高分子物理习题

1、高分子物理习题华南理工大学材料学院高分子物理教学小组编二零一三年九月，广州第一章 高分子链的结构一、名词解释1. 构型2 全同立构3分子链的柔性4链段5等规高聚物、等规度6近程结构、远程结构二、选择题11，4-丁二烯聚合形成顺式和反式两种构型的顺丁橡胶，它们被称为（ ）。 A. 旋光异构体；B.几何异构体； C.间同异构体。2高分子链中，近邻原子上连接的各个基团，因单键的内旋转而造成的空间排列称为 （ ）。 A.立体异构； B.构型； C.构象3高分子的远程结构研究大分子的 （ ）A. 构象； B. 结构单元的空间构型； C. 分子间的相互作用4. 用自由基聚合合成聚氯乙烯时，如果升高反应温度

2、，则单体单元之间：A. 头尾键接增多； B. 头头键接增多； C. 键接顺序无影响5. 下列高分子链的柔性最大的是： A. 聚乙烯； B. 聚丙烯腈； C. 聚氯乙烯； D. 聚丙烯三、填空题1 丙烯的聚合依聚合条件的不同，可以得到 、 、和 三种不同立体构型的共聚物。2大分子链的单键如果没有位阻时，可以 内旋转 ，呈现出无数 构象 ，使高分子具有 柔顺性 。3高分子的一次结构为 近程结构 ，一次结构的研究范围包括 构造 和 构型 两个方面。4高分子的二次结构又称 远程 构型 ，是指 链的柔顺性和构象 ，也称 。四、问答与计算题1写出由丁二烯聚合成聚丁二烯时，结构单元在分子链中可能的键接方式及

3、分子链的立体构型。什么叫高聚物的柔顺性？试述影响高聚物柔顺性的主要因素。2（1）写出下列各组聚合物（我国的商品名）的一个重复结构单元的化学结构式和形成该聚合物的单体的化学结构式：（）环氧树脂，脲醛树脂，酚醛树脂，密胺树脂；（）涤纶，锦纶，腈纶，维尼纶；（) 天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶，氯丁橡胶，丁腈橡胶，甲基乙烯基硅橡胶。 （2）试从分子结构判断下列各组高分子链的柔性大小并说明原因：（）(-CH2-CH2-)n , (-CH2-CH-)n , (-CH2-CH-)n ; Cl CN（）(-CH2-CH-)n , (-CH2-C=CH-CH2-) n , (-CH2-C=CH-CH2-) n

4、, (-CH2-CH=CH-CH2-) n ; Cl Cl CH3（) (-C6H4-), -(CH2)4O-,-C6H4O- 。3 什么叫做高分子的构象？假若聚丙烯的等规度不高，能否用改变构象的方法来提高其等规度？说明理由。4 假定聚乙烯的分子量为2.8105，键角为109.5，CC键长为0.154nm，求：（1） 自由连接链的均方末端距hf, j2；（2） 自由旋转链的均方末端距hf, r2；（3） 实际旋转链（受阻链）的均方末端距h2，已知cos= 0.215，指单键内旋转的角度；（4） 无扰链的（在条件下测定的）均方末端距h02；（5） 锯齿链（全反式构象）的均方末端距伸直链hmax2

5、；（6） 完全伸直链（理想情况）的分子长度；（7） 求伸直链的长度与自由旋转链的根均方末端距之比值和聚乙烯的弹性极限（以百分比表示）。（8） 说明高分子链为什么在自然状态下总是卷曲的？并由分子运动观点解释某些高分子材料在外力作用下可以产生很大形变的原因。5已知高分子主链中的键角大于900，试定性地讨论自由旋转链的均方末端距与键角的关系。第二章 高分子的聚集态结构一、名词解释1. 内聚能2. 聚集态结构3高分子液晶4高聚物的熔点5均相成核、非均相成核6结晶度二、选择题1. 高分子的聚集态结构是由许多大分子通过下面的作用形成的： （ ）A. 化学键合力； B. 氢键； C. 分子间相互作用力2.

6、高聚物分子间的作用力大小可用下面方法表示： （ ） A. 晶格能； B. 自由能； C. 内聚能3. 玻璃态高聚物指这样一类聚合物： （ ）A. 在玻璃态下容易冷冻结晶变脆； B. 高于Tm时晶体熔化；C. 在任何情况下都不能结晶4. 结晶聚合物的熔融过程是： （ ） A. 放热过程； B. 力学状态转变过程； C. 热力学相变过程5下列四种聚合物，其中 熔点最高。 A.聚乙烯； B.聚丙烯； C.聚氯乙烯； D.聚丙烯腈三、填空题1聚合物的大分子间以次价力（包括 和 ）聚集在一起，聚集态可以分为 、 、 和 。2高聚物的晶体结晶形态主要有下列四种 、 、 和 。3球晶可以从 中沉析出来，也可

7、以在 得到。球晶的基本特点在于 ，而不在于外形是否是球形。4内聚能密度在290J/cm3以下的聚合物，说明分子间作用力 ，分子链 ，容易 ，具有较好的 ，通常当作 ；内聚能较高的聚合物，分子链的刚性 ，属于典型的 ；当内聚能密度达到400 J/cm3以上时，则具有较高的 ，一般作为 使用。5氢键有两种，一种是在 形成，叫做 氢键；另一种是在 形成，称为 氢键。四、问答与计算题1完全非晶的聚乙烯的密度a= 0.85克/厘米3，如果内聚能为8.55千焦/摩尔重复单元，试计算它的内聚能密度。说明聚乙烯的玻璃化温度在室温以下，为什么在室温时它却是典型的塑料？为什么通常高密度聚乙烯厚制品是乳白色不透明的

8、？试从温度和杂质对结晶速度和晶粒大小的影响，设计获得透明的高密度聚乙烯制品的措施。2. 由X射线衍射法测得等规聚丙烯的晶胞参数为a=6.666 ,b=20.87 ,c=6.488 , 交角=98.12, 为单斜晶系，每个晶胞含有四条H31螺旋链。试根据这些数据计算完全结晶的等规聚丙烯的比容和密度。 今用比重瓶法测得一块实际的全同立构聚丙烯的体积为0.710.740.51（厘米）3，重量为0.2425克，试计算其比容、重量结晶度和体积结晶度。3已知聚丙烯的熔点Tm=176，结构单元融化热Hu=8.36KJ/mol，试计算：（1）平均聚合度分别为DP=6、10、30、1000的情况下，由于端链效应

9、引起的Tm下降各为多少？（2）若用第二组分和它共聚，且第二组分不进入晶格，试估计第二组分占10%摩尔分数时共聚物的熔点为多少？4试根据高分子链结构对聚合物熔点的影响因素比较下列各组结晶聚合物的熔点：（1）NH (CH2)10NHCO (CH2)10CO 、NH (CH2)6NHCO (CH2)6CO 、 NH (CH2)6NHCOC6H4CO 、NH C6H4NHCOC6H4CO ；（2）聚乙烯、聚丙烯、全同立构聚苯乙烯。5聚乙烯有较高的结晶度（一般为70%），是典型的塑料；当它被氯化时，链上的氢原子被氯原子无规取代，发现当少量的氢原子（10-50%）被取代时，其软化点下降，通常作为橡胶使用（

10、氯化聚乙烯橡胶）；而大量的氯原子（大于70%）被取代时5，则软化点又上升。试从分子对称性和链的规整性对结晶度和软化点的影响来说明其原因。第三章 高分子的溶液性质一、名词解释1凝胶、冻胶2溶剂3溶剂化作用4哈金斯（Huggins）参数（c1）5溶胀二、选择题1聚氯乙烯（=19.4）能溶于（ ）。 A.氯仿（=19.2）；B.苯（=18.8）C.环己酮（=20.2）2天然橡胶溶于甲苯制成溶液符合的原则是： （ 、 ） A. 溶度参数相近； B. 极性相近； C. 溶剂化3当高聚物与溶剂的作用参数c1=1/2时，溶液的第二维利系数A2可表示为：（ ）A. =0； B. 04从热力学观点看，在恒温恒压

11、条件下聚合物的溶解过程若要自发进行，必须有（ ）。 A.GM0 ；B. GM0；C. GM=0三、填空题1高聚物溶解过程的特点是先 后 ，对 有很强的选择性。2结晶高聚物的结晶部分的溶解要经过两个过程： 和 。3 在高分子溶液中，当所选择的溶剂和温度满足1E=0的条件时，我们把这种条件称为 或 。此状态下的溶剂称为 ，此状态下的温度称为 。4高分子溶液为非理想溶液，它与理想溶液的行为有较大的偏差，这是因为 、 和 。四、问答与计算题1应用聚合物溶剂选择的三原则，在下列溶剂中选择下列聚合物的适当溶剂， 并说明你的选择是根据哪一原则：溶剂：正庚烷、苯、甲苯（1=18.2）、醋酸乙酯、丙酮、丙二腈、

12、二甲基甲酰胺、乙醚、环己酮、苯酚、二氯甲烷、环己烷（1=16.7）、四氢化萘（1=19.4）、苯酚：四氯乙烷（1：1）混合物（m=21.9）聚合物：（1） 天然橡胶、醇酸树脂、有机玻璃、聚丙烯腈；（2） 硝化纤维、聚氯乙烯、尼龙-6、聚碳酸酯；（3） 顺丁橡胶（p=16.3）、聚丙烯（p=16.3）、聚苯乙烯（p=17.5）、涤纶树脂（p=21.8）。2什么是溶解？什么是溶胀？试从分子运动的观点说明线型高分子和交联高分子溶胀的最终状态的区别。溶胶、冻胶、凝胶在结构和性能上有何差别？请各举一例说明。3Huggins参数c1的物理意义是什么？在一定温度下c1值与溶剂性质（良溶剂、不良溶剂、非溶剂）

13、的关系如何？在一定溶剂中c1值与混合热几温度关系如何？4为什么在聚氯乙烯的加工成型过程中需要加入大量的增塑剂？非极性增塑剂对非极性聚合物的增塑作用与极性增塑剂对极性聚合物的增塑作用有何不同？5 在25时溶剂中，测得粘度为7.3610-3g/ml的聚氯乙烯溶液渗透压为0.248g/cm2,试计算此试样的分子量和第二维利系数A2。6要配制100ml溶度参数是17.5(J/cm3)1/2的混合溶剂，试问需要环己烷16.8(J/cm3)1/2和甲苯18.2(J/cm3)1/2各多少毫升？第四章 高聚物的分子量及分布一、名词解释1. 相对粘度、特性粘度2. 多分散性3. 分子量分布宽度4. 雷利比5.

14、流体力学体积二、选择题1. 渗透色谱（GPC）是按高分子的 对聚合物进行分级的。A.溶解度 B.流体力学体积C.溶解度参数 D.极性2. 测量数均分子量，不可以选择以下哪种方法： 。A气相渗透法 B光散射法C渗透压法 D端基滴定法3. 根据统计方法的不同有多种平均分子量，其中最小的为 。A.数均分子量 B.重均分子量 C.Z均分子量 D.粘均分子量4.在得分子量同时，可得到第二维利系数方法有 （多选题）A.粘度法 B.端基分析法 C.膜渗透压法D.GPC E.光散射法 F.蒸汽压渗透法5.影响聚合物特性粘数的因素有: (多选题)A. 溶剂性质 B. 温度 C. 聚合物分子量 D. 溶液浓度三、

15、填空题1. 凝胶色谱法（GPC）测定可得到 ， ， ， ， 从色谱柱中最先分离出来的是 。2. 通常=KM中的值在0.5-1之间，故同一样品的M，Mn，Mw值的大小顺序是 。3某聚合物试样中含两个级分，分子量分别为104和105，质量分数分别为0.3和0.7，则高聚物的Mn= ；Mw= ；d= 。4. 聚合物的特性粘数= 。5. 测定高聚物的分子量的方法有 ， 与 与之相对应的，所得到的分子量分别为 均分子量， 均分子量， 均分子量。四、问答与计算题1将分子量分别为105和104的同种聚合物的两个级分混合时，试求：（1）10g分子量为104的级分与1g分子量为105的级分相混合时，计算Mn、M

16、w、Mz；（2）10g分子量为104的级分与1g分子量为105的级分相混合时，计算Mn、Mw、Mz；(3) 比较上述两种计算结果，可得出什么结论？2 什么是高聚物的多分散性？今有下列四种聚合物试样：（1） 分子量为2103的环氧树脂；（2） 分子量为2104的聚丙烯腈；（3） 分子量为2105的聚苯乙烯；（4） 分子量为2106的天然橡胶。欲测知其平均分子量，试分别指出每种试样可采用的最合适的方法（至少两种）和所测得的平均分子量的统计意义。3 将聚苯乙烯溶于甲苯中配成浓度为4.9810-1 kg/m-3的溶液,于298K测得其流出粘度为9.710-4 Pa.s，在相同条件下甲苯的流出粘度为5.

17、610-4 Pa.s，（1） 用一点法计算特性粘数；（2） 若已知= 1.710-4 M0. 69,试计算PS的平均分子量和平均聚合度；（3） 若已知=2.11021mol-1，试计算PS在此条件下的根均方末端距（h2）1/2？4. 分子量分布宽度指数和多分散系数的定义是什么？两者有何关系？并讨论它们与分子量分布宽度的关系。Wi 、Wi 、W(M)及 I(M)的物理意义是什么？写出它们与数均分子量和重均分子量的关系。5. 用分级法将某聚苯乙烯试样分成10个级分，并测定了每个级分的重量和极限粘数，数据列于下表。已知粘度与分子量的关系为= 1.3510-3 M0. 63。请用习惯法作出试样的累积重

18、量分布曲线I(M)M，并用十点法求出其平均分子量（数均和重均）和多分散系数。6今有一组聚砜试样，以二氯乙烷为溶剂，在25测定GPC谱图，起分子量N与淋出体积Ve列于下表：M10- 4385274220106712450255195129075051Ve(序数)18218218520821823525264277292296（1） 由表中书率作logM-Ve标定曲线（要求一定要用坐标纸作图），求出该色谱柱的死体积Vo和分离范围。（2） 求出标定方程lnM=A-BVe中的常数A和B。（3） 求在同样条件下测得的淋出体积为21.2的单分散聚砜试样的分子量。第五章 高聚物的分子运动一、名词解释1玻璃化

19、转变2蠕变3应力松弛4次级转变5高弹态二、选择题1高分子材料在交变应力作用下，形变落后于应力，在每一个拉伸-回缩循环中，要消耗功而发热，称之为（ ） A.内耗； B. 热老化；C.蠕变2橡胶在室温下呈高弹态，但当其受到（ ）时，在室温下也能呈现玻璃态的力学行为。 A.长期力的作用； B.一定速度力的作用； C.瞬间大力的作用3聚合物的自由体积提供了： （ ） A. 分子链的活动空间； B. 链段的活动空间； C. 链节的活动空间4强迫高弹形变对聚合物的要求是具有 。 A.柔性很好的大分子；B.有一定刚性的大分子；C.刚性很高的大分子。5橡胶拉伸的热力学行为表明，真实弹性体的弹性响应同时归因于：

20、（ ） A. 焓的变化； B. 熵的变化； C. 内能的变化三、填空题1. 聚碳酸酯和聚酰胺的玻璃化温度都远高于室温，但由于在低温下还存在 ，所以它们在低温下仍具有较好的冲击性能。2. 聚合物的高弹性特征体现为（1） ；（2） ； （3） ；（4） 。3高分子热运动的特点为 、 和 。4高聚物力学三态有 、 和 。5用四元件粘弹性模型模拟聚合物蠕变过程，其中 模拟普弹形变， 模拟高弹形变， 模拟塑性形变。6高聚物的同一力学松弛行为既可以在 温度和 时间内观察到，也可以在 温度和 时间内观察到。四、问答与计算题1 下图为某聚合物升温时的形变温度曲线，试判断它是属于哪一类（结晶的或非晶的）？并指出

21、和说明以下各点：（1） 由曲线所划分的物理状态（A、B、C、D、E）名称；（2） 横坐标所标示的各个温度的名称和物理意义；（3） 图上箭头（、）所表示的各个转变的名称。图：某聚合物的形变温度曲线2 试分别画出非晶聚合物（考虑分子量大小的不同）、结晶聚合物（考虑结晶度的不同）、交联聚合物（考虑交联度的不同）和增塑聚合物（考虑增塑剂含量的不同）的形变温度曲线并对括号中的影响因素的影响进行讨论。3 对比下列聚合物组的玻璃化温度的高低次序，并说明原因： CH3 CH3 Cl （1）SiO 、CH2C、 CH2C、 CH2O CH3 CH3 Cl（2）聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、双酚A型聚碳酸

22、酯、聚苯醚、聚对苯撑（聚苯）聚丙烯酸丁酯（4） 聚甲基丙烯酸甲酯（无规）、聚苯乙烯（无规）和聚丙烯酸丁酯的玻璃化温度分别为105、105和56，试讨论下列情况的玻璃化温度的不同情形：A. 甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的无规共聚物；B.甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的无规共聚物； C. 甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的嵌段共聚物； D. 60%聚甲基丙烯酸甲酯与40%聚丙烯酸丁酯的共混物。4在-80、测定时间为1小时的情况下，聚异丁烯的应力松弛模量为1109N/m2,试估计在什么温度下，测量时间为10-6小时的情况下，可得到同样大小的应力松弛模量？5用膨胀计法测得分子量从3000到300000之间的八个级分聚

23、苯乙烯试样的玻璃化温度Tg如下：Mn (10 -3)3.05.010152550100300Tg ()4366838993979899使作Tg对Mn图和Tg对1/Mn图（要求一定要用坐标纸作图），并从图上求出方程Tg=Tg ()- (K/Mn)中聚苯乙烯的常数K和分子量无限大时的玻璃化温度Tg ()。第六章 高聚物的力学性质一、名词解释1. 材料的屈服2. 冷拉3银纹4熔融指数5高分子合金6泊松比7动态粘弹性二、选择题1. 高聚物的屈服应力随温度的升高而： （ ） A. 升高； B. 保持不变； C. 降低2橡胶的典型的泊松比值一般为： （ ） A. 0 ； B. 0.25 ； C. 0.53

24、结晶高聚物的冷拉温度范围在 ，拉伸过程有 等变化。 A. Tb-Tg之间； B. Tg-Tm之间； C. 有取向，有屈服点； D.有相变，有屈服点，有细颈产生； E.有取向，但没有屈服点。4非晶态高聚物在（ ）温度下拉伸可以产生强迫高弹形变，又在（ ）温度下恢复原状。 A.室温； B.Tb-Tg； C.Tg-Tm； D.Tm以上 5内耗与温度有关，在玻璃化转变温度以下，内耗（ ） A. 很大； B. 很小，观察不到； C. 出现极大值三、填空题1聚乙烯在拉伸初期，应力随应变线性增加，它代表 形变；到达屈服点后，试样的截面积突然变得不均匀，出现一个或几个“ ”，由此开始进入拉伸的第二阶段。2关系式E*=E+ iE中i的量等于 ，所以E是模量的 部分，即所谓 ，E是模量的 部分。E常称为 ，它反映材料形变时的 。3柔量是用某一时间的 而得到，它是随时间而变化 。柔量越大，表示材料的形变越 。4交联橡胶的状态