高分子物理知识点总结及习题

聚合物的结构(计算问题：均方末端距离和结晶度)1 .简述聚合物的层次结构。a :聚合物的结构包括高分子的链结构和聚合物的凝聚状态结构，高分子的链结构包括邻近结构(一次结构)和远程结构(二次结构)。 初级结构包括化学组成、结构单元的连接方式、配置、支化和交联。 二级结构包括高分子链的大小(相对分子质量、平均末端距离、平均半径)和分子链的形态(构象、顺应性)。 三级结构属于凝聚态结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和聚合态结构.配置：分子中化学键固定的原子在空间几何排列。(要改变配置，必须经过化学键的断裂和重组。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析高分子链的配置有光学异构体和几何异构体两种。光学异构体是由主链中的不对称碳原子形成的，有全同构、间同构和随机3种异构体(其中，高分子体中全同构结构和间同构结构的总百分比称为等规度)。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析。全均质结构：取代基均位于主链平面的一侧，或高分子均以光学异构单元结合间均质结构：取代基交替分布在主链平面两侧，或两种光学异构单元交替结合随机立体：取代基不规则地分布在平面的两侧，或者两种光学异构体单元完全随机结合几何异构体是由主链上存在双键形成的，有顺式和反式两种异构体。构象：原子或原子团在单键内旋转产生的空间分布。链接：将由多个键组成的链接作为独立运动的单位链(也称为重复单元):聚合物中组成和结构相同的最小单元高分子可分为线性、分支、交联三类。 其中支化高分子的性质类似于直线高分子，溶解，加热后溶解。 但是，由于支化破坏了高分子链的规律性，其结晶能力大幅度降低，支化高分子的结晶度、密度、熔点、硬度和拉伸强度等都比对应的线性高分子低。交联高分子是高分子链之间通过化学键形成的三维空间网络结构，交联高分子不能溶解，溶胀，加热也不会熔融。高分子链的构象是单键内旋转形成的分子在空间上不同的形态。单键的内转是高分子链形成卷曲构象的根本原因，内转越自由，卷曲的倾向越大。这种不规则的卷曲高分子构象被称为不规则的线团。高分子链的内旋转不完全自由，有键角和空间阻力的限制。自由键链的内旋转没有键角和位置障碍的限制自由旋转链有键角的限制，但是没有空间阻力的限制。自由键链和自由旋转链都是虚拟的理想链，实际上不存在。实际的高分子链既不是自由键链也不是自由旋转链，可以看作是等价的自由键链。柔量：高分子链可以改变其构象的性质末端距离：从直线高分子一端到另外一端的距离凝聚能：克服分子间的力，将1mol的液体或固体移动到分子间的引力范围外所需的能量(单位体积的凝聚能称为凝聚能密度)。聚合物在不同条件下结晶，可以形成不同的形态。聚合物的单晶一般只能在极稀溶液中(浓度不足0.1% )形成缓慢的结晶。没有应力和流动时，结晶性的高分子化合物从浓溶液析出，或者从熔液冷却结晶，有生成球晶的倾向(球晶用正交偏振光显微镜观察，呈现特有的黑十字消光图案)。高分子链在晶体中的构象由同等规律和能量的最低原理决定，可采用螺旋链或平面z形链构象。高分子链的结构对其结晶能力有重要影响。高分子链的对称性越高，容易结晶化的等规度越高，结晶性越强(反式异构体的结晶性比顺式异构体高)。 一般来说，分子链越柔顺，结晶能力越强，但柔软性过高，反而无法结晶的分支化和交联会降低结晶能力。高分子化合物的结晶过程包括晶核形成和晶粒生长两个阶段。 成核的方式有均一核和异相核。 聚合物整体的结晶速度由成核速度和结晶生长速度决定的整体结晶速度可以用膨胀计法、光学解偏振法、差示扫描热量法等测定(结晶度可以用密度法或DSC等测定)。聚合物的等温结晶过程可以用Avrami方程描述，Avrami指数n等于晶体生长的空间维度和成核过程的时间维度之和。聚合物通常在玻璃化转变温度以上、熔点以下的温度范围内结晶化，温度对结晶化速度有决定性的影响。熔融极限：从聚合物结晶开始熔融到完全熔融的温度范围熔点：聚合物完全熔融时的温度取向：聚合物在某种外力作用下，分子链、链段、结晶性聚合物中的晶粒等结构单元优先沿外力的方向排列液晶状态：兼备液体和结晶部分性质的过渡状态听解答2 .介绍溶剂、拉伸、相对分子质量和成核剂如何影响结晶速度a :小分子溶剂的渗透可以提高高分子链的活动能力，诱导结晶，因此可以提高结晶速度通过拉伸，分子链取向，分子的无序度降低，聚合物的结晶状态和非结晶状态之间的熵减少，添加能够提高结晶速度的成核剂，显着加快聚合物结晶速度的相对分子质量，分子链的移动能力降低，结晶速度降低。3.a :非晶质聚苯乙烯的构象为不规则的线团，结晶性聚乙烯的构象为平面锯齿形构象结晶性全立体结构聚丙烯的构象为螺旋链构象(全部相同的聚乙烯醇的分子链取的构位为平面锯齿链的聚乙烯醇的取代基oh形成分子内氢键，因此与聚烯烃不同，不形成与聚乙烯醇完全相同的螺旋链，形成平面锯齿链构位)。4.a :高分子链的柔软性随着相对分子质量的增大而增大。柔软性和强分子间力可以提高聚合物的结晶能力(柔软性可以提高链段在结晶部分扩散排列的能力)。 强分子间力使晶体结构稳定，有利于结晶化。高分子化合物的结晶温度越高，熔融极限越窄(结晶温度越高，分子链的运动能力越强，分子链能够充分调整其构象，形成的结晶比较完善，因此熔融极限越窄)。5 .为什么聚合物在结晶过程中体积收缩？说明了硫含量不同橡皮擦在结晶过程中的体积变化和时间，并绘制了相应的示意图。答：晶体中分子链的规则堆积会增加密度，晶体中会发生体积收缩。橡胶硫含量增加，交联密度增大，结晶能力减弱，结晶程度和结晶速度降低，出现在结晶曲线上，最小的体积收缩率和曲线减小。6 .分析一下纤维素的分子链为什么是刚性。a:a，分子有极性，因此分子链间相互作用强的b，六元吡喃环结构难以向内旋转的c，分子间和分子内形成氢键，特别是分子内的氢键不旋转糖苷键，刚性大幅增加。7 .如果聚丙烯的等度不高，用改变构象的方法能提高等度吗a :不行。 提高聚丙烯的等规度必须改变配置，但改变配置与改变配置的方法完全不同。 构象是单键内旋转引起的分子链形态的变化，改变构象只要克服单键内的旋转势垒就能实现的结构必须经过化学键的破坏。8 .高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯在分子链上的主要区别是什么答：高密度聚乙烯为线性结构，低密度聚乙烯为长支化聚乙烯，线性低密度聚乙烯支化为短支化，乙烯与高级-烯烃共聚生成。共聚过程中生成的线性低密度聚乙烯比一般的低密度聚乙烯具有更窄的相对分子质量分布。 高密度聚乙烯容易结晶化，因此在密度、熔点、结晶度、硬度等方面比低密度聚乙烯高。计算问题已知聚乙烯试样聚合度为5*10000、cc键长为0.154nm、键角为109.5 a .将聚乙烯视为自由旋转链时聚乙烯试样的均方末端距离b .聚乙烯末端距离符合高斯分布时聚乙烯试样的平均末端距离和最大数末端距离。(注意：末端距离符合高斯分布的链为高斯链，自由键链和等效自由键链为高斯链。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析填空问题1 .高分子由一种或数种结构单元构成，由一种结构单元构成的称为均聚物，由两种以上结构单元构成的称为共聚物。2 .高分子呈链状结构，高分子的主链一般具有一定的内旋自由度，使高分子链具有柔软性。3 .高分子的相对分子质量具有多分散性，分子运动具有多重性。4 .所谓柔软性，是高分子链改变其构象的性质，高分子链的柔软性有静态柔软性和动态柔软性。5 .线性高分子化合物在溶液中通常为随机线团构象的结晶区域中通常为直链或折叠链的构象。6 .如果使聚乙烯在极稀溶液中缓慢结晶，则一般从得到单晶的熔液中的结晶得到球结晶，以极高的压力挤出，得到延伸的芯片结晶； 在溶液中强力搅拌常常形成结晶。7 .高分子液晶根据中间单元在分子链中的位置而分为主链液晶和侧链液晶。高分子液晶根据分子的排列方式和有序度，可分为近晶型、向列型、胆甾醇型3种。向列相高分子液晶具有长取向秩序，不存在位置秩序，能够用取向矢量n记述向列相高分子液晶的取向； 胆甾醇型高分子液晶不存在位置秩序，只存在取向秩序，但其取向呈螺旋状的近晶相高分子液晶除了取向秩序以外，还存在部分位置秩序。8 .用偏振显微镜观察聚合物球晶，发现Maltese黑十字，黑十字消光图案反映聚合物球晶的双折射性和对称性。9. X射线衍射的实验事实证明结晶性高分子具有非晶结构，Flory从SANS的实验结果证明非晶高分子是由随机的线团结构构成的。10 .随着高分子链柔度的增加，聚合物熔点降低，结晶能力增强，结晶速度加快。11 .一种高分子根据晶体条件可能产生不同的单位晶格，称为同质多晶现象。聚合物一边熔融一边升温的现象是因为含有一系列不同完备度的结晶。12 .成核剂和淬火可减小球晶尺寸的退火用于提高结晶度、提高结晶度、消除内应力。 分子链的对称性越高，容易形成结晶的分子链的规则性越好，越容易结晶化。13 .共聚会降低PE的结晶能力，减少结晶度，增加室温溶解能力，使链的规律性恶化。14 .向PP中添加抗氧化剂时，抗氧化剂一般仅存在于非晶质区域，有利于抗氧化剂的作用随机线团的极限特征比为6.76的高分子内的旋转阻碍程度越大，其均方末端距离越大。15 .随着聚合物柔度的增加，分段长度减小，刚度比减小，无干扰尺寸减小，极限特征比减小。用x射线法表现结晶性聚合物的结果显示，结晶性聚合物中的结晶区域和非晶区域共存。17 .高分子链有五种构象。 即，顺式重叠配位、偏压重叠配位、逆型配位、左横型配位和右横型配位结晶一般会降低塑料的冲击强度，但提高橡胶的拉伸强度的结晶会提高溶剂性、提高渗透性、提高耐热性。 取向为一维或二维有序，晶体为三维有序。18 .牵伸使分子定向，大幅度提高纤维强度的热定向使一部分区段解定向，使纤维具有弹性。19 .聚合物晶片由折叠链构成，晶片表面的分子链的折叠部分不规则，晶片内部的分子链规则排列，晶片的厚度增加意味着晶体的完整性增加，晶体的熔点上升。20稀释剂降低了结晶性聚合物的熔点，稀释剂的溶解性越好，聚合物结晶的熔点越低。嵌段共聚物的熔点仅比均聚物的熔点稍低，交替共聚物的熔点比均聚物急剧降低。 因此，相同组成的共聚物组成的序列分布也影响共聚物的熔点。聚合物取向方向的拉伸强度和弹性模量提高； 但是，垂直于取向方向方向上的强度和模量降低聚合物的分子运动聚合物的运动单位具有多重性，其运动单位为侧基、支链、链、链和高分子整体，聚合物的分子运动为松弛过程。随着温度的变化，聚合物呈现出三种不同的力学状态，即玻璃状态、高弹性状态和粘流动状态。从分子运动的角度来看，聚合物的不同力学状态是由于运动单元处于不同的运动状态而形成的。玻璃化转变温度以下，分子运动的能量低，连锁运动被冻结，只有分支、侧基和小链的节能运动，高分子在不能实现构象转变的玻璃化转变温度到粘流温度之间，分段运动，分子链不能运动的粘流温度以上，所有的运动单元、分子都可以运动。作为测定玻璃化转变温度的方法，经常使用膨胀计法、DSC法、DMA法。关于聚合物的玻璃化现象，自由体积理论认为，聚合物的体积由高分子占有的体积和高分子未占有的自由体积构成。 聚合物冷却后，最初聚合物的体积和自由体积逐渐减少，达到玻璃化转变温度后，自由体积达到最低值，聚合物变成玻璃状态。 在玻璃状态下，自由体积被冻结，保持一定的值，随着温度的下降，只有聚合物分子的占有体积减少。聚合物的玻璃化转变温度是自由体积达到某个阈值时的温度，聚合物的玻璃状态是等自由体积状态。 WLF方程定义的自由体积分数为2.5%。玻璃化转变温度是高分子段从冻结向运动的转变温度，段的运动是通过在主链的单键内旋转来实现的。 例如刚性和极性基因的导入、交联和结晶化会使玻璃化转变温度上升，提高高分子链的柔软性的主要原因，例如增塑剂的添加、柔软性基因的导入等会使玻璃化转变温度下降。高分子化合物的流动是通过连锁协同运动实现的，相对分子质量小时，粘流活化能随相对分子质量增大而增大，但在聚合物的相对分子质量范围内，高分子化合物的粘流活化能不随相对分子质量而变化。分子链越顺序，粘流温度越低聚合物的相对分子量越大，粘流温度越高。柔软性聚合物熔融粘度对剪切速度敏感，熔融粘度的降低显着由于刚性聚合物的粘流活化能大，对温度敏感，随着温度的升高粘度的降低变得显着。聚合物的熔融粘度和温度的关系可以用Arrhenius式记述。但是，在聚合物的粘流温度以下不适用Arrhenius式的WLF方程式，不能很好地记述高分子化合物的玻璃化转变温度到玻璃化转变温度100 C的粘度和温度的关系。【韦森贝格效应(棒状现象)、平衡效应(挤出物膨胀)、熔融物的不稳定流动和熔融物的破裂是流动过程中聚合物熔融物的弹性效应所致】简单的解答1 .简述聚合物分子运动的特点。答：聚合物分子运动的特点是a、运动单元具有多重性。 聚合物的运动单元可以是侧基、支链、链、链、分子整体等。 b .高分子热运动是一个松弛过程。 在一定的外在条件下，聚合物从一种平衡