高分子物理试卷.pdf

考试试卷第 1 页 共 7 页 勤奋 求是 创新 奉献 2009 2010 学年第 二 学期考试试卷 学院 化学化工学院 班级 042071 042072 姓名 学号 高分子物理 课程试卷 A 参考解答 本卷考试时间 120 分钟 题号 一 二 三 四 五 六 七 总得分 题分 16 10 30 8 16 8 12 100 得分 一 填充题 16 分 1 1920 年 德国科学家 H Standinger 在 德国化学会会志 上发表的 论 聚合 是篇划时代的文献 他又做了一系列卓有成效的工作 为此 在 1953 年他以 链状大分子物质的发现 荣获诺贝尔化学奖 2 交联高分子是不溶不熔的 只有当交联度不太大时 才能在溶剂中 溶胀 3 在高分子晶系中 由于长链造成各向异性而不出现 立 正方 晶系 4 聚碳酸酯 环氧树脂 尼龙 66 聚芳砜等工程塑料 主要由缩聚和开环 聚合反应得到 它们属于 杂链 高分子 5 温度升高 材料逐步变得软而韧 断裂强度下降 断裂伸长率 增加 6 粘流温度是加工成型的下限温度 而 分解温度 是加工成型的上限温度 7 冷却越快 观察时间越短 测得的玻璃化温度就 越高 8 当材料受到外力作用时 它的几何形状和尺寸将发生变化 这种变化就称 为 应变 用符号 表示 9 时温等效原理 告诉我们 升高温度与延长观察时间对分子运动是等效 考试试卷第 2 页 共 7 页 的 它有重要的实用意义 10 蠕变 应力松弛和滞后现象统称为聚合物的 力学松弛 现象 11 高分子材料的形变性质是与时间有关的 介于理想弹性体和粘性体之间 因此它们常被称为 粘弹性材料 12 弹性模量是材料发生单位应变时的应力 模量愈大 材料的刚性 愈大 13 脆性断裂与韧性断裂的转折处的最高点称为 屈服点 14 Boltzmann 叠加原理说明 聚合物的最终形变是各负荷所贡献形变的 简单 加和 15 击穿强度定义为 击穿电压 V 和样品厚度 d 的比值 16 聚合物的 热导率 很小 是优良的绝热保温材料 二 名词解释 10 分 1 构型 解 分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列 它包括几何 顺反 异构 旋光异构和键接异构 属于高分子的近程结构 2 条件 解 我们可以通过选择溶剂和温度来满足 1 E 0 的条件 我们把这个条件称为 条件 当溶液处于 条件时 其热力学性质与理想溶液没有偏差 就可用有 关理想溶液的定律来处理高分子溶液 考试试卷第 3 页 共 7 页 3 取向结构 解 在某些外力场 如拉伸应力或剪切应力 作用下 高分子链 链段或微晶 可以沿外力作用方向择优排列的结构 取向结构对材料的力学 光学 热性能 影响显著 4 碳链高分子 解 分子的主链全部由碳原子以共价键相连接的 它们大都由加聚反应制得 不易水解 耐热性低 如 PE PP PVC PS PMMA 等通用塑料 5 链段 解 高分子主链上 由若干链节组成的刚性部分称为链段 链段越长 它所包 含的结构单元越多 分子链的柔顺性越小 三 问答题 30 分 1 试从分子结构分析聚乙烯的柔顺性 但为什么它呈现塑料的性质 6 分 解 聚乙烯分子主链由饱和单键构成 分子链可以围绕单键进行内旋转 另外它没有取代基 内旋转时无位阻效应分子链柔顺 但是它的结构规整易结 晶 所以呈现塑料的性质 2 简述聚合物溶解过程的特点 12 分 解 非晶态聚合物的溶解过程分两个阶段 1 溶剂分子渗入聚合物内部 高聚物的体积膨胀 称为 溶胀 考试试卷第 4 页 共 7 页 2 高分子均匀地分散在溶液中 形成完全溶解的分子分散的均相体系 完全 溶解 交联聚合物由于存在交联键 只能达到溶胀平衡 不能发生溶解 结晶聚合物的溶解过程也要经过两个阶段 1 结晶聚合物的熔融 2 熔融聚合物的溶解 3 聚合物的结晶速度与温度为何有如下的曲线关系 请解释之 12 分 解 大量实验表明 聚合物的结晶速度与结晶温度的关系很密切 结晶速度 与温度关系曲线呈现单峰形 结晶温度范围在 Tg 与 Tm 之间 在某一适当的温度 Tmax 下 结晶速 度将出现极大值 根据经验 Tmax 一般在 0 80 0 85 Tm I 区 Tm 以下 10 30 范围内 结晶速度实际上等于零 II 区 从 I 区下限 到向下 30 60 范围内 晶核稳定性增大 且链段扩散 容易 由成核过程控制结晶速度 III 区 此时成核速度和晶体生长速度都较大 是熔体结晶生成的主要区域 考试试卷第 5 页 共 7 页 IV 区 结晶速度随温度降低迅速下降 结晶速度由晶粒生长过程控制 四 今有 A B 两种尼龙试样 用端基滴定法测其分子量 两种试样的重量均 为 0 3111g 以 0 0259 mol dm 3 KOH 标准溶液滴定时 耗用碱液的体积为 0 38ml 若 A 试样结构为 H NH CH2 6 NH CO CH 2 4 CO n OH 则其数均分子量为多少 若测知试样 B 的数均分子量为 6 38 104 则 B 试样的分子结构特征如何 8 分 解 n KOH 0 0259 0 38 10 3 9 84 10 6 mol x 1 Mn Wx n t 0 311 1 9 84 10 6 3 16 10 4 Mn Wx n t 6 38 10 4 0 311x 9 84 10 6 x 2 则 B 试样含有 2 个可分析的端 羧 基 分子结构为 HO OC CH2 4CONH CH2 6 NHCO CH2 4CO nOH 五 试计算分子量为 2 8 105的聚乙烯在下列情况下的均方末端距 1 自由连接链 已知 C C 键长为 1 54 2 自由旋转链 已知 C C 键角 109 5 3 无扰链 已知 Cos 0 215 4 伸直链 16 分 考试试卷第 6 页 共 7 页 解 1 自由连接链 DP M M聚乙烯 2 8 105 28 104 键数 n 2 DP 1 2 104 1 h f j 2 n l2 2 104 2 1 54 10 10 2 4 74 10 16 m2 2 自由旋转链 h f r 2 n l2 1 Cos 1 Cos 2 104 1 1 54 10 10 2 1 Cos109 5 1 Cos109 5 9 48 10 16 m2 3 无扰链 h 2 n l2 1 Cos 1 Cos 1 Cos 1 Cos 2 104 1 1 54 10 10 2 1 Cos109 5 1 0 215 1 Cos109 5 1 0 215 1 47 10 15 m2 4 伸直链 h 2 n2 l2 2 104 1 2 1 54 10 10 2 9 49 10 12 m2 六 已知聚乙烯的结晶密度为 1000 Kg m3 非晶密度为 867 Kg m3 试计算密 度为 970 Kg m 3 的线型聚乙烯和密度为 917Kg m3 的支化聚乙烯的质量结晶度 并讨论造成结晶度差别的原因 8 分 解 质量结晶度计算式为 XC W a c c a 线型聚乙烯的质量结晶度 XC W 970 867 1000 1000 867 970 考试试卷第 7 页 共 7 页 0 7984 79 84 支化聚乙烯的质量结晶度 XC W 917 867 1000 1000 867 917 0 4100 41 00 因为支化使链的对称性和规整性受到破坏 使结晶的能力降低 所以支化 聚乙烯的质量结晶度 41 00 要小于线型聚乙烯的质量结晶度 79 84 七 1g 分子量为 10 6 的聚合物与 99 g 分子量为 99 的溶剂混合成高分子溶液 若高分子与溶剂的摩尔体积之比为 10 4 试求 a 以 低分子理想溶液 混合时的 S i M b 以 高分子溶液 混合时的 SM 并讨论两者的差别 12 分 解 n1 99 99 1 mol n2 1 10 6 10 6 mol X1 n1 n1 n 2 1 1 10 6 0 99 X2 1 X1 9 99 10 7 1 n1 n1 xn 2 1 1 10 4 10 6 0 99 2 1 1 9 90 10 3 S i M R