广东石油化工学院高物试题2卷答案.pdf

第 1 页 （ 共 9 页 ） 高 分 子 物 理 期 末 考 试 试 题 2 卷 参 考 答 案一 、 名 词 解 释 （ 每 题 2分 ， 共 10分 ） ：1、 等 效 自 由 连 接 链 ： 将 含 有 n 个 键 长 为 l、 键 角 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 。2、 时 温 等 效 原 理 ： 升 高 温 度 与 延 长 时 间 对 分 子 运 动 是 等 效 的 ，对 聚 合 物 的 粘 弹 行 为 也 是 等 效 的 。3、 构 型 ： 是 指 分 子 中 由 化 学 键 所 固 定 的 原 子 在 空 间 的 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 。4、 泊 松 比 ： 材 料 拉 伸 时 横 向 应 变 与 纵 向 应 变 比 值 之 负 数 ， 是 一个 反 映 材 料 性 质 的 重 要 参 数 。5、 熔 融 指 数 ： 在 标 准 熔 融 指 数 仪 中 ， 先 将 聚 合 物 加 热 到 一 定 温度 ， 使 其 完 全 熔 融 ， 然 后 在 一 定 负 荷 下 将 它 在 固 定 直 径 、 固 定 长 度的 毛 细 管 中 挤 出 ， 十 分 钟 内 挤 出 的 聚 合 物 的 质 量 克 数 。二 、 简 答 题 （ 可 任 选 答 8题 ， 每 题 5分 ， 共 40分 ） ：1、 聚 丙 烯 腈 只 能 用 溶 液 纺 丝 ， 不 能 用 熔 融 纺 丝 ， 而 涤 纶 树 脂 可 用 熔 融 纺 丝 。 为 什 么 ？答 ： 聚 丙 烯 腈 带 有 强 极 性 的 腈 基 ， 分 子 间 作 用 力 极 大 ， 熔 点 极高 ， 以 至 于 高 于 分 解 温 度 ， 所 以 不 能 采 用 熔 融 纺 丝 ， 而 只 能 进 行 溶 第 2 页 （ 共 9 页 ） 液 纺 丝 ； （ 2.5 分 ）涤 纶 树 脂 结 构 中 不 含 强 极 性 取 代 基 ， 分 子 间 作 用 力 小 ， 熔 点 较低 ， 所 以 可 用 熔 融 法 纺 丝 。 （ 2.5 分 ）2、 试 述 高 聚 物 平 衡 高 弹 性 的 特 点 、 热 力 学 本 质 和 分 子 运 动 机 理 。答 ： 高 聚 物 平 衡 高 弹 性 的 特 点 ： 1) 弹 性 应 变 大 ； 2) 弹 性 模 量 低 ；3) T升 高 ， 高 弹 平 衡 模 量 增 加 ； 4) 快 速 拉 伸 ， 温 度 升 高 。 （ 2分 ）热 力 学 本 质 ： 熵 弹 性 ； （ 1分 ）分 子 运 动 机 理 ： 链 段 运 动 从 卷 曲 构 象 转 变 为 伸 展 的 构 象 。 （ 2分 ）3、 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 。答 ： 溶 剂 分 子 渗 入 高 聚 物 内 部 ， 使 高 聚 物 体 积 膨 胀 称 为 溶 胀 。 （ 1 分 ） 溶 解 是 高 聚 物 分 子 扩 散 到 溶 剂 中 与 溶 剂 分 子 相 互 混 合 的 过 程 。（ 1分 ）线 型 高 聚 物 分 子 溶 胀 后 由 于 能 分 散 于 溶 剂 中 而 溶 解 ， 而 交 联 高 分子 因 其 化 学 键 束 缚 ， 不 能 进 一 步 使 交 联 的 分 子 拆 散 ， 只 能 溶 胀 ， 不能 溶 解 。 （ 3分 ）4、 .根 据 对 材 料 的 使 用 要 求 ， 有 哪 些 途 径 可 改 变 聚 合 物 的 T g？答 ： (1)改 变 主 链 或 取 代 基 的 组 成 。 主 链 中 引 入 芳 杂 环 或 极 性 侧基 均 可 提 高 Tg； （ 1分 ）（ 2） 加 入 增 塑 剂 ； （ 1分 ）（ 3） 控 制 分 子 量 ； （ 1分 ） 第 3 页 （ 共 9 页 ） （ 4） 适 度 交 联 ； （ 1分 ）（ 5） 共 聚 -内 增 塑 作 用 (或 共 混 等 ) 。 （ 1分 ）5、 解 释 下 列 实 验 事 实 ： （ 1） 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 （ PET） 熔 体迅 速 冷 却 ， 得 到 透 明 材 料 ； （ 2） 结 晶 聚 合 物 在 熔 融 过 程 中 出 现 熔 限 。答 ：（ 1） 熔 体 迅 速 冷 却 ， 来 不 及 结 晶 ， 获 得 无 定 形 材 料 ； （ 3 分 ）（ 2） 晶 格 完 善 程 度 不 同 。 （ 2 分 ） 、 比 较 分 子 链 的 柔 顺 性 ， 并 说 明 原 因 ： (A)聚 氯 乙 烯 (B)聚 乙烯 (C)聚 丙 烯 。答 ： 分 子 链 的 柔 顺 性 ： B C A （ 2 分 ） 原 因 ： A 的 侧 链 中 含 有 极 性 很 强 的 氯 原 子 ， 故 柔 性 最 差 ； （ 1分 ） B 的 主 链 结 构 对 称 ， 没 有 体 积 大 的 取 代 基 ， 在 碳 链 高 聚 物 中 柔 性很 好 ； （ 1 分 ）C 的 侧 链 中 含 有 极 性 很 弱 的 甲 基 取 代 基 ， 同 A比 较 ， 柔 性 比 A 好 。（ 1 分 ）7、 试 述 高 聚 物 耐 热 性 的 指 标 ， 及 提 高 耐 热 性 的 途 径 。解 ： 高 聚 物 的 耐 热 性 对 塑 料 来 说 ， 一 般 指 它 的 T g（ 非 晶 态 ） 和Tm（ 晶 态 ） ； 对 橡 胶 来 说 ， 一 般 是 指 它 的 Tf。 对 加 工 来 说 ， 一 般 是 指Tox（ 氧 化 分 解 温 度 ） 或 Td（ 分 解 温 度 ） 。 （ 2 分 ） 提 高 耐 热 性 的 主要 途 径 如 下 ： 第 4 页 （ 共 9 页 ） （ 1） 增 加 聚 合 物 分 子 间 的 作 用 力 ， 如 交 联 、 形 成 氢 健 或 引 入 极性 基 团 等 。 （ 1 分 ）（ 2） 增 加 大 分 子 链 的 僵 硬 性 ， 如 在 主 链 中 引 入 环 状 结 构 ， 如 苯等 大 的 侧 基 或 共 轭 双 键 等 。 （ 1 分 ）（ 3） 提 高 聚 合 物 的 结 晶 度 或 加 入 填 充 剂 、 增 强 剂 等 。 （ 1 分 ）8、 说 明 聚 合 物 的 蠕 变 和 内 耗 现 象 。 并 简 要 说 明 为 什 么 聚 合 物 具有 这 些 现 象 ？答 ： 蠕 变 是 指 在 一 定 的 温 度 和 较 小 的 恒 定 应 力 作 用 下 ， 材 料 的应 变 随 时 间 的 增 加 而 增 大 的 现 象 ； （ 1.5 分 ） 由 于 发 生 滞 后 现 象 ， 在 每 一 循 环 变 化 中 ， 作 为 热 损 耗 掉 的 能 量 称 为 力 学 损 耗 。 （ 1.5 分 ）由 于 高 分 子 链 可 以 通 过 链 段 运 动 使 分 子 链 进 行 重 排 或 质 心 滑移 ， 从 而 使 应 力 松 弛 ， 因 此 聚 合 物 可 以 出 现 蠕 变 现 象 ； 在 交 变 应 力作 用 下 ， 因 为 链 段 的 运 动 受 阻 于 内 摩 擦 力 ， 因 此 会 出 现 滞 后 和 内 耗现 象 。 （ 2 分 ）9、 为 改 善 聚 丙 烯 的 冲 击 性 能 ， 作 为 材 料 工 程 师 的 你 需 要 选 择 一种 合 适 的 橡 胶 来 进 行 增 韧 ， 目 前 可 供 使 用 的 有 三 元 乙 丙 橡 胶 与 氯 丁橡 胶 ， 请 做 出 你 的 选 择 ， 简 要 说 明 原 因 ， 并 简 述 其 增 韧 机 理 。答 ： 应 选 三 元 乙 丙 橡 胶 ， 与 PP 极 性 相 近 ， 具 有 较 好 的 相 容 性 。 银 纹 -剪 切 带 增 韧 机 理 。 （ 选 择 正 确 1 分 ， 原 因 阐 述 正 确 2 分 ， 增 韧机 理 论 述 正 确 2 分 。 ） 第 5 页 （ 共 9 页 ） 三 、 选 择 题 （ 在 下 列 各 小 题 的 备 选 答 案 中 ， 请 把 你 认 为 正 确 答 案 的题 号 填 入 题 干 的 括 号 内 。 少 选 、 多 选 不 给 分 。 每 题 1.5分 ， 共 15分 ）1、 大 多 数 聚 合 物 流 体 属 （ C ）A、 膨 胀 型 流 体 ( nK 切 ， n1) B、 牛 顿 流 体 ( nK 切 ， n=1)C、 假 塑 性 流 体 ( nK 切 ， n1) D、 宾 哈 流 体 ( Ky 切 )2、 （ C ） 是 指 熔 融 成 型 或 浓 溶 液 成 型 中 ， 高 聚 物 的 分 子 链 段 或 其他 添 加 剂 沿 剪 切 流 动 的 运 动 方 向 排 列 。A、 拉 伸 取 向 B、 双 轴 取 向 C、 流 动 取 向 D、 单 轴 取 向3、 下 列 哪 种 结 晶 形 态 具 有 黑 十 字 消 光 图 像 的 （ B ） 。A、 纤 维 状 晶 B、 球 晶 C、 单 晶 D、 树 枝 晶4、 下 列 方 法 中 ， 可 以 明 显 降 低 聚 合 物 熔 点 的 是 （ D ） A、 主 链 上 引 入 芳 杂 环 B、 降 低 结 晶 度C、 提 高 分 子 量 D、 加 入 增 塑 剂5、 当 高 分 子 溶 液 从 凝 胶 渗 透 色 谱 柱 中 被 淋 洗 出 来 时 ， 溶 液 中 的 分 子分 离 按 ( B )A、 分 子 量 B、 分 子 流 体 力 学 体 积C、 分 子 链 柔 性 D、 分 子 间 相 互 作 用 力 的 大 小6、 将 有 机 玻 璃 板 材 用 高 弹 真 空 成 型 法 成 型 为 飞 机 座 舱 盖 时 ， 成 型 温度 为 ( B )A、 T b-Tg之 间 B、 Tg-Tf之 间 C、 Tf-Td之 间(Tb、 Tg、 Tf、 Td 分 别 为 脆 化 温 度 、 玻 璃 化 转 变 温 度 、 流 动 温 度 和分 解 温 度 )7、 测 量 重 均 分 子 量 可 以 选 择 以 下 哪 种 方 法 ： DA、 粘 度 法 B、 端 基 滴 定 法C、 渗 透 压 法 D、 光 散 射 法8、 T g是 链 段 开 始 “ 解 冻 “ 的 温 度 ， 因 此 凡 是 使 链 段 的 柔 性 _A_，使 分 子 间 作 用 力 A 的 结 构 因 素 均 使 Tg下 降 。 第 6 页 （ 共 9 页 ） A、 增 加 降 低 B、 增 加 上 升C、 减 少 上 升 D、 减 少 降 低9、 下 述 四 种 模 型 中 哪 一 个 可 以 用 来 描 述 线 性 高 聚 物 的 应 力 松 弛 过程 ？ （ A ）A、 Maxwell模 型 B、 Kelvin模 型C、 Voigt模 型 D、 四 元 件 模 型10、 聚 电 解 质 在 离 子 化 溶 剂 中 ,其 溶 液 性 质 与 普 通 高 分 子 不 同 ： 稀溶 液 浓 度 降 低 ， B ， 线 团 扩 张 度 增 大 ， 故 A 。 加入 强 电 解 质 时 ， C 、 D 。A、 增 大 B、 电 离 度 增 大C、 减 少 D、 分 子 链 卷 曲 四 、 填 空 题 （ 每 空 1 分 ， 共 15分 ）1、 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 。2、 自 由 体 积 理 论 认 为 ， 高 聚 物 在 玻 璃 化 温 度 以 下 时 ， 体 积 随 温 度 升高 而 发 生 的 膨 胀 是 由 于 固 有 体 积 的 膨 胀 。3、 橡 胶 弹 性 是 熵 弹 性 ， 弹 性 模 量 随 温 度 的 升 高 而 增 加 ，在 拉 伸 时 放 热 。4、 聚 合 物 样 品 在 拉 伸 过 程 中 出 现 细 颈 是 屈 服 的 标 志 ， 冷 拉 过程 （ 颈 缩 阶 段 ） 在 微 观 上 是 分 子 中 链 段 或 晶 片 的 取 向 过 程 。 5、 高 分 子 液 晶 根 据 制 备 方 法 的 不 同 ， 可 分 为 溶 致 液 晶 与 热致 液 晶 。 第 7 页 （ 共 9 页 ） 6、 高 分 子 的 结 晶 形 态 有 折 叠 链 片 晶 、 串 晶 、 伸 直 链 片 晶和 纤 维 状 晶 。五 、 计 算 题 （ 任 选 二 题 ， 每 题 10分 ， 共 20分 ）1、 由 文 献 查 得 涤 纶 树 脂 的 密 度 c=1.50 103kg/m3和 a=1.335 103kg/m3,内 聚 能 E=66.67kJ/mol(单 元 )。 今 有 一 块 1.42 2.96 0.51 10-6m3的 涤 纶 试 样 ,质 量 为 2.92 10-3 kg,试 由 以 上 数 据 计算 :(1)涤 纶 树 脂 试 样 的 密 度 和 结 晶 度 ;(2)它 的 内 聚 能 密 度 (涤 纶 树脂 试 样 的 M0=192g/mol)。解 :(1)密 度 =W/V=2.92 10 -3/(1.42 2.96 0.51 10-6)=1.362103kg/m3 （ 2 分 ）结 晶 度 fcV=( - a)/( c- a)=(1.362-1.335)/(1.50-1.335)=21.8% （ 4 分 ）或 f cW= c/ ( - a)/( c- a)=23.3%(2)内 聚 能 密 度 CED= E/VM0=66.67 103/(1/1.362 103) 192=473J/cm3 （ 4 分 ）2、 已 知 PE 和 PMMA 的 流 动 活 化 能 E 分 别 为 41.8kJ/mol 和192.3kJ/mol， PE 在 473K 时 的 粘 度 473=91Pa s； PMMA 在 513K 时的 粘 度 513=200Pa s。 试 求 ：（ 1） PE在 483K 和 463K时 的 粘 度 ， PMMA 第 8 页 （ 共 9 页 ） 在 523K 和 503K 时 的 粘 度 ； （ 2） 说 明 链 结 构 对 聚 合 物 粘 度 的 影 响 ；（ 3） 说 明 温 度 对 不 同 结 构 聚 合 物 粘 度 的 影 响 。 （ 文 献 查 得 Tg（ PE）=193K， Tg（ PMMA） =378K）解 ：（ 1） 现 求 的 粘 度 均 在 Tg+100K以 上 ， 故 用 Arrhenius公 式 （ 6分 ） )(490)51315031(31.8 103.192200lg303.2 )(84)51315231(31.8 103.192200lg303.2 )(114)47314631(31.8 108.4191lg303.2 )(71)47314831(31.8 108.4191lg303.2 )11(lg303.2 5033503 5233523 4633463 4833483 2121/ sPa sPaPMMA sPa sPaPE TTRETTAe RTE 所 以 所 以所 以所 以或（ 2） 刚 性 链 （ PMMA） 比 柔 性 链 （ PE） 的 粘 度 大 。 （ 2 分 ）（ 3） 刚 性 链 的 粘 度 比 柔 性 链 的 粘 度 受 温 度 的 影 响 大 。 （ 2 分 ）3、 用 平 衡 溶 胀 法 可 测 定 丁 苯 橡 胶 的 交 联 度 。 试 由 下 列 数 据 计 算该 试 样 中 有 效 链 的 平 均 分 子 量 Mc。 所 用 溶 剂 为 苯 ， 温 度 为 25 ， 干胶 重 0.1273 克 ， 溶 胀 体 重 2.116克 ， 干 胶 密 度 为 0.941 克 /毫 升 ，苯 的 密 度 为 0.8685克 /毫 升 ， 1=0.398。解 ： 平 衡 溶 胀 比 Q=(v1+ v2)/v2=(w1/ 1) +(w2/ 2)/(w2/ 2)=(2.1160.1273)/0.8685+0.1273/0.941/(0.1273/0.941) 第 9 页 （ 共 9 页 ） =17.93 （ 4分 ）下 式 中 的 v1为 溶 剂 的 摩 尔 体 积 ， v1= M1/ 1(苯 ) （ 1分 ）由 Mc/（ 2 v1） （ 0.5- 1） =Q5/3 得 （ 2 分 ）Mc = 2 v1 Q5/3/（ 0.5- 1） = 2 （ M1/ 1） Q5/3/（ 0.5- 1）=0.941 （ 78/0.8685） 17.92645/3/（ 0.5-0.398）=101700 （ 3分 ）