高分子物理习题集及答案

第一章 高分子链的结构一解释名词、概念1 高分子的构型 ：高分子中由化学键固定了的原子或原子团在空间的排列方式2.全同立构高分子 ：由一种旋光异构单元键接形成的高分子3.间同立构高分子 ：由两种旋光异构单元键接形成的高分子4.等规度：聚合物中全同异构和间同异构的高分子占高分子总数的百分数5.高分子的构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态 6.高分子的柔顺性：高分子能够呈现不同程度卷曲构象状态的性质7.链段：高分子中能做相对独立运动的段落8.静态柔顺性 ：由反式微构象和旁氏微构象构象能之差决定的柔顺性，是热力学平衡条件下的柔顺性 9.动态柔顺性：高分子由一种平衡构象状态转变成另一种平衡构象状态所需时间长短决定的柔顺性 10.等效自由连接链：在一般条件下，高分子链中只有部分单键可以内旋转，相邻的两个可以内旋转的单键间的一段链称为链段，这样可以把高分子链看作是由链段连接而成的，链段之间的链不受键角的限制，链段可以自由取向，这种高分子链的均方末段距以及末端距分布函数的表达式与自由连接链相同，只是把链数n转换成链段数n，把键长l换成链段长l，这种链称为等效自由链接链11.高斯链：末端距分布服从高斯分布的链 12.高分子末端距分布函数：表征高分子呈现某种末端距占所有可能呈现末端剧的比例二 线型聚异戊二烯可能有哪些构型? 答：1.4-加成有三种几何异构，1.2加成有三种旋光异构，3.4加成有三种旋光异构三 聚合物有哪些层次的结构?哪些属于化学结构？哪些属于物理结构？ 四 为什么说柔顺性是高分子材料独具的特性？ 答：这是由高分子的结构决定的，高分子分子量大，具有可以内旋转的单键多，可呈现的构象也多，一般高分子长径比很大，呈链状结构，可以在很大程度内改变其卷曲构想状态。对于小分子，分子量小，可内旋转的单键少，可呈现的构象数也不多，且小分子一般呈球形对称，故不可能在很大的幅度范围内改变其构象状态五 通常情况下PS是一种刚性很好的塑料，而丁二烯与苯乙烯的无规共聚物（B:S=75:25）和三嵌段共聚物SBS（B:S=75:25）是相当好的橡胶材料，从结构上分析其原因。答：ps分子上带有刚性侧基苯环，且只通过一个单键与分子相连，再者沿分子链轴方向苯环的密度大，高分子的刚性很好，所以ps是一种刚性很好的塑料。丁二烯和苯乙烯的无规共聚物的分子链中引入了很多孤立双键，使与之相连的单键内旋转变得容易，分子链上虽仍有苯环侧基，但数目少，又是无规共聚，沿分子链轴方向苯环密度小，柔顺性好，三嵌段共聚物中间链段是分子链中含有很多孤立双键且又相当长的聚丁二烯，是一种典型的柔顺链。六 若聚丙烯的等规度不高，能否用改变构象的方法提高其等规度？为什么？答：不能，碳碳单键的旋转只改变构象，没有化学键的断裂与生成，是物理变化。而要想改变等规度必须改变化学结构。所以，不能用改变构象的方法提高其等规度。七 天然橡胶和古塔玻胶在结构上有何不同？ 画出示性结构式。天然橡胶是顺式1.4-聚异戊二烯古塔波胶是反式1.4-聚异戊二烯八有些维尼纶的湿强度低、缩水性大，根本原因是什么？只有头尾键接的聚乙烯醇中的羟基才能缩醛化。若有少部分乙酰基没有被水解掉，分子链上同时含有少量头头和尾尾键接，则这部分羟基不能被缩醛化。分子链上含有羟基，缩水率高，吸水后，水在其中起增塑作用，使经过拉伸取向的大分子链发生解取向，使湿强度降低。九高分子最基本的构象有哪些？在不同条件下可能呈现的典型的构象有哪些?锯齿形和螺旋型伸直链，折叠链，无规线团十 链段的组成、大小有什么特点？链段的组成是随机的，不固定的，大小是不均一的，通常指统计平均大小。相同条件下，不同聚合物的链段大小可能不同，不同条件下，同种聚合物的链段大小也可能不同十一一块交联度比较小的橡皮，是软的还是硬的？为什么？软的。交联度小的材料玻璃化转变温度低，室温下呈现橡胶态十二说说你用过、见过的高分子制品，各是用什么高分子材料制成的？十三.若把聚乙烯看作自由旋转链，其末端距服从Gauss分布函数，且已知CC键长为0.154nm，键角为109.5，试求： (1)聚合度为5104的聚乙烯的平均末端距、均方末端距和最可几末端距； (2)末端距在1nm和10nm处的几率那个大 0 4.7*103 28.1nm10nm处第二章一解释名词、概念1.高分子的聚集态结构：大量高分子聚集体中高分子与高分子间，高分子微小聚集体间的空间排列方式 2.结晶性聚合物：从化学结构看，具有结晶能力的聚合物 3.液晶性聚合物：高分子中含有液晶基元，能够呈现液晶态的聚合物 4.球晶 ：由晶片聚集成的长条扭曲状微纤束，由球晶中心出发，沿径向辐射排列的多晶聚集体5.高分子液晶：一些结晶性聚合物在加热熔融或加溶剂溶解，在一定条件下，能呈现既有晶体又有液体部分性能的过渡状态，这种中间状态称为聚合物液晶态 6.液晶原（介原）：高分子中决定高分子能呈现液晶态的结构单元 7.内聚能密度：单位体积的内聚能 8.结晶度：结晶聚合物中结晶部分占高分子总数的百分数 9.结晶聚合物的熔点：结晶聚合物发生熔融时的温度 10.取向聚合物 ；聚合物中分子链或和链段或和微晶的某一晶轴或晶面，朝着某一方向或平行于某一平面择优取向排列的结构，这种聚合物此时处于取向态，称为取向聚合物11.晶面指数：如某晶面和a，b，c三个晶轴相交，截距为单位矢量的整数倍，截距倒数通分后取分子得到的数二高分子聚集态结构包括哪些内容？试述高分子聚集态结构有哪些特点及与成型加工条件、性能的关系。四 如何从结构上分析某种聚合物属于结晶性聚合物？答：对于均聚物，若高分子不含有立体异构中心，结构单元的键接规整，有结晶能力，结构越简单，对称性越好，结晶能力越大，若高分子中含有立体异构中心，全同，间同，全顺，全反式异构构型的，有结晶能力，等规度越高，结晶能力越大，若高分子含有立体异构中心，无规立体异构中心一般无结晶能力，若几何对称性好，也有结晶能力。对于共聚物，交替共聚物中若分子链不含有立体异构中心，有结晶能力。无规共聚物中若参与共聚的单体相应的均聚物都是结晶性聚合物，且有相同的结晶结构，有结晶能力，若结晶结构不同，当一种为主，有结晶能力，若两者成分相当，无结晶能力，若一种单体对应的均聚物是结晶聚合物，另一种是非结晶性聚合物，当结晶性聚合物单元为主体时有结晶能力。接枝共聚物的主链或支链相应的均聚物是结晶性聚合物，有结晶能力。嵌段共聚物中的段落对应的均聚物是结晶聚合物时，有结晶能力。对于交联聚合物，若交联前的先行聚合物是结晶性聚合物，交联度不太大时，有结晶能力，随交联度增大，结晶能力减小，交联度太大时，无结晶能力。对于支化聚合物，若相应的象形聚合物是结晶性聚合物，支化度不太大时，有结晶能力，支化度太大时，无结晶能力。分子链刚性或柔性过大，也无结晶能力。分子间作用力大的有结晶能力。分子量大的结晶能力小。五 以聚乙烯为例，说明在什么条件下可以形成单晶、球晶、串晶、伸直链片晶，这些形态的晶体特征是什么？为什么在聚合物不易形成100结晶的宏观单晶体？答：溶于溶剂中制成极稀的溶液，在一定温度下缓慢结晶形成单晶，单晶为平面状单层片晶，在三维空间内有序，厚度10nm左右。在不存在应力和流动的情况下，高聚物从浓溶液中析出，或从熔融状态降温结晶，得到球晶。球晶有径向对称中心，消光黑十字，正负光性，分为螺旋状和放射状，一般不透明。高聚物溶液在搅拌或流动情况下结晶，高分子链平行交错排列形成伸直链结构纤维状晶体，在晶体上有排列的晶片，晶片平面垂直于纤维，也垂直于晶片平面，形似羊肉串。高聚物熔体在高温高压下形成的厚度与分子链长度相当的晶片的晶体称为伸直链片晶，分子链轴的方向与平面平行，晶片厚度与分子链相当。由于高分子晶体中存在很多缺陷，所以不易形成100%结晶的宏观单晶。六 在正交偏光显微镜上观察球晶时，可以看到消光黒十字、明暗相间的同心圆环（消光环，对某些球晶），解释这些现象。答：由于球晶有结构不对称性，一束平面偏振光照到球晶上后，由于折光指数不同而发生双折射，入射光分成两束光速不同的光，这两束光发生干涉产生的现象。七 将下列三组聚合物的结晶难易程度排列成序，并说明原因 (1)PE，PP，PVC，PS，PAN； (2)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； (3)PA 66，PA 1010 PEPANPPPVCPS PE结构对称，易结晶；PAN高分子链间含有氢键，分子间作用力大，PS含有苯环，位阻效应大，不易结晶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 聚己二酸乙二酯中不含苯环，聚对苯二甲酸乙二酯苯环相隔较远，位阻效应小PA66PA1010 PA66酰胺键密度大，形成的分子间氢键多八 试述Avrami方程在本体聚合物结晶动力学研究中的意义。研究Avrami方程可以得到成核机理及结晶速率的信息九 已知聚乙烯、聚偏氯乙烯，全同聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度分别为80，18和45，其熔点分别为141、198和160，试用经验方法估算： (1)它们最大结晶速度时的温度Tc max； (2)找出Tc maxTm比例的经验规律 Tmax=0.63Tm+0.27Tg-18.50.85十 温度对本体聚合物结晶速度影响的规律是什么？解释其原因。过冷区，比Tm低10-30，成核速率很小，几乎为零。晶核生成速度控制区，随T降低，晶核生成速度增加，结晶速度增加最大结晶速度区，结晶速度最大，Tmax=0.85Tm或T=0.63Tm+0.27Tg-18.5晶核生长速度控制区。温度对本体聚合物结晶速度影响成单峰曲线是因为聚合物自熔体降温时结晶过程包括两个，晶核形成和晶体生长，高温有利于晶体生长，低温有利于晶核形成。十一 均聚物A是一种结晶聚合物，若加入10体积分数的增塑剂（x1=-0.1）或者用10摩尔的单体B与单体A进行无规共聚（单体B的均聚物为非结晶性聚合物），增塑均聚物A的熔点与AB无规共聚物的熔点何者高？能从中得到什么规律？加入增塑剂和共聚都能降低熔点。玻璃化转变温度对加入增塑剂敏感，熔点对共聚敏感十二 两种聚丙烯丝，在纺丝过程中，牵伸比相同，而分别采用冰水冷却和90热水冷却。将这两种丝加热到90，何者收缩率大？为什么？冷水冷却的收缩率大。 因为冷却定型的目的是使小链段解取向，冰水冷却时小链段解取向不完全。热水冷却定型结晶完善，形成微晶，小链段解取向完全。所以冷水冷却收缩率大。十三 有两种乙烯和丙稀的共聚物，其组成相同，其中一种在室温时是橡胶状的，一直到温度降低到-70时才变硬；另一种在室温时却是硬而韧又不透明的材料，试解释它们内在结构上的差别。第一种是乙烯和丙烯的无规共聚物，结构不规整，堆砌不紧密，基本不结晶，Tg较低，室温下呈高弹态。第二种是乙烯和丙烯的嵌段共聚物，是结晶聚合物，室温下处于结晶态，表现为硬而韧且不透明十四 在聚合物纺丝工艺中，都有牵伸和热定型两道工序，为什么？热定型温度如何选择？溶液纺丝牵伸是为了使大分子，大链段，小链段取向。热定型是使小链段解取向。熔融纺丝牵伸是为了使大分子链段取向。热定型使结晶完善，非晶区中小链段解取向。 热定型温度一般在Tg-Tm间十五 高分子液晶的结构有几种类型？特征如何？液晶性聚合物溶液的 -C、 -T、 -的关系如何？这些关系的意义如何？根据有序程度分为近晶型，向列型，胆甾型。根据成型条件分为主链型液晶和侧链型液晶。根据晶体呈现的条件分为热致型和溶致型。十六 Flory的结晶聚合物、非结晶聚合物结构模型的要点是什么？有什么实验事实支持他的模型？聚合物在结晶时高分子链来不及规整排列折叠，只能是局部一些链段进行位置调整排入晶格，结晶聚合物高分子链基本保持无规卷曲的构象状态，在晶片中，和一个高分子链相邻的是其他高分子链的段落或是同一个高分子链中相距较远的段落，一个高分子可以从一个晶区通过非晶区进入另一个晶区，也可以折回到原来的晶区。小角中子散射（SANS）有力证明十七.（1）将熔融态的聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）淬冷到室温，PE是半透明的，而PET和PS是透明的。为什么？ （2）将上述的PET透明试样，在接近玻璃化温度下进行拉伸，发现试样外观由透明变为混浊，试从热力学观点来解释这一现象。 PE结构简单对称规整性好，几乎不能得到完全非结晶的状态，淬冷过程降低了PE的结晶度，晶区和非晶区共存，所以呈现半透明；而PET,PS结构规整性好，处于非晶玻璃态，呈现各向同性，是透明的。在接近玻璃化温度下拉伸取向使熵减小，同时结晶放热。所以吉布斯自由能0。PET结晶，试样变浑浊。十八. 由文献查得涤纶树脂的密度c=1.50103kgm-3，和a=1.335103kgm-3，内聚能=66.67kJmol-1(单元)今有一块1.422.960.5110-6m3的涤纶试样，重量为2.9210-3kg，试由以上数据计算： (1)涤纶树脂试样的密度和结晶度； (2)涤纶树脂的内聚能密度 十九. 何谓高聚物的取向？为什么有的材料（如纤维）进行单轴取向，有的材料（如薄膜），则需要双轴取向？说明理由取向：聚合物中，高分子链或和链段或和微晶的某一晶轴或晶面朝着某一方向或平行面择优取向排列，聚合物此时处于取向态。单轴取向：高分子沿取向方向排列，在取向方向上，强度增高，而垂直于取向方向上，强度不如未取向时，且以物理键相连接，呈各向异性双轴取向：高聚物双轴取向，成各向同性。以范德华力束缚，性质较均匀二十.列出下列聚合物的熔点顺序，并用热力学观点及关系式说明其理由。聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚乙烯、顺1,4聚丁二烯、聚四氟乙烯 聚四氟乙烯，聚对苯二甲酸乙二酯，聚丙烯，聚乙烯，顺-1.4聚丁二烯二十一。判断题，判断并说明原因1.聚合物的结晶和取向都是热力学稳定体系，只是前者是分子排列二维有序，后者是一维或二维有一序。（错） 2.结晶使高聚物的透明性明显提高。（错） 3.折叠链晶、纤维晶、球晶和串晶都是多晶。（错） 4.当高分子取向因子f=0时为完全不取向,f=1是为完全取向。（错） 5高聚物结晶度的大小是衡景晶粒粒大小的标志。（错） 6.聚合物的晶态结构比低分子非晶体的有序程度差，存在很多缺陷。（错） 7聚合物的非晶态结构比低分子非晶体的有序程度高。（对） 8.光学双折射测定的是晶区和非晶区的平均分子链取向度。（错） 9.声波传播测定的是晶区和非晶区平均链段取向度。（对） 10.液晶态高聚物溶液的粘度随着温度的升高先后出现极大值和极小值。（错） 11.液晶态高聚物溶液的粘度随着浓度的升高先后出现极大流和极小值。（）对 l2.内聚能密度与聚合物分子间作用力有关。（对） i3.高聚物分了链沿特定方向做平行排列为取向结构。（错） 14.高聚物取向单元沿特定方向做占优势的平行排列为取向结构。（错） 15球晶较大的高聚物的透光性较高。（错）第三章一名词解释1.聚合物的转变：在一定条件下，本体聚合物由一种模式分子运动向另一种模式分子运动变化，此时，聚合物的力学性能，热力学性能，电学性能乃至化学性能等发生急剧改变，热力学上称为改变，动力学称为松弛 2.聚合物的力学状态：聚合物在一定温度范围内，会出现某种特征性的力学性能，以某种模式的分子运动为特征，即某种力学状态 3.玻璃化转变温度：玻璃态向高弹态转变的温度，即链段开始运动的温度4.黏流温度：高弹态向黏流态转变的温度，即整链开始运动的温度二聚合物分子运动有哪些特点？运动单元的多样性:整链，链段，曲柄，链节，侧基和侧链，微晶等时间依赖性温度依赖性时温等效性三画出线型非结晶、线型结晶、线型非结晶的结晶性聚合物及交联聚合物的温度形变曲线，说明这些聚合物有哪些力学状态、转变，并说明相应的分子运动机理（考虑分子量、结晶度、交联度）。四玻璃化转变的自由体积理论的内容是什么？玻璃化转变时聚合物的自由体积分数是多少？聚合物的体积V由高分子占据的体积V0和高分子间的自由体积Vf构成；冷却时V0，Vf，V都减小；当温度降低到某一数值时，Vf达到临界值，继续降温Vf下降，Vf不变；聚合物玻璃态是等自由体积状态0.025%五 影响玻璃化转变的因素有那些？化学结构的影响：凡是能增大高分子间相互作用能及刚性的因素都能使玻璃化温度增大。结晶的影响：结晶度越大，结晶聚合物中非晶区的玻璃化温度越高。交联的影响：共价交联不考虑共聚的影响Tgx=Tg0+KxP；共价交联考虑共聚的影响Tgx=Tg0+3.9*104/Mc。共聚的影响：增塑剂：加入增塑剂，Tg减小，加入增塑剂越多，Tg降低越多。共混：均相体系只有一个Tg。介于两种物质各自Tg之间，微观非均相，宏观均相体系出现相互靠近的两个Tg。相容性差的保持各自的两个Tg外界条件的影响：提高变温速率和频率。Tg升高，围压力使Tg升高。六 在热机械曲线上，为什么PMMA的高弹区范围比PS的大? (已知PMMA的378K，433473K；PS的373K，383423K)PMMA和PS的Tg差不多，都是100左右，这是因为PMMA的侧基极性较PS大，应使Tg增加，但PMMA侧基柔性比PS大，侧基比PS小，所以应使Tg减少，这两个因素互相抵消，故Tg差不多。对于Tf来说，要使高聚物发生流动，分子与分子间的相对位置要发生显著变化。因此分子间作用力的因素很重要。PMMA极性大，分子间作用力，Tf就高，而PS分子间作用力小，Tf就低。七 假定自由体积分数的相对分子质量依赖性为，式中fM是相对分子质量为M的自由体积分数，是相对分子质量无限大的自由体积分数，A是常数，试推导关系式。解： 对于一个指定的聚合物，、为常数令 得 八 从化学结构角度讨论以下各对聚合物为什么存在的差别 解：（1）后者较高，因为侧基CH3的内旋转空间障碍，刚性较大。 （2）前者较低，因为CO靠近主链而使侧基柔性增加。 （3）前者较低，因为氧原子在主链而使柔性增加，而后者侧基、极性和体积使柔性减少。 （4）前者较低，因为侧基柔性较大，后者不对称取代使刚性增加九 解释为什么高速行驶中的汽车内胎易爆破汽车在高速行驶时，作用在轮胎上的外力频率增大，橡胶的玻璃化转变温度增大，玻璃化温度接近室温时，轮胎处于玻璃态，易爆破第四章 聚合物的力学性质一解释名词、概念1、剪切流动：速度梯度方向垂直于流动方向的流动2、屈服：在外力作用下开始出现不可逆塑性形变的现象 3、冷拉：在较低温度下，玻璃态，姐静态聚合物在相当大的拉伸力作用下发生屈服，成颈，细颈稳定，细颈扩张，试样发生大的形变的行为4、应变诱发塑料橡胶转变：第一次拉伸超过屈服极限，第二次拉伸发生橡胶的力学行为5、应力集中：聚合物试样表面裂痕或内部的结构缺陷是应力集中物，应力集中物受到外力作用下在集中物周围的一些区域材料承受的应力大于平均应力的现象。 6、银纹：在拉伸力作用下，聚合物某些薄弱部位的应力集中而产生的空化条纹 7、剪切带：材料内部具有高度剪切应变的薄层，是在应力作用下材料局部发生应变软化产生的 8、强迫高弹性：在相当大的外力作用下，玻璃态，结晶态聚合物发生的大的弹性形变称为强迫高弹形变，能发生强迫高弹性便的性质称为强迫高弹性 9、高弹性：呈现高弹态的聚合物在不太大的外力作用下能发生大的可逆形变的性质10、熵弹性：当弹性体受到外力作用时，若无内能变化，则抵抗变形的收缩力完全是由熵变产生的，这种由于系统熵变引起的称为熵弹性 11、粘弹性：在外力作用下，聚合物表现出理想弹性体和理想黏性体的性质12、蠕变：在一定温度，湿度和不太大的外力作用下，材料的形变随时间延长而逐渐增大的现象 13、应力松弛：在恒定温度下，维持高聚物应变所需应力，聚合物内部的应力随时间延长而衰减的现象 14、滞后现象：在一定温度，湿度下，聚合物受到一交变外力作用时会产生交应变，应力增加，应变增加，但增加的速度比应力慢，比与应力相应的应变平衡值小，应力减小时，应变减小，但减小的速度慢。应变落后于应力的现象 15、力学内耗：在交变外力下，聚合物内部某些运动单元的重排运动克服内摩擦力的一部分以热的形式损耗的现象 16、拉伸流动：速度梯度方向与流动方向一致的流动17、波兹曼叠加原理：每一个负荷对聚合物形变的贡献是独立的，贡献的总效应是等于各个负荷效应的加和，最终的形变是各个负荷所贡献的形变的简单加和；在聚合物上加上某一特定符合所产生的特定曲线，与以前加到该聚合物上的任何负荷所产生的特定曲线无关，后加负荷所产生的曲线可在前面所加负荷产生的曲线上叠加 18、时温等效原理：聚合物的一种力学行为，可以在较高温度较短时间内观察到，也可以在较低温度下较长时间内观察到，升高温度与延长时间对聚合物的分子运动是等效的，对粘弹性也是等效的，这种等效可以借助一个转换因子来实现，即借助转换因子可将一个温度下测得的力学数据转换成另一个温度下的力学数据，这就是时温等效原理二 表征聚合物流体剪切流动时剪切应力与剪切速率关系的幂律方程是什么？如何利用这一方程判断流体的类型？聚合物熔体、浓溶液剪切流动时，于一般条件下属于什么流体？n1时，胀塑性流体假塑性流体三 聚合物熔体粘性流动的特征是什么？粘度大；多数属于假塑性流体；有弹性效应；交联高分子无黏流态四 何谓聚合物熔体流动速率指数？它与熔体的粘度、分子量有什么关系？在一定温度，规定负荷下，熔融的高聚物10min内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的质量黏度越大，分子量越大，流动速率越小五 写出麦克斯韦尔模型、开尔文模型的运动方程。这两种模型可以模拟什么样的聚合物的何种力学松弛行为？ 可以模拟应力松弛可以模拟蠕变六 有一种聚合物，在Tg以上一定温度范围内，其蠕变速度很小，可能是交联，也可能是结晶造成的，用什么方法可以鉴别？至少提出两种力学试验方法，或力学与其它的混合试验方法，并予以简单说明。拉伸应力应变实验，若出现屈服，冷拉则为结晶。若出现韧性断裂则为交联温度-形变曲线。若在相当大的温度范围内形变量小则是交联DMA。七 说明时温等效原理在研究聚合物力学性能中的作用。八 以应力松弛模量为例，如果在较低温度下测求，需要很长时间才能达到应力松弛模量，从研究角度很难实现，但是可以在较高的温度下，用较短的时间测出转换成较低温度模量值所对应的时间，再将这些结果叠加成一条曲线，即可知道在较低温度下很宽时间范围内的模量。有很大的应用意义，利用时间和温度的对应关系，可以对不同温度或频率下得到的聚合物力学性质进行换算。八 PMMA的Tg是105，问155时的应力松弛速度比125时大多少倍？WLF方程九 说明利用动态力学试验方法研究聚合物多重转变的基本原理。固定外力频率，采取一定程度升温或降温，在一些温位出现力学损耗峰值，相应的动态模量发生变化，实际上对应某些运动单元重排运动逐渐启动或抑制，就是相应的一些转变。固定温度，采取一定程序改变交变外力频率，在一些频率出现力学损耗峰值，相应有动态模量的变化，实际上对应某些运动单元重排运动逐渐启动或抑制，就是相应的一些转变。十 利用时温等效原理进行时温转换时，如何得到转换因子？以Tg为参照温度时以Ts=Tg+50为参照温度十一 何谓拉伸弹性模量？物理意义是什么？一种聚合物E=3G的条件是什么（E、G分别为拉伸、剪切弹性模量）？材料在弹性的形变范围内，拉伸应力与拉伸应变之比表示材料抵抗拉伸外力产生拉伸变形的能力各向同性的材料E=2G(1+ )=3B(1-2 )当 =0.5，E=3G十二 在合适条件下拉伸玻璃态、结晶态聚合物，二者的拉伸行为如何？相同点：拉伸过程、形变的宏观现象相同：普弹形变.屈服成颈.应变软化.断裂.形变发展.应变硬化.大形变发展构象发生变化： 卷曲.伸展聚集态结构发生变化： 非取向.取向试样出现各向异性不同点：结晶聚合物冷拉过程中高分子构象变化的同时也发生了相变，即结晶熔融、再结晶。玻璃态聚合物冷拉温度在bTg 之间；结晶态聚合物冷拉温度在TbTm之间，TgTm之间最易冷拉。十三聚合物屈服的形变机理是什么？银纹化和剪切带银纹：在拉伸力作用下，聚合物中某些薄弱部位由于应力集中而产生的空化条纹状形变区，称为银纹(craze)，这种现象称为银纹化。光学特征：在产生银纹的形变区中，银纹稠密，银纹面可强烈反射可见光，聚合物表面出现一片银色的闪光。剪切带：在切应力作用下，由于产生应变软化，在材料内部的局部形成高度剪切形变的薄层。特征：形成剪切带时，材料体积不变，剪切带方向与应力方向成45或135度角十四 如何解释聚合物拉伸应力应变行为的时温等效性？以线性非结晶聚合物的拉伸屈服应力为例，线性非晶聚合物的拉伸应力，实际上是在一定的温度拉伸速度下使高分子链段重排运动能够启动所需的用力，也就是使链段重排运动的松弛时间与拉伸力作用时间能够大致相当所需的应力，如果一定温度，一定拉伸速度下施加一定的应力与t大致相当，链段的重排运动能够启动，试样表现为屈服，这一应力为屈服应力；如果固定拉伸速度，即固定t，升高温度，就可以在较小的应力下使t松弛时间相当，即屈服应力减小；如果固定温度，降低拉伸速度，也就是延长作用时间t，也可以在较小的应力下是t与松弛时间大体相当，也就是说升高温度与降低拉伸速度对于减小聚合物拉伸屈服应力是等效的十五 聚合物拉伸的真应力应变曲线有几种类型？相应的拉伸行为如何？如果自=-1向-曲线引不出切线， ，即曲线任一点处的斜率总是大于=-1与该点连线的斜率，拉伸时均匀伸长，不会产生细颈。如果自=-1向-曲线可引出切线， 但只有一个切点，拉伸时会屈服成颈，但是细颈逐渐变细，直至断裂。如果自=-1向-曲线可引出切线， 而且有两个可满足 的切点，可以屈服成颈，细颈稳定，直至试样全部变成细颈。十六 对某一单轴取向的高分子材料制品，在平行于取向方向进行高速拉伸应力应变试验得到的冲击强度值，与落重冲击试验方法得到的冲击强度值一致吗？为什么？不一致单轴取向，则单分子沿取向方向排列，平行于取向方向，原子以化学键相连，而且强度较大，而垂直于取向方向上，以范德华力相连，强度较小。落重冲击试验，外力作用方向垂直于取向方向，测得的冲击强度低。而高速拉伸平行于取向方向，测得的强度高。十七 聚合物脆性断裂的理论有哪几种？要点是什么？脆性断裂转变为韧性断裂的有效途径有哪些？ 裂缝理论 基本内容：聚合物试样表面的划痕以及内部结构的缺陷是应力集中物，在受到外力作用时，在应力集中物周围一些区域的材料承受的实际应力大于平均应力，即有应力集中效应。当集中的应力达到或超过某一临界值时，在材料（试样）中引发银纹(裂纹)，继续增大应力，使银纹(裂纹)失稳，迅速扩展，最终使试样在较低的平均应力下断裂。Griffith 断裂理论 断裂过程中裂纹扩展产生新表面，需要一定的表面能，表面能是由材料内部的弹性储能供给的；弹性储能在材料中的分布是不均匀的，裂纹尖端处集中了大量的弹性储能，可供给材料裂纹扩展产生新表面的表面能，致使裂纹迅速扩展，最终导致材料断裂。分子理论 材料断裂是一个松弛过程，宏观断裂是微观化学键断裂的热活化过程，即当无规涨落的热运动能量在某些部位的能量超过束缚原子间的势垒时，会使化学键断裂，从而导致材料逐渐破坏。外力作用速度、作用力类型、温度、湿度等十八 在测定聚合物的力学强度时，为什么对试条的尺寸、形状，测试的温度、湿度有统一规定？试样尺寸越大，存在应力集中的机会越多，形状不同，可能产生不同的应力集中效应。温度对力学强度有影响，温度越高，分子运动加剧，密度降低，静力学强度降低，冲击强度降低。湿度如水对尼龙起增塑作用，还有可能起反增塑作用，使；力学强度及冲击强度降低十九 高弹性的特点是什么？实质是什么？如何得到这一认识的？ 高弹性：呈现高弹态的聚合物在不太大的外力作用下，能够发生大的可逆形变的性能。弹性模量比较小；形变时有热效应；弹性模量、回弹力随交联度增大而增大，随T升高而增大；回弹力随拉伸比增大而增大；力学松弛现象较明显；高弹性的特点是熵弹性试样拉伸到不同的，固定l、p，测定不同T下的回弹力直线，这些回弹力直线可外推到T=0K，几乎都通过0K点，说明橡胶高弹形变产生的回弹力主要是橡胶的熵变贡献的。从而得到：理想高弹体的高弹性实质是熵弹性。二十交联橡胶弹性统计理论的根据是什么？写出由它得出的交联橡胶的状态方程，并说明状态方程的意义。 由交联橡胶高弹性的热力学理论知，交联橡胶高弹形变的回弹力是试样的熵变贡献的，试样的熵变等于各个网链熵变的加和，则各个网链形变过程中构象变化产生的回弹力加和等于整个试样的回弹力，这样就可以用统计的方法将试样的回弹力与交联橡胶的结构和应变状态联系起来，从而建立起交联橡胶高弹性的统计理论。揭示出应力应变的关系；可测求交联橡胶试样的E、G：=0.5；可测求出交联橡胶的交联度；可以解释高弹性的一些特征。二十一在一具有适当交联度软橡皮试条下端掛一砝码（不是过重），达到平衡形变后，升高温度，会观察到什么现象？为什么？解：橡胶在张力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即卷曲的大分子链在张力的作用下变得伸展，构象数减少。熵减少是不稳定的状态，当加热时，有利于单键的内旋转，使之因构象数增加而卷曲，所以在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。二十二影响聚合物力学内耗的因素是什么？聚合物结构温度作用力频率二十三“聚物的应力松弛是指维持聚合物一恒定应变所需的应力逐渐衰减到零的现象”，这句话对吗？为什么？错误。交联聚合物维持一恒定应变所需盈利不会衰减到零，只会达到一个平均值，再者，应力松弛是恒定温度下，维持一定应变所需应力逐渐衰减到零的现象。二十四.将某种硫化天然橡胶在300K进行拉伸，当伸长一倍时的拉力为7.25105Nm-2，拉伸过程中试样的泊松比为0.5，根据橡胶弹性理论计算： (1)10-6m3体积中的网链数N;(2)初始弹性模量E0和剪切模量G0 ;(3)拉伸时每10-6m3体积的试样放出的热量?第五章 聚合物溶液的性质一解释名词、概念1.溶度参数 ：内聚能密度的平方根2.Huggins参数 ：，它反映了高分子与溶剂混合时相互作用能变化的大小。3.临界Huggins参数 ： ，是相分离的临界条件4.平衡溶胀度： 5.第二维利系数 ： ，表征了聚合物溶液中高分子链段间和高分子链段与溶剂分子间相互作用的情况,也表征了高分子在溶液中的构象状态。6.溶剂、温度 ：高分子呈最自然的构象状态,只取决于高分子本身的结构，不受环境因素的干扰，被称为“无干扰”，溶液称为溶液，相应的溶剂为溶剂，温度称为温度。7.沉淀点:加沉淀剂使相分离，开始相分离的点 8.过量的溶剂混合化学势： 中的后半部分可用来表示溶剂混合化学势9.相对粘度： 10.增比粘度 11. 比浓粘度 ： 12.特性粘度： 13.支化因子 14.Mark-Houwink方程 1 15.冻胶 ：聚合物溶液浓度超过某一临界值是，自由溶剂全被高分子线团吸收而成内含溶剂，高分子线团之间或线团内部形成范德华力交联，溶液失去流动性16.凝胶：高分子间以共价键交联的聚合物溶胀体 17.亚浓溶液：当高分子溶液浓度达到一定程度后，高分子线团间相互穿插，交叠，整个溶液中链段分布区域均匀二什么是溶胀？什么是溶解？试从分子运动的观点说明线型聚合物和交联聚合物溶胀的最终状态的区别。溶胀：聚合物溶于小分子溶剂分两个阶段：溶剂分子进入聚合物与高分子链段结合溶解：高分子链中所有链段摆脱其它高分子的相互用，高分子向溶剂中扩散运动。交联聚合物分子链间以化学键交联，只能溶胀，不能溶解。三Huggins参数的物理意义是什么？其值与哪些因素有关？ 它反映了高分子与溶剂混合时相互作用能变化的大小。溶剂分子与高分子链段间相互作用越强，1 越小，还可能是负值。聚合物的性质、溶剂的性质、温度、溶液的浓度都能影响Huggins参数。四如何选择PVC的良溶剂？溶度参数相近原则溶剂采用亲核溶剂Huggins参数0，11/2，良溶剂 高分子链段与溶剂分子间的相互作用大高分子在溶液中呈比较伸展的构象状态A21/2高分子链段间相互吸引作用强高分子呈紧缩线团的构象状态，从溶液中沉析出A2=0，1=1/2高分子链段与溶剂分子间的相互作用与高分子链段间相互吸引作用相等高分子呈最自然的构象状态(无扰态）十 详细说明聚合物溶液h的测求。h的大小与哪些因素有关？非聚电解质溶液的测求 从的定义可知,应测几种不同浓度稀溶液的sp,然后作粘度c关系曲线,外推到c0,求.当k=1/3时,对一般聚合物溶剂体系均呈直线关系,外推有共同截距:当k1/3或k1/3时,在实验浓度范围内, 线性关系不好,用 作图得直线外推求.聚电解质非极性溶剂溶液c与一般聚合物溶液的相同.聚电解质水体系低浓度范围,随c, .因电离度增大,高分子逐渐呈伸展的构象状态,Vh大;高浓度范围, 关系逐渐与一般聚合物溶液相同.聚电解质水外加盐体系随外加盐c , . 当外加盐浓度达到一定程度后, 关系与一般聚合物溶液相同. 十一通过测求h可以得到哪些重要的物理量？若聚合物的分子量已知,通过测求,可以得到若已知聚合物溶剂体系在一定温度下的K、 值,通过测求可以求出聚合物的分子量.十二 已知PS环己烷体系的温度为34，PS-甲苯体系的温度低于34，假如于40测定同一种PS试样溶于此两种溶剂的溶液的渗透压和粘度，问：两种溶液的、Huggins参数、A2、h、a值的大小顺序如何？两种体系两种方法测得的试样的平均分子量之间有什么关系？相等，大于，小于，小于，小于，小于，小于。对于均一分子量体系，二者测得数据相等，非均一分子量体系，粘度法测得的PS分子量大十三 有哪些物理量可以表征高分子在稀溶液中的形态？平均密度，第二维利系数，Huggins参数，一维扩张因子，特性粘度，排斥体积，均方末端距，均方回转半径，Mark-Howink方程指数十四 若用不良溶剂，聚合物溶液的h随温度升高而 ，是什么原因？若用良溶剂，聚合物溶液的h随温度升高而 。在温度以上不太高的温度范围内，聚合物溶液的h随温度升高而 ，为什么？先增大而后减小；不变后减小；先增大而后减小；十五通过研究聚合物稀溶液中高分子散射光强度，可以得到哪些重要物理量？用什么公式计算的？高分子散射光强度包含在这些公式的哪一个物理量中？第二维利系数，Huggins参数，重均分子量包含在,R瑞利比中.十六聚合物增塑的类型有哪些？举例说明聚合物加增塑剂后物理机械性能的变化。内增塑和外增塑十七 有哪些实验方法可以测求出聚合物溶液的温度？两种方法：渗透压法；利用Tc与r的关系第六章 聚合物分子量及分子量分布一解释名词、概念1.聚合物分子量分布 ：聚合物中各种分子量的高分子的相对含量 2.分子量分布宽度指数 ：各个分子量与平均分子量之差的平方的平均值。 3.分子量多分散系数 4.GPC色谱柱的分辨率 ：色谱柱对不同分子量试样能否完全分离的能力5.GPC色谱柱的加宽效应：对于分子量均一的聚合物试样，经GPC仪淋洗得到的不是窄的矩形GPC谱图，而是一定宽度的峰形GPC谱图，这种现象称为色谱柱的加宽效应. 6.普适校正曲线：用lgM对Ve作成的校正曲线普适校正曲线.二测定聚合物平均分子量的方法有哪些？得到的是何种统计平均分子量？数均分子量：末端基分析；沸点升高法；冰点降低法；气相渗透法(VPO）膜渗透法；凝胶渗透色谱法(GPC法）重均分子量：光散射法；超速离心沉降平衡法；G P C 法Z均分子量：超速离心沉降平衡法；GPC 法粘均分子量：粘度法；GPC法三可以用哪些实验方法测求出聚合物稀溶液的A2、c1？光散射法，渗透压法，溶胀平衡法，沸点升高冰点降低法，气相渗透法四在25的溶剂中，测得的浓度为7.3610-3g/ml的聚氯乙稀溶液的渗透压为0.248g/(cm)2，求此试样的分子量及溶液的第二维利系数，得到的是何种平均分子量？ 数均分子量五用光散射法测求聚合物的分子量时，如何测求出 重均分子量?如何进行数据处理可得到、 c1、A2？对于分子量不太大的,如105的六测定聚合物分子量分布的方法有哪几类？如何表征聚合物分子量分布？（1）利用聚合物的溶解度对分子量的依赖性：沉淀分级、柱上溶解分级、陡度淋洗分级等(2) 利用高分子在溶液中的运动性质与分子量的关系：扩散速度法、沉降速度法、沉降平衡法等(3) 利用高分子在溶液中体积大小不同：GPC法、电子显微镜直接观察法数据列表；分布宽度指数；多分散系数；分子量分布曲线法；分子量分布函数适应法七一种聚合物的几种平均分子量间的关系如何？分子量均一的相等;不均一的Z均分子量重均分子量粘均分子量数均分子量八简述GPC法测定聚合物分子量分布的方法原理、分离机理。方法原理：将待研究的聚合物配成稀溶液,引入到装有多孔性填料的色谱柱中,用溶解聚合物的溶剂淋洗,按照高分子在溶液中尺寸大小不同,由大到小依次被淋洗出来,通过对淋洗液浓度、体积检测和数据处理,可以得到分子量的分布和各种平均分子量。分离机理：色谱柱中的多孔性填料的孔洞大小有一个分布;高分子可能通过色谱柱中的总体积为Vt=V0+Vi ,V0为凝胶粒间体积,Vi为凝胶中孔洞的体积;对于尺寸大于某一数值的高分子,可通过的体积只有V0 ,最先淋洗出来,而对于尺寸小于某一定值的高分子,可通过的体积为V0+Vi,最后被淋洗出来,均不能被分离；尺寸居于中间的,依高分子尺寸不同,可通过色谱柱中体积大小不同,用Ve=V0+KiVi 表示,尺寸越大,Ve越小,先被淋洗出来,尺寸越小,Ve越大,后被淋洗出来,高分子按照尺寸由大到小依次被淋洗出来达到分级目的。九得到GPC谱图后，如何进行数据处理？可以得到哪些结果？可以得到分子量的分布和各种平均分子量十 GPC的普适校正曲线是 对 的关系曲线，为什么可称为普适校正曲线？lgMVe不同的聚合物在相同的条件下,只要高分子在稀溶液中的流体力学体积Vh相同,就会有相同的Ve,反过来由相同的Ve就有相同的Vh 。第七章 聚合物的电学性能一解释名词、概念 1.聚合物的极化 聚合物电介质在电场作用下，分子内束缚电荷产生的弹性位移或/和偶极子沿电场方向的从优取向或/和载流子在多相界面处的集聚，使电介质两端面呈现异号电荷，出现宏观偶极的现象。 2.聚合物的介电损耗：电介质在交变电场作用下，载流子的运动，高分子的极化，克服内摩擦，将电场功的一部分以热的形式损耗的现象。3.驻极体：具有长寿命极化的材料。或平均偶极矩不为零，对外显示静电场的电介质材料。 4.热释电流法 5.耐电压强度 6.静电现象：两种电性不同的物体接触或摩擦时,电子从逸出功小的一方转移到逸出功大的一方,使一个物体上带正电,另一物体上带负电的现象.。二如何利用聚合物的介电性研究高聚物的转变？将待研究的聚合物制成驻极体，然后采用一定程序升温，在一些温位，由于某种运动单元重排运动逐渐启动，引起退极化，产生退极化电流峰值，这相应着聚合物的某种转变。三聚氯乙稀、聚乙烯薄膜常用的热合方法是否相同？为什么？四防止聚合物静电的方法有哪些？减少接触面积、压力、相对摩擦的速度；选择两种材料复合,使摩擦过程中能产生相反符号的静电而自动消除等