高分子物理课后答案

1、第 一 章： 高 分 子 链 的 结 构一、根据化学组成不同，高分子可分为哪几类？（1、分子主链全部由碳原子以共价键相连接的碳链高分子2、分子主链除含碳外，还有氧、氮、硫等两种或两种以上的原子以共价键相连接的杂链高分子3、主链中含有硅、硼、磷、铝、钛、碑、睇等元素的高分子称为元素高分子4、分子主链不含碳，且没有有机取代基）二、什么是构型，不同构型分别影响分子的什么性能？（构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何构型；1、旋光异构影响旋光性 2、几何异构影响弹性3、键接异构对化学性能有很大影响）三、什么是构造，分子构造对高分子的性能有什么影响？（分子构造是指聚合物分子的各种形状，线性聚合物

2、分子间没有化学键结构，可以在适当溶剂 中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型。支化聚合物的化学性质与线形聚合物相似，但其物 理机械性能、加工流动性能等受支化的影响显着。树枝链聚合物的物理化学性能独特，其溶液 黏度随分子量增加出现极大值。）四、二元共聚物可分为哪几种类型？（嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、统计共聚物）五、什么是构象？什么是链段？分子结构对旋转位垒有什么影响？（构象表示原子基团围绕单元链内旋转而产生的空间排布。把若干个链组成的一段链作为一个独立运动的单元，称为链段。位垒：1、取代基的基团越多，位垒越大2、如果分子中存在着双键或三键，则邻近双键或三键的单键的内旋转位垒有较大下降。）

3、六、什么是平衡态柔性？什么是动态柔性？影响高分子链柔性的因素有哪些？（平衡态柔性是指热力学平衡条件下的柔性，取决于反式与旁式构象之间的能量差。动态柔性 是指外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度，转变速度取决于 位能曲线上反式与旁式构象之间转变位垒与外场作用能之间的联系。影响因素：一、分子结构：1、主链结构2、取代基3、支化交联4、分子链的长链 二、外界因素：温度、外力、溶剂）七、自由连接链？自由旋转链？等效自由连接链？等效自由旋转链？蠕虫状链？（自由连接链：即键长 l固定，键角。不固定，内旋转自由的理想化模型。自由旋转链：即键 长l固定（l=）,键角O （=）内旋转自

4、由的长链分子模型。等效自由连接链：实际高分子链不 是自由连接链，而且，内旋转也不是完全自由的，为此，将一个原来含有几个键长为1,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的链组成的 等效自由连接链蠕虫状链：由几个长度为b，键角为 n-a并可进行自由旋转的想象键组成的链状分子，在保持其轮廓长度l及持久长度a不变的条件下，使想象键的数目n -8,键角 乃a -n时所得到的一种极限状况的模型链。）八、为什么等规聚丙烯分子链是螺旋形构象，而聚乙烯分子链是平面锯齿构象？（如果聚丙烯分子链取平面锯齿形构象，从一级近程排斥力来看，它是稳定的。但是应该注意相隔一个碳上还有 2个甲基，甲基的范德

5、华半径为，两个甲基相距 ，比其范德华半径总和小,必然要产生排斥作用，这种排斥力为二级排斥力。显然，这种构象是极不稳定的，必须通过C-C键的旋转，加大甲基间的距离，形成反旁螺旋形形象，才能满足晶体中分子链构想能最低原则。相比之下，对聚乙烯而言，由于氢原子体积小，2个氢原子之间二级近程排斥力小，所以，晶体中分子链取全反式平面锯齿构象时，能量最低。）九、构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳-碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同力构聚丙烯？为什么？（不能，因为构型是稳定的，要改变构型，必须经过化学键的断裂和重组。）十、聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔性好。该聚

6、合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？（结构规整，很容易结晶，在室温下很容易结晶，而高分子一旦结晶，链的柔性变现不出来，聚合物呈现刚性，故常温下为塑料而不是橡胶。）第二章：高分子的凝聚态结构一、什么是内聚能？聚合物存在哪些凝聚结构？（克服分子间作用力，1mol的凝聚体汽化时所需要的能量；晶态、非晶态、液晶态、取向结构、合金结构）二、聚合物晶体存在哪些结晶形态？（单晶、球晶、树枝状晶、纤维状晶和串晶、柱晶、伸直链晶体）三、如何观察聚合物球晶？（偏光显微镜或电子显微镜）四、形成非晶态聚合物可能的情况有哪些？（从分子结构来看包括：1、链结构的规整性很差，以致不能形成可观的结晶2、链结构具有一定的规整性，

7、可以结晶，但由于结晶度十分缓慢来不及结晶3、链结构虽然具有规整性，但由于分子链扭折不易结晶，常温不呈现高弹体结构，低温时才能形成可观的晶体） 五、什么是液晶高分子？分为哪几类?（一些物质的晶体结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上虽然失去了固体物质的刚性变成了具有流动性的液体物质，但结构上仍然保持着一维或二维有序排列，从而在物理性质上呈现出各 向异性形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，这种中介状态称为液晶态，处于这种状态下的高分子称为液晶高分子；1、主链液晶：液晶基元位于主链之内2、侧链液晶：液晶基元是作为支链链段悬挂在主链之上的）六、什么是取向结构？取向度？（取向结构是指在某种外力作用下，

8、分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构； 取向度是聚合物取向程度的一种度量标准，指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶体沿 纤维轴规则排列程度。）七、什么是聚合物合金？制备方法？（体系中存在两种或两种以上不同的聚合物成分的多组分聚合物；1、化学共混：溶液接枝、溶胀聚合、嵌段共聚、相穿共聚等2、机械共混、溶胀浇铸共混、乳液共混）八、什么是内聚能密度？它与分子间作用力关系如何？如何测定内聚能密度？（定义：单位体积凝聚体汽化时所需要的能量；内聚能密度在200J/cm3以下的聚合物，都是非极性聚合物，分子间的作用力主要是色散力，比较弱，分子链属于柔性链，具有高弹性，可用作橡胶。内聚能密度

9、在 400J/cm3以上的聚合物，由于分子链上有强的极性基团或分子间能形成 氢键，相互作用很强，因而有较好的力学强度和耐热性，加上易于结晶和取向，可称为优良的纤维材料。内聚能在300-400J/cm3之间的聚合物，分子间相互作用居中，适合于作塑料。方法：最大溶胀比法、最大特性黏数法。）第三章：高分子溶液一、非晶态聚合物溶解要经历哪些过程？晶态呢（非晶态：1、溶胀：溶剂分子渗入聚合物内部，即溶剂分子和高分子的某些链段混合使高分子体积膨胀。2、溶解：高分子被分散在溶剂中、即整个高分子和溶剂混合；晶态：1、晶体聚合物的熔融，需要加热 2、熔融聚合物的溶解）二、什么是溶度参数？如何得到聚合物的溶度参数

10、？（定义:内聚能密度的平方根为溶度参数8即8=，6 ; 1、实验法：粘度法和交联后的溶胀度法2、计算法：8=肉*1M。三、如何根据聚合物的不同性质选择合适的溶剂？（1、极性相近”原则2、内聚能密度或溶度参数相近”原则3、高分子-溶剂相互作用参数 X1小于1/2”原则，此外在选择聚合物的溶剂时，除了使用单一溶剂外，还经常使用混合溶剂。） 四、什么是电解质?（在分子链上带有可离子化基团的聚合物称为聚电解质） 五、为什么要对聚合物增塑？增塑对聚合物的性能有什么影响？（为了改进某些聚合物的黏性性能或者为了加工成型的需要常常在聚合物中加入高沸点低挥发 性并能与聚合物混溶的小分子液体，这种作用称为增塑；影

11、响：塑料中加入增塑剂后，首先降 低了它的玻璃化温度和脆化温度，这就可以使其在较低的温度下使用。同时，也降低了它的流 动温度，这就有利于其加工成型。此外，被增塑聚合物的柔软性、冲击强度、断裂伸长率等都 有所提高。但是，拉伸强度和介电性能却下降了。）六、高分子溶液热力学性质与理想溶液相比有何差别？（1、高分子溶液的混合嫡比理想溶液的混合嫡大十几倍到数十倍2、有许多高分子-溶剂体系的混合热不等于 03、高分子溶液依数性也与理想溶液依数性有很大差别。高分子溶液性质与理 想溶液性质产生差别的原因在于分子量大，分子链具有柔性，一个高分子在溶液中可以起到许 许多多个小分子的作用。）七、稀溶液理论和晶格模型理

12、论相比有什么改进？（该理论修正了链段等概率分布的不合理假定，建立了森他（符号）状态、排斥体积等概念， 将高分子溶液理论向前推进了一步）八、共混聚合物产生相分离的机理是什么？（1、旋节线机理2、成核与生长机理）第四章：分子量和分子量的分布一、端基分析法测定聚合物的分子量的原理是什么？测得的是什么平均分子量？（原理：一直聚合物的化学结构，并且高分子链末端带有化学定量分析可确定的基团，则测量 末端基团的数目后就可确定已知质量的样品中的分子链的数目；数均分子量）二、如何衡量聚合物的分子量分布宽度？（试验中各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值）三、聚合物的分子量有哪几种统计结果？（数均分子量、重均

13、分子量、Z均分子量、黏均分子量）四、为什么聚合物的分子量是一个统计结果？（1、其分子量比低分子大几个数量级2、除了有限的几种蛋白质高分子以外，无论是天然的还是和合成的聚合物，分子量都是不均一的，具有多分散性。因此，聚合物的分子量只有统计的 意义，用实验方法测定的分子量只是具有统计意义的平均值）五、粘度法测定聚合物的分子量的原理是什么？（）六、沉淀分级与溶解分级的原理是什么？（沉淀法是通过改变溶剂与沉淀剂的比例来控制聚合物的溶解能力的；溶解法是对涂在色谱柱 载体上的已溶胀且高黏度的试样浓相按分子量由小到大的次序，用溶剂逐渐溶洗下来。）七、凝胶渗透色谱法测定聚合物的分子量分布的原理是什么？（利用聚

14、合物溶液通过由特种多孔性填料组成的柱子，在柱子上按照分子大小进行分离的方 法。）第五章：分子运动和转变一、聚合物分子的运动单元有哪些？（1、高分子链的整体运动 2、链段运动3、链节、链支、侧基的运动 4、晶区内的分子运动）二、聚合物分子的运动为什么会有时间的依赖性？松弛时间是如何定义的？（在一定的温度和外场（力场、电场、磁场）作用下，聚合物从一种平衡态通过分子运动过渡 到另一种与外界条件相适应的新的平衡态总是需要时间的；松弛时间：是指物体受力变形，外 力解除后材料恢复正常状态所需的时间。）三、线形、非晶态聚合物随着温度升高力学行为可分为哪几个区域？在这些区域中分子的运动 分别有什么特点？（1、

15、玻璃态区：分子运动主要限于振动和短程的旋转运动2、玻璃-橡胶转变区：玻璃化温度以下，运动中仅仅只有 1至4个主链原子，而在转变区，大约 10至50个主链原子（即链段） 获得了足够的热能以协同方式运动，不断改变构象。3、橡胶-弹性平台区：在此区域内，由于分子间存在物理缠结，聚合物呈现远程橡胶弹性。4、橡胶流动区：在这个区域，聚合物既呈现橡胶弹性，又呈现流动性 5、液体流动区：该区内，聚合物容易流动，类似糖浆。）四、利用自由体积理论解释玻璃化转变现象？（自由体积理论认为：液体或固体的体积由两部分组成，一部分是被分子占据的体积，称为已占体积；另一部分是未被占据的体积，称为自由体积。后者以空穴”的形式

16、分散于整个物质之中，自由体积的存在为分子链通过转动和位移调整构象提供可能性。当高聚物冷却时，自由体积先逐渐减小，到达某一温度时，自由体积达到最低值，维持不变。此时，高聚物进入玻璃 态。）五、影响玻璃化的因素有哪些？我们如何对聚合物的玻璃化温度进行调节？（内因：分子链的柔性、几何立构、分子间的作用力等外因：作用力的方式、大小及实验速率） 六、影响聚合物结晶的结构因素有哪些？除结构因素外还有哪些外部因素?（结构因素：分子结构的对称性和规整性外部因素：温度和时间）（结构因素：分子结构的对称性和规整性外部因素：温度和时间）七、聚合物的晶体为什么会存在一较宽的熔融范围？其结晶过程是否为热力学一级相变转变

17、过 程？为什么？（由于试样中含有完善程度不同的晶体。结晶时，如果降温速度不是足够的慢，随着熔体黏度 的增加，分子链的活动性减小，来不及作充分的位置调整，则结晶停留在不同的阶段上，等温 结晶过程中，也存在着完善程度不同的晶体。这时再升温，在通常的升温速度下，比较不完善 的晶体将在较低的温度下熔融，比较完善的晶体则要在较高温度下熔融，因而出现较宽的熔融 范围。是，因为在实验过程中，每变化一个温度，如升温 1C ,便维持恒温约 24h ,直至体积 不变后才测定比体积。结果表明，在这样的条件下，结晶聚合物的熔融过程十分接近跃变过程， 熔融过程发生在 3-4 C的较窄的温度范围内，熔融终点曲线上也会出现

18、明显的转折。对于不同 条件的同一种聚合物的不同试样进行类似的测量，结果得到了相同的转折温度。上述实验事实 有利地证明，结晶聚合物的熔化过程是一级相变转变过程。）八、比较下列各组聚合物的Tg高低并说明理由。1、聚二甲基硅氧烷 顺式聚1,4-丁二烯 因为不同的单键柔性也不同，其顺序如下：-Si-O-C-N-C-O-C-C-即-Si-O-C-C-,故聚二甲基硅氧烷柔性好，玻璃化温度低。2、聚己二酸乙二酯聚对苯二甲酸乙酯 因为聚对苯二甲酸乙二酯的基团体积较大，而基团体积 越大，空间位阻越大，内旋转越困难，柔性越差，因而 Tg越高。3、聚丙烯聚4-甲基-1-戊烷 因为聚4-甲基-1-戊烷分子链上极性基团

19、的数量增加，取代基的位阻增加，分子链内旋转受阻程度增加，Tg增高。4、聚氯乙烯 聚偏二氯乙烯 因为聚偏二氯乙烯中极性取代基对称双取代，内旋转位垒降低，柔 性增加，其Tg比聚氯乙烯低。第六章：橡胶弹性一、解释应力、应变、真应力、真应变、泊松比？（应力：材料发生宏观的变形时，其内部分子间以及分子内各原子间的相对位置和距离就要发 生变化，致使原子间或分子间原有的引力平衡受到破坏，因而将产生一种恢复平衡的力，这种 力简称附加内力，单位面积上的附加内力为应力。应变：当材料受到外力作用而所处条件却使 其不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为应变。真应力：正确 计算应力时应该以真实面

20、积代替起始截面积，得到的应力称为真应力，相应的得出真应变。泊 松比：拉伸实验中材料横向应变与纵向应变的比值之负数。）二、橡胶弹性的热力学本质是什么？（）三、橡胶弹性的特点有哪些？（1、弹性形变大2、弹性模量小3、弹性模量随绝对温度的升高呈正比增加4、形变时有明显的热效应。）四、什么是热塑性弹性体？它可以分为哪几类？举例说明其结构与性能关系？（热塑性弹性体是一种兼有塑料和橡胶特性，在常温下显示橡胶弹性，高温下又能塑化成型的高分子材料，又称为第三代橡胶。按照生产方法不同：1、通过聚合方法得到的嵌段共聚物2、由弹性体与塑料在一定条件下通过机械共混方法制备的共混物。嵌段共聚型：例如阴离子聚合得到的苯乙

21、烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）。PB连续相Tg低于室温，提供材料弹性。PB分散相Tg高于室温，构成物理交联区域；故SBS室温下为弹性体，高温下发生黏性流动，可以塑化成型，SBS已广泛用于塑料改性、制鞋工业、胶黏剂等。共混性：以热塑料乙丙橡胶 为例，第一阶段是在 PP中掺入未硫化的乙丙橡胶进行简单机械共混制备TPE , PP含量一般在50份以下，其特点为密度小，抗冲击性特别是低温性好，可用于制造汽车保险杠。）五、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？（）第七章：聚合物的粘弹性一、Boltzman叠加原理的主要内容是

22、什么？（1、试样的形变只是负荷历史的函数2、每一项负荷步骤是独立的，而且彼此可以叠加）二、什么是时温等效原理？有什么重要的实际意义？（从分子运动的松弛性质可以知道，同一个力学松弛现象，既可以在较高的温度下，较短的时 间内观察到，也可以在较低的温度下，较长时间内观察到。因此，升高温度与延长时间对分子 运动是等效的，对聚合物的黏弹行为也是等效的。这就是时温等效原理。实际意义：有关材料 在室温下长期使用寿命以及超瞬间性能等问题，实验是无法进行测定的。但可以通过时温等效 原理来解决。）第八章：聚合物的屈服和断裂一、什么是银纹？它和裂纹有何区别？（高分子材料在使用与储存过程中，由于应力及环境的影响，产生局部塑性形变和取向，往往会在材料表面或内部出现裂纹，裂纹总是垂直与应力方向，由于裂纹区的折射率低于高聚物本体，在裂纹和本体高聚物之间的界面上有全反射现象，裂纹看上去呈银色的光亮条纹即为银纹；银纹还