《高分子物理习题集》

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《高分子物理习题集》

刘喜军编著

齐齐哈尔大学材料科学与工程系高分子材料与工程教研室

2023．10．1

目录

绪论1第一章高分子链的结构2其次章第三章第四章第五章第六章第七章第八章附录60参考资料60

高分子聚集态结构7高聚物的分子运动和热转变13高聚物的弹性理论和力学松弛现象25高聚物的屈服、断裂和强度聚合物熔体的粘流态及流变性高分子溶液性质及其应用

高聚物的电学性能60

绪论

1、高分子科学都研究哪些内容？

2、高分子物理学是怎样的一门科学,其研究内容都包括哪些方面？3、高分子材料还存在哪些缺点？

4、今后高分子材料发展的主要方向是什么？

5、什么是自然高分子？什么是改性自然高分子？举例说明6、高分子学说与胶体缔合论整治的交点是什么？

7、高分子物理学在高分子学说的创立过程中起到了哪些作用？

8、高分子学说是何人何时提出的？其真正被人们所承认又是什么时候？9、H.Staudinger曾预言了哪些高分子的长链结构？

10、在高分子科学史上三次获诺贝尔奖的都是何人？其主要成果各是什么？11、第一个人工合成的高分子材料是什么？

12、首先人工合成的纤维、橡胶和塑料品种各是什么，具体是什么时间？

第一章高分子链的结构

一、基本概念：

1、高聚物的结构；高分子链结构;高聚物的聚集态结构2、近程结构；远程结构?

3、一次结构；二次结构；三次结构；超分子结构4、交联度；支化度

5、化学结构；物理结构

6、键接异构；构型；几何异构；旋光异构；顺反异构7、热固性树脂；热塑性树脂

8、全同立构；间同立构；无规立构9、有规立构；等规度

10、序列；数均序列长度；序列分布11、构象；链段；柔顺性；无规线团

12、自由结合链；自由旋转链；真实高分子链；等效自由结合链；高斯链13、近程相互作用；远程相互作用

14、末端距；均方回转半径；均方末端距；无扰尺寸15、极限特征比；刚性因子（ζ、A）16、IPN；Semi-IPN二、分析判断题

1、由于构型和构象都是指分子中原子或基团在空间的不同排列，因此二者并无区别()

2、由于聚乙烯醇分子链每隔一个碳原子便出现一个不对称碳原子，即聚乙烯醇是等规立构高分子，因此可以结晶()

3、任何一种“无规线团〞状高分子链都可以按等效自由结合链处理()4、等规聚丙稀大分子链在晶体中呈螺旋构象()

5、所谓“自由连接链〞就是链段长度等于键长的高分子链()6、所谓“自由旋转链〞就是内旋转角不受限制的高分子链()7、任何高聚物的刚柔性，均与其大分子链的柔顺性是一致的()

8、链段是高分子链中最小的独立运动单元，通过热力学性质和动力学性质的测定，均可求得其长度且结果完全一致()

9、HPPE由于在聚合时压力很大，所以产品的密度也高，LPPE?由于聚合时的压力低,?所以产品的密度也低（）10、分子在晶体中是规整排列的，所以只有全同立构或间同立构的高分子才能结晶，无规立构的高分子不能结晶（）11、所谓自由旋转链，就是键角（θ）、内旋转角（θ）均不受限制的分子链（）

12、分子量一致的大分子链,链越柔顺则线团尺寸()a,越小b,越大c,基本不变13、以下哪种聚合物是支链聚合物()

a,HDPEb,等规聚丙稀c,LDPE14、以下哪种聚合物是热塑性的()a,硬质橡胶b,HDPE

15、哪种聚合物在室温下透气性更好()a,等规聚丙稀b,无规聚丙稀

16、以下三种高聚物中，耐热性最好的是()a,聚酰亚胺b,尼龙66c,芳香尼龙

17、按高聚物结构层次的划分,高分子链的构型属于()a,一次结构b,二次结构c,三次结构18、高顺--1,4聚异戊二稀在室温下为()a,塑料b,橡胶c,纤维19、α-取代烯烃聚合物,当不对称碳原子在链中的排列方式为DLDL,则这种聚合物的立构属于()

a,全同b,无规c,间同

20、HPPE聚合时压力很大,LPPE聚合时压力很小,所以二者的密度()a,HPPE>LPPEb,HPPE11、高分子链完全伸直时，其均方末端距的计算公式为（）；其等效自由结合链的均方末端距的计算公式为（）。12、从分子链尺寸的统计计算法知道，最可几末端距和平均末端距的计算公式为（）和（）。

13、常温下聚乙烯是塑料，而聚异丁烯是弹性体，所以前者的热力学链段长度比后者（），动力学链段长度比后者（）。14、烯类单体的加成聚合往往会产生不同的单体单元键合方式，其中常见的有（）、（）或（）结构

15、α-烯烃单体在聚合时，由于旋光异构体的存在将使这类高分子可能产生（）、（）和（）三种立体异构

16、高分子链中可旋转的单键数目越多，内旋转（），构象数（）；链段数越多，链段长度（），柔顺性（）。17、末端距分布符合高斯分布的高分子链，均方末端距和均方回转半径间的关系为（）。四、简答题

1、写出自由连接链的均方末端距表达式，说明末端距值与分子链柔性的关系（与自由旋转链对照）

2、寻常，动力学链段较热力学链段长度为长

3、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。4、假使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？5、SBS为热塑性弹性体

6、如何理解高次结构与高次混合物结构？7、写出四种梯形聚合物的结构简式？8、为什么梯形聚合物具有耐高温性？9、支化对高分子的性能有何影响？

10、无规共聚与嵌段和接枝共聚对产品性能的影响有何不同？11、聚合物一旦交联其性质要发生哪些变化？

12、有些聚合物的端基对耐热性影响很大,寻常如何解决,举例说明13、对于[CHR--CHR′]n这类聚合物可能有几种等规异构体？14、怎样理解叠同、非叠同？

15、用图形说明线型高分子、支链形高分子、网状或体形高分子、离子型高分子、星型、梯型、篦型和梳型高分子。16、研究近程结构常用的方法有哪些？17、高分子结构的特点可以归结为几点？18、回复与聚合物构型有关的问题（1）用CH2=CHR及CHR=CHR′型单体进行定向聚合分别可以得到哪几种有规立构聚合物？（2）由丙烯得到的全同立构聚丙烯和由L─氧化丙烯制得的聚氧化丙烯有无旋光性？

（3）用RHC=CH-CH=CHCOOR'单体聚合，理论上可能得到哪几种1.4加成的有规立构聚合物？

19、试述以下烯类聚合物的构型特征及名称

(1)－D-D-D-D-D-D-(2)-L-L-L-L-L-L-(3)-D-L-D-L-D-L-(4)-L-D-D-L-D-L-

20、聚合物的近程结构不同，主要影响聚合物的哪些性能？举例说明21、顺丁烯二酸酐与环氧氯丙烷缩聚反应得到的线型不饱和聚酯其重复结构单元如下：

-O-CH2-CH-O-C-CH=CH-C-CH2CLOO

问此聚酯有几种可能的立体异构体？试分别写出它们的结构式22、请写出四种旋光立构高分子，并由此分析高分子材料具有旋光性的必要条件？

23、异戊二烯聚合时，理论上可能形成的高分子链结构有哪些类型？24，欲提高高聚物的耐热性，一般可采取哪些措施，为什么？

25、目前聚乙烯的品种有哪些，结构上有什么特点，其主要用在哪些方面？26、为什么聚丙烯不简单染色，而且老化性能不如聚乙烯？27、研究远程结构常用的方法有哪些？28、比较以下聚合物链的柔顺性

PEPPPSPMMAPDMSPBPVCPPO29、链未端距有何意义？怎样测定溶液中高分子的均方链末端距？并说明需要测的数据及数据处理方法（要求同时得到分子量的数值）30、单健内旋转的必要条件及其影响因素？31、怎样理解内旋转势能函数？

32、静态柔顺性和动态柔顺性在表征链柔性时有何不同？33、大多数高分子链都可进行内旋转，为什么？

34、?分子量很大的碳链高分子其构象数与原子数目（主链）有何关系？35、简述Kuhn统计的基本思想。

36、怎样理解统计线团与等效球之间的不同。37、表征高分子链柔顺性都有哪些尺度？

38、理想的统计线团与真实高分子链之间存在哪些差异？39、怎样理解线团密度这个概念，它与分子量有何关系？

40、现有四种碳链高分子，设其中每一种高分子链是由若干个顺式(C)和反式(T)的构象按以下四种方式连接的：

(a)T-T-T-T-T(b)T-C-C-C-T(c)C-C-C-C-C(d)T-T-C-T-T试画出上述四种高分子链的形状示意图，根据结果说明柔性链的尺寸大还是刚性链的尺寸大？

41、自由结合链的均方末端距有哪几种计算方法？计算结果为何？

42、若链的伸直长度Lmax一定，试证明以链段为独立运动单元的等效自由结合链的均方末端距大于自由结合链的均方末端距。43、欲使自由连接链单烯类高分子的均方末端距增加10倍，试问其聚合度必需增加多少倍？44、高分子链的柔顺性可用哪些物理参数表征?比较以下各组内高分子链柔顺性的大小，并指明原因。

(1)PE;PS(2)PP;PAN

(3)PP;聚异丁烯(4)PE;顺1.4聚丁二烯45、根据链结构，将以下聚合物按柔性大小排列成序

聚二甲基硅氧烷聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚苯46、根据链结构，将以下聚合物按柔性大小排列成序并说明原因聚丙烯聚氯乙烯聚丙烯腈

47、根据链结构，将以下聚合物按柔性大小排列成序并说明原因聚氯丁二烯聚氯乙烯聚1、2-二氯乙烯

48、根据链结构，将以下聚合物按柔性大小排列成序并说明原因聚乙烯顺式1，4-聚丁二烯聚丙烯五、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C=C结构，就此试验事实说明，聚氯乙烯链中单体的键接方式。

2、顺式－1.4聚异戊二烯和反式－1.4聚异戊二烯具有一致的Tg，为什么前者在室温下是橡胶，而后者却是塑料。

3、写出以下各种高聚物的单体、高聚物化学结构式、特性及主要同途：聚氨酯聚甲基丙烯酸甲酯环氧树脂甲基硅橡胶聚酰亚胺酚醛树脂尼龙－66涤纶聚甲醛

4、为了全面说明聚合物的结构，聚合物结构可分为哪些结构层次，各次包含哪些内容？并以丁二烯和苯乙烯共聚物为例说明该共聚物在各个结构层次可能出现哪些形式的结构?

5、高聚物的结构都研究哪些内容

6、影响高分子链柔顺性的因素都有哪些7、高分子的构型与构象有何区别？PP的螺旋型链是属于构型问题还是构象问题？假使PP的规整度不高，能否用单键旋转改变构象的方法提高规整度？为什么？

8、聚乙烯分子链在晶体中为平面锯齿形构象，而聚丙烯分子链在晶体中则为螺旋形构象，分析其原因。

9、探讨线型聚异戊二烯可能有哪些不同构型？10、用键为单位统计大分子链的末端距与用链段为单位统计末端距有何异同？哪种方法更符合实际状况？

六、计算题

1、用(CF3)3COOC(CF3)3引发聚合CF2=CF-CF=CF2制得分子量约为10000的聚全氟丁二烯,试根据19FNMR测定和计算结果(见下表)确定所得聚合物链(1)是1.2加成为主还是1.4加成为主(2)是否分枝及分枝状况如何(3)推出所得聚合物链的基本结构

─────┬───┬───┬──────┬──┬───┬────│化学│峰││全氟│峰面积│编号││面│峰归属││氟数目││位移│积││数目│3100│

─────┼───┼───┼──────┼──┼───┼─────a(CF3)3CO│-65.5│0.11││9│1│1+7

││││││───=4b(CF3)3CO│-67.7│0.64││9│7│2

││││?│(CF3)3COOC(CF3)3CCF2│-112.0│0.156│-O-CF2-CF=│2│17│││││││

dCF2│-113.5│1.85│-CF2-CF2-CF=│2│92│7+92+7+92+7││││││────=51eCF│-132.4│0.075│-CF2-CF-CF-│1│7│4│││O-│││fCF│-150.0│0.92│-CF=CF-│1│92│││││││

gCF│-153.1│0.075│-CF2-CF-CF-│1│7│CF2=CFCF=CF2│││CF2│││

─────┴───┴───┴──────┴──┴───┴─────

2、今有一种聚乙烯醇，若经缩醛化处理后，?发现有14%左右的羟基未反应，若用HIO4氧化可得到丙酮和乙酸，由以上试验事实，则关于此种聚乙烯醇中单体的键接方式可得到什么结论？

3、氯乙烯和偏氯乙烯的共聚物，经脱除HCl和裂解后，产物有等，其比例大致为10:1:1:10(重量),由以上事实，?则对这两种单体在共聚物中的序列分布可得到什么结论？

4、异戊二烯聚合时，主要有1.4－加聚和3.4－加聚方式，试验证明，主要裂解产物的组成与聚合时的加成方式有线性关系，今已知自然橡胶的裂解产物中

的比例为96.6:3.4，据以上事实，则从自然橡胶中异戊二烯的加成方式，可以得到什么结论？

5、某碳链聚α-烯烃，平均分子量为M＝1000M。（M。为链节分子量）试计算以下各项数值：

（１）完全伸直时大分子链的理论长度（２）若为全反式橡象时链的长度（３）看作Gauss链时的均方末端距（４）看作自由结合链时的均方末端距

（５）当内旋转受阻时（受阻函数cosθ＝0.438）的均方末端距（６）说明为什么高分子链在自然状态下总是卷曲的，并指出此种聚合物的弹性限度

6、下表列出一些聚合物的某些结构参数，试结合链的化学结构，分析比较它们的柔顺性好坏，并指出在室温下各适于做何种材料（塑料、纤维、橡胶）使用。

──────────────────────────────聚合物PDMSPIPPIBPS?PAN?EC──────────────────────────────h20

ζ=───1.4-1.61.4-1.72.132.2-2.42.6-3.24.2h2f.r

───────────────────────────────Le(nm)1.401.831.832.003.2620───────────────────────────────结构单元/链段4.987.381320───────────────────────────────7、线型高分子末端距的高斯分布：

2222β-β(x+y+z)3

w(x.y.z)dxdydz=(──)edxdydz

1/2π

式中：β2=3/2Nb2、Ｎ为高斯链的聚合度，b为链节长度，请通过适当坐标变换和积分，将上述分布函数转化为一维径分布函数，并探讨此径向分布函数的性质，已知：当n为正整数时，有：Г(n)=S∞。xn-1e-xdxГ(n+1)=n！

Г(n+1/2)=(n-1/2)(n-3/2)??1/2π1/2

8、有一种三嵌段共聚物M-S-M试验说明，当中间PS聚合度不变而改变两侧PMMA嵌段（M）聚合度时，在苯溶剂中S段的均方根长度有如下结果：─────────────────────

一、基本概念：

1、玻璃化转变；玻璃化转变温度；粘流转变；粘流温度2、自由体积

3、玻璃化转变的多维性4、次级转变

5、松弛现象；松驰时间；松弛时间谱6、曲柄运动7、时温等效原理8、增塑及增塑剂

9、一级相转变；二级相转变10、耐热性；软化点

11、熔限；最大结晶速率温度二、分析判断题

1、用共聚或增塑方法均可降低Tg和Tm，但前者降低Tg?的效果显著，后者降低Tm的效果显著()

2、聚甲基丙烯酸酯类聚合物，其Tg?随正酯基碳原子数的增加而上升()3、热塑性塑料的使用温度都在Tg以下,橡胶的使用温度都在Tg以上()4、线形的结晶高聚物处于Tg以上时,链段就能运动;处于Tm?以上时,链段和大分子都能运动()5、聚乙稀的Tg=-120℃,因此在常温时,聚乙稀材料会呈十分温和的状态()6、列问题只有一个正确答案，请选出并填入圆括号：图3-1三种材料的温度--形变曲线.

甲乙丙三种高聚物，其温度--形变曲线如下图，此三种聚合物在常温下（）

Ａ甲可作纤维乙可作塑料丙可作橡胶Ｂ甲可作塑料乙可作橡胶丙可作纤维Ｃ甲可作橡胶乙可作纤维丙可作塑料Ｄ甲可作塑料乙可作纤维丙可作橡胶

7、目前工业上生产维尼纶原料聚乙烯醇不是由乙烯醇聚合，而一般是采用聚乙酸乙烯酯醇解而得，这是由于（）Ａ乙酸乙烯酯易由乙炔法而制得

Ｂ只有由聚乙酸乙烯酯醇解所得聚乙烯醇才能抽丝成维尼纶Ｃ由于实际上不存在乙烯醇单体

Ｄ由聚乙酸乙烯酯醇解所得聚乙烯醇的溶解性好利于湿法纺丝

8、聚碳酸酯，聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的β松驰，都具有一致的分子运

动机理（）

9、高聚物的松驰现象，就是高聚物在外场或热的的作用下，通过运动单元运动，从一个不稳定的准平衡状态逐渐过渡到一个与外界条件相适应的新平衡态。（）10、用膨胀计法测高聚物Tg时，升温或降温速度越快，测得的Tg值越低（）11、由于聚乙烯醇分子链每隔一个碳原子便出现一个不对称碳原子，即聚乙烯醇是等规立构高分子因此可以结晶（）

12、非晶态聚合物作为塑料使用的最正确温度区间为（）a、Tb-Tgb、Tg-Tfc、Tg以下

13、哪种聚合物的Tm与Tg差距最大D的为（）a、HDPEb、LDPE

14、从结构观点分析，以下高聚物中结晶能力最弱的是（）a、聚甲醛b、聚对苯二甲酸乙二醇酯c、聚碳酸酯15、以下三种高聚物中，耐热性最好的是

a、聚酰亚胺b、尼龙-66c、芳香尼龙16、热塑性塑料的使用温度都在玻璃化温度以下，橡胶的使用温度都在玻璃化温度以上（）

17、线型的结晶高聚物处于玻璃化温度以上时，链段就能运动；处于熔点以上

时，链段和大分子就能运动（）18、以下哪种聚合物是热塑性的？（）

硬质橡胶②酚醛树脂③硫化橡胶④HDPE

19、PE的Tg=-120OC，因此常温时聚乙烯材料会呈十分温和状态（）三、填空题２６，填空题

1、高分子的结晶过程包括（）、（）两步，其可在（）和（）温度区间形成，总结晶速率与温度的关系为（）

2、由时温等效原理可知，同一个力学松驰行为即可在（）观测到，又可以在（）观测到。

3、玻璃化转变是指线型非晶态聚合物，经过某个温度时，由（）态过滤到（）的转变过程，它是降温时，大分子链段开始（）的温度。Tg转变是一种与含有50-100个主链碳原子的（）运动有关的运动过程。在Tg时，一切聚合物有着一致的（）分数，其值为（）Tg值寻常表示塑料的耐（）性。橡胶的耐（）性。在Tg以下，聚合物还有（）等次级转变，正由于如此使得工程塑料在Tg以下，有一定的（）性。4、从热力学上讲，晶态高聚物的熔化属于（），与低分子晶体熔化只有程度上的差异，没有（）。5、张力可以使聚合物的Tg变（），压力可以使聚合物的Tg变（）。6、在挤压拉伸加工的结晶型聚合物薄膜中，其结晶形态主要是（）。

7、用非极性的增塑剂增塑高聚物时，Tg降低数值与增塑剂的（）成正比，用极性增塑剂时，与增塑剂（）成正比。8、高分子量及宽分布的聚合物的结晶速度（）。四、简答题

1、聚合物主链中引入不可内旋转的苯环以后，其熔点便要升高，并且相邻两苯环之间的单键数目越少，则熔点越高。

2、结晶聚合物的熔点与熔限会因结晶温度的不同而发生变化。

3、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。4、导出高聚物结晶动力学方程（Avrami方程），说明如何应用该方程来确定结晶速度和解释结晶机理

5、分别画出无规PS，一般分子量PE，超高分子量PE的温度——形变曲线，标出有关转变温度和力学状态。

6、为什么结晶高聚物在Tg-Tm范围内才能结晶？

7、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。

8、无规聚醋酸乙烯酯寻常为非晶态聚合物，但其水解产物聚乙烯醇却是结晶态高聚物

9、用膨胀计法测定聚合物玻璃化温度时，在Tg前后，试样的比容发生突变，所以水银柱高度-温度曲线将发生偏折。10、试从分子运动角度分析聚合物结晶的熔化过程与玻璃化转变过程有什么本质的不同？

11、高分子结晶分几步？其可在哪两个温度区间形成？总结晶速率与温的关系如何？

12、欲提高高聚物的耐热性，一般可采取哪些措施？13、何谓塑性，如何提高塑性？

14、腈纶用湿法纺丝，涤纶用熔融纺丝

15、试从结晶高聚物的结构分析其熔化温度与结晶温度及其熔限的关系16、聚合物的结晶速度如何表征，怎样理解聚合物结晶速度最大温度17、下图是自然橡胶的熔化温度与结晶温度关系曲线，试解释之

图3-2自然橡胶的熔化温度与结晶温度的关系

18、写出描述高聚物本体结晶速率的Ａvrami方程式，并解释式中有关参数及其在高聚物结晶动力学研究中的意义。

19、在下题的括号内标上适合的数码。比容－－温度曲线a.玻璃化转变温度(Tg)

b.熔融温度(Tm)图3-3比容－－温度曲线

20、若将PET熔体缓冷或迅速投入冷水，所得二种样品有何区别??请画出二者的温度－-形变曲线。21、试从分子运动角度分析聚合物的结晶熔化过程与玻璃化转变过程有什么本质的不同。22、不同分子量的同一种高聚物(分子量A>B)的结晶--温度曲线。画图并解释。23、在下题中的括号内标上适合的数码

a.尼龙66b.PETc.NBR

图3-4结晶速度与温度关系曲线

24，判断以下各组聚合物熔点的相对高低，并用热力学观点说明原因：(1).聚烯烃

(2).聚酯

25、分别简单扼要回复下图中所提的问题

问：(1)熔点(Tm)随n有怎样的变化规律?(2)为什么有此规律?

图3-5Tm与n变化关系

26、影响聚合物结晶