北京化工大学高分子基础理论习题答案.pdf

第一章 1 写出下列聚合物的英文缩写及结构式,并按主链结构进行分类 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 尼龙66 聚对苯二甲酸乙二醇酯 聚碳酸酯 聚异 戊二烯 聚丁二烯 聚合物英文缩写结构式分类 聚乙烯PE 碳链高分子 聚丙烯PP 碳链高分子 聚氯乙烯PVC 碳链高分子 聚苯乙烯PS 碳链高分子 聚甲基丙 烯酸甲酯 PMMA 碳链高分子 尼龙66PA66或 Nylon66 杂链高分子 聚对苯二 甲酸乙二 醇酯 PET 杂链高分子 聚碳酸酯PC 杂链高分子 聚异戊二 烯 PIP 碳链高分子 聚丁二烯PB 碳链高分子 第二章 1 简述自由基聚合的基元反应及自由基聚合的特征。 自由基聚合的基元反应：链引发、链增长和链终止。 自由基聚合的特征：慢引发、快增长、速终止。在自由基聚合的三步基 元反应中，链引发是控制整个聚合速率的关键，链增长和链终止是一对 竞争反应，受反应速率常数和反应物浓度的影响。 2 简述聚合度增大的高分子化学反应主要有哪些？并分别举例说明其 在工业上的应用。 聚合度增大的高分子化学反应主要有：交联反应、接枝反应、扩链反 应。 交联反应是指：聚合物分子链间通过化学键连接成一个整体网络结构 的过程，如：用硫或硫化物使橡胶交联硫化；用过氧化物使聚乙烯交联 提高聚乙烯管材的耐压等级及耐热性。 接枝反应是指：在高分子主链上接上结构、组成不同支链的化学反 应，如将马来酸酐接枝聚丙烯用作PA/PP共混物的相容剂。 扩链反应是指：通过链末端功能基反应形成聚合度增大了的线形高分 子链的过程。如将回收PET树脂经扩链反应制备高粘度PET。 第三章 1根据链结构，将下列聚合物按柔顺性大小排序并说明原因： （1）PE，PP，PS，聚二甲基硅氧烷 柔顺性从大到小顺序为：聚二甲基硅氧烷聚乙烯聚丙烯聚苯乙 烯 原因：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯均为碳链聚合物，而聚二甲基硅氧 烷为杂链高分子，Si-O键键长、键角比C-C大，且O原子上没有取代 基，因此单键内旋转受到的阻碍少，分子链柔顺性最高，另外聚乙烯、 聚丙烯、聚苯乙烯三种碳链聚合物相比，取代基（或侧基）体积依次增 大，对C-C单键内选择阻碍增加，大分子链柔顺性依次降低。 （2）PP， PVC，PAN 柔顺性从大到小依次为：PPPVCPAN 原因：以上三种聚合物均为碳链聚合物，取代基的极性-CH3，-Cl，- CN依次增强，取代基极性增大，大分子链之间相互作用力增强，对主 链C-C单键内旋转阻碍增大，因此，大分子链柔顺性依次降低 （3）PE，POM，PS 柔顺性从大到小依次为：POMPEPS 原因：POM（-O-CH2-）为杂链聚合物，O原子上没有其他取代基， 且O-C单键的键长、键角均大于C-C键，所以POM大分子链柔顺性最 好，PE和PS相比，PS含有苯环取代基，体积大，造成与之相连的PS大 分子主链上的C-C内旋转受到阻碍较大，因此PS大分子链的柔顺性最 差。 2从结构观点分析,比较下列高聚物中结晶能力的强弱并进行排序，并 说明理由 HDPE， 等规PP，无规PP，等规PS 上述聚合物结晶能力从强到弱依次为：HDPE等规PP等规PS无 规PP 原因：聚合物的结晶能力主要受大分子链的立构规整性、分子间作用 力及分子链柔顺性影响。上述几种聚合物均为碳链聚合物，分子间均不 存在氢键，主要考察立构规整性和分子链柔顺性对结晶能力的影响。无 规PP立构规整性最差，不具备结晶能力。其余三种聚合物从分子链柔顺 性判断，PE没有取代基，柔顺性最好，所以结晶能力最强，等规聚苯乙 烯的取代基为苯环，体积较大，所以聚苯乙烯的分子链柔顺性比聚丙烯 差，结晶能力比等规聚丙烯差。 3将等规聚丙烯熔体放入冷却水中，冷却水温度分别为60和20，简 述冷却水温度不同对最终聚丙烯制品的结晶度、晶粒尺寸及力学性能 的影响。 冷却水温度为60，温度较高，有利于聚丙烯大分子链排入晶格中，因 此得到最终制品的结晶度较高、晶粒尺寸大，力学强度高，但韧性和延 伸率较低。 冷却水温度为20，温度较低，不利于聚丙烯大分子链活动排入晶格， 所以得到最终制品的结晶度较低、晶粒尺寸小，力学强度低。 4叙述聚氯乙烯和聚乙烯拉伸取向条件及形成的取向结构有何不同，如 何提高它们的取向度。 聚乙烯为结晶型聚合物，聚氯乙烯为非结晶聚合物，结晶型聚合物取 向单元为分子链，链段，晶粒、晶片，非结晶聚合物取向单元为分子 链，链段；结晶聚合物取向结构稳定，熔点附近解取向，非结晶聚合物 取向结构不稳定，超过玻璃化温度发生解取向。对于聚氯乙烯，可以在 高于玻璃化温度拉伸使其取向，然后快速冷却到Tg以下使取向结构保留 在制品中。在软化点以上使聚乙烯取向，可以施加较大的外力使晶粒、 晶片沿外力方向取向，从而得到结构更稳定的取向结构。 第四章 1.热塑性塑料的使用温度在Tg以下，橡胶的使用温度都在Tf以下,线性 的结晶聚合物处于Tg 以上时，链段能运动，处于熔点上时链段和整个 分子链都能运动，以上说法正确吗？ 以上说法均不正确。 1）热塑性塑料分为结晶性和非结晶两大类，对于非结晶性塑料，其使 用温度在Tg以下，而结晶性塑料的使用温度在软化点以下； 2）橡胶的使用温度在TgTf之间； 3）线性结晶性聚合物处于Tg以上时，结晶区链段不能运动，非晶区链 段随能运动，但受结晶区限制； 4）线性结晶性聚合物处于Tm以上时，链段能运动，但整个分子链是否 能运动与分子量大小有关，超高分子量聚合物处于Tm以上会处于高弹 态，整个分子链还不能运动。 2若将PET熔体缓冷或迅速投入冷水，所得两种样品有何区别?请画出 二者的温度形变曲线。 PET熔体冷却时，能够结晶，但由于其分子链活动能力弱，结晶速率 受温度影响较大，缓冷时（冷却温度较高），结晶速率大，能形成结晶 度较高的聚集态结构；骤冷时，温度低，链段来不及排入晶格中，结晶 速率慢，形成无定形结构。 PET缓冷时温度-形变曲线 PET骤冷时温度-形变曲线 第五章 1与普通金属弹性相比，高聚物的高弹性有哪些特点？试从高弹性的分 子运动机理解释这些特点。 高聚物高弹性的特点：1）可逆大形变，形变可达1000%；2）模量 低；3）随温度升高，弹性模量增大；4）快速拉伸过程，有热效应。 高聚物具有高弹性是由于大分子链具有柔顺性，链段在外力作用下构 象改变的结果，而链段运动具有时间依赖性和温度依赖性，随温度升 高，链段柔顺性增强，链段构象被迫改变需要克服的内部阻力增加，因 此，随温度升高，弹性模量增大；且链段构象调整时需要克服其他大分 子链对其粘滞力，会消耗外界对其做的功，从而转换为热能，所以具有 热效应。 2 简要说明蠕变和应力松弛现象及其影响因素。 蠕变是指在恒定外力、恒定温度下，高分子材料随外力作用时间延长 而逐渐增大的现象。应力松弛是指在恒定应变和恒定温度下，高分子材 料随时间延长内部应力逐渐减小的现象。 蠕变和应力松弛均为大分子链各尺度结构单元运动的结果，主要是链段 运动的结果。因此影响大分子链柔顺性和链段运动能力的因素均影响高 聚物的蠕变和应力松弛，包括：外因和内因，外因如温度、外力、作用 时间，内因如分子主链结构、分子间作用力、结晶和交联等。一般随温 度升高、外力增大及作用时间延长，高聚物的蠕变增大；分子主链具有 苯环结构，大分子链柔顺性差的高聚物蠕变较小，且应力松弛也较缓 慢，分子间作用力增大，结晶度增加，蠕变减小，应力松弛减缓；通过 交联也能改善蠕变和应力松弛现象，交联度增大，蠕变减小，应力松弛 减缓。 第六章 1.高聚物熔体的剪切表观粘度主要受那些因素的影响?说明聚碳酸酯和 聚甲醛的剪切粘度对温度和剪切速率的敏感性。 影响高聚物熔体剪切表观粘度的主要因素有：分子结构（分子量及 分子量分布、长链支化）、温度、剪切速率。高聚物熔体的剪切表观粘 度随高聚物的分子量增大而增大，特别当分子量大于缠结分子量时，粘 度随与分子量增加急剧增大（成3-4次方关系），分子量分布增加，有 利于大分子链解缠结，剪切变稀现象明显；长支链存在容易造成大分子 链之间缠结，因此零切粘度会较高，但随剪切速率增大，更容易解缠 结，剪切变稀现象更明显。 通常情况下，随温度升高，高聚物熔体的剪切粘度下降，但降低幅 度与大分子链流动活化能相关，流动活化能越高，粘度受温度影响越 大，聚碳酸酯大分子主链含有苯环结构，分子链柔顺性差，流动活化能 高，剪切粘度受温度影响较大，粘度对温度敏感，在加工中可以通过升 高温度的方法来降低粘度；而聚甲醛为柔性链高分子，流动活化能低， 粘度随温度变化不敏感，分子链柔顺性好，链段活动能力强，大分子链 容易解缠结，因此剪切粘度对剪切速率比较敏感，加工中可通过提高剪 切速率来降低粘度。 2.示意绘出聚合物熔体在