2015北京化工大学高物期末考试课后习题讲解PPT.pdf

高分子物理高分子物理 三 四 五章习题课讲解 2014 12 29 董彬董彬 3 2 对聚乙烯进行氯化 氯原子无归取代氢原子 低氯 含量时会使软化点降低 高氯含量时又会使软化点升高 解释原因 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 低氯含量时 氯原子的引入破坏了聚乙烯链结构的规整性 降低了结晶的完 善程度 导致软化点软化点 熔点 熔点 下降 高氯含量时结晶能力已经完全丧失 为无定形聚合物 由于氯原子的极性 软化点软化点 玻璃化转变温度 玻璃化转变温度 升高 对于高结晶聚合物而言 不存在玻璃化转变区 软化点为其熔点 对于无定形聚合物而言 存在一玻璃态到高弹态的玻璃化转变区 软化点为其玻璃化转变温度 3 4 聚苯乙烯的Tg 100 聚丁二烯 视为均聚物 的 Tg 70 欲得到Tg 55 的丁苯橡胶 苯乙烯质 量分数应为多少 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 3 8聚丙烯酸酯的Tg为233K 环氧树脂的Tg为393K 二者的混合 体系分为两相 环氧树脂在两相中质量分数分别为 0 9和0 28 现对该混合体系进行动态力学测试 画出定性的 tg 温度曲线图 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 3 12 一聚合物应力松弛模量在t 0时为2 0GPa t 104s时为1 0GPa 求该聚合物突加应力100MPa后1000s时的应变 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 蠕变过程蠕变过程 3 14 一个类Maxwell单元由一个普通黏壶和一根理想橡胶带构成 27 时受1000Pa的恒定应力 3h后应变为 2 00 在此刻去除应 力 永久应变为0 750 现将此模型用于应力松弛实验 在127 固定应变为1 5 求初始应力 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 3 15 一个Kelvin单元 G 2 105Pa 103s 串联一个黏壶 3 108 Pa s 试给出 1 描述体系在恒定应力4 9Pa下形变随时间的变化规律 2 若应力保留3000s后移去 试画出蠕变与回复曲线 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 1 2 3 19 某高分子材料273K时黏度为105Pa s Tg 时的黏度 为1012 Pa s 求其在298K时的黏度 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 3 22 在298K下聚异丁烯应力松弛到105N m 2约需10h 试用WLF方 程求其在253K应力松弛到同一数值所需的时间 已知PIB的Tg为 203K 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 3 27 一聚合物溶液可用描述 应力为 1000 Pa时的黏度是多少 溶液为膨胀体还是假塑体 2 70 102 0 635 第三章 聚合物运动学第三章 聚合物运动学 Ostwald de Waele方程 又叫幂律公式 n 黏度 1000 7 86 127Pa s 1000 2 70 102 0 635 剪切速率 7 86 指数 n 0 635 1 有 2 70 102 0 365 可知黏度随剪切速率的增大而逐渐降低 故为假塑性流体 第四章 聚合物有序态第四章 聚合物有序态 4 2 两根相同长度的聚乙烯醇纤维 一根上悬挂重物浸入热水中 纤维不发生变化 另一根松散地漂浮于热水中 纤维会发生溶解 试解释这种现象 聚乙烯醇为水溶性高分子聚合物 拉伸状态下聚乙烯醇分子链沿拉伸方向平行取向 促进了分子链的结晶 同 时拉伸可降低聚合物的熔融熵 S0 从而提高了熔点 此时的水温未及熔点故 不溶解 未拉伸状态下聚乙烯醇为无定形态 易溶于热水 4 5 利用Thompson Gibbs 方程计算厚度为100nm 50nm 10nm 5nm的聚乙烯晶片的熔点 H0 293J g c 1g cm3 Tm0 415K 90mJ m2 第四章 聚合物有序态第四章 聚合物有序态 Thompson Gibbs 方程方程 0 1 2 0 Tm为聚合物熔点 Tm0为平衡熔点 为表面自由能 Lc为晶片厚度 H0为熔融热 晶片厚度为100nm时 Tm 412K 晶片厚度为50nm时 Tm 410K 晶片厚度为10nm时 Tm 390K 晶片厚度为5nm时 Tm 364K 结论 晶片厚度越小 晶片熔点越低 4 10 证明质量结晶度 wc A 1 a s 其中A为依赖聚合物性质的常数 与结 晶度无关 a与 s分别为无定形组分与样品密度 今有两个聚合物样品密度 分别为1 346和1 392g cm3 质量结晶度分别为10 和50 求 a 晶区与非晶 区密度 c与 a b 密度为1 357g cm3的样品的质量结晶度 a 1 335g cm3 A 12 24 c 1 454g cm3 a b 4 15 某聚合物总取向度为 0 8 结晶度 0 50 晶区 取向度为 0 95 求无定形链的取向度 第四章 聚合物有序态第四章 聚合物有序态 总取向度 f fcwc fawa 取向取向 Orientation 指结构单元关于特定方向排列的倾向性 包括一维取向及二维取向 0 8 0 95 0 5 fa 0 5 求得无定形链的取向度 fa 0 65 4 17 一样品随温度升高由三维晶体转变为近晶液晶 再转变为向列液晶N 再转变为各相同性液体 画出相 应的DSC谱图 第四章 聚合物有序态第四章 聚合物有序态 DSC谱图谱图 第五第五章 极限力学性能章 极限力学性能 5 4 工程师欲将聚苯乙烯产品的摩尔分子质量从225000 g mol 降 低到150000 g mol以方便用户加工 这一举措将对产品的力学性 能有何影响 你同意这一决定吗 分子量与拉伸强度的关系 分子量较低时 拉伸强度随分子量 的升高而增大 当分子量超过一定值后 拉伸强度出现平台区 不再随分子量变化 出现平台的临界分子量一般为缠结分子量 Me的8倍 分子量越高 熔体的黏度越大 加工越困难 因此一般商品聚 合物分子量都控制在7Me左右 对于聚苯乙烯 查表对于聚苯乙烯 查表3 2可知 其临界缠结分子量可知 其临界缠结分子量Me为为18 100 7Me 126 700 尚低于尚低于155 000 此举提高加工性能 不损失 此举提高加工性能 不损失力学性能 因此是可取的 力学性能 因此是可取的 第五章 极限力学性能第五章 极限力学性能 5 5 一聚甲基丙烯酸甲酯样品的中央开有一个2 0cm的缺口 其KIC为0 80 MPa m1 2 裂纹扩