分，共 10 分）： 1、等效自由连接链：将含有 n 个键长为 l、键角固定、旋转 不自由的键组成的链视为一个含有 Z 个长度为 b 的链段组成的可以 自由旋转的链，称为等效自由连接链。 2、 时温等效原理： 升高温度与延长时间对分子运动是等效的， 对聚合物的粘弹行为也是等效的。 3、构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列，这 种排列是稳定的。要改变构型，必须经过化学键的断裂和重组。 4、泊松比：材料拉伸时横向应变与纵向应变比值之负数，是一 个反映材料性质的重要参数。 5、 熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温 度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度 的毛细管中挤出，十分钟内挤出的聚合物的质量克数。 二、简答题简答题（可任选答 8 题，每题 5 分，共 40 分） ： 1、聚丙烯腈只能用溶液纺丝，不能用熔融纺丝，而涤纶树脂可 用熔融纺丝。为什么？ 答：聚丙烯腈带有强极性的腈基，分子间作用力极大，熔点极 高，以至于高于分解温度，所以不能采用熔融纺丝，而只能进行溶 第2页 （共9页） 液纺丝； （2.5 分） 涤纶树脂结构中不含强极性取代基，分子间作用力小，熔点较 低，所以可用熔融法纺丝。 （2.5 分） 2、试述高聚物平衡高弹性的特点、热力学本质和分子运动机理。 答：高聚物平衡高弹性的特点：1) 弹性应变大；2) 弹性模量低； 3) T 升高，高弹平衡模量增加；4) 快速拉伸，温度升高。 （2 分） 热力学本质：熵弹性； （1 分） 分子运动机理：链段运动从卷曲构象转变为伸展的构象。 （2 分） 3、 什么是溶胀？什么是溶解？试从分子运动的观点说明线型聚 合物和交联聚合物溶胀的最终状态的区别。 答： 溶剂分子渗入高聚物内部， 使高聚物体积膨胀称为溶胀。 （1 分） 溶解是高聚物分子扩散到溶剂中与溶剂分子相互混合的过程。 （1 分） 线型高聚物分子溶胀后由于能分散于溶剂中而溶解， 而交联高分 子因其化学键束缚，不能进一步使交联的分子拆散，只能溶胀，不 能溶解。 （3 分） 4、.根据对材料的使用要求，有哪些途径可改变聚合物的 Tg？ 答：(1)改变主链或取代基的组成。主链中引入芳杂环或极性侧 基均可提高 Tg； （1 分） （2）加入增塑剂； （1 分） （3）控制分子量； （1 分） 第3页 （共9页） （4）适度交联；（1 分） （5）共聚-内增塑作用(或共混等) 。 （1 分） 5、解释下列实验事实： （1） 聚对苯二甲酸乙二酯（PET）熔体 迅速冷却，得到透明材料； （2）结晶聚合物在熔融过程中出现熔限。 答：（1） 熔体迅速冷却， 来不及结晶， 获得无定形材料；（3 分） （2）晶格完善程度不同。（2 分） 、比较分子链的柔顺性，并说明原因：(A)聚氯乙烯 (B)聚乙 烯 (C)聚丙烯。 答：分子链的柔顺性：BCA（2 分） 原因：A 的侧链中含有极性很强的氯原子，故柔性最差； （1 分） B 的主链结构对称，没有体积大的取代基，在碳链高聚物中柔性 很好；（1 分） C 的侧链中含有极性很弱的甲基取代基， 同 A 比较， 柔性比 A 好。 （1 分） 7、试述高聚物耐热性的指标，及提高耐热性的途径。 解：高聚物的耐热性对塑料来说，一般指它的 Tg（非晶态）和 Tm（晶态） ；对橡胶来说，一般是指它的 Tf。对加工来说，一般是指 Tox（氧化分解温度）或 Td（分解温度） 。 （2 分）提高耐热性的主 要途径如下： 第4页 （共9页） （1）增加聚合物分子间的作用力，如交联、形成氢健或引入极 性基团等。 （1 分） （2）增加大分子链的僵硬性，如在主链中引入环状结构，如苯 等大的侧基或共轭双键等。 （1 分） （3）提高聚合物的结晶度或加入填充剂、增强剂等。 （1 分） 8、说明聚合物的蠕变和内耗现象。并简要说明为什么聚合物具 有这些现象？ 答：蠕变是指在一定的温度和较小的恒定应力作用下，材料的 应变随时间的增加而增大的现象； （1.5 分）由于发生滞后现象，在 每一循环变化中，作为热损耗掉的能量称为力学损耗。 （1.5 分） 由于高分子链可以通过链段运动使分子链进行重排或质心滑 移，从而使应力松弛，因此聚合物可以出现蠕变现象；在交变应力 作用下，因为链段的运动受阻于内摩擦力，因此会出现滞后和内耗 现象。 （2 分） 9、为改善聚丙烯的冲击性能，作为材料工程师的你需要选择一 种合适的橡胶来进行增韧，目前可供使用的有三元乙丙橡胶与氯丁 橡胶，请做出你的选择，简要说明原因，并简述其增韧机理。 答：应选三元乙丙橡胶，与 PP 极性相近，具有较好的相容性。 银纹-剪切带增韧机理。 （选择正确 1 分，原因阐述正确 2 分，增韧 机理论述正确 2 分。 ） 第5页 （共9页） 三、选择选择题题（在下列各小题的备选答案中，请把你认为正确答案的 题号填入题干的括号内。 少选、 多选不给分。 每题 1.5 分， 共 15 分） 1、大多数聚合物流体属（C） A、膨胀型流体( n K 切 ， n1)B、 牛顿流体( n K 切 ， n=1) C、假塑性流体( n K 切 ，n1)D、宾哈流体(K y 切 ) 2、 （C）是指熔融成型或浓溶液成型中，高聚物的分子链段或其 他添加剂沿剪切流动的运动方向排列。 A、拉伸取向B、双轴取向C、流动取向D、单轴取向 3、下列哪种结晶形态具有黑十字消光图像的（ B ） 。 A、纤维状晶B、球晶C、单晶D、树枝晶 4、下列方法中，可以明显降低聚合物熔点的是 （D） A、主链上引入芳杂环B、降低结晶度 C、提高分子量D、加入增塑剂 5、当高分子溶液从凝胶渗透色谱柱中被淋洗出来时，溶液中的分子 分离按(B ) A、分子量B、分子流体力学体积 C、分子链柔性D、分子间相互作用力的大小 6、将有机玻璃板材用高弹真空成型法成型为飞机座舱盖时，成型温 度为(B) A、Tb-Tg之间B、Tg-Tf之间C、Tf-Td之间 (Tb、Tg、Tf、Td分别为脆化温度、玻璃化转变温度、流动温度和 分解温度) 7、测量重均分子量可以选择以下哪种方法：D A、粘度法B、端基滴定法 C、渗透压法D、光散射法 8、Tg是链段开始“解冻“的温度，因此凡是使链段的柔性_A_， 使分子间作用力A的结构因素均使 Tg 下降。 第6页 （共9页） A、增加降低B、增加上升 C、减少上升D、减少降低 9、下述四种模型中哪一个可以用来描述线性高聚物的应力松弛过 程？（ A ） A、 Maxwell 模型B、 Kelvin 模型 C、 Voigt 模型D、 四元件模型 10、 聚电解质在离子化溶剂中,其溶液性质与普通高分子不同：稀 溶液浓度降低，B，线团扩张度增大 ，故A。加 入强电解质时，C 、D。 A、 增大B、电离度增大 C、减少D、分子链卷曲 四、填空题填空题（每空 1 分，共 15 分） 1、聚合物在溶液中通常呈无规线团构象，在晶体中呈锯齿 形或螺旋形构象。 2、自由体积理论认为，高聚物在玻璃化温度以下时，体积随温度升 高而发生的膨胀是由于固有体积的膨胀。 3、橡胶弹性是熵弹性，弹性模量随温度的升高而增加， 在拉伸时放热。 4、聚合物样品在拉伸过程中出现细颈是屈服的标志，冷拉过 程（颈缩阶段）在微观上是分子中链段或晶片的取向过程。 5、高分子液晶根据制备方法的不同，可分为溶致液晶与热 致液晶。 第7页 （共9页） 6、高分子的结晶形态有折叠链片晶、串晶、伸直链片晶 和纤维状晶。 五、计算题（任选二题，每题 10 分，共 20 分） 1、由文献查得涤纶树脂的密度c=1.5010 3kg/m3 和a=1.335 10 3kg/m3,内聚能E=66.67kJ/mol(单元)。今有一块 1.422.96 0.5110 -6m3 的涤纶试样,质量为 2.92 10 -3 kg,试由以上数据计 算:(1)涤纶树脂试样的密度和结晶度;(2)它的内聚能密度(涤纶树 脂试样的 M0=192g/mol)。 解:(1)密度=W/V=2.9210 -3/(1.422.960.5110-6)=1.362 10 3kg/m3 （2 分） 结晶度 fc V=(- a)/(c-a) =(1.362-1.335)/(1.50-1.335)=21.8%（4 分） 或fc W= c/(-a)/(c-a)=23.3% (2)内聚能密度 CED=E/VM0=66.6710 3/(1/1.362103) 192=473J/cm 3 （4 分） 2、已知 PE 和 PMMA 的流动活化能E分别为 41.8kJ/mol 和 192.3kJ/mol，PE 在 473K 时的粘度473=91Pas；PMMA 在 513K 时 的粘度513=200Pa s。 试求： （1） PE 在 483K 和 463K 时的粘度， PMMA 第8页 （共9页） 在 523K 和 503K 时的粘度； （2）说明链结构对聚合物粘度的影响； （3）说明温度对不同结构聚合物粘度的影响。 （文献查得 Tg（PE） =193K，Tg（PMMA）=378K） 解：（1） 现求的粘度均在 Tg+100K 以上， 故用 Arrhenius 公式（6 分） )(490) 513 1 503 1 ( 31. 8 103 .192 200 lg303. 2 )(84) 513 1 523 1 ( 31. 8 103 .192 200 lg303. 2 )(114) 473 1 463 1 ( 31. 8 108 .41 91 lg303. 2 )(71) 473 1 483 1 ( 31. 8 108 .41 91 lg303. 2 ) 11 (lg303. 2 503 3 503 523 3 523 463 3 463 483 3 483 212 1 / sPa sPaPMMA sPa sPaPE TTR E T T Ae RTE 所以 所以 所以 所以 或 （2）刚性链（PMMA）比柔性链（PE）的粘度大。（2 分） （3）刚性链的粘度比柔性链的粘度受温度的影响大。（2 分） 3、用平衡溶胀法可测定丁苯橡胶的交联度。试由下列数据计算 该试样中有效链的平均分子量 Mc。所用溶剂为苯，温度为 25，干 胶重 0.1273 克，溶胀体重 2.116 克，干胶密度为 0.941 克/毫升， 苯的密度为 0.8685 克/毫升，1=0.398。 解：平衡溶胀比 Q=(v1+ v2)/v2=(w1/1) +(w2/2)/(w2/2) =