高分子物理复习归纳.docx

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高分子物理复习归纳

高物第一章习题

1．测量数均分子量，不可以选择以下哪种方法：

（B）。

A．气相渗透法B．光散射法C．渗透压法D．端基滴定法

2.对于三大合成材料来说，要恰当选择分子量，在满足加工要求的前提下，尽量（B）分子量。

A.降低B.提高C.保持D.调节

3.凝胶色谱法（GPC）分离不同分子量的样品时，最先流出的是分子量（大）的部分，是依据（体积排除）机理进行分离的。

4．测量重均分子量可以选择以下哪种方法：

（D）

A．粘度法B．端基滴定法C．渗透压法D．光散射法

5.下列相同分子量的聚合物，在相同条件下用稀溶液粘度法测得的特性粘数最大的为（D）

（A）高支化度聚合物（B）中支化度聚合物（C）低支化度聚合物（D）线性聚合物

6.内聚能密度：

定义克服分子间作用力，1mol的凝聚体汽化时所需的能量为内聚能密度，表征分子间作用力的强弱。

7.同样都是高分子材料，在具体用途分类中为什么有的是纤维，有的是塑料，有的是橡胶？

同样是纯的塑料薄膜，为什么有的是全透明的，有的是半透明的？

答：

（1）塑料橡胶的分类主要是取决于使用温度和弹性大小。

塑料的使用温度要控制在玻璃化温度以下且比Tg室温低很多。

而橡胶的使用温度控制在玻璃化温度以上且Tg比室温高很多，否则的话，塑料就软化了，或者橡胶硬化变脆了，都无法正常使用。

玻璃化温度你可以理解为高分子材料由软变硬的一个临界温度。

塑料拉伸率很小，而有的橡胶可以拉伸10倍以上。

纤维是指长径比大于100以上的高分子材料，纤维常用PA（聚酰胺）等材料，这类材料有分子间和分子内氢键，结晶度大，所以模量和拉伸强度都很高，不容易拉断。

（2）结晶的高聚物常不透明，非结晶高聚物通常透明。

不同的塑料其结晶性是不同的。

加工条件不同对大分空间构型有影响，对结晶有影响，这些都能导致透明性不同。

大多数聚合物是晶区和非晶区并存的，因而是半透明的。

8.在用凝胶渗透色谱方法测定聚合物分子量时，假如没有该聚合物的标样，但是有其它聚合物的标样，如何对所测聚合物的分子量进行普适标定？

需要知道哪些参数？

参考答案：

可以用其它聚合物标样来标定所测聚合物的分子量。

当淋洗体积相同时，二者的特性粘数与分子量的乘积相等，即：

根据Mark-Houwink方程有：

所以需要知道被测聚合物和标样的K，a值（在GPC实验所用的溶剂中）

第二章高分子的链结构

2、高聚物结构的特点:

1.是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子，相对分子质量大，相对分子质量往往存着分布。

2.一般高分子主链都有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。

3.晶态有序性较差，但非晶态却具有一定的有序性。

4.要使高聚物加工成有用的材料，往往需要在其中加入填料，各种助剂，色料等.。

5.凝聚态结构的复杂性:

结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。

3、

题目示例：

（1）下列不属于聚合物聚集态结构的是：

晶态结构、液晶结构、取向结构、交联

（2）下列不属于聚合物近程结构的是：

化学组成、空间立构、头尾连接、构象

（3）高聚物结构分成高分子链结构和高分子聚集态结构，高分子链结构又

分成和。

3.什么叫高分子链的柔顺性；影响高分子链柔顺性的因素有哪些？

柔顺性：

高分子链能够改变其构象的性质称为~.

高分子链的柔顺性主要取决于以下因素：

1.主链中含有共轭双键、芳杂环结构的高分子链的柔顺性较差.

2.侧基的极性越强，相互间的作用力越大，其~越差.侧基体积越大，空间位阻越大，对链的内旋转愈不利，使链的刚性增加.

3.分子链越长，~越大.

4.高分子具有柔顺性的本质是什么？

简要说明影响高分子链柔顺性的因素主要有哪些？

高分子链具有柔顺性的原因在于它含有许多可以内旋转的σ键，根具热力学熵增原理，自然界中一切过程都自发地朝熵增增大的方向发展。

高分子链在无外力的作用下总是自发地取卷曲的形态，这就是高分子链柔性的实质。

影响因素主要有：

1．主链的结构；2．取代基;3．氢键;4．交联。

5．试用玻璃化转变理论的自由体积理论解释：

冷却速度越快，测得的Tg越高。

对高聚物熔体进行冷却时，聚合物的体积收缩要通过分子的构象重排来实现，显然需要时间。

温度高于Tg时，高聚物中的自由体积足以使链段自由运动，构象重排瞬时即可完成，此时的体积为平衡体积。

如连续冷却，链段运动松弛时间将按指数规律增大，构象重排速率降低，将跟不上冷却速率，此时的体积总是大于该温度下的平衡体积。

6.单项选择题

1．高分子的基本运动是（B）。

A．整链运动B．链段运动C．链节运动

2．下列一组高聚物分子中，柔性最大的是（A）。

A.聚氯丁二烯B.聚氯乙烯C.聚苯乙烯

1．聚合物在溶液中通常呈（C）构象。

A．锯齿形B．螺旋形C．无规线团D．梯形

3．欲使某自由连接链（单烯类）均方末端距增加10倍，其聚合度必须增加（）倍。

（A）

A．10B．20C．100D．50

7判断对错

.聚丙烯分子链中碳－碳键是可以旋转的，因此可以通过单键的内旋转使全同立构聚丙烯转变为间同立构聚丙烯。

（⨯）

8.名词解释

链段：

把由若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元，称为链段。

等效自由连接链：

将含有n个键长为l、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链视为一个含有Z个长度为b的链段组成的可以自由旋转的链，称为等效自由连接链。

九．排序题：

（3×3=9）

1．比较下列聚合物的柔顺性：

PP，PE，PVC，PAN

2．比较下列聚合物的柔顺性：

聚乙烯聚二甲基硅氧烷聚甲基丙烯酸甲酯聚碳酸酯

聚二甲基硅氧烷>聚乙烯>聚甲基丙烯酸甲酯>聚碳酸酯

3、比较下列聚合物的玻璃化温度：

聚乙烯聚二甲基硅氧烷聚对苯二甲酸乙二醇酯聚碳酸酯

聚碳酸酯>聚对苯二甲酸乙二醇酯>聚乙烯>聚二甲基硅氧烷

10.构型和构象有何区别？

全同立构聚丙烯能否通过化学键（C-C单键）内旋转把“全同”变为“间同”，为什么？

（5分）

首先写两者区别，强调构象是由于单键内旋转而引起，而构型是由于化学键所固定的原子在空间的排列。

改变构象通过单键的内旋转即可达到，而改变构型需通过化学建的断裂与重组。

（2分）

不能。

首先指出从全同到间同的变化是构型的变化，必须通过化学建的断裂与重组才能改变构型。

而单键内旋转只能改变构象，不能改变构型。

（3分）

11．填空题

聚合物在溶液中通常呈（无规线团）构象，在晶体中呈（锯齿形）或（螺旋形）构象。

第三四章

一、选择题

1.假塑性流体的特征是（B）。

A．剪切增稠B．剪切变稀C．粘度仅与分子结构和温度有关

2.下列高聚物中，只发生溶胀而不能溶解的是（B）。

A.高交联酚醛树脂；B.低交联酚醛树脂；C.聚甲基丙稀酸甲脂

3.高分子-溶剂相互作用参数χ1（A）聚合物能溶解在所给定的溶剂中

A.χ1<1/2B.χ1>1/2C.χ1=1/2

4.关于高聚物和小分子物质的区别，下列（D）说法正确

⑴高聚物的力学性质是固体弹性和液体粘性的综合；

⑵高聚物在溶剂中能表现出溶胀特性，并形成居于固体和液体的一系列中间体系；

⑶高分子会出现高度的各向异性。

A.⑴⑵对B.⑵⑶对C.⑴⑶对D.全对

5.下列相同分子量的聚合物，在相同条件下用稀溶液粘度法测得的特性粘数最大的为（D）

（A）高支化度聚合物（B）中支化度聚合物（C）低支化度聚合物（D）线性聚合物

6．当一个聚合物稀溶液从θ温度上升10℃时，其第二维利系数A2：

（C）

A．小于1/2B．大于1/2C．大于零D．小于零

7．当一个聚合物稀溶液从θ温度上升10℃时，其哈金斯参数：

（A）

A．小于1/2B．大于1/2C．大于零D．小于零

8、哪一个选项不可以判定聚合物溶解能力（A）。

A、密度相近原则B、溶度参数相近原则

C、哈金斯参数小于0.5D、溶剂化原则

2.苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）不溶于戊烷（δ=14.5）也不溶于乙酸乙酯（δ=18.6），但是可溶于以上两溶剂1：

1的混合体系里，为什么？

（6分）

根据内聚能密度相近原则，当两者的溶度参数值相差小于1.7时，可以溶解，而差值大于2，一般都不溶解。

（2分）

而戊烷（δ=14.5）和乙酸乙酯（δ=18.6）的溶度参数与苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度参数值相差分别为2和2.1，相差较大，所以不能溶解.（2分）。

当两种溶剂1：

1的混后，混合溶剂的溶度参数为：

（14.5＋18.6）/2＝16.55

与苯乙烯—丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度参数值相差仅为0.05，所以能够溶解在混合溶剂里。

（2分）

二、填空

1、写出判定聚合物溶解能力的原则中的2个原则：

（极性相近原则）、（内聚能密度或者溶解度参数相近原则）、（哈金斯Huggins参数小于1/2原则）。

三、解释为什么尼龙6在室温下可溶解在某些溶剂中，而线性的聚乙烯在室温下却不能?

首先说明尼龙和聚乙烯都是结晶性的聚合物，其溶解首先要使晶区熔融才能溶解。

（1分）而尼龙是极性的聚合物，如果置于极性溶剂之中，和极性的溶剂作用会放出热量从而使晶区熔融，继而溶解。

（2分）聚乙烯是非极性的聚合物，要使其晶区熔融只能升温至其熔点附近，然后溶于适当的溶剂中才能溶解。

所以聚乙烯在常温下不能溶解在溶剂之中。

（2分）

四、θ温度：

在某一温度下聚合物溶于某一溶剂中，其分子链段间的相互吸引力与溶剂化以及排斥体积效应所表现出的相斥力相等，无远程相互作用，高分子处于无扰状态，排斥体积为0，该溶液的行为符合理想溶液行为，此时溶剂的过量化学位为0，溶液为θ溶液，此时的温度称为θ温度。

五、特性粘度：

高分子在c→0时，单位浓度的增加对溶液的增比浓度或相对粘度对数的贡献。

其数值不随溶液浓度的大小而变化，但随浓度的表示方法而异。

第五章

4.判断下列叙述中正确的是（A）。

A．高聚物的取向状态是热力学上一种非平衡态；

B．取向使材料的力学、光学、热性能各向同性。

C.聚合物的取向态是一种热力学稳定状态。

5.下面有关玻璃化转变的描述，正确的是（A,B,D,E）

（A）聚合物玻璃态与高弹态之间的转变（B）链段由运动到冻结的转变（C）分子链由冻结到运动的转变（D）自由体积由随温度下降而减少到不随温度发生变化的转变（E）链段由冻结到运动的转变

6.聚合物加工中的挤出胀大（巴拉斯效应）现象是由于（C,D）

（A）高分子熔体热胀冷缩

（B）高弹形变的储能超过克服粘滞阻力的流动能量时产生的不稳定流动

（C）流动时有法向应力差，由此产生的弹性形变在出口模后要回复

（D）高分子熔体在拉力下产生拉伸弹性形变，来不及完全松弛掉要回复

8．一般来说，（B）材料需要较高程度的取向。

A．塑料B．纤维C．橡胶D．粘合剂

二填空

1.对于平均分子量相同而分子量分布不同的同种聚合物，在低剪切速率时，分子量分布（宽）的聚合物的剪切粘度大，而在高剪切速率下，分子量分布（窄）的聚合物的剪切粘度大。

2.高聚物链段开始运动的温度对应的是该高聚物的（玻璃化转变）温度。

二.聚合物纤维熔融纺丝时，在拉伸和冷却工序之后，通常还有一道热定形工序，从高分子物理的角度谈谈该工序的作用。

（8分）

参考答案：

聚合物纺丝时，在拉伸过程中聚合物链产生取向，此时高分子整链和高分子链段都发生取向。

但是，由于高分子取向是热力学不稳定状态，在放置过程中聚合物链发生松弛，倾向于发生解取向。

聚合物链段的长度远小于整链长度，它的松弛时间也远小于整链长度的松弛时间。

因此在放置过程中，聚合物链段的松弛非常容易发生，导致聚合物纤维的外形发生变化。

热定形工序就是在一定温度下使聚合物链段发生快速的解取向，使得聚合物纤维在放置和使用过程中不易发生变形。

4.比较下列大分子链的玻璃化温度：

聚乙烯聚二甲基硅氧烷聚甲基丙烯酸甲酯聚碳酸酯

聚碳酸酯>聚甲基丙烯酸甲酯>聚乙烯>聚二甲基硅氧烷

5.取向：

在某种外力的作用下，分子链或者其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构。

第六章

一、选择

1.下列一组高聚物中，最容易结晶的是（A）.

A.聚对苯二甲酸乙二酯B.聚邻苯二甲酸乙二酯C.聚间苯二甲酸乙二酯

2.在半晶态聚合物中，发生下列转变时，判别熵值变大的是（A）。

（1）熔融

（2）拉伸取向（3）结晶（4）高弹态转变为玻璃态

3.判断下列叙述中不正确的是（C）。

A．结晶温度越低，体系中晶核的密度越大，所得球晶越小；

B．所有热固性塑料都是非晶态高聚物；

C．在注射成型中，高聚物受到一定的应力场的作用，结果常常得到伸直链晶体。

4.热力学上最稳定的高分子晶体是（B）。

A．球晶B．伸直链晶体C．枝晶

5．在聚合物结晶的过程中，有体积（B）的变化。

A、膨胀B、收缩C、不变D、上述情况都有可能

6．某一结构对称的结晶聚合物，其Tm=210℃，其结晶速度最快的温度在。

A．170℃B．115℃C．－25℃D．210℃

（B）

7．下列那种方法可以降低熔点：

（B）

A.主链上引入芳环；B.降低结晶度；C.提高分子量；D.加入增塑剂。

二、填空题

1.高聚物在极高压力下可以得到的晶体类型是（伸直链晶体），在偏光显微镜下可以观察到“黑十字”现象的晶体类型是（球晶）

2.具有规则几何外形的聚合物晶体类型是（单晶），在很稀溶液中（缓慢）冷却才可以得到；在偏光显微镜下可以观察到“黑十字”现象的晶体类型是（球晶）。

3.液晶的晶型可以分为（近晶型）、（向列型）和（胆甾型）。

4.写出三种测定聚合物结晶度的测定方法:

（X射线衍射）、（量热法（DSC、DTA））和（密度法）

5.液晶分子中必须含有（长棒状）的结构才能够称为液晶，其长径比至少为（4）才有可能称为液晶，或者为（盘）状，其轴至多为（1/4）。

三、问答题

以结构的观点讨论下列聚合物的结晶能力：

聚乙烯、尼龙66、聚异丁烯

高分子的结构不同造成结晶能力的不同，影响结晶能力的因素有：

链的对称性越高结晶能力越强；

链的规整性越好结晶能力越大；

链的柔顺性越好结晶能力越好；

交联、分子间力是影响高聚物的结晶能力；

氢键有利于结晶结构的稳定。

聚乙烯对称性最好，最易结晶；尼龙66，对称性不如聚乙烯，但仍属对称结构，还由于分子间可以形成氢键，使结晶结构的稳定，可以结晶，聚异丁烯由于结构不对称，不易结晶。

四．排序题：

（3×3=9）

1．比较结晶难易程度：

聚对苯二甲酸乙二酯、聚间苯二甲酸乙二酯、聚己二酸乙二酯

聚己二酸乙二酯>聚对苯二甲酸乙二酯>聚间苯二甲酸乙二酯

2.比较结晶难易程度：

PE、PP、PVC、PS

PE>PP>PVC>PS

第七章

一、选择

1．韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到剪切带现象，下列说法正确的是（B,C,D）。

（A）与拉伸方向平行（B）有明显的双折射现象

（C）分子链沿外力作用方向高度取向（D）剪切带内部没有空隙

2.粘弹性是高聚物的重要特征，在适当外力作用下，（C）有明显的粘弹性现象。

（A）Tg以下很多（B）Tg附近（C）Tg以上很多（D）Tf以上

3.下列方法可以提高聚合物的拉伸强度的是（B）。

A.提高支化度；B.提高结晶度；C.加入增塑剂；D.橡胶共混；.

二、判断题

1.应力－应变曲线下的面积，反映材料的拉伸断裂韧性大小。

（√）

2.高聚物的应力松弛现象，就是随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。

（⨯）

三、计算题

1.在一次拉伸实验中，试样夹具之间试样的有效尺寸为：

长50mm、宽10mm、厚4mm，若试样的杨氏模量为35MPa，问加负荷100N该试样应伸长多少。

解：

E=σ/ε,ε=（l-l0）/l0,σ=F/A0,σ=100/（4×10）=2.5Mpa,

ε=σ/E=2.5/35=0.07143,l-l0=50×0.07143=3.57mm

四、名词解释

1.银纹：

聚合物在张应力的作用下，在材料某些薄弱的地方出现应力集中而产生的局部的塑性形变和取向，以至于在材料的表面或者内部垂直于应力方向出现微细凹槽的现象。

2.应力松弛：

在恒定温度和形变标尺不变的情况下，聚合物内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。

五．填空题

1.相对于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为（粗糙），断裂伸长率较（长），而且断裂之前存在（屈服）。

六、画出非晶态聚合物在适宜的拉伸速率下，在玻璃化转变温度以下30度时的应力－应变曲线，并指出从该曲线所能获得的信息。

（10）

（10分）从该图可以获得的信息有：

聚合物的屈服强度（Y点强度）聚合物的杨氏模量（OA段斜率）聚合物的断裂强度（B点强度）聚合物的断裂伸长率（B点伸长率）聚合物的断裂韧性（曲线下面积）画图：

正确画出曲线得2分，并标明A、Y、B三点得3分，每写出一个信息得1分，共5分

七.举例说明什么是蠕变、应力松弛现象？

蠕变是指材料一定的温度下和远低于该材料的断裂强度的恒定应力作用下，形变随时间增大的现象。

应力松驰是在一定的温度下，试样维持恒定的应变所需的应力随时间逐渐衰减的现象。

补充例子

八.在同一坐标系中分别画出下列聚合物的形变-温度曲线。

（15）

（1）分子量大小不同的非结晶聚合物的聚合物的形变-温度曲线；

（2）结晶度分别为10％和80％的结晶聚合物的形变-温度曲线；

（3）交联度分别为5％和70％的交联聚合物形变-温度曲线。

第八章

一、选择题

1、非晶态高聚物在（B）的温度下拉伸才可以产生强迫高弹性变。

A、室温B、Tb-TgC、Tg以上D、Tm以上

2.聚合物处于高弹态时，其分子运动的主要单元是（B）。

A、键长B、链段C、键角D、整个分子

3、用（B）模型可以用来描述线性聚合物的应力松弛现象。

A、粘壶与弹簧串连的kelvin模型B、粘壶与弹簧串连的maxwell模型C、粘壶与弹簧并连的kelvin模型D、粘壶与弹簧并连的maxwell模型

4.根据时温等效原理，将曲线从高温移至低温，则曲线应在时间轴上（B）移。

A、左B、右C、上D、下

5．模拟线性聚合物的蠕变全过程可采用（C）模型。

A.MaxwellB.KelvinC.四元件

二、填空

1.高聚物的粘弹性行为表现有（蠕变）、（应力松弛）和（滞后、内耗）。

2.根据时温等效原理，可以在较高温度下，较短时间内观察刀的力学松弛现象，也可以在（低）温度下，（长）时间内观察到。

3、maxwell模型是有弹簧和粘壶（串）而成，他可以用来描述（线形）聚合物的（应力松弛）过程。

4.高聚物的静态粘弹性行为表现有（蠕变）、（应力松弛）。

5.橡胶弹性是（熵）弹性，弹性模量随温度的升高而（升高），在拉伸时（放）热。

三、问答题

1.高弹性有哪些特征？

为什么聚合物具有高弹性？

1.弹性模量小，而形变很大；

2.形变需要时间；

3.形变有热效应；

橡胶是由线性长链分子组成的，由于热运动，这种长链分子在不断的改变着自己的形状，因此在常温下橡胶的长链分子处于卷曲状态。

卷曲分子的均方末端距比完全伸直的分子的均方末端距小100-1000倍，因此卷曲分子拉直就会显示出形变量很大的特点。

橡胶受到外力作用时，链段伸展，发生大形变。

因是一熵减过程，所以不稳定。

热运动会促使分子链回到卷曲状态，此时如果受热，则热运动加剧，回缩力加大，足以抵抗使分子链伸展的外力而回缩。

2.Whatisthetime-temperaturesuperpositionprinciple？

Whatisthesignificanceoftheprinciple?

（7分）

参考答案：

对同一个力学松弛现象，既可以在较高温度下、较短时间内观察到，也可以在较低高温度下、较长时间内观察到。

因此，升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的。

借助转换因子可将在某一温度下测定的力学数据转变成另一温度下的力学数据。

3.影响聚合物力学内耗的因素是什么？

（12分）

参考答案：

内耗的大小与高聚物本身的结构有关：

分子链上没有取代基，链段运动的内摩擦阻力较小，内耗较小；有较大或极性的侧基，链段运动的内摩擦阻力较大,内耗较大;侧基数目很多，内耗就更大。

内耗受温度影响较大：

Tg以下，高聚物受外力作用形变很小，只有键长和键角变化，速度很快，几乎跟得上应力的变化，内耗很小；温度升高，向高弹态过渡，由于链段开始运动，而体系粘度还很大，链段运动时受到摩擦阻力比较大，因此高弹形变显著落后于应力的变化，内耗也大；温度进一步升高，链段运动比较自由，内耗就变小了，因此在玻璃化转变区域出现内耗峰；温度继续升高，向粘流态过渡时，由于分之间互相滑移，因而内耗急剧增加。

内耗与频率的关系；频率很低时，高分子的链段运动完全跟得上外力的变化，内耗很小，高聚物表现出橡胶的高弹性；在频率很高时，链段运动完全跟不上外力的变化，内耗也很小，高聚物显得刚性，表现出玻璃态的力学性质；在中间区域，链段运动跟不上外力的变化，内耗在一定的频率范围出现极大值，这个区域中，材料的粘弹性表现得很明显。

四、判断对错

1.橡胶试样快速拉伸，由于熵减小放热等原因导致温度升高。

（√）