2023年北京理工大学本科生材料物理试题(A)（含答案）

12023级材料物理终考试A卷参考答案与评分标准〔15分〕〔每个空1分〕高分子化学是争论高分子────和────，以及高分子的化学反响、────与防老化；高分子物理是争论高分子────之间的关系。答案：合成途径和根本理论；改性；构造-分子运动-性能〔一次构造〕：高分子链所组成单元的────与────。答案：化学构造与立体化学构造〔二次构造〕：单个分子链的────与────。答案：大小与形态答案：无规线团；锯齿型或伸直聚合物从稀溶液中缓慢结晶可生成────晶体；从熔体快速冷却结晶易生成────晶体。答案：单晶；球晶────。答案：a.冷拉温度不同。非晶Tb~Tg；晶态Tg~Tm。分子链的取向，无相变。高分子与小分子的分子运动主要区分是────。答案：运动单元的多重性；时间依靠性—松弛过程；分子运动与温度的关系二、〔15532〕1.PA-66、PA-610、PA-1010NH(CH)26NH(CH)26

NHCO(CH2NHCO(CH2

)CO尼龙664)CO尼龙6108NH(CH)210

NHCO(CH2

)CO尼龙10108PA-1010<PA-610<PA-66分子柔顺性与CH2

链长度有关，越大，形成氢键密度越小，熔点越低。2.ω-氨基己酸、聚ω-氨基庚酸、聚ω-氨基辛酸ONH

CH2C4 n聚ω-氨基己酸 O2NH CH25聚ω-氨基庚酸

CH2CnCnCnNH CH26聚ω-氨基辛酸

CH2聚ω-氨基辛酸<聚ω-氨基己酸<聚ω-氨基庚酸成分子间键有关。〔3〕聚四氟乙烯〔327oC〕＞聚三氟氯乙烯〔220oC〕＞聚偏二氟乙烯〔210oC〕低，柔性增加。三、简答题：〔15分〕〔每一小题5分，要点不完全扣3分，用词准确2分〕可以从两个方面来解答：恢复原来自然状态。故具有高弹性；

1cos

n，n是一个很大的数，因此h2 /h2 n伸直 f 2 3缘由，也是单个高分子具有高弹性的根源。何谓聚合物的强迫高弹性？它与聚合物的高弹性有何异同？运动被冻结，使形变无法恢复而成为“永久形变”。屈服强度反映塑料对抗永久形变的力气。只要加热到链段具有足够运动力气时，形变就可以恢复。为了与橡胶态高弹形变有所区分，故称为受〔强〕迫高弹形变。高弹形变与受〔强〕迫高弹形变的比较：一样点：大形变，同属于链段运动机理Tg时，才能恢复，需要外力较大。高弹形变：去除外力即可恢复，需要外力较小。提高剪切速率对聚合物熔体粘度的影响规律。1r于取向。η随r变化的程度也不同。四、

、θ、A、α〔扩张因子〕等参数的名称及物理意义，如何用它们来推断聚合1 2〔。(10433χ 1

1，反映聚合物与溶剂分子混合时相互作用能的变化θ：θ温度指的是在这一温度下，在给定的聚合物溶剂体系内，聚合物处于无扰状态，即导致高分子链收缩和扩张的力到达平衡。2

一样，是表征聚合物中链段与溶剂分子之间相互作用的一种量度。1α〔扩张因子〕：扩张因子表征高分子链在良溶剂中，由于溶剂化作用，由蜷曲趋向伸展的程度。以此四个参数推断聚合物溶解的程度和溶剂的优劣遵循如下原则：i.1, A

0,1, Temp, S:good solvent；12 2

1, A

0,1,Temp, S:poor solvent；1 2 21, A

0, 1, Temp S:nonsolvent，聚合物沉淀析出。1 2 2试验测定方法可以承受膜渗透法由 RT(1AcAc

~c作图能够c M 2 3 c

然后再由A (1)

得到χ ；转变温度得到A对T直线，该线在A=0处2 2

1221 2122时对应的温度为θ。θ

对 M1/2

hh

2 /M or

。同时3

可以计算高分子线团的该溶剂中的一维扩张因子。105311在特种溶剂中，在不同温度时测得以下聚合物的无扰尺寸A=h2

12如下表。试求它0M M 们的刚性因子σ温度对分子链的刚柔性有什么影响？h2MA2, nM

x2,

h2nb2( ) 20解：0 M0

0 1cosMX2 cos

4b22 MoA22 b2( )2A2 2聚合物温度℃Ah2/M聚合物温度℃Ah2/M2010(MoA24b2)1/2聚异丁烯240.7951.93950.7571.84聚苯乙烯250.7352.43700.7102.35聚异丁烯刚性系数小于聚苯乙烯，所以是不冲突；同时可以看出温度上升，柔性上升。用分子量分布很窄的PS试样，溶在34℃的环己烷中，测得其渗透压如下表：π〔g/cm3〕0.9524.4102.0737.9853.75412.2505.759PSMn以及该条件下的体系的其次维利系数与聚合物的排斥体积；α〔R=8.48x104gmo-1-1。解: :由 RT(1Ac)可以

~c作图能够得到拟合方程y=470,Mn=55390,c M 2 c=0,u=0Mark-Houwinkα=0.52Cx103〔g/cm3〕π 〔g/cm3〕

2.0250.952

4.4102.073

7.9853.754

12.2505.759kn

π/C 19.30554001/2

0.082

470.123

470.068

470.131

470.122六高分子间相互作用与小分子之间的相互作用有明显的差异,突出表现在高分子间的相互作所学过的高分子物理课内容争论高分子间相互作用存在哪些重要性及其对高聚物构造和性能的影响.(15分，答对6-7个要点，每个2分，用词准确，阐述清楚1-3分)方面争论高分子间相互作用的重要性及其对高聚物的构造和性能的影响：高分子间的相互作用格外大由于高分子化合物分子量大,一般是在104～107约有103～105分子之间的作用,那么高分子之间的相互作用能应是链单元之间的作用能与链单元数目的乘积,虽然链单元之间的作用很弱,明显地弱于化学键,但是链单元数目很大,使得这个乘积远远超过中,分子间作用力起着特别的重要作用,可以说,离开了分子间的相互作用来解释高分子的分散状态、积存方式以及各种物理性质是没有意义的。高分子的分散态只有固态和液态,而没有气态,其缘由是加热高聚物时,由于高分子间的相互作用力很大,当能量还缺乏以抑制分子间的相互作用时,主链上的化学键已先被破坏,产生了热分解。分子间作用力的大小与高聚物的物理性质之间存在着明显的对应关系。如:内聚能密度小于290MJPm3较好,因此可用作橡胶(只有聚乙烯是个例外,它易于结晶而失去弹性,只能作为塑料使用);内聚能密度大于420MJPm3的高聚物,由于分子链上有强极性基团,或者分子链间能形成氢键,分强度很高,成为优良的纤维材料;内聚能密度在290～420MJPm3之间的高聚物,分子间作用力居性都有着很大的影响,因而也打算着高聚物的使用性能。特别的高聚物溶解过程高聚物在溶剂中先溶胀后溶解,这又是高分子的特点。在高聚物与溶剂接触初期,由于高分子链很长,高分子间相互缠结,作用力很大,不易移动,所以高聚物内层集中,必定就有愈来愈多的链单元与溶剂分子混合,使得高分子链间的距离渐渐增单元都已摆脱相邻分子链间的作用,整链就松动了,就可以发生缓慢向溶剂中的集中运动,高分子与溶剂分子相混合,最终完成溶解过程,形成均一的高分子溶液。高聚物的溶解力气与它的分子量、分子间作用力和链的柔性都有关。分子量越大,分子间作用力越大,溶解度就越小。假设链的柔性较大,则其溶解现象如同自某一外表剥取胶布,可以从某一端逐步撕离而不需要一次抑制全部粘附力;假设链的柔性小或链是刚性的,由于需同时拆散高分中,所含的碳和羟基数的比例一样,但由于链的柔性不同,纤维素分子刚硬,而聚乙烯醇分子较松软,故纤维素不溶于水而聚乙烯醇则极易溶解于水。马克三角形原理的对化学药品的抗蚀力,这些要求反映在高分子构造上,就是要加强分子内的化学键合力和分这三个原则是结晶、交联和增加高分子链的刚性。结晶和交联都是把柔顺易曲的分子链集中在一起,使分子链强化为结实的集合,那么将原来就聚碳酸酯、聚酯以及杂环高分子。原理,每边代表这些原理两两起作用时的状况,要设计这样一个构造,使三个原则都起作用,就确定是落在这三角形的中间,这就是著名的马克(Mark)三角形原理。粘流温度和玻璃化温度高分子之间相互作用的大小还会对高聚物的特征温度如粘流温度TfTgTf就愈高。例如:聚氯乙烯的极性大,分子间作用大,则TfTfTg则是高分子链段开头运动的温度,此时,高分子链并不能运动,高分子间的相互作用会阻碍主链的内旋转,使得TgTg80—Cl—OH聚乙烯醇的Tg80—CNTg100℃。聚己二酰己二胺比聚辛二酸丁二酯的Tg100℃以上,这是由于聚酰胺分子间形成了氢键。单链分散态和多链分散态于链单元间的相互作用而形成分散态———单链分散态,这是高聚物分散态的重要特征之一,也可以说是高分子间相互作用的一个特点。的多链分散态,在一根链的空间大约有几十根链相互穿透,因此一根链上的链单元受到的同一根链上相隔较远的链单元的作用与受到的相邻链上链单元的作用相互抵消,使每一根链呈无规线团形态,是高斯链。对于小分子,一个孤立的分子谈不上分子间相互作用,但是对于一个高分子链,由于它包含有成千上万个链单元,每个链单元相当于一个小分子,所以即便是一个孤立的高分子链照旧存在链单元间的相互作用,照旧能形成分散态,这就是一种单链分散态,其中由于态最根本的差异。高分子链的分散缠结从良溶剂稀溶液中的溶胀线团到固体中的无规线团,高分子链的尺寸在渐渐收缩,非晶态固体的根本动身点,从这样一个图象动身的理论才是正确的,基于这一图象和高分子链链段间范德华力(通常是含有苯环或双键π邻分子链间的向列相互作用,如链上双键和芳环电子云的相互作用,使局部链单元接近平