高分子物理习题解答

高分子物理 习题思考题 第一章 高分子链的结构 1 一 解释名词 概念 1 高分子构型 答 高分子中由化学键固定的原子 原子团在空间的排列方式 2 全同立构高分子 答 由同一种旋光异构单元键接而成的高分子 3 间同立构高分子 答 由两种旋光异构单元交替键接形成的高分子 4 等规度 答 聚合物中全同立构和间同立构总的百分数 5 数均序列长度 答 链节序列的平均数 6 高分子的构象 答 高分子在空间的形态 7 高分子的柔顺性 答 高分子链能够改变其构象的性质成为柔顺性 8 链段 答 高分子中能够独立运动的最小单位称为链段 把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元 9 静态柔顺性 答 高分子链构象能之差决定的柔顺性 叫静态柔顺性 10 动态柔顺性 答 高分子由一种平衡构象状态转变成另一种平衡构象状态所需时间的长短决定的柔顺 性 叫动态柔顺性 11 等效自由连接链 柔性的非晶状线型高分子链 不论处于什么形态 如玻璃态 高弹态 熔融态或高分子溶液 相同分子量的高分子 链段都取平均尺寸近乎相等 的无规线团构象 称为 等效自由结合链 12 高斯链 因为等效自由结合链的链段分布符合高斯分布函数 又称为高斯链 13 高分子末端距 指线形高分子链的一端至另一端的直线距离 14 Hpq 答 表示单螺旋分子链的构象类型 其中 p 表示螺旋构象中一个等同周期所包含的结构 单元数 q 表示在此周期中所包含螺旋的圈数 二 线性聚异戊二烯可能有哪些构型 答 8 种 1 1 4 加成 2 种 顺式和反式 2 1 2 加成 3 种 全同 间同和无规 3 3 4 加成 3 种 全同 间同和无规 三 聚合物有哪些层次的结构 那些属于化学结构 那些属于物理结构 答 在聚合物层次结构中 近程结构属于化学结构 而远程结构和聚集态结构属于物理结构 四 为什么说柔顺性是高分子材料独具的特性 答 柔顺性是分子链能够呈现出不同程度卷曲构象状态的性质 柔顺性的大小由分子能 呈现多少构象数多少决定的 高分子由于分子量大 分子链中能够内旋转的化学键众多 内旋转使其具有大量不同卷曲程度的构象状态 因而有良好的柔顺性 而小分子中能发 生内旋转的化学键少 能呈现的构象数少 因而呈现刚性 不柔顺 所以说 柔顺性是 高分子材料独具的特性 五 通常情况下 PS 是一种刚性很好的塑料 而丁二烯与苯乙烯的无规共聚物 B S 75 25 和三嵌段共聚物 SBS B S 75 25 是相当好的橡胶材料 从结构 上分析其原因 答 PS 有于分子主链上带有体积庞大的侧基 苯基 使其主链化学键的内旋转的位阻 大 旋转困难 因而刚性较大 而与丁二烯共聚后 丁二烯分子主链上有孤立双键 双 键上的原子少 使那些原子或原子团间的排斥力减弱 导致双键两边的单键容易旋转 位阻较小 柔顺性优良 在常温下即可以发生链段运动 呈现高弹态 所以作为橡胶材 料使用 六 若聚丙烯的等规度不高 能否用改变构象的办法提高其等规度 为什么 答 不能 因为等规度的大小与分子链的构型有关 是由化学结构决定的 其大小不能 通过改变构象的办法改变 七 天然橡胶和古塔波胶在结构上有什么不同 画出示性结构式 答 天然橡胶 98 左右为顺式构型 而古塔波胶为全反式构型 古塔波胶的大分子链之 间的距离较近 分子链之间的作用力强 因此结晶的晶格能高 熔点高 78 在 常温下不能呈现出高弹态 因此不能作为橡胶使用 HCH3 HHHH HCH3HCH3 CH3 H H H CH3 H H H CH3 H 八八 有些维尼纶的湿强度低 缩水性大 根本原因是什么 答 根本原因是维尼纶吸水 维尼纶是聚乙烯醇缩甲醛 是由醋酸乙烯酯自由基聚合后 水解制得聚乙烯醇 再通过甲醛与相邻的羟基反应制得 如果聚乙烯醇的分子链结构是 100 为头 尾相连 则与甲醛反应时羟基全部可以被甲醛缩醛化 形成结构稳定的六 元环 此时维尼纶的吸水率低 较耐水 不易缩水 但有些维尼纶分子结构中 有少部 分聚醋酸乙烯酯的乙酰基没有被水解掉 同时有少量的头 头或尾 尾相连 这一部分 羟基不能被缩醛化 因而吸水率高 吸水后 水在其中起增塑剂的作用 使经过牵伸取 向的大分子链部分发生解取向 大分子链从伸直的构象状态转变为卷曲的构象状态 造 成在纤维方向发生回缩现象 使取向度下降 强度下降和纤维方向尺寸收缩 九 高分子最基本的构象有哪些 在不同条件下可能呈现的典型的构象有哪些 答 高分子最基本的构象有反式和旁式 可能呈现的典型构象有 无规线团 折叠链和伸直链 或答 锯齿形和螺旋形 十 链段的组成 大小有什么特点 答 链段是大分子中能够相对独立运动的运动单元 它具有组成随机和大小不均一的特 点 第一章高分子链的结构 2 一 解释名词 概念 1 等效自由连接链 答 在一般情况下 高分子链中只有部分单键可以内旋转 这样高分子链可以看做是 由链段连接成的 链段之间的键接不受键角的限制 可以自由取向 这种分子链的均方 末端距及其分布函数的形式与自由连接链完全相同 只是把键数换成链段数 把键长换 成链段长 这种链称为等效自由连接链 2 高斯链 答 末端距分布符合高斯分布函数的高分子链 称为高斯链 3 高分子末端距分布函数 A 自由连接链 2 2 2 3 3 2 2 2 3 nl h e ln hW B 高斯链 2 2 2 3 3 2 2 2 3 eel n h ee e ln hW 二 已知两种聚合物都是 PE 如何鉴别哪一种是 HDPE 那一种是 LDPE 举出三种方 法并说明依据 答 1 测定密度 HDPE 的密度大于 LDPE 2 用 DSC 测定熔点 HDPE 的熔点大于 LDPE 3 测定硬度 HDPE 的硬度高于 LDPE 三 假设一种线型聚乙烯高分子链的聚合度为 2000 键角为 109 5 C C 键为 1 54 A 求 1 若按自由连接链处理 2 若按自由旋转链处理 jfh 2 3 若在无扰条件下的溶液中测的高分子链的 该高分子链 2 rf h 2 2 76 6nlhu 中含有多少个链段 链段的平均长度是多少 4 计算 2 2 2 22 2 jfrfrfujfu hhhhhh 并说明三个比值的物理意义 答 1 nl2 2 2000 1 542 8 74 103 2 2 jf h A 2 1 90 104 2 2 rf h cos1 cos1 2 nl A 3 由 Lmax nele与 nele2联立求解 得 ne le 2 u h 2 2 max u h L max 2 L hu 平面锯齿状 PE 的分子链的链长 Lmax 2 2000 1 54 cos 180 109 5 2 5 04 103 A ne 5 04 103 2 6 76 8 74 103 430 le 5 04 103 430 11 7 A 高分子链中含有 430 个链段 链段的平均长度为 11 7 A 4 6 76nl2 nl2 6 76 2 2 jfu hh 该比值表示无扰链与自由连接链的均方末端距之比 是衡量高分子链柔顺性的一个参数 表征了高分子链的键角以及链原子上所带原子或原子团的近程相互作用对单键内旋转阻碍程度的 大小 其值越小 高分子链越柔顺 6 76 3 38 2 2 rfu hh cos1 cos1 该比值表示无扰链与自由旋转链的均方末端距之比 是衡量高分子链柔顺性的一个参数 表征了高分子链原子上所带原子或原子团的近程相互作用对单键内旋转阻碍程度的大小 其值越 小 高分子链越柔顺 0 499 2 2 jfrf hh cos1 cos1 该比值表示自由旋转链与自由连接链的均方末端距之比 表征了高分子链键角对单键内旋转 阻碍程度的大小 其值越小 高分子链越柔顺 四 求 1 聚合度为 5 104的线型聚乙烯的均方末端距 作为自由旋转链 用两种 方法计算 2 求这种聚乙烯的最可几末端距 3 末端距为 10 100的几率 A A 答 1 2 5 104 1 542 1 cos 180 109 5 1 cos 180 2 rf h cos1 cos1 2 nl 109 5 4 74 105 2 A 2 最可几末端距的径向分布函数只对自由连接链有效 PE 为实际高分子 不能计 算 五 试分析纤维素的分子链为什么是刚性的 答 纤维素是 1 4 连接的 型葡萄糖的结合体 其分子式为 O OH H CH2OH H OHH HOH O H O H H OHH OH CH2OH H OH H CH2OH H OHH OHH OH O H H OHH OH CH2OH H O O OO O HOH2C O OH O O H O HOH2C OH O O H HOH2C OH O 在纤维素的分子主链是由刚性的葡萄糖环与可自由旋转的醚键组成 但因葡萄糖环上有 羟基存在 大分子内和分子间的氢键作用 内旋转困难 链段不易活动 为刚性链 六 一块交联度比较小的橡皮 是软的还是硬的 为什么 答 是软的 橡胶一般为线性低 Tg 的高分子材料 主链中往往含有双键 容易发生化 学键的内旋转 可呈现大量不同形态的构象 是典型的柔性链 当发生交联后 一部分 分子链的内旋转被冻结 使分子链柔顺性降低 随着交联度增大 柔顺性降低 材料变 硬 但当交联度较小时 仍有大量化学键可以内旋转 仍表现出高弹性 七 说说你用过的 见过的高分子制品 各是用什么材料制成的 答 第二章 高分子的聚集态结构 一 解释名词 概念 1 高分子的聚集态结构 答 大量高分子聚集体中高分子的空间排列方式 2 结晶性聚合物 答 从化学结构看 具有结晶能力的聚合物 3 液晶性聚合物 答 高分子中含有液晶基元 能够呈现液晶态的聚合物 4 球晶 答 自球晶中心出发 沿径向辐射排列的长条扭曲状片晶的微小聚集体构成的微纤束的 多晶聚集体 5 高分子液晶 答 呈现液晶态的聚合物 6 液晶原 介质 答 高分子中决定高聚物能呈现液晶态的结构部分 称为液晶原 介原 7 内聚能密度 答 单位体积的内聚能 8 半结晶期 答 结晶完全所需时间的 1 2 9 结晶度 答 结晶高聚物中 结晶部分所占的百分数 10 结晶聚合物的熔点 答 高聚物熔点是结晶高聚物的结晶发生熔融时的温度 根据测定方法不同 其数值也 不相同 如用膨胀计法测定熔点 是比容 温度曲线上结晶熔融终了的温度 11 取向聚合物 答 高分子链 链段或微晶的某一晶轴 或晶面 沿某一方向 或平面 择优排列的聚 合物 12 晶面指数 答 从某方面观察晶体时 晶体中的质点是分布在等间距的平面上 这些平面群就是晶 面 晶面在迪卡儿坐标轴 a b c 上的截距如果为 3 2 1 其倒数则为 1 3 1 2 1 1 通分后 为 2 6 3 6 6 6 则 2 3 6 即为该晶面的晶面指数 13 胆淄型液晶的螺距 答 胆甾型液晶中 扁平状高分子链相互平行排列成层片状 分子链长轴方向平行于层 片平面 不同层片之间高分子长轴取向相互扭转一定角度 层层叠加 长轴扭转 360 构成一个周期 相邻的两个分子链长轴取向方向相同的层片之间的距离称为 螺距 二 高分子聚集态结构包含哪些内容 试述高分子聚集态结构有哪些特点及与成型加工 条件 性能的关系 答 包含内容 结晶结构 非结晶结构 取向态结构 液晶结构和织态结构 结晶结构特点 不是 100 的高分子都排入晶格 高分子晶体呈现不同的完善 程度 非晶区中高分子排列的有序程度较大 结晶聚合物成型加工条件 加工温度要高于聚合物熔点 成型后材料的收缩率一般 较大 成型温度 冷却快慢的材料的结晶结构 从而影响材料性能 结晶聚合物结构与性能关系 熔点是结晶聚合物作为材料使用的上限温度 对同种 聚合物而言 结晶度大 硬度大 结晶完善程度高 熔点高 结晶尺寸大 结晶度 高 则冲击强度低 等等 非结晶结构特点 结构中没有结晶存在 大分子可能是完全无序或局部有序 非结晶结构与成型加工的关系 粘流温度是成型加工的最低温度 非结晶结构与性能关系 Tg 是作为塑料使用的上限温度 粘流温度 Tf是作为塑料 使用的上限温度 一般透光率较高等 取向态结构特点 高分子链 链段或微晶的某一晶轴 晶面 沿着某一方向 平面 择优排列 取向结构与成型加工关系 通过高分子在流动或拉伸形变时形成取向结构 取向态结构与性能关系 在取向方向上使材料的拉伸强度提高 液晶态结构特点 在熔点温度之上或溶于溶剂中形成溶液 在一定温度范围或一定 浓度范围时 呈现出具有晶体和液体部分性能的独特现象 液晶结构与成型加工的关系 可以利用液晶特性可以配制高的浓度溶液 在较低的 粘度 不太大的剪切速率下制备高取向度的材料 如 Kevlar 纤维 液晶结构与性能的关系 利用向列型液晶特性制备显示材料 利用胆甾型液晶特性 制备测温传感器 利用胆甾型液晶材料颜色对杂质的敏感型可以在环保方面应用 三 列举 5 种用于聚合物结构研究的近代物理方法 答 PLM XRD NMR 小角激光光散射 IR DMA DSC 等 四 如何从结构上分析某种聚合物属于结晶性聚合物 答 有以下结构特征的聚合物有结晶能力 1 均聚物 不含立体异构中心 虽然含有立体异构中心 但高分子链是全同 间同 全顺 全反式构型的 含有立体异构中心又属于无规立构构型时 一般不 具有结晶能力 但如果几何对称性好 也可结晶 属于结晶性聚合物 如 PVA 聚 三氟氯乙烯等 2 共聚物 交替共聚物 不含立体异构中心 无规共聚物 共聚单元的均聚 物是结晶性高聚物且具有相同的结晶结构或虽结晶结构不同 但一种组分占主导 3 接枝共聚物 主链或枝链组分的均聚物是结晶性聚合物时 共聚物是结晶性聚 合物 4 嵌段共聚物 一些嵌段相应的均聚物是结晶性共聚物 5 交联高聚物 交联前是结晶性的 轻度交联时 仍可结晶 属于结晶性聚合物 6 支化聚合物 如果相应的线性聚合物是结晶性聚合物 聚合物也是可结晶 五 以聚乙烯为例 说明在什么条件下可以形成单晶 球晶 串晶 伸直链片晶 这些 形态的晶体特征是什么 为什么聚合物不易形成 100 结晶的宏观单晶体 答 1 在极稀溶液中缓慢结晶可形成单晶 单晶为平面状单层片晶 厚度在 10nm 左 右链轴垂直于晶片平面 2 熔体结晶或浓溶液结晶易形成球晶 熔体或浓溶液结晶时 被搅动或扰动 可 形成串晶 聚合物熔体在高温高压下结晶可形成伸直链片晶 六 在正交偏光显微镜上观察球晶时 可以看到消光黑十字 明暗相间的同心圆环 消 光环 对某些球晶 解释这些现象 七 选择题 1 通常条件下 本体聚合物的结晶温度为 1 高于 Tm 2 低于 Tg 3 在 Tg Tm之间 2 熔点最高的聚合物 1 聚偏二氯乙烯 2 聚而氟氯乙烯 3 聚四氟乙烯 3 结晶能力最小的聚合物是 1 PE 2 PET 3 PC 4 熔点最低的是 1 PA66 2 PA10 3 PA1010 八 试述 Avrami 方程在本体聚合物结晶动力学研究中的意义 九 最大结晶速度与温度 Tmax和 Tm的关系如何 十 如何制得尺寸稳定性好 韧性好 透明性也比较好的均聚聚丙烯注塑制品 十一 温度对本体聚合物结晶速度的影响的规律是什么 解释其原因 十二 均聚物 A 是一种结晶聚合物 如若加入 10 体积分数的增塑剂 X1 0 1 或者用 10 摩尔的单体 B 与单体 A 进行无规共聚 单体 B 的均聚物为非结晶性聚合物 增塑均聚物 A 的熔点与 AB 无规共聚物的熔点何者高 能从中得到什么规律 十三 今有两种 HDPE 其平均分子量为 8 104 4 106 Tm 为 137 Tg 为 1 M 2 M 68 1 选择一种实验方法 做 HDPE 结晶速度与温度的关系 简要说明实验方 法及作图步骤 2 两种 HDPE 的 T 曲线的异同点是什么 2 1 1 t 十四 两种聚丙烯丝 在纺丝过程中 牵伸比相同 而分别采用冷水冷却和 90 的热水 冷却 将这两种丝加热到 90 何者收缩率大 为什么 十五 有两种乙烯和丙烯的共聚物 其组成相同 其中一种在室温时是橡胶状的 一直 到温度降低 70 才变硬 另一种在室温时则是硬而韧又不透明的材料 试解释它 们内在结构上的差别 十六 在聚合物纺丝工艺中 都有牵伸和热定型两道工序 为什么 热定型温度如何选 择 十七 高分子液晶的结构有几种类型 特征如何 液晶性聚合物溶液的的关系如何 这 些关系的意义如何 十八 Flory 的结晶聚合物 非结晶聚合物的模型的要点是什么 有什么实验事实支持 他的模型 十九 将氯纶 涤纶同时泡入 90 左右的热水中 现象如何 为什么 二十 有常用的聚丙烯试样一块 体积为 2 14cm3 重量为 1 94g 求这一试样的比容 结晶度 0 85g cm3 0 95g cm3 二十一 如何求得一种结晶聚合物的 v c a 0 13f1 13 1 求证 a c ac 第三章 聚合物溶液的性质 一 解释名词 概念 1 溶度参数 表征聚合物 溶剂相互作用的参数 物质的内聚性质可由内聚能予以定量表征 单位体积的内聚能称为内聚物密度 其平方根称为溶溶度度参参数数 溶度参数可以作为衡量两 种材料是否共容的一个较好的指标 2 Huggins 参数 高分子 溶剂相互作用参数 X1 3 临界 Huggins 参数 4 平衡溶胀度 5 第二维利系数 6 溶剂 温度 7 沉淀点 8 过量的溶剂混合化学势 9 相对粘度 10 增比粘度 11 比浓粘度 12 特性粘度 13 支化因子 14 Mark Houwink 方程 15 冻胶 16 凝胶 17 亚浓溶液 二 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的溶 胀最终状态的区别 三 Huggins 参数的物理意义是什么 其值与那些因素有关 四 如何选择 PVC 的良溶剂 五 如何制备常用聚丙烯的溶液 六 如何测求出聚合物的溶度参数 七 A2的物理意义如何 A2的大小与哪些因素有关 八 一交联丁苯橡胶试样 25 于溶剂苯中达到溶胀平衡时 溶胀体重 2 116g 已知 干胶重 0 1273g 干胶密度 0 941g cm3 苯的分子量为 78 苯的密度为 0 8685g cm3 0 398 求试样网链的平均分子量 1 九 说明聚合物稀溶液热力学性质偏离理想溶液性质的原因 举出一个表示偏离程度大 小的热力学函数 从这一函数分析在什么条件下聚合物稀溶液具有 理想溶液 的 性质 十 由聚合物稀溶液的哪些参数 这些参数等于什么数值时可以判定聚合物稀溶液是 溶液 十一 当 T 等于 高于 低于时 A2的数值如何 高分子在稀溶液中形态如何 十二 详细说明聚合物溶液 的测求 的大小与那些因素有关 十三 通过测求 可以得到哪些重要物理量 十四 已知 PS 环己烷体系的温度为 34 PS 甲苯体系的温度低于 34 假如于四十 度测定同一种 PS 试样溶于此两种溶剂的溶液的渗透压和粘度 问 两种溶液的 A2 值的大小顺序如何 两种体系两种方法 c 0 c 1 2 h 测得的试样的平均分子量之间有什么关系 十五 有哪些物理量可以表征高分子在稀溶液中的形态 十六 若用不良溶剂 聚合物溶液的 随温度升高而 是什么原因 若用良 溶剂 聚合物溶液的 随温度升高而 在温度以上不太高的温度范围内 聚合物溶液的 随温度升高而 为什么 十七 通过研究聚合物稀溶液中高分子散射光强度 可以得到哪些重要的物理量 用什 么公式计算的 高分子散射光强度包含在这些公式的哪一个物理量中 十八 某 PS 试样 经精细分级后 得到 7 个级分 用渗透压法测定各级分的分子量 并 在 30 的苯溶液中测定了各级分溶液的 结果如下 10 4 g mol 43 25 31 77 26 18 23 07 15 89 12 62 4 83 n M ml g 147 117 101 92 70 59 29 求公式 kMa的 k a 的值 十九 聚合物增塑的类型有哪些 举例说明聚合物加增塑剂后物理机械性能的变化 二十 有哪些试验方法可以测求出聚合物溶液的温度 第四章 聚合物的分子量 一 解释名词 概念 1 写出的定义式 2 VPO 法 zwn MMMM 二 测定聚合物平均分子量的方法有哪些 得到的是何种统计平均分子量 三 可以用那些实验方法测求出聚合物稀溶液的 A2 1 四 在 25 的溶剂中 测得浓度为 7 36 10 3g ml 的聚氯乙烯溶液的渗透压为 0 248g cm2 求此试样的分子量及溶液的第二维利系数 得到的是何种平均分子量 五 用粘度法测定一 PS 的分子量 查出 PS 苯体系在 30 时的 k 0 99 10 2 a 0 74 秤 取 0 1375 克试样 配制成 25 毫升的 PS 苯溶液 用移液管移取 10 毫升此溶液注 入乌氏粘度计中 于 30 度测出流出时间为 t1 241 6s 然后依次加入苯 5ml 5ml 10ml 10ml 稀释 分别测出流出时间为 t2 189 7s t3 166 0s t4 144 4s t5 134 2s 又测得纯苯流出的时间为 t0 106 8s 求此试样的 分子量 六 用光散射法测求聚合物的分子量时 如何测求出 R 如何数据处理可得到 w M 2 h 12 2 AS 七 100 克重的分子量为 105的试样加入 1 克重的分子量为 103的组分 100 克重的分子 量为 105的试样加入 1 克重的分子量为 107的组分 就此两种体系分别计算出 w M 其结果说明什么 n M 第五章 聚合物的分子量分布 一 解释名词 概念 1 聚合物分子量分布 2 分子量分布宽度指数 3 分子量多分散系数 4 GPC 色谱柱 的分辨率 5 GPC 色谱柱的加宽效应 6 普适校正曲线 二 测定聚合物分子量分布的方法有哪几类 如何表征聚合物分子量分布 三 一种聚合物的几种平均分子量的关系如何 四 简述 GPC 法测定聚合物分子量的方法原理 分离机理 五 得到 GPC 谱图后 如何进行数据处理 可以得到那些结果 六 今有一组聚砜试样 以二氯乙烷为溶剂 25 度作 GPC 实验 其分子量 M 与洗提提价 Ve的关系如下所示 M 10 4 38 5 27 4 22 0 10 6 7 12 4 50 2 55 1 95 1 29 0 75 0 51 Ve 序数 18 2 18 2 18 5 20 8 21 8 23 6 25 0 26 4 27 7 29 2 29 6 1 由上列数据作 M Ve 校正曲线 求出该色谱柱的死体积和分离范围 2 求出校正方程式中的常数 求在同样条件下测定的淋出体积为 的单分散 聚砜的分子量 七 的物理意义是什么 MI N MMW 八 的普适校正曲线是 对 的关系曲线 为什么可以成为普适校正 曲线 九 Hi是 GPC 谱图的纵坐标读数 在计算级分的总量分数时 通常可以用 采用此式的充分必要条件是什么 证明 i iii HH W ii iii i i i i in HMHwM M H HM 第六章 聚合物的分子运动 一 解释名词 概念 1 聚合物的转变 2 聚合物的力学状态 3 高分子运动的时 温等效原理 4 玻璃化转 变 5 剪切流动 6 拉伸流动 7 假塑性流体 8 WLF 方程 9 离膜膨胀 10 韦森堡效应 11 内 应力 二 聚合物分子运动有哪些 三 聚合物的玻璃化转变在工艺上 科学上的意义是什么 不同方法测得 Tg 值可以互相 比较吗 为什么 四 画出线型非结晶 线型结晶的结晶性聚合物及交联聚合物的温度 形变曲线 说明这 些聚合物有哪些力学状态 转变 并说明相应的分子运动机理 考虑分子量 结晶度 交联度 五 线型结晶聚合物在 Tg 温度附近时 链段能进行重排运动 处于 Tm 温度时 链段和 整个高分子都能进行重排运动 这些说法对吗 为什么 六 塑料都在 Tg 以下温度使用 纤维的最高使用温度为 Tm 这些说法对吗 为什么 七 玻璃化转变的自由体积理论内容是什么 玻璃化转变时聚合物的自由体积分数是多 少 八 表征聚合物流体剪切流动时剪切应力与剪切速率关系的幂率方程是什么 如何利用 这一方程判断流体的类型 聚合物熔体 浓溶液剪切流动时 于一般条件下 属于什 么流体 九 聚合物熔体粘性流动的特征是什么 十 何谓聚合物熔体流动指数 它与熔体的粘度 分子量有什么关系 十一 聚合物熔体的粘度与 T 的关系如何 有什么实际意义 或 第七章 聚合物的力学性能 一 解释名词 概念 1 屈服 2 冷拉 3 脆性断裂 4 韧性断裂 5 应变诱发塑料 橡胶转变 6 应力集中 7 银纹 8 剪切带 9 强迫高弹性 10 高弹性 11 熵弹性 12 粘弹性 13 蠕变 14 应力 松弛 15 滞后现象 16 力学内耗 二 何谓拉伸弹性模量 物理意义是什么 一种聚合物 E 3G 的条件是什么 E G 分 别为拉伸 剪切弹性模量 三 在合适条件下拉伸玻璃态 结晶态聚合物 二者的拉伸行为如何 四 聚合物屈服的形变机理是什么 五 如何解释聚合物的拉伸应力 应变行为的时 温等效性 六 聚合物拉伸的真应力 应变曲线有几种类型 相应的拉伸行为如何 七 对某一单轴取向的高分子材料制品 在平行于取向方向进行进行高速拉伸应力 应 变实验得到的冲击强度值 与落重冲击试验法得到的冲击强度值一致吗 为什么 八 聚合物脆性断裂的理论有哪几种 要点是什么 脆性断裂转变为韧性断裂的途径有 哪些 九 在测定聚合物的力学强度时 为什么对试条的尺寸 形状 测试的温度 湿度有统 一规定 十 高弹性的特点是什么 实质是什么 如何得到这一认识 十一 交联橡胶弹性统计理论的根据是什么 写出由它得出的交联橡胶的状态方程 并 说明状态方程得意义 十二 在一具有适当交联度软橡皮试条下端挂一砝码 不是过重 达到平衡形变后 升 高温度 会观察到什么现象 为什么 十三 影响聚合物力学内耗的因素是什么 十四 聚合物应力松弛是指维持聚合物一恒定应变所需的应力逐渐衰减到零的现象 这句话对吗 为什么 的七章 聚合物的力学性能 一 解释名词 概念 1 力学松弛 2 松弛时间谱 3 推迟时间谱 4 波兹曼叠加原理 5 时 温等效原理 二 写出麦克斯韦尔模型 开尔文模型的运动方程 这两种模型可以模拟什么样的聚合物的 何种力学松弛行为 三 有一种聚合物在 Tg以上一定温度范围内 其蠕变速度很小 可能交联 也可能是结晶 造成的 用什么方法可以鉴别 至少提出两种力学实验方法 或力学与其它的混合试样 方法 并予以简单说明 四 说明时 温等效原理在研究聚合物力学性能中作用 五 PMMA 的 Tg是 105 度 问 155 度时的应力松弛速度比 125 度时的大多少倍 六 说明利用动态力学实验方法研究聚合物多重转变的基本原理 七 一硫化橡胶在周期性交变拉伸作用下 应变落后于应力变化的现象称为 现象 对应于同一应力值 回缩时的应变 拉伸时的应变 其原因是 拉伸曲线下的面积表示 回缩曲线下的面积表示 两个面积之差表示 八 利用时 温等效原理进行时 温转换时 如何得到转换因子 第八章 聚合物的电学性能 一 解释名词 概念 1 聚合物的极化 2 聚合物的介电损耗 3 驻极体 4 热释电流法 5 耐电压强度 6 静电 现象 二 如何利用聚合物的介电性研究高聚物的转变 三 聚氯乙烯 聚乙烯薄膜常用的热合方法是否 相同 为什么 四 防止聚合物静电的方法有哪些 思考题答案思考题答案 第三章第三章 1 1 溶胀 溶剂小分子渗透进入聚合物内部 使之体积膨胀 出现溶胀的原因 聚合物分子和 溶剂小分子运动速度差别悬殊 小分子扩散快 进入到大分子内部 无限溶胀和有限溶胀 2 溶解 溶质分子分散到了溶剂分子当中 以分子状态存在 形成的溶液是处于热力学平衡状 态的真溶液 3 聚合物的溶解过程 非结晶线形结构的聚合物 先溶胀 再溶解 结晶聚合物 先熔融 再溶解 对于交联聚合物 只溶胀 不溶解 2 溶度参数 内聚能密度的平方根 2 1 1 VE 表示 高分子与溶剂分子之间的相互作用能力大小的参数 两溶度参数越相近越容易溶解 如何测定溶度参数 线性聚合物线性聚合物 取使溶液特性粘度为极大值的溶剂的溶度参数 将不同系 列的溶剂溶解了高分子后 粘度最大的的溶剂的溶度参数即为聚合物的溶度 参数 交联聚合物交联聚合物 取平衡溶胀度最大的溶剂的溶度参数为聚合物的溶度参数 溶胀在一系列溶剂中 用溶胀度最大的溶剂的溶度参数作为它的溶度参数 3 非晶态高聚物 先溶胀 再溶解 非极性晶态高聚物 先熔融 再溶解 极性晶态高聚物 由于高聚物的极性基团与溶剂之间的强相互作用而放热 破坏了晶体结构 然后按非晶态高聚物一样 先溶胀 后溶解 低交联度的高聚物 只溶胀 不溶解 4 溶剂选择原则 极性相近原则 溶剂化原则 溶度参数相近原则 仅对非极性聚合物有效 对极 性无效 5 温度 对每一种溶剂 均能找到使高分子与高分子 和高分子与溶剂 和溶剂与溶剂这些作用 力达到平衡的温度 此温度即为 温度 溶剂 在一定温度下 使高分子与高分子 和高分子与溶剂 和溶剂与溶剂这些作用力达到平 衡的溶剂 6 哈金斯参数 又叫相互作用参数 表示高分子与溶剂混合时相互作用能的变化大小 和溶液性质和温度关系 在 溶剂下 当 x1 1 2 时 随着 T x1 第四章第四章 1 高聚物的转变 聚合物有运动单元的多重性 当 T 频率变化 不同的 运动单元开始运动 聚合物的力学性能 电学性能等发 生变化 聚合物的力学状态 三态 玻璃态 高弹态 粘流态 玻璃化转变 玻璃态和高弹态的转变 粘流转变 高弹态和粘流态之间的转变 如右图 1 区 玻璃态 刚硬的玻璃体 链段运动被冻 结 只有键角 键长变化只有键角 键长变化 2 区 玻璃态 高弹态转变区 链段开始运动链段开始运动 松弛明显 3 区 高弹态 柔软的固体 链段运动链段运动 整链因缠结而不动 4 区 高弹态 粘流态转变区 松弛明显松弛明显 5 区 粘流态 整链运动 也有链段运动整链运动 也有链段运动 分子流动 不可逆形变 玻璃化转变温度 Tg 塑料最高 橡胶最低使用温度 粘流温度 Tf 加工成型的温度 Tf Td 高分子运动的时温等效原理 升高温度与延长时间对分子运动时等效的 对粘弹行为也是等效的 低温长时 高温短时 玻璃化温度 玻璃化转变对应的温度即为玻璃化温度 随着温度的升高或降低 链段开始或冻结 的温度 假塑性流体 是非牛顿流体 不符合牛顿定律 流动曲线呈凸形 表观粘度随着应力和应变 而 WLF 方程 计算 2 个温度之间的时间移动因子的方程 6 51 44 17 lg g g T TT TT 2 高分子运动的特点 1 高分子运动单元具有多重性 2 分子运动的时间依赖性 是一个松弛 过程 3 分子运动的温度依赖性 升高温度 增加了热运动的动能 达到所需克服的位垒 激 发该运动 使体积膨胀 运动单元开始自由运动 3 非晶态和非晶态和 交联聚合物交联聚合物晶态聚合物晶态聚合物 4 Tg 有利于链段运动 影响高聚物玻璃化温度的因素 高分子第 9 章习题 3 主链的柔顺性 饱和单键组成的聚合物 C C C N C O Si O 等 柔顺性较好 主链中引入 孤立双键 Tg 主链中引入共轭双键 芳环或芳杂环 Tg 取代基 侧基极性弱 位阻小 对称性好 柔性侧链越长 Tg 分子量 当分子量足够大时 分子量与 Tg无关 交联度 分子链运动受约束的程度 分子链柔顺性 Tg 链间的相互作用 外力作用 Tg 实验速率慢 外力作用慢 Tg 增塑剂 Tg 共混 两组分相容 1 个 Tg 不相容 两个 部分相容 两个 Tg 接近 共聚 无规共聚物 只有 1 个 Tg 嵌段共聚物和接枝共聚物 两相相容则 1 个 Tg 不相容则 2 个 为了满足各种用途对聚合物的不同要求 除了选择适当的聚合物外 还可通过增塑 共 g T g T 聚 交联和共混等途径使某种聚合物的在一定范围内改变 g T 5 不同方法测得的 Tg 值不可以互相比较 因为玻璃化温度是链段开始的温度 链段的运动是个松 弛过程 并非热力学相变 松弛过程与与升温速度 测量方法有关 条件不同时 玻璃化温度不 同 6 结晶融化 是个热力学平衡过程 有相变 与升温速度和测量方法无关 玻璃化转变 链段运动 松弛过程 非热力学平衡过程 无相变 与 有关 类似二级相变 但是不是 7 凸型 先出现玻璃化转变 然后结晶 再溶化 快速冷却时不结晶 8 因为 PMMA 是个极性聚合物 分子间相互作用力强 在高弹态维持的时间长 聚苯乙烯 PS 是非 极性的 时间短 很快就会发生分子链运动 起到物理交联点 极性基团 的作用 限制分子链 的运动 9 增塑降低了链段与链段之间的相互作用 降低了玻璃化温度 使得链段容易运动 共聚后 难以 规整的排列进入晶格 增塑不会影响熔点 因为它仅仅降低了 作用 让分子更易运动 所以 分子更易结晶 则不会影响熔点 10 在 Tg 以上 占有体积和自由体积同时膨胀或收缩 在 Tg 以下 自由体积被冻结 只有占有体 积的收缩 斜率发生改变 体积分数是 2 5 第五章第五章 1 高聚物的流动机理 通过链段的逐步位移过程链段的逐步位移过程来完成整个分子的位移 只需链段大小的空穴 一开始 相对分子质量 Tg 分子量增加到一定程度时 玻璃化温度不改变 相对分子质量 流动温度一直 2 热机械曲线测粘流温度 Tf 若作用力的作用时间不同 Tf 值有变化 原因 粘流温度是指整个分子链的运动 是个 松弛过程 与作用力的作用时间有关 作用时间长 Tf 时间短 Tf 3 聚合物熔体粘性流动的特征 4 个 根据右图加以描述 4 聚合物熔体流动速率指数 在一定温度 规定负荷下 熔 融状态的聚合物在 10min 内规定直径和长度的标准毛细管 中流出的质量 指数越大 流动性越好 与熔体的粘度 分子量的关系 粘度越大 分子量越大 指数越小 第六章第六章 1 屈服 课件 冷拉 脆性断裂 韧性断裂 有屈服过程 应变较大 使得应力和应变的面积大 应力集中 缺陷附近的应力远大于施加 强迫高弹性 处在玻璃态的聚合物 竟能在外力的作用下 产生百分之几百的大形变百分之几百的大形变 外力去除后 虽然形变无法恢复无法恢复 但加热到 TgTg 以上以上 形变也可自动回复回复 拉伸强度 2 塑料的最高使用温度 Tg 最低使用温度 Tb 脆化温度 3 1 2 应变速率快 脆性断裂 适当 屈服和冷拉 慢 4 拉伸弹性模量 线性 应力和应变之比 物理意义 材料的软硬 拉伸强度 材料的强弱 断裂功 材料的脆韧 一种聚合物 E 3G 的条件是什么 E 拉伸 G 剪切弹性模量 5 聚合物屈服的形变机理 6 聚合物拉伸的应力 应变曲线有几种类型 相应的拉伸行为如何 5 种 第七章第七章 高聚物的高弹性高聚物的高弹性 1 高弹性的特点是什么 实质是什么 如何得到这一认识的 1 形变大 实质是分子链由卷曲变为伸展 2 3 熵增 吸热 熵减 放热 2 试用高弹形变的机理解释高弹性的特点 分子链的卷曲 伸展 分子运动的剧烈程 度 构象熵 3 交联橡胶弹性统计理论的根据是什么 写出由它得出的交联橡胶的状态方程 并说明状态方程 的意义 依据理想橡胶的假定 根据高斯链 等假设 222 0 111 c M RT nRTkTN A f 第一次由构象 4 交联橡胶状态方程的物理意义物理意义是什么 如何应用 宏观的力学性能与微观相关联 222 0 111 c M RT nRTkTN A f 5 由橡胶高弹性热力学和橡胶状态方程解释下列问题 1 挂有一个固定重量物体的已拉伸的橡皮带 当温度升高时其长度减小 T l 1 33 0 00 l l kTNkTN 0 0 1 3 l kTN l 2 交联程度不同的同一橡胶品种 它们的模量 拉伸强度 断裂伸长率不相等 2 1 c M RT NkTE3 3 已被溶剂溶涨了的橡胶试样更符合理想橡胶理论方程 被溶剂溶胀的状态下 橡胶分子的分布更符合高斯分布 符合假定 符合理想的橡胶理 论 6 6 某种硫化的天然橡胶 已知其网链平均分子量为某种硫化的天然橡胶 已知其网链平均分子量为 1000010000 其密度为 其密度为 1g cm31g cm3 问在 问在 298298o oK K 时 拉时 拉 伸一倍需要多大的张力 伸一倍需要多大的张力 注意单位 注意单位 例子 某硫化橡胶的网链摩尔质量例子 某硫化橡胶的网链摩尔质量 密度 密度 现于现于时将其拉伸时将其拉伸5000 c M 33 10mkg KT300 一倍 求试样的回缩应力一倍 求试样的回缩应力 与弹性模量 与弹性模量 注意单位 注意单位 2 mNE 2 mN 答 答 拉伸一倍时 2 应力 107 8 25 02 105000 300314 8 1000 25 3 2 mN M RT c 模量 1049 1 105000 300314 8 10003 3 26 3 mN M RT E c 第八章第八章 高聚物的粘弹性高聚物的粘弹性 1 熵弹性 粘弹性 蠕变 应力松弛 滞后现象 力学内耗 力学松弛 时 温等效原理 2 什么是蠕变现象和应力松弛蠕变现象和应力松弛现象 其松弛的本质是什么 这些现象对高聚物的使用性能有什么 利弊 3 若分别对高聚物 线性的和交联的 施加较长时间的恒定应力 将产生一大形变 蠕变蠕变 分 别讨论 1 它可能包含有那几种形变 为什么 普弹形变 高弹形变 不可逆形变 2 怎样鉴定这几种形变 瞬时恢复 e t e 1 e t 逐步恢 复 不可恢复 4 交联橡胶在动态应力 应变行为中出现滞后和力学损耗现象 是典型的动态粘弹性力学行为 试说明 1 回缩时的应变大于拉伸时的应变的原因 链段运动有滞后 有个滞后角 2 拉伸 回缩曲线以及滞后圈所包围面积的物理意义拉伸 回缩曲线以及滞后圈所包围面积的物理意义 3 举例说明力学损耗在实际中的应用 并阐明力学损耗大小与频率及温度的关系 减震息声 5 5 某高聚物的蠕变行为可近似用下式表示 某高聚物的蠕变行为可近似用下式表示 e e t t e e 1 1 e e t t 若已知平衡应变值为 若已知平衡应变值为 600600 而应变开始半小时后可达到 而应变开始半小时后可达到 300300 试求 试求 1 1 高聚物蠕变的推迟时间高聚物蠕变的推迟时间 2 2 应变量达到应变量达到 400400 时需要的时间 时需要的时间 t t 6 写出麦克斯韦尔模型 开尔文模型的运动方程 这两种模型可以模拟什么样的聚合物的何种力 学松弛行为 7 说明时 温等效原理在研究聚合物力学性能中的作用 短时间内测试 移动 某一温度较长的曲线 8 说明利用动态力学试验方法研究聚合物多重转变的基本原理 高分子材料部分高分子材料部分 1 有哪几种主要的通用塑料通用塑料 聚丙烯 PPPP 聚乙烯 PEPE 聚苯乙烯 PSPS 聚氯乙烯 PVCPVC 聚氨酯 PUPU 2 通用塑料与工程塑料工程塑料的主要区别是什么 通用塑料 使用量大 面广 价格便宜 性能一般 工程塑料 使用量小 性能优 力学性能 介电性能 化学性能 电性能 耐热性 耐腐蚀 耐磨性 耐老化性能 可以利用在很多高端领域 如战略性新兴产业 生物医药 新能源汽车 通用工程塑料 通用工程塑料 PA 尼龙 POM 聚甲醛 PC 聚碳酸酯 PPO 聚苯醚 PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 热塑性 PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯 特种工程塑料 特种工程塑料 PI PSF PES 聚醚砜 PPS 聚苯硫醚 PEEK 聚醚醚酮 PTFE 聚四氟乙烯 PVDF PBI 3 LDPE 与 HDPE 在制备方法 结构及性能上的差异 低密度聚乙烯 高压自由基聚合 支链结构 熔点低 性能差 高密度聚乙烯 低压配位聚合 使用催化剂 线性结构 熔点高 结晶度高 性能好 4 塑料有几种主要的加工方法 注射 挤出 吹塑 压制 模压 浇注等工 艺 5 热塑性塑料与热固性塑料的分子结构上区别是什么