高分子物理习题集答案.docx

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高分子物理习题集答案

高分子物理习题集-答案

第一章高聚物的结构

4、高分子的构型和构象有何区别如果聚丙烯的规整度不高，是否可以通过单键的内旋转提高它的规整度

答：

构型：

分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。

这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。

构象：

由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。

构象的改变速率很快，构象时刻在变，很不稳定，一般不能用化学方法来分离。

不能。

提高聚丙烯的等规度须改变构型，而改变构型与改变构象的方法根本不同。

构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化，改变构象只需克服单键内旋转位垒即可实现，而且分子中的单键内旋转是随时发生的，构象瞬息万变，不会出现因构象改变而使间同PP（全同PP）变成全同PP（间同PP）；而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。

5、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。

答：

按照IUPAC有机命名法中的最小原则，CH3在2位上，而不是3位上，即异戊二烯应写成

（一）键接异构：

主要包括1，4-加成、1，2-加成、3，4-加成三种键接异构体。

（二）不同的键接异构体可能还存在下列6中有规立构体。

①顺式1，4-加成

②反式1，4-加成

③1，2-加成全同立构

④1，2-加成间同立构

⑤3，4-加成全同立构

⑥3，4-加成间同立构

6．分子间作用力的本质是什么影响分子间作用力的因素有哪些试比较聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙-66）、聚丙烯酸各有那些分子间作用力

答：

分子间作用力的本质是：

非键合力、次价力、物理力。

影响因素有：

化学组成、分子结构、分子量、温度、分子间距离。

PE、PP是非极性聚合物，其分子间作用力为：

色散力；

PVC是极性分子，其分子间作用力为：

静电力、诱导力、色散力；

尼龙-66是极性分子，结构为

其分子间作用力为：

静电力、诱导力、色散力，氢键；

聚丙烯酸是极性分子，结构为

其分子间作用力为：

静电力、诱导力、色散力，氢键。

8．何谓大分子链的柔顺性试比较下列高聚物大分子链的柔顺性，并简要说明理由。

答：

高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。

这些大分子链的柔顺性排序（按柔顺性依次减小排列）：

（2）>

（1）>（3）>（4）>（5）

理由：

聚异戊二烯分子中含有孤立双键，孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小，分子柔顺性最好，因为键角较大（120o）且双键上只有一个取代基或一个H。

聚乙烯是结构规整的分子，氢原子体积小，分子柔顺性也较好

聚氯乙烯含有极性侧基—Cl，分子间相互作用力较大，分子柔顺性变差

聚对苯二甲酸乙二醇酯主链中含有苯环，使分子链柔顺性更差

聚丙烯腈含有强极性侧基，分子间作用力非常大，内旋转位垒高，分子链柔顺性最差。

13．假定聚丙烯中键长为，键角，无扰尺寸A=，刚性因子（空间位阻参数），求其等效自由结合链的链段长度b。

答：

已知聚丙烯的无扰尺寸A，且

所以，聚丙烯的分子量

.设聚丙烯的键数为n，则

所以，聚丙烯的等效自由结合链的链段长度b

所以，聚丙烯的等效自由结合链长度b=。

18．今有三种嵌段共聚物M-S-M，实验中测定，当聚苯乙烯嵌段（S）的质量百分数为50%时，在苯溶剂中S段的均方根长度为。

当C-C键角为109°28′、键长为，假定内旋转不受位垒限制时，求出共聚物中S段和M段（PMMA）的聚合度。

答：

题中条件提示：

键角一定，内旋转不受位垒限制，那么可以按自由旋转链来处理。

所以，有公式（N—键数，L—键长）

θ=180°－109°28′=70°32′cosθ=1/3

（1+cosθ）/（1-cosθ）=2

有

所以

S段的聚合度

苯乙烯St的化学式量为104；甲基丙烯酸甲酯MMA的化学式量为100

若设M段的聚合度为

有

M段的聚合度

第二章高分子溶液

8．在室温下，有无溶剂可以使下列各高聚物溶解为什么

A．聚乙烯B．聚丙烯

C．聚酰胺（尼龙-6）D．聚苯乙烯

E．聚对苯二甲酸乙二酯F．硫化橡胶

答：

A．聚乙烯，结晶聚合物，非极性，在室温下无溶剂可溶

B．聚丙烯，同上

C．聚酰胺（尼龙-6），结晶聚合物，极性，在室温下有溶剂可溶

D．聚苯乙烯，非晶聚合物，非极性，在室温下有溶剂可溶

E．聚对苯二甲酸乙二酯，同C

F．硫化橡胶，分子间交联，无溶剂可溶，可溶胀

11．用磷酸三苯酯（=）作PVC（＝）的增塑剂，为了增加相溶性，尚需加入一种稀释剂（=，分子量M=350），试问这种稀释剂的最适量是多少

答：

所以，可加入的这种稀释剂的体积分数为。

第三章高聚物的分子量及其分子量分布

4．今有分子量为1×104和5×104的两种高聚物，试计算：

A．在分子数相同的情况下共混时的和。

B．在重量相同的情况下共混时的和。

答案：

A：

在分子数相同的的情况下共混时

B：

在重量相同的情况下共混时

注：

式中N指分子数；指i分子的摩尔数；w指重量；

5．在25℃的溶液中测得浓度为7.36kg/m3的聚氯乙烯溶液渗透压数据为270Pa，求此试样的分子量和第二维利系数A2（R=K·mol），并指出所得分子量是何种统计平均值。

答案：

对于高分子溶液，膜渗透压、分子量及溶液浓度之间有如下关系：

因为是溶液，所以A2=0

（摄氏温度换算成开尔文温度为：

25+=）

因此，分子量

8．今有聚甲基丙烯酸甲酯的苯溶液，初始浓度C0=0.1190g/100ml，在25℃测出溶剂的平均流出的时间t0=秒，溶液的流出时间测定如下：

1C′

试求特性黏度[η]，然后用下面公式计算平均分子量

答案：

将已知条件列表：

1C′

t（平均）

C（g/ml）

利用表中数据作图，将上图两条直线推至C=0处，得出截距

根据公式：

所以：

因此，粘均分子量

11．从高分子溶液的光散射、渗透压和黏度的测定中，分别可以获得哪些有关高分子结构的信息

答案：

光散射法测重均分子量方法可以得到下列参数：

、、、、

膜渗透压法测数均分子量方法可以得到下列参数：

、、、

黏度法测黏均分子量方法可以得到下列参数：

、、、、

12．试举出三种热力学参数，用它们对聚合物溶解性能进行判断，在什么情况下溶剂是良溶剂、一般溶剂、溶剂、非溶剂。

答案：

良溶剂

溶剂

溶剂

非溶剂

<<1/2

<1/2

=1/2

>1/2

>>0

>0

=0

<0

T>>

T>

T=

T<

（扩张因子）

>>1

>1

=1

<1

注：

扩张因子是没讲的内容！

第四章非晶态高聚物

4．按要求绘制示意图

（1）两个不同分子量的线型非晶高聚物的形变—温度曲线和模量—温度曲线（试样MA＞MB）

（2）体型酚醛树脂和低硫化度丁二烯橡胶的模量—温度曲线

（3）增塑和未增塑高聚物的模量—温度曲线

答案：

（1）

（2）

（3）

7．写出下列高聚物的结构单元，并比较其玻璃化温度的大小；

A．聚氯乙烯聚异丁烯聚偏二氯乙烯聚碳酸酯

B．聚丙烯酸聚丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯酸乙酯

答案：

A、

所以A组高聚物的玻璃化温度大小比较如下：

PC>PVC>PVDF>PIB

B、

所以B组高聚物的玻璃化温度大小比较如下：

聚丙烯酸>聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸甲酯>聚丙烯酸乙酯

8．天然橡胶的松弛活化能近似为mol（结构单元），试估计一块天然橡胶由27℃升温到127℃时，其松弛时间缩短了几倍

答案：

或者：

所以，其松弛时间缩短了倍。

9．已知增塑聚氯乙烯的玻璃化温度为338K，黏流温度为418K，流动活化能

△Eη=mol，433K时的黏度为5Pa·S，求此增塑聚氯乙烯在338K和473K时的黏度各为多少

答案：

根据WLF方程

所以此聚氯乙烯在338K（Tg）时的黏度为：

因为473K高于338＋100K（Tg＋100）

所以要求473K温度下聚氯乙烯的黏度，要使用阿累尼乌斯公式

所以此聚氯乙烯在473K时的黏度为：

第五章晶态高聚物

10．比较下列高聚物熔点之高低：

A．聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化甲烯

B．聚己二酸乙二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯

C．尼龙－1010、尼龙－610

D．尼龙－6、尼龙－7

答案：

熔点从高到低排序为

A组：

聚氧化甲烯（聚甲醛）>聚乙烯>聚氧化乙烯

B组：

聚对苯二甲酸乙二酯>聚对苯二甲酸丁二酯>聚己二酸乙二酯

C组：

尼龙－610>尼龙－1010

D组：

尼龙－7>尼龙－6

12．在注射成型聚碳酸酯时，若模具温度较低，则制品很快冷却到100℃以下，试分析所得制品能否结晶，为什么

答案：

所得制品通常为非晶态，因为从分子结构上考虑，聚碳酸酯分子结构对称规整，具有结晶能力，但是由于分子中含有较大的苯环结构及较大的侧基，分子运动能力较差，结晶条件非常苛刻，所以制品快速冷却的情况下，常得到非晶态结构。

18．是否容易结晶和结晶度高的聚合物其熔点就一定是高的以下几种高聚物哪种容易结晶哪种熔点高

答案：

容易结晶的聚合物其熔点并不一定高。

例如，下列几种高聚物中，聚乙烯很容易结晶、聚碳酸酯则不容易结晶，而聚乙烯熔点则远低于聚碳酸酯的熔点。

这些高聚物中，熔点的比较（由高到低排序）

聚碳酸酯>尼龙66>聚丙烯>聚乙烯。

第六章高聚物的力学性能

7．由聚异丁烯的时－温等效组合曲线可知，在298K时，其应力松弛到约需10小时，试计算在253K达到同一数值所需的时间。

（已知聚异丁烯的玻璃化温度为203K）

答案：

根据题中条件，可以使用WLF方程计算

Tg=203K，分别将T=298K和T=253K带入WLF方程，得出

上述两式相减得：

所以：

聚异丁橡胶在253K达到同样的力学松弛需要的时间为：

5324h。

室温等效原理补充题：

以℃/分的升温速度测得PS的Tg=100℃，试问在升温速度改为10℃/分时，PS的Tg=

答案：

已知25oC时聚异戊二烯的应力松弛模量-时间曲线，求测量时间为1小时，-80oC时的应力松弛模量。

答案：

这个题要转换思考角度，即在25oC时，测定时间为多少时，测得的模量与-80oC、测量时间为1小时所得到的模量值相同！

已知聚异戊二烯的Tg=-73oC，应用WLF方程和题意

假定25oC时，测定时间为t（25oC），继续应用WLF方程

在25oC时，测定时间为×时，测得的模量与-80oC、测量时间为1小时所得到的模量值相同。

因此，测量时间为1小时，-80oC时的应力松弛模量可从上图查得约为1010N/m2。

9、试总结你所学习的高聚物哪些性质与链段运动有关

答案：

与链段运动有关的聚合物性质：

溶胀、橡胶弹性、蠕变、应力松弛、熔体弹性、内耗、玻璃化转变温度。

18、试比较HDPE和LDPE的抗张强度和冲击强度的大小。

抗张强度：

HDPE>LDPE

冲击强度：

HDPE