高分子物理习题参考答案1

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《高分子物理》标准化作业本

参考答案

沈阳化工学院材料科学与工程学院

《高分子物理》课程组

2023.3

第一章高分子链的结构

一、概念

1、构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

2、由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫构象。

3、均方末端距：高分子链的两个末端的直线距离的平方的平均值。

4、链段：链段是由若干个键组成的一段链作为一个独立动动的单元，是高分子链中能够独立运动的最小单位。

5、全同立构：取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。

6、无规立构：当取代基在主链平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构体单元完全无规键接而成。

二、选择答案

1、高分子科学诺贝尔奖获得者中，（A）首先把“高分子〞这个概念引进科学领域。A、H.Staudinger,B、K.Ziegler,G.Natta,C、P.J.Flory,D、H.Shirakawa2、以下聚合物中，（A）是聚异戊二烯(PI)。

CH2CCH3ClCHCH2nOOC6H4OCOCH2CH2OnA、C、

CH2B、

nCOCCNHC6H4NHn

CHD、

3、以下聚合物中，不属于碳链高分子的是（D）。

A、聚甲基丙烯酸甲酯，B、聚氯乙烯，C、聚乙烯，D、聚酰胺4、以下四种聚合物中，不存在旋光异构和几何异构的为（B）。

A、聚丙烯，B、聚异丁烯，C、聚丁二烯，D、聚苯乙烯5、以下说法，表述正确的是（A）。

A、工程塑料ABS树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。B、ABS树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀，可提高制品拉伸强度和硬度。C、ABS树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性，可改善冲击强度。D、ABS树脂中丙烯腈组分利于高温滚动性，便于加工。6、以下四种聚合物中，链柔顺性最好的是（C）。

A、聚氯乙烯，B、聚氯丁二烯，C、顺式聚丁二烯，D、反式聚丁二烯

7、在以下四种聚合物的晶体结构中，其分子链构象为H31螺旋构象为（B）。A、聚乙烯，B、聚丙烯，C、聚甲醛，D、聚四氟乙烯

8、假使不考虑键接顺序，线性聚异戊二烯的异构体种类数为（C）。

A、6B、7C、8D、119、自由基聚合制得的聚丙烯酸为（B）聚合物。

A、全同立构，B、无规立构，C、间同立构，D、旋光10、热塑性弹性体SBS是苯乙烯和丁二烯的（C）。

A、无规共聚物，B、交替共聚物，C、嵌段共聚物，D、接枝共聚物11、以下四种聚合物中，链柔顺性最差的是（C）。A、CH2CH2n，B、

CH2CHCln，C、

CH2CHnCN，

D、

CH2CHnCH3

12、高分子在稀溶液中或高分子熔体中浮现（C）。

A、平面锯齿形构象B、H31螺旋构象C、无规线团构象D、双螺旋构象

13、高分子科学领域诺贝尔奖获得者中，（C）把研究重点转移到高分子物理方面，逐渐说明高分子材料结构与性能之间的关系。

A、H.Staudinger,B、K.Ziegler，G.Natta,C、P.J.Flory,D、H.Shirakawa14、高分子链的构象属于聚合物结构层次中的（B）

A、一级结构B、二级结构C、三级结构D、高级结构15、以下说法，表述正确的是（D）。

A、自由连接链为真实存在，以化学键为研究对象。B、自由旋转链为理想模型，以链段为研究对象。

C、等效自由连接链为理想模型，以化学键为研究对象。D、高斯链真实存在，以链段为研究对象。16、聚乙烯树脂中，（B）是支化高分子。

A、LLDPE，B、LDPE，C、HDPE，D、交联聚乙烯17、以下四种聚合物中，链柔顺性最差的是（D）。

A聚乙烯，B聚丙烯，C顺式聚1,4-丁二烯，D聚苯乙烯

18、若聚合度增加一倍，则自由连接链的均方末端距变为原值的（C）倍。

A、0.5B、1.414C、2D、4

19、在以下四种聚合物的晶体结构中，其分子链构象为平面锯齿型的为（A）。

A、聚乙烯，B、聚丙烯，C、聚甲醛，D、全同立构聚苯乙烯

20、以下高分子中，（B）可以进行重新熔融，二次加工制成新的制品。

A、交联聚乙烯，B、线性低密度聚乙烯LLDPE，C、硫化橡胶，D、热固性塑料21、以下聚合物中不具有旋光异构的是（D）

A、聚丙烯B、聚苯乙烯C、聚氯乙烯D、聚偏氯乙烯

三、填空题

1、高分子共聚物的序列结构指两种或两种以上共聚单体在分子中的排列，二元共聚物可以分为无规型、交替型、嵌段型和接枝型共聚物。

2、结晶聚乙烯(PE)的链构象为平面锯齿型构象，聚丙烯PP的链构象为H31螺旋构象，而柔性链高分子在溶液中均呈无规线团构象。

3、构造是指聚合物分子的形状，例如线形高分子，支化高分子，星型高分子，梯形

高分子和交联高分子等。

4、构型是指分子中原子在空间的排列，高分子链的构型包括旋光异构、几何异构和链接异构。

5、随着聚合物的柔顺性增加，链段长度变小、刚性因子值变小、无扰尺寸变小、特征比变小

6、高分子共聚物的序列结构是指两种或两种以上共聚单体在分子链中的排列方式，如SBS为嵌段共聚物，HIPS为接枝共聚物。

7、构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，如自然橡胶和古塔波胶（反式异戊二烯）为几何异构，全同聚丙烯和无规聚丙烯为旋光异构。

8、构造是指聚合物分子的形状，如高密度聚乙烯HDPE是线形高分子，低密度聚乙烯LDPE是支化高分子，而硫化橡胶是交联高分子。

四、判断题

1、通过高分子主链单键内旋转可改变聚合物的等规度。(×)2、实际高分子链可以看作等效自由连接链。(√)

3、高分子链段可以自由旋转无规取向，是高分子链中能够独立运动的最小单位。(√)4、不同聚合物分子链的均方末端距越短，表示分子链的柔顺性越好。(×)

四、回复以下问题

1丙烯中碳－碳单链是可以转动的，通过单键的转动能否把全同立构的聚丙烯变为“间同立构〞的聚丙烯？说明理由。

答：不能。全同立构和间同立构是两种不同的立体构型。构型是分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必需经过化学键的断裂和重组。单键的内旋转只能改变构象而不能改变构型。所以通过单键的转动不能把全同立构的聚丙烯变为“间同立构〞的聚丙烯。

2、从链结构和聚集态结构的角度，说明为什么SBS具有热塑性弹性体的性质？若三嵌段结构为BSB，能否成为热塑性弹性体？答：SBS树脂是用阴离子聚合法制得的苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。其分子链的中段是聚丁二烯，两端是聚苯乙烯，SBS具有两相结构，橡胶相PB连续相，为柔性链段的软区，PS形成微区分散在橡胶相中，PS是具有刚性链段的硬区，起物理交联作用。SBS在常温为橡胶高弹性、高温下又能塑化成型的高分子材料。它是不需要硫化的橡胶，是一种热塑性弹性体。BSB不是一种热塑性弹性体。由于虽然它也三嵌段共聚物，但其分子链的中段是聚苯乙烯硬段，两端是聚丁二烯软段，相当于橡胶链的一端被固定在交联点上，另一端是自由活动的链端，而不是一个交联网。由于端链对弹性没有贡献，所以不能成为热塑性弹性体。

五、计算题

1、某单烯类聚合物的聚合度为4×104，试计算分子链完全伸展时的长度是其均方根末端距的多少倍？（假定该分子链为自由旋转链）

4

已知DP＝4×104，化学键数：n=2DP=8×10自由旋转链：hmax/h2f,r=

222n200nl/2nl2==?6=163倍3332、聚丙烯在环己烷或甲苯中、30℃时测得的空间位阻参数（即刚性因子）σ=1.76，试计算

其等效自由连接链的链段长度b（已知碳碳键长为0.154nm，键角为109.5°）解：

222h0??2h2fr?2nl?

Lmax?nlsin?2?2nl32h0b??1.17nm

Lmax3、某聚苯乙烯试样的分子量为416000，试估算其无扰链的均方末端距（已知特性比Cn=12）解：

n≈2DP=8000

2h0?nl2Cn=8000×0.1542×12=2.28×103（nm2）

DP=416000/104=4000

??cRT2?8.31?308??34.13Pa5?3Mn1.5?10?10

-3

2、t0=102.0s,t=148.5s,c≈0.2035/25≈8.14×10g/ml

ηr=t/t0=148.5/102.0ηsp=ηr—1=148.5/102.0-1=46.5/102.0

????1c????kM??2(?sp?ln?r)?146.5148.52(?ln)?49.22(ml/g)8.14?10?3102102

49.22?0.99?10?2M?0.74M??98918(g/mol)

第五章聚合物的转变与松弛

一、概念

1、玻璃化转变（温度）:玻璃态与橡胶态之间的转变称为玻璃化转变，对应的转变温度称

为玻璃化转变温度。从分子运动机理看，玻璃化转变温度是高分子链段运动被激发的温度。

2、次级转变：在玻璃化温度以下，比链段更小的运动单元所发生从冻结到运动或从运动到冻结的变化过程也是松弛过程，寻常称这些过程为高聚物的次级转变，以区别于发生在玻璃化转变区的主转变过程。3、均相成核与异相成核:

（1）均相成核：由熔体中高分子链依靠热运动而形成有序排列的链束为晶核，因而有时间的依靠性，时间维数为1。

（2）异相成核：由外界引入的杂质或自身残留的晶种形成，它与时间无关，故其时间维数为零。

二、选择答案

1、高分子热运动是一个松弛过程，松弛时间的大小取决于（D）。

A、材料固有性质B、温度C、外力大小D、以上三者都有关系。2、示差扫描量热仪(DSC)是高分子材料研究中常用的方法，常用来研究（B）。

⑴Tg，⑵Tm和平衡熔点，⑶分解温度Td，⑷结晶温度Tc，⑸维卡软化温度，⑹结晶度，⑺结晶速度，⑻结晶动力学

A、⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻B、⑴⑵⑶⑷⑹⑺⑻C、⑴⑵⑶⑷⑸D、⑴⑵⑷⑹3、以下聚合物的结晶能力最强的为（A）。

A、高密度聚乙烯，B、尼龙66，C、聚异丁烯，D、等规聚苯乙烯

4、非晶态聚合物的玻璃化转变即玻璃－橡胶转变，以下说法正确的是（C）。A、Tg是塑料的最低使用温度，又是橡胶的最高使用温度。B、玻璃态是高分子链段运动的状态。

C、玻璃态可以看作是等自由体积分数状态。

D、玻璃化转变是热力学平衡的一级相转变，不是一个松驰过程。5、聚合物的等温结晶过程可以用（A）方程来描述。

A、Avrami，B、Boltzmann，C、Mark－Houwink，D、WLF6、以下四种聚合物中，熔点最高的是（C）。

A、聚乙烯，B、聚丙烯，C、聚己内酰胺，D、聚己二酸乙二醇酯7、Tg是表征聚合物性能的一个重要指标。（D）因素会使Tg降低。A、引入刚性基团B、引入极性基团C、交联D、参与增塑剂

8、以下四种方法中，测定Tg比其它方法得到的高，并且灵敏度较高的是（B）。A、热分析(DSC)B、动态力学分析仪(DMA)C、热机械法(TMA)D、膨胀计法9、示差扫描量热仪（DSC）是高分子材料研究中常用的方法，可得到好多信息，如研究结晶度、结晶速度、固化反应等，但下面的温度（D）不用它来测量。A、玻璃化转变温度B、熔点C、分解温度D、维卡软化温度

10、结晶聚合物的熔点和熔限与结晶形成的温度有关，以下说法正确的是（C）。A、结晶温度越低，熔点越低，熔限越窄。B、结晶温度越低，熔点越高，熔限越宽。

C、结晶温度越高，熔点越高，熔限越窄。D、结晶温度越高，熔点越低，熔限越窄。11、非晶聚合物的分子运动，（A）对应主级松弛。

A、链段运动，B、曲柄运动，C、侧基运动，D、局部松弛12、以下各组聚合物的Tg高低比较正确的是（D）。

A、聚二甲基硅氧烷>顺式聚1,4－丁二烯，B、聚丙烯>聚己内酰胺，

C、聚己二酸乙二醇酯>聚对苯二甲酸乙二醇酯，D、聚氯乙烯>聚偏二氯乙烯13、结晶度对聚合物性能的影响，错误的描述为（C）。

A、随结晶度的提高，拉伸强度增加，而伸长率及冲击强度趋于降低；B、结晶聚合物寻常呈乳白色，不透明，如聚乙烯、尼龙。C、球晶尺寸大，材料的冲击强度要高一些。

14、以下聚合物的熔点顺序为：（B）＞（C）＞（A）。

（A）聚乙烯；（B）聚酰胺；（C）聚丙烯

15、以下聚合物中玻璃化转变温度最高的是（A）。

A、聚氯乙烯，B、聚乙烯，C、氯化聚乙烯，D、聚二甲基硅氧烷16、以下试验方法中，（B）不可以用来测定聚合物的结晶速率。

A、偏光显微镜，B、动态力学性能（DMA）C、膨胀计法，D、示差扫描量热法（DSC）17、以下因素中，使Tg降低的是（C）。

A、增加分子量，B、分子之间形成氢键，C、参与增塑剂，D、交联18、不能用来测定聚合物结晶度的方法是（D）。

A、密度法，B、X-射线衍射法，C、示差扫描量热法，D、动态力学法（DMA）19、塑料的使用温度范围是(A)。

（A）TbD>A>B

熔融为一级相转变△G＝△H－T△S＝0∴

??H

m?S

△H熔融热与分子间作用力强弱有关，分子间作用力大，△H越大→Tm越高；△S为溶解前后分子混乱程度的变化，与分子链柔顺性有关。分子链柔性差，△S越小→Tm越高。

T?C、D有氢键，分子间作用力大，故熔点较A和B高；C的氢键密度更大，故C的熔点高于D；

B有孤立双键，链的柔性更大，故B的熔点小于A。

4、示意画出结晶性聚合物的结晶速率－温度曲线，在图中示意标出Tg和Tm的位置，并对该曲线简要解释，并提出获得小晶粒结构的方法，并简要说明晶粒尺寸与温度控制的关系。答：可把Tg与Tm之间的温度范围分成几个区域：

I区：熔点以下10—30℃范围内，是熔体由高温冷却时的过冷温度区。成核速度微小，结晶速度实际等于零；

II区：在这个区域中，成核过程控制结晶速度，结晶速度不高；III区：最大结晶速度出现于此区域，是熔体结晶生成的主要区域；

Ⅳ区：结晶速度随温度降低迅速下降。结晶速度主要由晶粒生长过程控制。

结晶速度晶粒生长过程控制成核过程

获得小晶粒结构的方法：一方面可采用参与成核剂，使晶核数目增加，晶粒变小；另一方面可采用将熔化的聚合物急速冷却（淬火）。

高温慢速结晶，得到晶粒较大；低温快速结晶，得到晶粒较小。

TgTmaxⅣIIⅡTmⅠ

结晶速度-温度曲线分布示意图

第六章橡胶弹性

一、概念

1、熵弹性：交联橡胶拉伸时，内能几乎不变，而主要引起熵的变化。在外力的作用下，橡皮分子链由原来的蜷曲状态变为伸展状态，熵值由大变小，终态是一种不稳定的体系，当外力除去后，就会自发的回复到初态。这就说明白高弹性主要是由橡皮内部熵的贡献。橡胶的这种高弹性也称作熵弹性。

2、热塑性弹性体：如SBS是一种兼有塑料和橡胶特性，在常温有橡胶高弹性，一定温下又能塑化成型的高分子材料，称为热塑性弹性体

二、选择答案

1、你会选（A）聚合物用作液氮罐的软密封。（液氮沸点为77K）

A、硅橡胶，B、顺丁橡胶，C、自然橡胶，D、丁苯橡胶2、橡胶试样快速拉伸，温度升高的原因是（C）。

⑴分子链从蜷曲到伸展，熵减小放热，⑵分子内摩擦放热，⑶拉伸诱导结晶放热。

A、⑴B、⑴⑵C、⑴⑵⑶D、以上皆不对3、以下因素中，与理想高弹体的弹性直接相关的参数是（B）

A、内能，B、熵，C、体积，D、热焓4、橡胶的泊松比接近（D）

A、0；B、0.1；C、0.2；D、0.5

三、填空题1、???RTMc(???12)虎克

2、熵弹性，熵

四、回复以下问题

1、试判别在半晶态聚合物中，发生以下转变时，熵值如何改变？并解释其原因：（1）Tg转变；（3）形成晶体；

（2）Tm转变；（4）拉伸取向。

答：（1）Tg转变：Tg温度以上，高分子链可以改变构象，熵值变大。

（2）Tm转变：Tm温度以上，晶格结构破坏，高分子链可以改变构象，熵值变大。（3）形成晶体：结晶以后，由于晶格结构的束缚，高分子链的构象不能改变，熵值变小。（4）拉伸取向：取向以后，高分子链沿外力方向伸展，伸展状态的构象数较少，故熵值变小。2、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，会观测到什么现象？为什么？

答：会观测到交联度软橡皮试条回缩。

由于橡胶的模量随温度升高而增高，外力不变，则由状态方程可得出伸长率减少。故升高温度，会观测到交联度软橡皮试条回缩。

五、计算题

1、自然橡胶硫化后，网链平均分子量为6000，密度为0.90g/cm3。假使要把长度10cm，截面积0.26cm2的试样，在25℃下拉长到25cm，问需要多大的力？（R=8.314J/Kmol）

已知：λ＝2.5ρ＝0.90g/cmT＝298.15KR=8.314J/k·molσ=?RTmc3?9?102kg/m3528