[研究生入学考试]高分子物理1-9章习题

高分子物理19章习题,齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,一、选择题,1、分子量相同的大分子链，链越柔顺则线团尺寸（ ） a、越小 b、越大 c、基本不变答案：a2、下列高聚物，单个分子链柔顺性最大的是（ ）a、聚已二酸乙二醇酯 b、聚丙烯（全同） c、聚二甲基硅氧烷答案：c,二、简答题,1、高压法生产的聚乙烯密度较小，而低压法生产的聚乙烯密度却较大。 答：高压法生产聚乙烯为自由基聚合，分子链上支链多，堆积松散； 低压法生产聚乙烯为配位聚合，分子链上支链少，堆积紧密。 因此，前者密度较小；后者密度却较大。,简答题,2、如果PP的等规度不高，可否用改变构象的方法提高等规度？为什么？答：不能等规度高低属于构型问题，而构型问题属于化学结构问题改变构象只能改变物理结构不能用改变物理结构解决化学结构问题,三、计算题,1、假定聚乙烯的聚合度为2000，键角为109.5，求伸直链的长度Lmax与自由旋转链的根均方末端距之比值，并由分子运动观点解释某些聚合物材料在外力作用下可以产生很大形变的原因。解：Lmax= n.l.sin(/2) （n为键数） =22000l.sin (/2) =3266.57l（h2f.r）1/2=nl2 (1-cos)/(1+cos) 1/2， 当=109.5（h2 f .r）1/2 = (2nl2)1/2=(22000l2) 1/2=63.25l Lmax/（h2f.r）1/2=3266.57l/63.25l=51.64 高分子在完全伸直时的长度比自由旋转时的长度大50多倍，而通常情况下，高分子链由于热运动的作用处于自由卷曲状态，即无规线团结构。当有外力作用时，高分子链会通过改变构象从卷曲状态到伸展状态，通过计算可知，其最大可伸长50多倍，这正是材料在外力作用下，可以产生很大形变的原因。,三、计算题,2、现有一种三嵌段共聚物MSM，当S段重量百分数为50时，在苯溶液中S段的均方根长度为10.2nm，假定内旋转不受限制，CC键角为10928，键长为0.15nm，分别求出S段和M段(两个M一样长)的聚合度(M为甲基丙烯酸甲酯，S为苯乙烯)。解：（1）先求S段的聚合度（自由旋转链）10.22 2n0.1542 n2193聚合度（2）再求M段的聚合度S段和M段的重量百分数相等（均为50）,四、论述题,1、聚氯乙烯用锌粉在二氧六环中回流处理，结果发现有86左右的氯被脱除，产物中有环丙烷结构，而无CC结构，就此实验事实，说明聚氯乙烯链中单体的键接方式。解：聚氯乙烯中头尾相接的单元脱除Cl原子后形成环丙烷结构；而头头相接的单元脱除Cl原子后形成双键。所以该聚氯乙烯链中单体全部为头尾相接。,第2章 习题,淬火：将高聚物熔体骤冷的加工工艺过程称为淬火。 退火：这是一种材料加工处理工艺，即材料快速加工成型后，在高于室温的情况下长时间热处理，通过链的调整消除内应力，使分子链排列更加规整。 高分子合金：它是由两种或两种以上高分子组分组成的具有类似合金结构的材料，包括嵌段与接枝共聚物、两种（种或两种以上）高聚物通过机械共混或溶液共混或熔体共混等方法制得的共混物。 相容性：一种材料与另外一种材料亲合性的好坏称为相容性，亲合性的好坏可由混合自由能来判定。,论述题,高分子的相容性概念与小分子的相溶性概念有什么不同。答：小分子的相溶性指的是分子级的 高分子的相容性指的是分散的好坏，相容性好分散相尺寸小，相容性不好分散相尺寸小，但一般达不到分子级 “相容性”有时也只稳定性的好坏,为什么聚对苯二甲酸乙二酯从熔体淬火时得到透明体？为什么iPMMA是不透明的？ 答：聚对苯二甲酸乙二酯的结晶速度很慢，快速冷却时来不及结晶，所以透明。等规PMMA结晶能力大，结晶快，所以它的试样是不透明的。,论述题,1、聚合物在结晶过程中会发生体积收缩现象，为什么? 答：结晶中分子链的规则堆砌使密度增加，从而结晶过程中发生体积收缩。 2、透明的聚酯薄膜在室温二氧六环中浸泡数分钟就变为不透明，这是为什么? 答：称溶剂诱导结晶，有机溶剂渗入聚合物分子链之间降低了高分子链间相互作用力，使链段更易运动，从而Tg降低至室温以下而结晶。,简答题,无规聚醋酸乙烯酯通常为非晶态高聚物，但其水解产物聚乙烯醇却是晶态高聚物。答：无规聚醋酸乙烯酯含有非极性的乙酰基，分子间作用力小，堆积松散 其水解产物聚乙烯醇含有极性的羟基，分子间作用力变大，堆积紧密 因此，有上述结果,简答题,证明题,证明xv= ，式中xv为结晶度（按体积分数计算），s 、c 、a 分别为样品、结晶和非晶的密度。证明：Mc=Ms-Ma，式中Ms、Mc、Ma分别为样品、结晶和非晶的质量。从而c Vc s Vs a Va，式中Vs、Vc、Va分别为样品、结晶和非晶的体积。上式两边同减去a Vc，c Vc a Vc s Vs a Va a Vc s Vs a （VaVc） s Vs a VsVc（ c a ）Vs（ s a ）因为xvVc/Vs所以得证。,计算题,聚乙烯的典型晶片的厚度约为12.5nm。计算分子链垂直穿过晶片时碳原子的数目。 解：l=bsin。因为b=0.154nm， 109.5/2,得到l=0.126nm。因而在晶片厚度方向上约有100个碳原子。,第3章 习题名词解释,1、无限溶胀答：溶剂分子渗入高聚物内部，即溶剂分子和高分子的某些链段混合，使高分子体积膨胀，同时高分子也缓慢地向溶剂中扩散，若这一过程的最终结果是形成了高聚物溶剂均匀分散体系，则被称为无限溶胀。2、有限溶胀答：溶剂分子渗入高聚物内部，即溶剂分子和高分子的某些链段混合，使高分子体积膨胀，对于交联高聚物，随着链构象的改变所产生的回弹力将阻止这一过程的进行，溶胀达到平衡，故被称为有限溶胀。,基本理论和基本问题,1、将高聚物在一定条件下（溶剂、温度）配成溶液，此时（ ）a.大分子之间作用力=小分子之间作用力.b.大分子之间作用力大分子与小分子之间作用力c.大分子之间作用力=大分子与小分子之间作用力d.大分子之间作用力SmSim,计算题,2、已知聚乙烯的溶度参数PE=16.0，聚丙烯的PP=l7.0，求乙丙橡胶(EPR)的 (丙烯含量为35)并与文献值16.3(Jcm3)1/2相比较。 解：由于乙丙橡胶是非晶态，而聚乙烯和聚丙烯的非晶的密度均为0.85，所以重量百分数等同于体积百分数。 计算结果与文献值相符。,第4章 习题名词解释,1、分布宽度指数是指试样中各种分子量与平均分子量之间的差值的平方平均值。2、多分散性系数d=Mw/Mn或d=Mz/Mw,基本知识,1、多分散性聚合物，四种统计平均分子量的关系为（ ） a、Mn=Mw=M=Mz b、MzMwMMn c、MzMMwMn答案：b2、下列哪种高聚物是单分散的（ ） a、HDPE b、PVC c、DNA答案： c3、凝胶渗透色谱（GPC）法是按分子的（ ）将大小不同的分子分开的。通过GPC法可以得到（ ）和（ ）等分子量以及（ ）的数据。答案：体积、数均、重均（粘均、Z均）、分子量分布,基本知识,4、高分子的平均分子量有四种定义，其数学表达式分别是（ ）、（ ）、（ ）和（ ）；渗透压法测得的是（ ），粘度法测得的是（ ）。_ Mn=niMi/ni_ Mw=WiMi/Wi_ Mw=WiMia/Wi1/a_ Mz=WiMi2/WiMi数均分子量、粘均分子量,简答题,采用GPC技术能否将分子量相同的线型PE和支化PE分开？为什么？答：能GPC的分级原理是根据分子的流体力学体积大小分子量相同的线型PE和支化PE其流体力学体积不同因此，能分开。,简答题,溶液的粘度随着温度的升高而下降，高分子溶液的特性粘数在不良溶剂中随温度的升高而升高，怎样理解。答：温度升高，链运动能力增强，溶剂作用增强，分子链间的作用力降低在不良溶剂中，高分子链线团紧缩，温度升高，链运动能力增强，溶剂作用增强，线团扩张，分子链间的作用力或缠结加大因此，有上述结果,简答题,今有下列四种聚合物试样，（1）分子量为2x103的环氧树脂；（2）分子量为2x104的聚丙烯腈；（3）分子量为2x105的聚苯乙烯；（4）分子量为2x106的天然橡胶.。欲测其平均分子量，试分别指出每种试样可采用的最适当的方法（至少两种）和所得平均分子量的统计意义。答：(1)冰点下降、浮点升高、烝气压渗透（Mn）(2)膜渗透法（Mn）、光散射法（Mw）(3)膜渗透法（Mn）、光散射法（Mw）(4)粘度法（M）、GPC法（各种分子量）,第5章 习题名词,1、内增塑通过共聚引入软单体，其共聚物的Tg较原有均聚物显著下降，其他性能也得到改善，这种方法称为内增塑。2、外增塑通过向高聚聚树脂中引入小分子增塑剂，使共混物的Tg较高聚物树脂有显著下降，其他性能也得到改善，这种方法称为外增塑。,简答,1、根据结晶难易程度，将下列聚合物排列成序，并说明原因 聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、 聚乙烯答案：聚乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯链的对称性、侧基,简答题,2、根据链结构，预计下列聚合物Tg高低次序，并说明原因 聚氯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯、聚乙炔、聚二甲基硅氧烷答案：聚乙炔、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷主链、侧基,简答题,3、试从分子运动角度分析高聚物结晶的熔化过程与玻璃化转变过程有什么本质的不同？答：玻璃化转变是链段开始或停止运动的温 度 结晶的熔化是链段脱离晶格束缚开始运动的温度 玻璃态链段堆积松散，其相互作用力小；晶态链段堆积紧密规整，其相互作用力大,简答题,4、解释非晶高分子材料当M（分子量）超过一定程度后，随着分子量的增大，Tf增高，而Tg基本不变的原因。答：Tg是链段开始或停止运动的温度，链段的长度与分子量无关 Tf是整个分子链开始或停止运动的温度，分子链越长，所需的能量越大 因此，有上述结果,简答题,5、根据链结构，预计下列聚合物Tg高低次序，并说明原因聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异戊二烯、聚丙烯酸甲酯、聚碳酸酯答：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚异戊二烯主链、侧基,简答题,6、将下列聚合物按熔点高低排列成序，并说明原因聚邻苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸乙酯、聚间苯二甲酸乙二酯答：聚对苯二甲酸乙酯、聚间苯二甲酸乙二酯、聚邻苯二甲酸乙二酯对称性,简答题,7、根据链结构，预计下列聚合物Tg高低次序并说明原因聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯答：聚乙烯、聚异丁烯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯主链、侧基、对称性,简答题,8、PET从Tm以上迅速冷却可得到透明的玻璃体。答：PET从Tm以上迅速冷却可得到非晶的PET非晶的PET为均相体系，可见光在其间不发生散射、反射因此，为透明的玻璃体,简答题,9、为什么结晶高聚物在Tg-Tm范围内才能结晶？答：在Tg以下，链段不能运动，晶核不能生长在Tm以上，链段运动速度太快，晶核不能形成因此，有上述结果,简答题,10、聚乙烯为塑料，全同立构聚丙烯也是塑料，而乙丙无规共聚物却是橡胶。答：聚乙烯具有高度的对称性，可结晶，Tm高于室温全同立构聚丙烯具有高度的规整性，可结晶，Tm高于室温乙丙无规共聚物即无对称性，又无规整性，不能结晶，其Tg低于室温,第6章 习题,应变当材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为应变。应力材料发生宏观变形时，材料内部将产生一种附加内力，单位面积上的附加内力称为应力。高弹性高聚物处在高弹态时所表现出的独特的力学性能称为高弹性,名词,熵弹性当材料受到外力作用时，外力所做的功使材料的熵减少，分子链的构象发生了改变，当除去外力后，链构象恢复，材料对环境做功，这时体现的弹性即为熵弹性。粘弹性在外力作用下，高聚物材料的形变行为介于弹性材料和粘性材料之间，这种行为反映了固体的弹性和液体的粘性两者的组合。这就是粘弹性。,选择题,形变过程中，橡胶材料的泊松比（ ）a、等于0.5 b、小于0.5 c、近似于0.5c,证明题,试证明当形变较小而各向同性的材料，在形变前后体积近似不变时，其泊松比为0.5。证明:=-(m/mo)/( l/lo)Mo2lo=m2l定义:l-lo=l(大于零);m-mo=m(小于零)m2l=(mo+m)2(lo+l) =(mo2+2mom+m2)(lo+l) =mo2lo+mo2l+2momlo+2moml+m2lo+m2l由于形变较小，后两项可忽略mo2l+2momlo=0-(m/mo)/( l/lo)=1/2= ,简答题,天然橡胶拉伸时放热，回缩时吸热。答：dq=TdS天然橡胶拉伸时，S减少，放热天然橡胶回缩时，S增加，吸热,简答题,不受应力作用的橡皮筋，当受热时伸长；被一负荷拉长的橡皮筋受热时缩短（负荷不改变时）试加以解释。答：在重力作用下的塑性形变及热胀现象 被一负荷拉长的橡皮筋受热时缩短（负荷不改变时），开始分子链处于伸展状态，受热时链运动使分子链向卷曲发展，因此，有上述现象,计算题,1、某硫化天然橡胶在27拉伸，拉长一倍时，拉应力为7.4kg/cm2，拉伸时泊松比为0.5。根据橡胶弹性理论计算（波兹曼常数K=1.3810-16尔格/开分子）（1）1cm3中的网链数；（2）初始杨氏模量；（3）初始剪切模量；（4）拉伸过程中1cm3试样放出的热量。,计算题,解:N1KT(-1/2) ，2 ，7.4Kg/2 K=1.3810-16尔格/K分子数，T300K N1=/KT(-1/2)1.01020分子/cm3 E=3N1KT=31.01020分子/cm31.3810-16尔格/K分子数300K =9x1.38x106达因cm2=1.242x107达因cm2 =1.242x102N/m2=1.242MPa G=E/3=1.242Mpa/3=0.414 Mpa W=NKT(2+2/-3)/2=NKT=N1KT=0.414J,计算题,2、某交联橡胶试样尺寸为：厚度0.2cm；高度1cm；长度2.8cm；质量为0.52g，当在25被拉伸至原长的二倍时，拉力为2kg，求此橡胶网链的平均分子量（已知R=8.314J/molK）。解：=2 =RT/Mc(-1/2) Mc=RT/(-1/2)=F/Ao=2x9.8N/0.2x1cm2=98x104Pa =0.52g/(0.2x1x2.8)cm3=0.92857g/cm3=0.92857x106g/m3Mc=0.92857x106g/m38.314J/molK298K/98x104Pa =2348g/mol,计算题,在一次拉伸实验中，试样夹具之间试样的有效尺寸为：长50mm、宽10mm、厚4mm，若试样的杨氏模量为35MPa，问加负荷100N该试样应伸长多少。解：E=/ =(l-lo)/lo =F/Ao =100/(4x10)=2.5MPa =/E=2.5/35=0.07143 (l-lo)=50x0.07143=3.57mm,第7章 习题,蠕变在一定温度下，当固定应力时，观察形变随时间延长而逐渐增加的现象称为蠕变。 应力松驰在一定温度下，当固定形变时，观察应力随时间的延长而逐渐衰减的现象。滞后与内耗在一定的温度和交变应力作用下，应变滞后于应力的现象称为滞后。由于滞后，在每一个循环中就有能量的损失，称之为内耗。,选择题,1、从分子运动观点分析，下列高聚物中抗蠕变能力最强的是（ ） a、聚砜 b、聚四氟乙烯 c、硬PVCa2、日常生活中，发现松紧带越用越松，其原因是（ ）a.松紧带是高聚物材料，在使用过程中产生了玻璃化转变b.松紧带是高聚物材料，在使用过程中产生了时间-温度等效现象c.松紧带是高分子材料，在使用过程中产生了力学损耗d.松紧带是高分子材料，在使用过程中产生了应力松驰现象d,填空题,1、由时温等效原理可知，同一个力学松驰行为即可在（ ） 观察到，又可在（ ） 观察到。在较高的温度下、在较短的时间，较低的温度下、在较长时间内2、Maxwell模型主要用于描述（ ）。线形高聚物的应力松驰现象3、理想弹簧与Kelvin模型串联组成的三元件模型可以很好地描述（ ）。交联高聚物的蠕变现象4、四元件模型可以很好地描述（ ）。线形高聚物的蠕变现象,简答题,1、在楼板上安装振动装置时，若楼板与机座间安放橡皮垫，楼板的振动大大减弱或完全消失。答：若在楼板与机座间不安放橡皮，振动能直接传给楼板 若在楼板与机座间安放橡皮，振动能首先传给橡皮，在振动的交变力作用下，橡皮产生内耗吸收一部分能量，只有一少部分能量传给了楼板,简答题,2、如果把高分子材料在熔点或玻璃化温度以下进行退火处理，其蠕变速度有何变化。为什么？答：蠕变速度变慢 高分子材料在熔点或玻璃化温度以下进行退火处理，可消除内应力，通过链段的运动和调整，使分子链的排列和堆积更紧密 分子间作用力大，蠕变速度必然慢,计算题,写出WLF方程，说明方程中各符号的意义，计算当以Tg+50为参考温度时，该方程的常数C1和C2的数值。,计算题,解：lg(T)/(Tg)=-17.44(T-Tg)/51.6+(T-Tg)