高分子物理习题库1.docx

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高分子物理习题库1

习题库

第1章高分子链的结构

1．定义下列术语：

  1）内氢键;2）内聚能密度;3）构型与构象;4）无规线团;5）热塑弹体;6）分子链的最可几末端距、平均末端距和均方末端距;7）链段;8）分子链的均方半径;9）分子链的平衡态柔性和动态柔性。

 2．如何测定低分子物质的内聚能密度？

能否用同样的方法测定高聚物的内聚能密度？

 3．指出塑料、橡胶和纤维的内聚能密度的大致范围。

为什么聚乙烯的内聚能密度较低但能成为塑料?

4．写出聚1,2丁二烯和聚1,2异戊二烯可能的键接方式与构型。

 5．1,2二氯乙烷有几种稳定的内旋转异构体？

6．间同立构聚丙烯是否能通过内旋转转化为全同立构聚丙烯？

7．设1个高分子主链由100个单键组成，每个单键相对于前一个键可以在空间采取2种可能的位置,试计算该高分子链在空间可能采取的构象数。

8．将苯乙烯（S）与顺式1,4丁二烯（B）按20∶80的重量比合成的无规共聚物和SBS三嵌段共聚物在性能上可能有什么区别？

9．SBS热塑弹体与硫化橡胶在溶解性与热行为上有什么区别？

10．为什么只有柔性高分子链才适合作橡胶？

金属材料能否出现高达百分之几十至几百的弹性大形变？

11．写出下列各组高聚物的结构单元，比较各组内几种高分子链的柔性大小并说明理由:

       1）聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯；

  2）聚乙烯，聚乙炔，顺式1,4聚丁二烯；

  3）聚丙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈；

  4）聚丙烯，聚异丁稀；

  5）聚氯乙烯，聚偏氯乙烯；

  6）聚乙烯，聚乙烯基咔唑，聚乙烯基叔丁烷；

  7）聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸丙脂，聚丙酸戌酯；

  8）聚酰胺6.6，聚对苯二甲酰对苯二胺；

  9）聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯。

12．一种聚丙烯高分子链的聚合度为600，在外力作用下最大的拉伸比为10，求该高分子链的均方未端距与

之比。

已知C-C键的键长

＝0.154nm，键角

＝109°28'。

13．测得聚丁烯-1分子链的均方半径

＝36nm2，分子量

＝33600,求该分子链最大伸长比

。

已知C-C键的键长

＝0.154nm,键角

＝109°28'。

第2章高分子聚集态结构

1．定义下列术语：

 1）晶态、液态、气态、玻璃态、液晶态、取向态；2）分子晶体、原子晶体、离子晶体；3）七个晶系：

立方、六方、四方、菱方、正交、单斜、三斜；4）单晶、多晶；同素异晶；5）折叠键晶片、伸直键晶体；6）球晶、串晶、纤维状晶体；7）结晶度、晶片厚度、长周期；8）阿芙拉密指数，9）结晶速率，10）单轴取向、双轴取向、取向函数、双折射度；11）熔点、玻璃化转变温度；12）界面。

2．聚乙烯晶胞中含几个链节？

 3．球晶、串晶、伸直链晶体分别在什么条件下形成？

 4．如何制备密度梯度管？

如何用密度法测定高聚物的结晶度？

 5．为什么高分子不可能百分之百地结晶？

高分子晶体中常见的缺陷有哪些？

6．在高分子晶体中，分子链构象能否通过内旋转任意改变？

7．写出下列高聚物的结构单元，并估计它们有无结晶能力：

 1）聚四氟乙烯，2）聚甲醛，3）聚碳酸酯，4）尼龙，5）聚对苯二甲酸乙二醇酯，6）轻度交联天然橡胶，7）已固化酚醛塑料，8）聚三氟氯乙烯，9）无规立构聚甲基丙烯酸甲酯，10）全同立构聚丙烯，11）间同立构聚氯乙烯,12）低密度聚乙烯。

8．试设计一个具体的实验方案，使所得试样在偏光显微镜下呈如题2-8图所示的形貌：

小球晶基体中嵌有若干个大球晶。

实验用高聚物：

全同立构聚丙烯。

9．用模压成型法制得一块5cm见方、1cm厚的全同立构聚丁烯-1试样（制备方法：

将颗粒原料置于模具中加热熔化,压制成型，然后迅速冷却，脱模取出试样。

）试估计该试样在厚度方向上的密度（g/cm3）分布和球晶直径分布趋势,并说明理由。

10．为什么天然橡胶在室温下是柔软而富有弹性的高弹体，但当拉伸比（λ）较大时其模量会急剧增加而失去高弹性？

11．试写出下列塑料的最高使用温度？

（指出是Tg还是Tm即可）。

1）无规立构聚氯乙烯,2）间同立构聚氯乙烯,3）无规立构聚甲基丙烯酸甲酯,4）全同立构聚甲基丙烯酸甲酯,5）聚乙烯,6）全同立构聚丙烯,7）全同立构聚丁烯-1,8）聚丙烯腈,9）尼龙6,6,10）聚对苯二甲酰对苯二胺

12．将3片1cm见方的全同立构聚丙烯薄膜分别置于载玻片与盖玻片之间。

将它们在热台上加热到200℃，然后将它们分别投入液氮、置于室温铜板上和在150℃热台上恒温处理，问3片试样最终在正交偏光显微镜下所显示的形貌上有什么差别？

为什么?

13．将2片1cm见方的全同立构聚丙烯薄膜分别置于载玻片与盖玻片之间。

将其中1片试样在230℃的热台上恒温处理10min,然后转移到100℃的热台上处理5min。

将另一块试样在190℃的热台上恒温到试样刚见透明即转移到100℃的热台上处理5min。

问2片试样中的结晶度是否相同？

为什么？

14． 如何测定结晶高聚物在一定温度下的结晶速率常数k和阿芙拉密指数n,后者的物理意义是什么？

15． 高聚物的取向态是否是热力学稳定状态?

16．普通有机玻璃在常温下基本上是脆性材料。

当它受冲击作用时，可能象普通无机玻璃一样破碎。

而双轴拉伸定向有机玻璃座舱受到子弹射击时，可能在子弹穿透处呈空洞，而不发生座舱的爆破。

试从普通有机玻璃和双轴拉伸定向有机玻璃在聚集态结构上的差别来分析它们力学性能不同的原因。

 17．将尼龙6，聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）注射成型为如题2-17图所示的长条试样（成型中，模具温度均为20℃）,发现各试样都有一层透明度较高的表皮层。

试分析为什么？

18．将无规立构聚苯乙烯（Tg=100℃，

＝180℃）和等规立构聚丙烯（Tg＝-10℃，

＝176℃）分别注射成型为如题2-17图所示的长条试样（成型中，模具温度均为20℃），试分析两种试样皮-芯结构上的异同点、阐明原因并设计必要的实验证明你的分析。

19．将高密度聚乙烯（Tg＝-80℃，

＝136℃）注射成型为如题2-17图所示的长条状试样，分析试样密度、取向度和熔点沿厚度方向的变化。

 20．为什么以中心浇口注塑成型的圆片容易出现荷叶状翘曲？

 21．高聚物-高聚物中的界面与高聚物-无机填料或增强材料中的界面有什么不同？

 22．已知3＃有机玻璃的韧性不能满足高性能战斗机座舱玻璃的要求，是否可以用与橡胶共混的方法来改进其韧性？

为什么？

题2－8图

题2－17图

第3章高分子溶液

1．低分子物质和高分子物质的溶解过程有何区别？

2．何谓溶胀？

溶胀分哪两类，各在什么条件下发生？

3．结晶高聚物的溶解有什么特点？

4．试述选择溶剂的原则。

5．为什么丁腈橡胶具有优良的耐汽油性？

对于CH3NO2和CH3-（CH2）4-CH3，两种溶剂，天然橡胶和丁腈橡胶分别耐哪一种溶剂？

为什么？

6．试根据摩尔吸引常数计算聚乙烯（

＝0.95

）和聚丙烯（

＝0.95

）的溶解度参数。

7．分子量足够大的高聚物是不能气化的，那么如何测定高聚物的内聚能密度和溶度参数呢？

8．已知丁酯和正已烷的溶度参数分别为9.04和7.24（卡/厘米3）1/2。

如要用它们的混合溶剂溶解聚苯乙烯（δ＝8.6（卡/厘米3）1/2，应按什么配比制备混合溶剂。

9．高分子溶液与理想溶液的偏差表现在哪些方面？

F1ory和Huggins溶液理论所基于的假设是什么？

写出由此而推导得到的

，

，

和

的表达式。

F1ory和Huggins理论的假设中主要的不合理性是什么？

10．试述

温度和Huggins参数

的物理意义。

11．高分子在良溶剂和不良溶剂中形态有什么不同？

为什么浓度相同时，高分子-良溶剂体系的粘度比高分子-不良溶剂体系的粘度大？

12．试从平衡高弹统计理论和高分子溶液理论推导交联高聚物的平衡溶胀比Q与交联网链分子量

之间的关系式。

第4章聚合物的分子量和分子量分布

1．如何定义

，

？

证明下列关系：

；

；

 2．如何表征高聚物分子量分布的宽度？

 3．简要说明粘度法测定高聚物分子量的原理、仪器和数据处理方法。

 4．扼要说明光散射法测定高分子的分子量、均方半径和第二维利系数的步骤。

 5．简述凝胶渗透色谱法（GPC）测定高聚物分子量分布与平均分子量的原理、测试方法和数据处理方法。

如何从GPC色谱图求

、

？

6．为什么在用GPC法测定分子量时，对各种不同的高聚物，可利用同一普适校正曲线？

第5章聚合物的转变与松弛

1．以分子运动观点和分子间物理缠结概念说明非晶态聚合物随着温度升高粘弹行为的4个区域，并讨论分子量对应力松弛模量-温度曲线的影响规律。

2．讨论结晶、交联聚合物的模量-温度曲线和结晶度、交联度对曲线的影响规律。

3．写出四种测定聚合物玻璃化温度的方法，简述其基本原理。

不同实验方法所得结果是否相同？

为什么？

4．聚合物的玻璃化转变是否是热力学相变？

为什么？

5．试用玻璃化转变的自由体积理论解释：

（1）非晶态聚合物冷却时提及收缩速率发生变化；

（2）冷却速度愈快，测得的值愈Tg高。

6．玻璃化转变的热力学理论基本观点是什么？

7．聚合物晶体结构和结晶过程与小分子晶体结构和结晶过程有何差别？

造成这些差别的原因是什么？

8测定聚合物结晶速度有哪些方法？

简述其原理和主要步骤。

9．比较下列各组聚合物Tg高低并说明理由：

（1）聚二甲基硅氧烷，顺式聚1，4—丁二烯：

（2）聚己二酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯;

（3）聚丙烯，聚4-甲基-1-戊烯；

（4）聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯。

10．以结构观点讨论下列化合物的结晶能力：

聚乙烯、尼龙66、聚异丁烯。

11．均聚物A的熔点为200°C，熔融热为8374J/mol重复单元。

如果在结晶的AB无规共聚物中,单体B不能进入晶格，试预测含单体B10%摩尔分数的共聚物的熔点。

12．现有某种聚丙烯试样，将其熔体10ml于150°C在膨胀计中进行等温结晶，不同时间测得聚合物的体积值如下：

t/min3.24.77.112.620

V/ml9.99819.99249.97659.84189.5752

已知聚丙烯晶胞密度为0.96g/cm3，完全非晶态时密度为0.84g/cm3，结晶完全时体积结晶度为50%。

试用Avrami方程计算该试样的结晶速度常数K和Avrami指数n。

第6章橡胶弹性

1．高弹性有哪些特征？

为什么聚合物具有高弹性？

在什么情况下要求聚合物充分体现高弹性？

什么情况下应设法避免高弹性？

2．试述交联橡胶平衡态高弹形变热力学分析的依据和所得结果的物理意义。

3．简述橡胶弹性统计理论的研究现状与展望，说明橡胶弹性唯象理论的优缺点。

4．什么叫热塑性弹性体？

举例说明其结构与性能关系。

5．一交联橡胶试片，长2.8cm、宽1.0cm、厚0.2cm、重0.518g，于25°C时将其拉伸1倍，测定张力为9.8N。

请计算该试样网链的平均分子量。

6．某硫化天然橡胶试样，其网链平均分子量为10000，密度为1g/cm3。

问25°C时拉长1倍需要多大的应力？

（R=8.314J/k.mol）

7．一硫化橡胶式样，应力为1.5N/m2时拉什比为2.5。

市计算该试样1cm3中的网链数。

8．

（1）利用橡胶弹性理论，计算交联点间平均分子量为5000、密度为0.925g/cm3的弹性体在23°C时的拉伸模量。

（R=8.314J/k.mol）

（2）若考虑自由末端校正，模量将怎样改变？

（已知试样的Mn=100000）

9．称取交联后的天然橡胶试样，于25°C在正癸烷溶剂中溶胀。

达溶胀平衡时，测的体积溶胀比为4.0。

已知高分子-溶剂相互作用参数x1=0.42,聚合物的密度ρ2=0.91g/cm3,容积的摩尔体积为195.86cm3/mol，试计算试样的剪切模量G（R=8.314J/k.mol）.

第7章聚合物的粘弹性

1．举例说明聚合物的蠕变、应力松弛、滞后内耗现象。

为什么聚合物具有这些现象？

这些现象对其的使用性能存在哪些利弊？

2．简述温度和外力作用频率对聚合物内耗大小的影响。

画出聚合物的动态力学谱示意图，举出两例说明谱图在研究聚合物结构与性能方面的应用。

3．指出Maxwell模型、Kelvin模型和四元件模型分别适宜于模拟哪一类型聚合物的哪一种力学松弛过程？

4．什么是时温等效原理？

该原理在预测聚合物材料的长期使用性能方面和在聚合物加工过程中各有哪些指导意义？

5．定量说明松弛时间的含意。

为什么说作用力的实践与松弛时间相当时，松弛现象才能被明显地观察到？

6．建树聚合物粘弹理论的研究现状与展望。

7．以某种聚合物材料作为两根管子接口法兰的密封垫圈，假设该材料的力学行为可以用Maxwell模型来描述。

已知垫圈压缩应变为0.2，初始模量为3×106N/m2,材料应力松弛时间为300d，管内流体的压力为0.3×106N/m2，试问多少天可以接口处将发生泄漏？

8．将一块橡胶试片一段加紧，另一端加上负荷，使之自由振动。

已知振动周期为0.60s,振幅每一周期减少5%，试计算：

（1）橡胶试片在该频率（或振幅）下的对数减量（∆）和损耗角正切（tgδ）；

（2）假若∆=0.02，问多少周期后式样的振动振幅将减少到起始值的一半？

9．分别写出纯粘性液体（粘滞系数η）、理想弹性体（弹性模量e）Maxwell单元（EM、ηM）和kelvin单元（EK、ηk）在t=0时加上一恒定应变速率k后应力（σ）随时间（t）的变化关系，并以图形表示之。

10．设聚丙烯为线性粘弹体，其柔量为D（t）=1.2t0.1（GPa）-1（t的单位为s），应力状态如下：

σ=0t<0

σ=1MPa0≤t≤1000s

σ=1.5MPa1000s≤t≤2000s

试计算1500时，该材料的应变值。

11．在频率为1Hz条件下进行聚苯乙烯式样的动态力学性能试验，125°C出现内耗峰。

请计算在频率1000Hz条件下进行上述实验时，出现内耗峰的温度。

（已知聚苯乙烯的Tg=100°C）

12．某聚合物试样，25°C时应力松弛的模量为105N/m2需要10h。

试计算时松弛到同一模量需要多少时间？

（已知聚合物的Tg=-70°C）

13．某聚合物的粘弹行为服从Kelvin模型，其中η值服从WLF方程，E值服从橡胶弹性统计理论。

该聚合物的玻璃化温度为5°C，该温度下粘度为1×1012Pa·S,有效网链密度为1×10-10mol/cm3。

试写出30°C、1×106Pa应力作用下该聚合物的蠕变方程。

第8章高聚物的屈服与断裂

1．定义下列术语：

  1） 工程应力与真应力，2）起始模量、屈服强度与断裂强度，3）冷拉，4）银纹与裂纹，5）断裂韧性。

2．画出天然橡胶、无规立构聚苯乙烯、聚碳酸酯、全同立构聚丙烯（部分结晶）在室温和中等拉伸速率下的应力-应变曲线示意图。

3．如何从工程应力-应变曲线求材料的模量、屈服强度和断裂强度？

应力-应变曲线与横座标所包围的面积的物理意义是什么？

 4．如何从真应力-应变曲线上求屈服点？

5．冷拉过程的三个基本阶段是什么？

非晶态高聚物和部分结晶高聚物在什么温度范围内可以进行冷拉？

它们的冷拉本质有无差别？

6．什么叫强迫高弹性？

材料出现强迫高弹性的条件是什么？

7．为什么高聚物玻璃比小分子玻璃韧性好？

为什么双轴拉伸定向有机玻璃的韧性又比普通的有机玻璃的好？

8.银纹和裂纹有什么差别？

银纹与裂纹又有什么联系？

高聚物材料中出现银纹是否总是有害的？

9．高聚物宏观断裂的方式有几种？

如何区分脆性断裂和韧性断裂？

10．有机玻璃脆性断裂时，断面形貌的特征是什么？

各特征区的大小与温度和加载速率的关系如何？

11．断裂过程分几个主要阶段？

高聚物断裂过程的微观机理是什么？

12．为什么高聚物的实际强度比理论强度小100到1000倍？

13．为什么玻璃纤维的强度比块状玻璃的高得多？

为什么玻璃纤维或碳纤维的强度随纤维直径的减小而增大？

14．Griffith脆性强度理论的两个基本假设是什么？

写出该理论得到的材料拉伸强度表达式。

15．有机玻璃板材在室温下裂纹开始慢速增长KIC＝0.9×103

，开始快速断裂时的KIC＝1.8×103

。

该种有机玻璃在某种应用中所受到的最大应力为105

。

试求这种板材不发生慢速断裂和快速断裂所允许的最大裂纹长度。

16．试画出单边缺口、双悬臂梁、斜面双悬臂梁和紧凑拉伸试样的示意图。

17．为什么在材料力学性能测试标准中要规定试样的形状、尺寸、试验温度、试验速率和试样预处理条件？

18．试述分子量、结晶（要考虑结晶形态、结晶度和球晶大小）、取向、交联等结构因素以及应变速率与温度对高聚物应力─应变行为的影响。

 第9章高聚物熔体的流变性

1．定义下列术语：

 1）层流与湍流，2）横向速度梯度与纵向速度梯度，3）切粘度与拉伸粘度，4）库爱特流动（拖流动）与泊肃叶流动（压力流动），5）牛顿流体与非牛顿流体，6）宾哈塑性流体、假塑性流体和膨胀性流体，7）表观粘度

、零切变速率粘度

和极限粘度

，8）熔融指数

，9）挤出胀大比。

2．分别以线性座标和双对数座标画出牛顿流体、宾哈流体、假塑性流体和膨胀性流体的流动曲线（即

和

曲线）以及它们的

曲线。

3．为什么许多高聚物熔体都呈切力变稀的流动特性？

4．画出牛顿流体在圆管中流动（泊肃叶流动）时截面上各点的流速分布和速度梯度（切变速率）分布。

5．定熔体切粘度的常用方法有哪些？

各方法适用于什么粘度范围和切变速率范围？

写出各方法中实测的量和计算切粘度的公式。

6．测得某高聚物熔体的熔融指数为0.4。

已知熔融指数仪的活塞截面积为1cm2，测试中所用毛细管的长度为1cm，直径为0.1cm；设熔体密度为约1

。

试计算该熔体在流过毛细管时管壁处的切变速率

、切应力

以及该熔体的表观粘度

（忽略各种校正）。

当砝码重量改为21.6公斤时，测得这种高聚物熔体的熔融指数为8，问该高聚物熔体是牛顿流体还是非牛顿流体。

7．试述聚合物分子量对流动活化能和熔体切粘度的影响。

流动活化能与熔体切粘度的温度敏感性之间有什么关系？

如何求聚合物的流动活化能。

8．试从自由体积理论推导出WLF方程

9．橡胶、纤维、塑料三大合成材料对分子量的要求有什么不同？

就塑料而言，对注塑级、挤出级和吹塑级（中空制品）的分子量有什么不同要求？

10．试根据所学的高物基本知识，分析减少注塑制品中弹性成分的措施。

11．在塑料挤出成型中，如发现制品出现竹节形、鲨鱼皮一类缺陷，在工艺上应采取什么措施消除这类缺陷。

12．注射成型中，高聚物熔体经历的是否是纯剪切流动？

为什么？

13．挤出胀大比与挤出工艺条件和口模长径比有什么关系？

第10章聚合物的电性能、热性能、光学性能和表面与界面性能

1．名词解释：

取向极化；介电损耗；电击穿；介电松弛谱；cole-cole图；非线性光学性质；全反射

2．比较聚合物介电松弛和力学松弛的异同点。

3．讨论影响聚合物介电常数和介电损耗的因素。

4．什么叫聚合物的柱极体？

什么叫热释电流法（TSC）？

该法为什么能有效的研究聚合物的分子运动？

5．结构型导电聚合物的分子结构与导电性关系如何？

举例说明。

6．简述导电聚合物的研究意义。

7．什么叫聚合物的耐热性和热稳定性？

如何提高聚合物的耐热性和热稳定性？

8．讨论提高聚合物透明性的途径。

9．简述影响聚合物界面张力的因素。

如何降低聚合物之间的界面张力？

10．讨论聚合物表面改型的研究现状与展望。

11．介电系数与分子极化之间存在什么关系？

12．在电介质的复数介电系数

。

其中，

和

的物理意义是什么？

13.如何区分极性高聚物和非极性高聚物。

列举至少3个极性高聚物与3个非极性高聚物。

14.测得聚氯乙烯和氯丁橡胶的

如下，如何解释。

 聚氯乙烯：

（室温）＝3.5，

（

）＝15

 氯丁橡胶：

（室温）＝10

15．试画出包括高分子各种极化机理在内的

图和

图，当温度改变时，曲线如何变化，为什么？

画出相应的

和

图，当频率改变时，曲线如何变化？

16．如何从介电松弛来求某种运动单元的活化能？

17．塑料加工中有一项技术叫做“高频模塑技术”，其方法是将极性塑料置于模具中并受高频电场的作用，几秒钟内原料就熔化、成型。

这种技术基于什么原理？

能否用这种技术加工聚乙烯？

18．温度、杂质、增塑剂对高聚物的

和

的影响如何？

19．如何制备驻极体？

驻极体有什么用途？

20．如何用热释电流法研究高分子的运动？

与介电松弛法相比，热释电流法有什么优点？

21．为什么高聚物绝缘体的电阻率比理论值低得多？

为什么高聚物的电导率在

附近发生急剧的变化?

22．设计导电高聚物的指导思想是什么？

为什么碳纤维具有良好的导电性？

23．试述高聚物产生静电的原因。

举例说明静电的危害和应用。

24．抗静电剂的分子结构一般有什么特点？