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文档简介

何曼君编写的《高分子物理》(第3版)是我国高校高分子物理类专业广泛采用的权威教材之一,也被众多高校(包括科研机构)指定为考研考博专业课参考书目。为了帮助参加研究生入学考试指定考研参考书目为何曼君编写的《高分子物理》(第3版)理》(第3版)辅导用书(均提供免费下载,免费升级):1.何曼君《高分子物理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解[免费下载]2.何曼君《高分子物理》(第3版)配套题库【名校考研真题+课后习题+章节题库+模拟第一部分为名校考研真题及详解。本部分从指定何曼君编写的《高分子物理》(第3版)为括教材中未涉及到的知识点)进行详细阐释,以使学员不遗漏任何一个重要知识点。第二部分为课后习题及详解。本部分对何曼君编写的《高分子物理》(第3版)教材每一章第三部分为章节题库及详解。本部分严格按照何曼君编写的《高分子物理》(第3版)教材第四部分为模拟试题及详解。参照何曼君编写的《高分子物理》(第3版)教材,根据各高校历年考研真题的命题规律及热门考点精心编写了2套考前模拟试题,并提供详尽、标准解()提供全国各高校高分子物理类专业考研考博辅导班【一对一辅导(面授/网授)、网授精讲班等】、3D电子书、3D题库(免费下载,免费升级)、全套资料(历年真题及答案、笔记讲义等)、高分子物理类国内外经典教材名师讲堂、考研教辅图书等。本题库特别适用于参加研究生入学考试指定考研参考书目为何曼君《高分子物理》(第3版)的考生,也可1.720度立体旋转:好用好玩的全新学习体验2.质量保证:每本e书都经过图书编辑队伍多次反复修改,顾问团队严格审核目的考试要点,把重要考点全部固化为试题(或讲义)形式,形成精准领先及时的备考e3.免费升级:更新并完善内容,终身免费升级4.功能强大:记录笔记、答案遮挡等十大功能(1)e书阅读器——工具栏丰富实用【为考试教辅量身定做】(2)便笺工具——做笔记、写反馈【独家推出】(3)答案遮挡——先看题后看答案,学习效果好【独家推出】5.品种齐全:包括全部职称资格考试、、主要包括:、、,共3万余种,每天新上线约30种e书,每天下载约1万次。()是一家为全国各类考试和专业课学习提供辅导方案【保过班、网授班、3D电子书、3D题库】的综合性学习型视频学习网站,拥有近100种考试(含418个考试科目)、194种经典教材(含英语、经济、管理、证券、金融等共16大类),合计近万小时的面授班、网授如您在购买、使用中有任何疑问,请及时联系我们,我们将竭诚为您服务!全国热线:(8:30~00:30),(8:30~00:30)第一部分名校考研真题第2章高分子的链结构第3章高分子的溶液性质第4章高分子的多组分体系第5章聚合物的非晶态第6章聚合物的结晶态第7章聚合物的屈服和断裂第8章聚合物的高弹性与黏弹性第9章聚合物的其他性质第10章聚合物的分析与研究方法第二部分课后习题第2章高分子的链结构第3章高分子的溶液性质第4章高分子的多组分体系第5章聚合物的非晶态第6章聚合物的结晶态第7章聚合物的屈服和断裂第8章聚合物的高弹性与黏弹性第9章聚合物的其他性质第10章聚合物的分析与研究方法第三部分章节题库第2章高分子的链结构第3章高分子的溶液性质第4章高分子的多组分体系第5章聚合物的非晶态第6章聚合物的结晶态第7章聚合物的屈服和断裂第8章聚合物的高弹性与黏弹性第9章聚合物的其他性质第10章聚合物的分析与研究方法第四部分模拟试题何曼君《高分子物理》(第3版)配套模拟试题及详解(一)何曼君《高分子物理》(第3版)配套模拟试题及详解(二)第一部分名校考研真题说明:本部分从指定何曼君编写的《高分子物理》(第3版)为考研参考书目的名校历年考识的掌握,让学员具有扎实的专业基础;又对一些重难点部分(包点)进行详细阐释,以使学员不遗漏任何一个重要知识点。的是分子量,凝胶渗透色谱法测得的是分子量。[南开大学2011研]【答案】绝对;相对查看答案分子量分布[华南理工大学2008研]对于分子量不均一的多分散聚合物,分子量常用数均分子量M、重均分子和黏均分子量来表示。(1)给出三种平均分子量的相对大小关系。(2)聚合物的黏均分子量是使用什么方法测得的?简述其原理。(3)为什么说这种测定分子量的方法是一种相对法?[中国科技大学2010研]答:(1)三种平均分子量的相对大小关系为:Mw>Mη>Mn。(2)①聚合物的粘均分子量是使用粘度法测得的。(3)因为利用粘度法测定的时候是利用作图法求得两直线在Y轴上的交点得到η,利用两第2章高分子的链结构如下()是高分子的自由旋转链的均方末端距的表达式,其中n是键的数目,1是每个键的长度,θ是键角的补角,φ是内旋转的角度。[华南理C.<h²>=n1²[(1+cosθ)/(1-cosθ)].[(1+cos1,4-顺式聚异戊二烯和1,4-反式聚异戊二烯是旋光异构体。()[华南理工大学2008三、填空题1.柔顺性。[南开大学2011研]原子,柔顺性比A好。2.假定一聚合物含n个化学键,其键角为θ,键长为1。当它为自由结合链时其均方末端距公式为:当它为自由旋转链时其均方末端距公式为。[南开大学2011研]2011研]【解析】(1)自由结合链:一个孤立的高分子链在内旋转时,不考虑键角的限制和位垒的几率都相等,其均方末端距:h.°=nl²;;(2)自由旋转链:假定分子链中每一个键都可以1.链段[浙江大学2007、中山大学2010研]2.构型[浙江大学2007、中山大学2010、中国科学院研究生院2012研]断裂、原子(基团)间的重排和新共价键的重新形成。3.构象[浙江大学2007、中山大学2010研]4.无规线团[中国科学院研究生院2012研]5.高分子链的远程结构[南开大学2011研]小(质量)和形态(构象)两个方面。6.高斯链[南开大学2011研]7.聚集态结构[南开大学2011研]8.全同立构[华南理工大学2008研]答:全同立构是指以不对称碳原子取代基的排列方式来区分因含9.均方末端距[华南理工大学2008研]1.试从下列高聚物的链节结构,定性判断分子链的柔性或刚性,并分析原因。[厦门大学答:(1)柔性。因为两个对称性的侧甲基使主链间距离增大,链间作用力减弱,内旋转位垒降低。(2)刚性。因为分子间有强的氢键,分子间作用大,内旋转位垒高。(3)刚性。因为侧基极性大,分子间作用力大,内旋转位垒高。(4)刚性。因为主链上有苯环,内旋转较困难。(5)刚性。因为主链是共轭结构,而且侧基体积大,与主链形成了大Ⅱ键共轭体系,使链僵硬。2.请就“刚性因子”概念回答下列问题。(1)下列聚合物的刚性因子(σ)分别为:聚二甲基硅氧烷1.4~1.6;聚异戊二烯1.5~1.7;聚乙烯1.83;聚苯乙烯2.2~2.4;硝化纤维4.2。σ数据的差异说明了什么?请从结构上予以分析。(2)在特种溶剂中,不同温度时测得下列高聚物的值如表2-1所示,试求它们的刚性因子σ。计算结果与聚异丁烯是橡胶、聚苯乙烯是塑料这个基本属性有没有矛盾?温度对分子链的刚硬度有什么影响?[厦门大学2011研]表2-1答:(1)刚性因子越大,说明分子链刚性越大。聚二甲基硅氧烷:由于Si—0键中氧原子周围没有侧基,而且Si—O键的键长较大,Si—0—Si的键角也较大,所以内旋转容易,分子链极为柔顺;聚异戊二烯:由于双键上的原子数目较单键少,键角120°大于一般单键的109.5°,所以孤立双键邻近的单键内旋转位垒较少,分子链也非常柔顺;聚乙烯:具有一定柔顺性;聚苯乙烯:侧基较大,由于空间位阻对内旋转不利,从而刚性比聚乙烯大;硝化纤维素:主链上的六元环结构使内旋转困难。而且分子间能形成氢键,硝酸酯侧基也有极性,这些因素都大大增加分子刚性。聚合物聚异丁烯表2-2温度℃聚苯乙烯聚苯乙烯3.聚乙烯和全同立构聚丙烯均为塑料,而乙-丙共聚物却可以作橡胶,为什么?[南开大学2011研]六、计算题一个线型聚合物的Tg当相对分子质量=时为121℃,当时为153℃。一个支化的同种聚合物的Tg当相对分子质量时是115℃,求支化聚合物分子上的平均支化点数。[厦门大学2007研]解:单位体积内链的数目为一==则(2)对支化高分子第3章高分子的溶液性质1.如下()能作为纤维材料使用。[华南理工大学2008研]A.内聚能密度小于290兆焦/米3的高聚物;B.内聚能密度在290兆焦/米3到420兆焦/米³之间的高聚物;C.内聚能密度大于420兆焦/米3的高聚物【答案】C查看答案用;290兆焦/米³<CED<420兆焦/米3的高聚物作塑料使用。2.Huggins相互作用参数x₁是表征溶剂分子与高分子相互作用程度大小的量,其数值在-1和1之间。下列有关它的叙述哪个是正确的?()[华南理工大学2008研]A.x₁<05,一般情况下高分子难溶解,为不良溶剂;B.x₁>05,一般情况下高分子可溶解,为溶剂;C.xi<0,溶剂对高分子作用强,是良溶剂;D.x₁=0.5,为θ溶剂,溶液是理想溶液。【解析】当T=θ时,此时的高分子溶液,在宏观上看热力学性质遵从理想溶液,但是微观1.对于结晶性的非极性高分子,其溶解包括和_两个过程。[南开大学2011研]【答案】加热破坏晶格使之转变成为非晶态;与溶剂发生溶胀进而溶解查看答案高分子溶剂选择的_原则;而顺丁橡胶(δp=16.3)溶解于环己烷(δ₁=16.7)是符合高分子溶剂选择的原则。[华南理工大学2008研]【答案】极性相近;溶剂化;溶度参数相近查看答案【解析】①极性相似原则:相似者易共溶。例如,天然橡胶(非极性):溶于汽油、苯、己烷、正庚烷、石油醚(非极性溶剂);②溶度参数相近原则(定量):溶解过程是溶质分子性的聚合物,当两者的溶度参数差值小于1.7,一般可溶,差值大于2.0一般不溶。1.溶度参数8[中国科学院研究生院2012、南开大学2011研]2.内聚能密度[华南理工大学2008研]答:内聚能密度就是单位体积内1mol凝聚体为克服分子间作用力汽化时所需要的能量E。3.θ状态(0条件)[华南理工大学2008研]答:θ状态(θ条件)是指通过选择溶剂和温度以满足一,使高分子溶液符合理想溶液1.请根据溶度参数概念回答以下问题。(1)根据摩尔引力常数,用Small基团加和法,计算聚乙酸乙烯酯的溶度参数(该聚合物(2)已知某聚合物的,溶剂1的δ₁=7.4,溶剂2的δ₂=11.9。上述溶剂如何以最适合的比例混合,能使该聚合物溶解。[厦门大学2011研]所以溶剂1和溶剂2按1:2混合,能使该聚合物溶解。2.聚苯乙烯-环己烷溶液的θ温度是35℃,问35℃时第二维利系数A₂是多少?[中国科技大学2010研]答:当温度T=0时,第二维利系数A₂=0。3.什么是高分子θ溶液?它与理想溶液有何本质区别?[南开大学2011研]答:高分子θ溶液是指高分子稀溶液在θ温度(也称Flory温度)下本质区别:高分子θ溶液高分子-溶剂相互作用参数为1/2,内聚能密度为0;理想溶液三个作用力都为0,而θ溶液三个作用力都不为0,只是合力为0。六、计算题一种聚合物溶液有分子量M₂=10⁶的溶液(聚合度x=10⁴)和分子量M₁=10²的溶剂组成,构成溶液的浓度为1%(重量百分数),试计算:(1)此聚合物溶液的混合熵(高分子);(2)依照理想溶液计算的混合熵(理想);(3)若把聚合物切成10⁴个单体小分子,并假定此小分子与溶剂构成理想溶液时的混合熵。[华南理工大学2008研]解:(1)以100g溶液为例计算第4章高分子的多组分体系(填空题)用阴离子聚合法制得的SBS树脂是一种热塑性弹性体,其中S代表_,其提供的性能是:B代表,其提供的性能为。[南开大学2011研]【答案】苯乙烯;物理交联作用以及对橡胶相的补强作用;丁二烯;韧性和弹性查看答案【解析】SBS树脂是由苯乙烯(St)、丁二烯制备的嵌段聚合物。由于聚丁二烯在常温下是的橡胶相,聚苯乙烯段形成微区分散在橡胶相中且对丁二烯起着物第5章聚合物的非晶态1.下列物理量中,可以用来表示聚合物流动性的有下列()。[中科院研究生院2012A.表观黏度;B.黏流活化能;【答案】A、C查看答案【解析】A表观黏度又称表观剪切黏度,是非牛顿流体(如聚合物熔体和浓溶液)在剪切流材料黏-温依赖性的物理量。定义为流动过程中,流动单元(对高分子材料而言即链段)用2.下列聚合物的玻璃化转变温度从高到低的顺序是()。[华南理工大学2008研]A.聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸丁酯>聚丙烯酸甲酯B.聚丙烯酸丁酯>聚丙烯酸甲酯>聚甲基丙烯酸甲酯C.聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸甲酯>聚丙烯酸丁酯【答案】C查看答案酯>聚丙烯酸甲酯。侧基体积增大,空间位阻效应增加,柔顺性下降,故柔顺性聚丙烯酸甲酯>聚甲基丙烯酸甲酯。柔顺性越好,玻璃化转变温度越低,故Tg从高到低依次为聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸甲酯>聚丙烯酸丁酯。根据WLF自由体积理论认为发生玻璃化转变时,聚苯乙烯和聚碳酸酯的自由体积分数是一样的。()[华南理工大学2008研]【解析】WLF方程的适用范围是Tg<T<Tg+100℃。1.图5-1为聚对苯二甲酰对苯二胺浓硫酸溶液的粘度-温度关系曲线,请对A、B及C区中聚合物分子取向度的大小进行排序。[南开图5-12.动态力学温度谱图上,LDPE的β松弛是由运动引超的。[南开大学2011研]【答案】晶区内部侧基或链端查看答案【解析】β松弛是分子链上的比链段更小的运动单元(键长、键角)可以发生从冻结到运动1.玻璃化转变温度[浙江大学2007研]2.假塑性流体[中国科学院研究生院2012研]3.解取向[中国科技大学2010研]4.玻璃化转变[南开大学2011研]5.粘流温度[华南理工大学2008研]1.比较下列聚合物玻璃化转变温度的大小,并解释其原因。(1)聚二甲基硅氧烷、聚甲醛和聚乙烯;(2)聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯;(3)聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸丙酯;(4)尼龙6和尼龙10。[中国科学院研究生院2012研]答:(1)聚二甲基硅氧烷<聚甲醛<聚乙烯(3)聚甲基丙烯酸甲酯>聚甲基丙烯酸乙酯>聚甲基丙烯酸丙酯了增塑剂的作用(内增塑),所以使Tg下降。(4)尼龙6<尼龙102.在分子量达几千以上后,聚合物的流动活化能不再随分子量增国科技大学2010研]关。由,可知当分子链不大即碳数小时,Ea随碳原子数的增加而增加,但当碳原子数大于30时,Ea将不再增大,因此聚合物的分子量超过一定数值后,Ea与相对分子3.请比较下列聚合物的玻璃化转变温度的大小,并说明原因。[华南理工大学2008研]分子链的柔顺性是决定高聚物Tg的最重要的因素。主链柔顺性越好,玻璃化温度越低。先柔性越差,故柔顺性①>③,当取代基对称分布时,柔顺性增加,故柔顺性②>①,所以柔顺性大小的顺序为④>②>①>③。高分子链的柔顺性越好,则其玻璃化转变温度越低,所以玻璃化转变温度的大小为④<②<①<③。第6章聚合物的结晶态1.下列聚合物结晶能力从大到小的顺序是()。[华南理工大学2008研]A.高密度聚乙烯>聚异丁烯>自由基聚合得到的聚苯乙烯B.自由基聚合得到的聚苯乙烯>聚异丁烯>高密度聚乙烯C.聚异丁烯>高密度聚乙烯>自由基聚合得到的聚苯乙烯支链多,结晶度只能达到60~70%;聚异丁烯结构对称,很容易结晶。故结晶能力的大小顺序为聚异丁烯>高密度聚乙烯>自由基聚合得到的PS。2.结晶聚合物的熔融过程是()。[华南理工大学2008研]B.力学状态转变过程;C.热力学相变过程【答案】C查看答案全同立构聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯的结晶速率比聚乙烯的结晶速率快。()[华南理工大学2008研]【解析】结晶速率线形链优于支化链,所以聚乙烯的结晶速率应快于全同立构聚苯乙三、填空题1.比较下列化合物熔点的大小。[南开大学2011研]但主链中含有O,增加了分子链的柔顺性,因此C<B;A分子链结构规整易结晶,但分子链间无氢键,所以B>C>A。2.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的结晶过程可采用两种方式进行:(A)缓慢结晶,(B)1.无定型聚合物[浙江大学2007研]2.次期结晶[中国科技大学2010研]结晶或使球晶中晶粒的堆砌更紧密,晶体内部的缺陷减少或消除使之进一步完善的3.液晶态[华南理工大学2008研]4.熔体流动速率[华南理工大学2008研]熔料通过标准毛细管在一定时间内(一般10min)内流出的熔料克数,单位为g/10min。熔1.为什么聚对苯二甲酸乙二酯从熔体淬火时得到透明体?为什么等规PMMA是不透明的?透明的聚酯薄膜在室温二氧六环中浸泡数分钟就变为不透明,这时为什么?[厦门大学2011答:(1)聚对苯二甲酸乙二酯的结晶速度很慢,快速冷却时来不及结晶,所以透明。(2)等规PMMA结晶能力大,结晶快,所以是不透明的。(3)因为溶剂诱导结晶。有机溶剂渗入聚合物分子链之间降低了高分子链间相互作用力,2.试就聚乙烯回答下列问题。(1)晶体时的分子形态如何?非晶体时分子形态又如何?(2)高压法和低压法所得到的产品在结构上和性能上主要差别是什么?(3)两种支链型聚乙烯样品,主链和支链的链节比相同,而支链大小不同,在相同条件下(4)为什么聚乙烯的内聚能密度小于弹性体,反而作为塑料使用?(5)结晶度为50%的聚合物,在常温下处于何种力学状态?[厦门大学2011研]答:(1)晶体时的分子形态是平面锯齿形,非晶体时的分子形态是无规线团。(2)高压法生产的聚乙烯是支链型结构,低压法生产的聚乙烯是线性结构。线性结构是可(3)其结晶度是不一样的,支链越大,使其密度降低越低,分子链距离越大,分子间力越(4)总的讲,内聚能密度小于70卡/cm³,可以用作橡胶,70~100之间可用作塑料,内聚能密度大于100时,可作为纤维使用。聚乙烯的内聚能密度为62卡/cm³,小于70卡/cm³,小(5)高聚物在结晶时,总是不完全的,是部分结晶,还有一部分没有结晶,当结晶度达到50%时,说明试样一半结晶,一半没有结晶,也就是在熔点下结晶部分链段还不能运动,而3.当聚合物的相对分子质量增大或结晶度增大时,均使聚合物的电子电导增大,而离子电导减小。试分别解释这种影响的原因。[中国科学院研究生院2012研]4.画出聚合物结晶速度与结晶温度之间的关系曲线,并标出玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)的大致位置。解释为什么聚合物的结晶温度在Tg和Tm之间,且有一最大结晶速率温度。[中国科学院研究生院2012研]图6-1聚合物的结晶速度与结晶温度关系图聚合物的结晶过程包括晶核生成和晶体生长两个阶段,当聚合物温度降至Tm以下不很低。当熔体温度接近Tg时,分子链段的运动越来越迟钝,晶核生成和晶体生长的速度都很低,使结晶几乎不能进行,所以结晶范围只能在Tg到Tm之间。温度在玻璃化温度Tg和熔点Tm之间时,结晶速率有一个极大值,对应温度Tmax称为最高结晶温度,该温=0.63Tm+0.37Tg-18.5(K)温度在Tm之下,成核速率和晶体生长速率均随温度的降低而呈现增加的趋势,此时成核速率是控制因素,直至达到最佳结晶温度Tmax,此温度范围的结晶速率呈上升趋势,温度继续降到最佳结晶温度Tmax与玻璃化温度Tg之间时,虽然5.聚合物的球晶试样在正交偏光显微镜下通常呈什么图像?[中国科技大学2010研]己知聚乙烯的平衡熔点为146℃,熔融热为8.04×10³J/mol重复单元。当聚乙烯的聚合度分别为100和1000时,由于链端杂质效应导致的熔点降低分别是多少?[中国科学院研究生院2012研]将一值代入公式计算得到,降低值第7章聚合物的屈服和断裂开大学2011研]【答案】3.375×10⁹Nm⁻²查看答案2.比较拉伸强度的大小。[南开大学2011研]B.尼龙610;C.尼龙66【答案】C>B>A查看答案610分子链上有酰胺结构,具有强极性,分子链间作用力大,拉伸强度低;C项,尼龙66分子链上有酰胺结构,相比于尼龙610,其分子链上的酰胺结构之间距离近,分子链间作用1.强迫高弹行为[中山大学2010研]2.应变软化[中国科技大学2010研]3.高弹形变[中国科技大学2010研]4.弹性模量[华南理工大学2008研]答:弹性模量是指材料在弹性变形阶段,其应力和应阐明其原理和机理。[中国科学院研究生院2012研]答:(1)当温度高于玻璃化温度时,冲击破坏呈韧性断裂,低于玻璃化温度,由于本身的(2)共聚改性:丙烯单体与其它烯烃类单体进行共聚合可以提高聚丙烯的低温韧性,冲击的无规则分布使得物的结晶度降低。嵌段共聚2%~3%的乙烯单体可制得乙丙共聚橡胶,可耐-30℃的低温冲击。当乙烯含量达到30%时则成为无规共聚物,具有结晶度低,冲击性2.画出天然橡胶、无规立构聚苯乙烯、聚碳酸酯在室温和中等拉伸速率下的应力-应变曲线示意图。[南开大学2011研]图7-1第8章聚合物的高弹性与黏弹性消耗功而发热,称之为()。[华南理工大学2008研]【答案】A查看答案发生应力松弛造成的。()[华南理工大学2008研]三、名词解释1.应力松弛[中山大学2010、南开大学2011研]2.滞后[中国科学院研究生院2012研]动达到新平衡需要时间(受到内摩擦力作用),由此引起应变落后于应力的现象。外力作用3.熵弹性[南开大学2011研]变形时,若没有内能变化,则其抵抗变形的收缩力(弹力)完全是由熵的变化而产生的,这1.模拟线形聚合物的蠕变行为般采用什么模型?[中国科技大学2010研]2.简述橡胶高弹性的特点。[南开大学2011研]某硫化橡胶的摩尔质量—==,密度p=10⁴kgom3现于300K拉伸一倍时(已知R=8.314),求:(1)回缩应力σ?(2)弹性模量E。[华南理工大学2008研](2)弹性模量第9章聚合物的其他性质高分子的极性、大分子链的支化、加入增塑剂等均能使聚合物的介电常数()物被拉伸、大分子交联、结晶化作用等则使其介电常数()。[华南理工大学2008研]B.不变【解析】①对于非极性高聚物,随加入增塑剂的增加将曲线推向高1.介电松弛中的柯尔-柯尔圆(Cole-Cole圆)[中国科技大学2010研]2.介电损耗[华南理工大学2008研]第10章聚合物的分析与研究方法1.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Tg=378g,Tr=433~473k;PS的Tg=373k,Tr=383~423k)[厦门大学2011研]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Tf就高,而PS分子间作用力小,T就低。所以就有热机械曲线上,PMMA的高弹区范围比PS大。2.请介绍4种测定聚合物玻璃化转变温度的方法,并筒述其原理。[南开大学2011研]答:(1)膨胀计法:膨胀剂法是测量玻璃化转变温度的一个重要方法,膨胀计内装入适量(2)折光率法:利用高分子聚合物在玻璃化转变温度前后折光率的变化,找出导致这种变(3)热机械法(温度-变形法):在加热炉或环境箱内对高分子聚合物的试样施加恒定载荷;(4)DSC法:以玻璃化温度为界,高分子聚合物的物理性质随高分子链段运动自由度的变第二部分课后习题说明:本部分对何曼君编写的《高分子物理》(第3版)教材每一章的课后习题进行了详细1.请你列举出20种日常生活中经常接触到的高分子材料,并写出其中10种聚合物的名称答:常见的高分子材料:聚乙烯塑料桶、聚丙烯编织袋、涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)EVA热熔胶(聚乙烯和聚醋酸乙烯酯的共聚物)、顺丁橡胶鞋底、尼龙袜、ABS塑料、环氧树脂粘合剂脂泡沫、聚氨酯泡沫、聚氨酯涂料、油改性聚酯清漆、育秧薄膜(聚氯乙烯)、电线包皮(聚)、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、维尼龙(聚乙烯醇缩甲醛)、尼龙66、奶瓶(聚碳酸酯尼龙66)、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、塑料拖鞋(聚氯乙烯)、手机表面的光敏涂料、天然橡胶、复合地板(脲醛树脂)、凉水塔(不饱和树脂玻璃钢)等。2.有8本小说,它们的厚度不同,分别为250页、280页、300页、350页、400页、450页、500页和600页,请算出它们的数均页数和重均页数以及分布宽度指数。请思考为什么分布宽度指数=重均页数/数均页数=423.61/391.25=1.08对于重均页数,重的分子的权重大,数均页数的话,权重都是1。所以重均页数大于数均页3.试比较聚苯乙烯与苯乙烯在性能上有哪些差别。答:区别:(1)聚苯乙烯是有一定强度的高聚物,在外观上是固体,在分子结构上没有双键;聚苯乙烯是小分子的液体,分子结构上有双键;(2)苯乙烯做出来的产品比聚苯乙烯4.为什么说黏度法测得的分子量是相对的分子量,渗透压法测得的是数均分子量,光散射法测得的是重均分子量?答:(1)黏度法是由公式得到,而α又是从一E得到。在测α时所用到的[n]是通过相对粘度计算得到。因此[n]不是溶剂的绝对粘度,那么得到的分子量也是相对的分子量。(2)渗透法测定分子量依据为a三时,(3)在光散射法中常用θ=90°时的瑞利比R9o计算溶质的分子量。因此测得的是重均分子量Mw。5.如果知道聚合物的分子量分布函数或分布曲线,如何求得Mn和Mw?答:所以,当α=-1时,,而当α=1时,由于α的值通常在1.5~1之间,所以Mη小于Mo而大于Mn。B的分子量MB=2×10⁵g/mol。计算该混合物的数均分子量Mn重均分子量Mw和多分散指数8.利用高分子稀溶液的依数性质测定其分子量时,常常需要将所测的物理量对溶液浓度外推,求取浓度为零时的外推值作为计算的依据,为什么?在什么条件下不需外推?只需由单答:(1)因为高分子溶液的热力学性质与理想溶液的偏差很大,只有在无限稀释的情况下(2)如果选用合适的温度或合适的溶剂(即θ温度或θ溶剂下),总会使体系的A₂为零,此时相当于理想溶液,不需要外推。因为Ⅱ/C=RT/M,直接带入测得出M。9.在20℃,100cm³的容量瓶中配制天然橡胶的苯溶液。干胶重1.00g,密度为0.911g/cm,分子量为2×10⁵g/mol,苯的摩尔体积为液的浓度C(g/cm³),溶质的摩尔数n2,摩尔分数x₂,体积分数Φ2。解:干胶的体积V₁=m/p=1.097ml,则溶剂的体积V₂=100-1.097=98.903ml。溶剂苯的物质的量n=98.903/89.0=1.111mol溶液的浓度C=1g/ml,溶质的摩尔数n₂=5×10⁻⁶,摩尔分数x₂=0.00045%,体积分数φ211.于25℃,测定不同浓度的聚苯乙烯甲苯溶液的渗透压,结果如下:试求此聚苯乙烯的数均分子量和第二维利系数A₂。解:将题中的数据作图,横坐标为浓度C,纵坐标为I/C,如图1-1所示。图1-176.603×10-³,Mn=32300g·mol⁻并在30℃的苯溶液中测定了各试样的特性黏数[n],结果如下:根据上述数据求出黏度公式[n]=KMa中的两个常数K和由于题中给出的是单分散试样,故Mη≈Mo,将题中数据取对数,以log[n]为纵坐标、logM为横坐标作图,如图1-2所示。图1-2同样是纯的塑料薄膜,为什么有的是全透明的,有的答:(1)高分子材料的用途分类取决于材料的使用温度和弹性大小。当材料的使用温度在分子材料由软变硬的一个临界温度。塑料拉伸率很小,而有的橡胶可以拉伸10倍以上。纤维是指长径比大于100以上的高分子材料,纤维常用PA(聚酰胺)等材料,这类材料有分第2章高分子的链结构1.假若聚丙烯的等规度不高,能不能用改变构象的办法提高其等规度?说明理由。用改变构象的方法是无法提高其等规度的,需要破坏化学键,改变构型,才2.为何采用均方末端距和均方回转半径而不直接用平均末端距或平均回转半径以及轮廓长推导自由结合链的均推导自由结合链的均,由于每一个链段的质量相等,①3.根据定义式则,由此可推出:②代入②式可得,因为三是链段数为的均方末端距,且高斯链的均方末端距可表示为:,其中b为等效链段长度当j<i所以③④自然数列前n项的求和公式为:,将其代入④中,得将上述公式按i进行加和,并利用公式”得,将其代入③中,由于高分子链为完全刚性链,则质心处于链段的n/2处,N=1/2,等效链段长度b=nl,解:假定高分子是自由旋转链,包含n个长度为1的键,键角为π-θ,总长(或称轮廓长度)为L=nl,假定把第一个键固定在z轴方向,求此链在z轴上的投影的平均值,以<z>表示,则因COSE<1,对无限长的链,当n→0,,则此值称为持续长度(persistencelength),用a来表示①下面,我们再求另一个极限。假定使分子的总长L和持续长度a保持不变,把键长无限分割,而且键角也无限缩小,以致θ→0,使高分子链的形状从棱角清晰的无规折线变成方向逐渐改变的蠕虫状线条。分割后,1减小而n增大,这样,可利用下列近似关系②根据式③,我们可以求链的均方末端距与L及以的关系。假定由链端沿第一个键的方向延伸一无穷小段dh,④⑤刚性链,也可描述柔性链。对柔性链来说,所以⑥⑦⑧5.既然可用几何平均的方法计算理想高斯链均方末端距和均方回转半径,为何还要去推导信息。要确切知道高分子的具体形态尺寸,从原则上(2)实验测得聚乙烯在溶剂十氢萘中的无扰尺寸为A=0.1070nm,键长0.154nm,求聚乙烯链的Kuhn链段长度和等效链段数和其他柔顺性参数。(3)从题(1)和题(2)计算结果的比较说明了一些什么问题。(4)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。解:(1)链自由旋转:0=180°-109.5°,cosθ=1/3,Kuhn链段长度Flory特征比(2)∵无扰尺寸∴Kuhn链段长度(3)Flory特征比C只与键角有关而与链长,链数等无关,等效链段数与链数n有关,Kuhn链段长度与链数n无关与键长有关。(4)以题(1)为例,高分子链最大伸直长度均方根末端距则二者的比值对于高分子而言,分子量≥10⁴,假设聚乙烯的聚合度为1000,分子量为28000,则化学键数高分子链在一般情况下是卷曲的,在外力作用下,链段运动的结果是使分子趋于伸展。因此,在外力作用下,某些高分子材料可以发生很大的形变。理论上,聚合度为1000的聚乙烯完全伸展可以产生26.8倍形变。7.推导由n根长度为z的单键组成的完全刚性高分子的(h²)、和(F)及(h²)/(E),图2-1(1)末端距1,均方末端距(2)由于高分子链为完全刚性链,则其质心为化学键数的二分之一处,即n/2。设m;为第i个质点的质量,ri为由质心到第i个质点的矢量。根据定义,,由于每一个链段的质量相等,则,其中N为等效链段数图2-2由图2-2可知,①质心应该满足的条件是:,由于每个链段是等同的,质点的质量也相同,则,由此可推出将上述关系式代入①中,得②h;hj、hi、h;为矢量,三者之间的关系可以用余弦定理表所以③当j<i时,-=C-所以④自然数列前n项的求和公式为:,将其代入④中,得:将上述公式按i进行加和,并利用公式得将其代入③中,得则由于高分子链为完全刚性链,则质心处于链段的n/2处,N=1/2,等效链段长度b=nl,完全刚性分子:柔性高分子:可见完全刚性分子比柔性高分子的尺寸大n倍。8.理想的柔性高分子链可以用自由连接链或高斯链模型来描述,但真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型,原因是什么?这一矛盾是如何解决的?答:(1)在采用自由连接链或高斯链模型描述理想的柔性高分子链时,我们假设单键在结合时无键角的限制,内旋转时也无空间位阻,但真实高分子链不但有键角的限制,在内旋转时也存在空间位阻,因此使真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型。(2)对于真实高分子链我们用等效自由结合链来描述,把由若干个相关的键组成的一段链,算作一个独立的运动单元,简称作“链段”,令链段与链段自由结合,并且无规取向,这种链称为等效自由结合链。9.根据图2-3,高斯链的两个末端相遇的概率应该是最高的,那么柔性链的末端距就应该趋于零,应该如何去理解这一问题?图2-3答:末端距是一个矢量,对于不同分子及同一分子的不同时刻,其数值和方向都在无规变化。对于高斯链的末端距的分布函数是一个统计值,由图可知,h越小,高斯链两端相遇概率越大。对于柔性链末端距,由于分子热运动,分子链构象不断变化,因为分子热运动的随机性,末端距的平均值趋近于0,统计起来平均末端距会趋近于0。第3章高分子的溶液性质1.高分子的溶解过程与小分子相比,有什么不同?答:高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊,两者运动分子运动速度差别很大,溶剂分子能比较快的渗透进入高聚物,而高分子向溶剂的扩散却非常慢。(1)聚合物的溶解过程要经过两个阶段,先是溶剂分子渗入聚合物内部,使聚合物体积膨胀,称为溶胀;然后才是高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解的分子分散的均相体系。对于交联的聚合物,在与溶剂接触时也会发生溶胀,但因有交联的化学键束缚,不能再进一步使交联的分子拆散,只能停留在溶胀阶段,不会溶解。(2)溶解度与聚合物分子量有关,分子量越大,溶解度越大。对交联聚合物来说,交联度大的溶胀度小,交联度小的溶胀度大。(3)非晶态聚合物的分子堆砌比较松散,分子间的相互作用较弱,因此溶剂分子比较容易渗入聚合物内部使之溶胀和溶解。晶态聚合物由于分子排列规整,堆砌紧密,分子间相互作用力很强,以致溶剂分子渗入聚合物内部非常困难,因此晶态化合物的溶解比非晶态聚合物要困难得多。(4)对于非极性聚合物与溶剂的相互混合,溶解过程一般是吸热的,故只有在升高温度或对于极性聚合物与溶剂的相互混合,由于高分子与溶(5)结晶性非极性聚合物的溶解分为两个过程:其一是结晶部分的熔融,其二是高分子与能看作是理想溶液,但是可以通过选择溶剂和温度来满足==的条件,使高分子溶液3.第二维利系数A₂的物理意义是什么?关系。良溶剂中,高分子链由于溶剂化作用而扩张,高降或在非良溶剂,高分子线团收缩,A₂是负值;4.高分子的理想链和真实链有哪些差别?答:(1)理想链是一种理论模型,认为化学键不占体积,自由旋转,没有键角和位垒的限(2)理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用,而真实链要考虑链节与链节之间的体5.高分子的回转半径和流体力学半径有什么区别?用什么方法测定?答:(1)高分子的回转半径Rg:(2)高分子的流体力学半径RH:(3)动态光散射可以用来测定体系的流体力学半径;均方根回旋半径常用静态光散射技术6.高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质区别?(1)稀溶液:高分子线团是相互分离的,溶液中高分子链段的分布也是不均一的;线团之(2)浓溶液:大分子链之间发生相互穿插和缠结,溶液中链段的空间密度分布趋于均一。(3)亚浓溶液:亚浓溶液介于稀溶液和浓溶液之间,高分子线团开始相互穿插交叠,整个7.估算在亚浓的θ溶液中的高分子尺寸,相关长度和渗透压。解:(1)在亚浓溶液中,临界点C*,高分子平均浓度与高分子线团中的浓度相等。又因为F≈庙(3)渗透压8.经典的Hildebrand溶度公式与Huggins混合热公式,以及Huggins参数与溶度参数有何①又因为溶度参数后=FkTN₁E=FRTn₁其中「称为Huggins参数。第4章高分子的多组分体系1.什么是两种聚合物共混的先决条件?在什么情况下共混聚合物会分相?分相时为什么会答:(1)两聚合物共混的先决条件是其混合自由能△Fm必须小于零。(2)在下列情况下,共混聚合物会分相:①两聚合物之间没有特殊相互作用(离子键、氢键等);(3)因为共混组分是热力学不相容的时候,它们只能形成非均相体系,但相分离体系的相2.一般共混物的相分离与嵌段共聚物的微相分离在本质上有何差别?3.如何理解尽管△Fm<0,但两种聚合物不是在任何比例下都互溶。答:因为聚合物只有在玻璃化温度Tg和分解温度Td之间才具有液体可流动的性质,而这个温度范围并不宽,往往很难在这个温度范围内使x调节到小于xc,所以两没有特殊相互作用而能完全互溶的体系很少,即尽管△Fm<0,但两种聚合物不是在任何比第5章聚合物的非晶态1.聚合物的玻璃化转变与小分子的固液转变在本质上有哪些差别?答:(1)小分子固液转变属于热力学一级转变,伴随物态变化,由热力学趋动,温度变化(2)聚合物的玻璃化转变属于热力学二级转变,不伴随有物态变化,玻璃化转变温度Tg玻璃态温度就是自由体积达到某一临界值的温度。温度达到Tg时,分子热运动具有足够的2.解释本章附录中聚合物的结构对玻璃化温度的影响。试各另举一组例子说明聚合物的诸答:(1)主链结构例如聚乙烯Tg=-68℃,聚甲醛Tg=-83℃,聚二甲基硅氧烷Tg=-123℃。②主链引入苯基等芳杂环以后:分子链的刚性增大,(2)取代基的空间位阻和侧基的柔性①一取代烯类聚合物:取代基的体积增大,内旋转位阻增加,Tg将升高(聚甲基丙烯酸甲酯的侧基增大,Tg反而下降)如果有旋光异构体存在,不表现出Tg的差别。(3)分子间的影响答:(1)“松弛”过程是指一个从非平衡态到平衡态进在开始时,直杆与刚壁的接触面之间有相互作用的压力P,在直杆内任一截面上也有内压力P;以后,随着时间的增长,这些压力的数值渐渐减小,而且温度越高时减小得越快。实际(3)松弛时间是用来描述松弛过程快慢的物理量。K和分子量无限大时的玻璃化温度图5-1Tg-Mn曲线6.假定自由体积分数的分子量依赖性为对于分子量分别为M和的则有对于一个指定的聚合物,在一定温度下,af=常数,并令A/ar=K(常数),则得出:7.某聚苯乙烯试样在160℃时黏度为8.0×10¹³P,预计它在玻璃化温度100℃和120℃下的黏8.某聚合物试样在0℃时黏度为1.0×10⁴P,如果其黏度一温度关系服从WLF方程,并假定解:根据WLF方程,代入题给数据得:(1)分别计算聚乙烯在210℃和190℃时以及聚甲基丙烯酸甲酯在250℃和230℃时的黏度;(2)讨论链的结构对黏度的影响;(3)讨论温度对不同聚合物黏度的影响。PE:T₁=200+273.15=473.15K,T₂=210+273.15=483.15K,T₃=190+273.15=PMMA:T₁=240+273.15=513.15K,T₂=250+273.15=523.15K,T₃=230变化相同温度,PMMA的粘度变化大于PE的粘度变化,即PMMA的粘度对温度敏感,刚性大。(3)温度对刚性链结构的高聚物的粘度影响较大,因为刚性链的链段体积较大,其链段运动需要的活化能高。10.请举两个生活中遇到的取向态聚合物。答:纤维是单轴取向、包装收缩薄膜是双轴取向。第6章聚合物的结晶态1.为什么高分子的凝聚态有晶态与非晶态之分?答:高分子形成晶态与非晶态聚合物,主要是高分子链的结构起了主导作用,因为结晶要求高分子链能伸直而平行排列得很紧密,形成结晶学中的“密堆砌”。影响因素:(1)链的对称性。高分子链的结构对称性越高,越易结晶;(2)链的规整性:无规构型的聚合物使高分子链的对称性和规整性都被破坏,这样的高分子一般不能结晶。在二烯类聚合物中,由于存在顺反异构,如果主链的结构单元的几何构型是无规排列的,则链的规整性也受到破坏,不能结晶。若是全顺式或全反式结构的聚合物,则能结晶。(3)共聚、支化和交联。无规共聚通常会破坏链的对称性和规整性,从而使结晶能力降低甚至完全丧失。但是如果两种共聚单元的均聚物有相同类型的结晶结构,那么共聚物也能结晶,而晶胞参数要随共聚物的组成发生变化。如果两种共聚单元的均聚物有不同的结晶结构,(4)嵌段共聚物的各嵌段基本上保持着相对独立性,能结晶的嵌段将形成自己的晶区。支(5)分子间力也往往使链柔性降低,影响结晶能力。但是分子间能形成氢键时,则有利于2.用差示扫描量热法研究聚对苯二甲酸乙二酯在232.4℃的等温结晶过程,由结晶放热峰原结晶时间t(min)7.611.417.421.625.627.631.635.636.6fc(t)/fc(o)(%)3.4111.534.754.972.780.091其中fc(t)和fc(co)分别表示t时间的结晶度和平衡结晶度。试以Avrami作图法求出Avrami指数m,结晶速率常数K,半结晶期t/2和结晶总速度。对logt作图,则斜率为n,截距为lgk,如图6-1所示。图6-1得线性方程y=3.012x-4.113,则n=3,logk=-4.113,k=7.715×10⁻⁵,3.有全同立构聚丙烯试样一块,体积为1.42cm×2.96cm×0.51cm,质量为1.94g,试计算其解:查表得,非晶态PP的比体积,完全结晶态PP的比体积4.用密度梯度管测得某聚对苯二甲酸乙二酯试样的密度为p=1.40g.cm⁻³,试计算其重量结5.由大量聚合物的pa和pc数据归纳得到pc/pa=1.13,如果晶区与非晶区的密度存在加和性,试证明可用来粗略估计聚合物结晶度的关系式p/pa=1十0.13fe。6.根据表6-1列出的聚乙烯晶片厚度和熔点的实验数据,试求晶片厚度趋于无限大时的熔点Tm。如果聚乙烯结晶的单位体积熔融热为△H=280J-cm⁻3,问表面能是多少?表6-1图6-2,斜率为,斜率为7.Flory得到交联聚合物的熔点Tm与伸长率ε的半定量关系为子量Mc=6000,假如其未拉伸熔点取为Tm⁰=28℃,熔融热△H=4.18×10³J·mol⁻¹单体单元,试估算此试样拉伸4倍时的熔点。假设单体分子量为100g/mol,n=6000/100=60;伸长率F=4,试样拉伸4倍时的熔点假设单体分子量为68g/mol,(异戊二烯单元)n=6000/68=88.2;伸长率作=4,8.有两种乙烯和丙烯的共聚物,其组成相同,但其中一种室温时是皮革状的,一直到温度降至约-70℃时才变硬,另一种室温时却是硬而韧又不透明的材料。试推测并解释它们内在温下处于高弹态,为橡胶状。所以室温时是皮革状的,一直到室温降至-70摄氏度时才变硬。后一种是乙烯和丙烯是嵌段共聚,则聚乙烯部分和聚丙烯部分可单独结晶,宏观上材9.(1)均聚物A的熔点为200℃,其熔融热为8368J·mol⁻¹重复单元,如果在结晶的A-B无规共聚物中,单体B不能进入晶格,试预测含单体B10.0%摩尔分数的A-B无规共聚物(2)如果在均聚物A中分别引入10.0%体积分数的两种增塑剂,假定这两种增塑剂的X1值分别为0.200和-0.200,Vu=V¹,试计算这两种情况下聚合物的熔点,并与(1)的结果解:(1)∴A-B无规共聚物的熔点为Tm=450.82K=17.67℃共聚比增塑能使熔点下降的更多,而溶解能力很好的稀释剂即良溶剂比不良溶剂能使高聚物熔点降低的效应更大。10.已知聚环氧乙烷的结晶密度为1.33g.cm⁻³,熔点为80℃,熔融热为8.29kJ·mol⁻¹重复单元,它与水的相互作用参数为0.45,问含水体积分数分别为0.01,0.02和0.05时,其熔点分别是多少?解:水体积分数为0.01时水体积分数为0.02时水体积分数为0.05时水体积分数为0.05时11.实验测量含有不同量α-氯代萘的一组线型聚乙烯试样的熔点,得到的数据如下:α-氯代萘的体积分数φ₁0.000.060.160.320.520.750.95如果非晶聚乙烯和α-氯代萘的密度分别为0.8g.cm⁻³和1.1g.cm⁻³,估算聚乙烯的熔融热和聚乙烯与α-氯代萘的相互作用参数。解:图6-312.聚乙烯晶体的平衡熔点Tm⁰=146℃,熔融热为8.04×10³Jmol-¹单体单元,试问聚合度分别为6、10、30和1000时,由于链端引起的熔点降低分别是多少?并把算出的熔点与手册E=6,计算Tm=366.2K=93.09℃,住=52.91℃;4三=30,计算Tm=407.38K=134.23℃,=11.77℃;F=1000,计算Tm=418.64K=145.49℃,=13.聚对苯二甲酸乙二酯的平衡熔点Tm⁰=280℃,熔融热△Hu=26.9kJ·mol⁻¹重复单元,试预计分子量从10000增大到20000时,熔点将升高多少℃?分子量是10000,==48计算Tm=549.24K;分子量是20000,E=96计算Tm=551.19K;熔点升高了1.95K。第7章聚合物的屈服和断裂答:(1)玻璃态聚合物在大外力的作用下发生的大形变其本质与橡胶的高弹形变一样,但(2)结晶聚合物的冷拉:第一阶段,应力随应变线性的增加试样被均匀的拉长,到达一点(3)硬弹性聚合物的拉伸行为:易结晶的聚合物熔体,在较高的拉伸应力场中结晶时,可(5)嵌段共聚物的应变诱发塑料—橡胶转变:材料在室温下像塑料,在外力的作用下,能(6)异同点:玻璃态聚合物的冷拉温度范围是Tb到Tg,而结晶聚合物是Tg到Tm。玻璃2.你见到过塑料的银纹吗?银纹与裂缝有哪些区别?答:区别:(1)裂缝是完全由空隙构成的,而银纹是由沿外力方向高度取向的聚合物微纤及其纤维的空洞组成,因而银纹质量不为零,但其密度较本体的降低;(2)银纹具有可逆性,在压力或Tg以上退火时银纹能回缩后或消失,裂缝则不能;(3)银纹先产生再过渡3.为什么聚合物的实际强度总是达不到理论强度值?4.聚合物的脆性断裂与韧性断裂有什么区别?在什么条件下可以相互转化?答:区别:(1)脆性断裂发生在材料屈服之前,材料只有普弹形变,应力-应变关系是线性或接近线性,形变量小,断裂伸长率小于5%,而且在拉伸应力的作用下,微裂纹会迅速发变关系是非线性的,断裂伸长率大于10%,然后由于屈服剪切带的发展导致韧性断裂;(2)两者断口形貌很不相同,脆性断裂口与外力相垂直,表面平整光滑,截面积几乎没有5.请举一个实际例子说明玻璃态聚合物的强迫高弹形变。第8章聚合物的高弹性与黏弹性1.在本体状态下,由四官能度交联剂交联而成的理想弹性网络它的密度p=0.900g.cm⁻³在溶剂中平衡溶胀度为D₂m=0.1,溶剂的摩尔体积V₁=80cm³·mol⁻¹,溶剂与聚合物的相互作用参数x=0.3,请按式可以把统计理论看成是Mooney理论在C₂=0时的特殊情况,即C₂可作为对统计理论偏差3.理想橡胶的应力一应变曲线的起始斜率是2.0×10⁶Pa,要把体积为4.0cm³的这种橡胶试条缓慢可逆地拉伸到其原来长度的两倍,需要做多少J的功?解:根据仿射网络模型,弹性自由能(在单轴拉伸时):,其中λ=24.一理想橡胶试样被从原长6.00cm拉伸到15.0cm,发现其应力增加1.50×10⁵Pa,同时温度升高了5℃(从27℃升到32℃)。如果忽略体积随温度的变化,问在27℃下,伸长1%时的模量是多少?5.一交联橡胶试片,长2.8cm,宽1.0cm,厚0.2cm,重0.518g,于25℃时将它拉伸一倍,测定张力为1.0kg,估算试样的网链的平均分子量。6.天然橡胶未硫化前的分子量为3.0×10⁴,硫化后网链平均分子量为6000,密度为0.90g.cm-3。如果要把长度为10cm,截面积为0.26cm²的试样,在25℃下拉长到25cm,问需用多大7.用宽度为1cm、厚度为0.2cm、长度为2.8cm的一交联橡胶试条,在20℃时进行拉伸试负荷(g)01002003004005006007008009001000伸长(cm)00.350.701.21.82.53.24.14.95.76.5如果交联橡胶试样的密度为0.964g.cm⁻³,试计算交联橡胶试样网链的平均分子量。σ(g/cm²)500100015002000250030003500400045005 8.边长为2cm的黏弹性立方体,其剪切柔量与时间的关系为:要使它在10⁻4s、10⁻²s、10⁰s、10⁴s和108s之后产生剪切变形△x=0.4m₃=80.8kgm₄=8.16×10⁻³kgm₅=8.16×10⁻7kg10s时,试样长度为原始长度的1.15倍,移去外力后,试样的长度为原始长度的1.1倍,问依题意,当t=10s时的总应变为ε=λ-1=1.15-1=0.15即所以Maxwell单元的松弛时间为10.一非晶聚合物的蠕变行为与一个Maxwell单元和一个Voigt单元串联组成的模型相似,在t=0时施加一恒定负荷使拉伸应力为1.0×10⁴Pa,10h后,应变为0.05,移去负荷。回复过程的应变可描述为ε=(3+e)/100,其中t'=t-10(hr),试估算力学模型的四个参数。解:据题即求如图E1,E2,η2,η3四个参数,如图8-1所示有图8-1Voigt的回复方程为:,这里t从回复时算起,而题目的t从开始拉伸时算起,所以此题的回复方程为:排除立即恢复后的应变,应变的回复方程就可写成11.一交联聚合物的力学松弛行为可用三个Maxwell单元并联来描述,其六个参数为E=E₂=E₃=1.0×10⁵Pa,t1=10s,T₂=100s,t3=试计算下面三种情况的应力:(1)突然拉伸到原始长度的两倍;(2)100s后伸长到原始长度的两倍;(3)10⁵s后伸长到原始长度的两倍。解:根据广义Maxwell模型,恒定应变ε0下,应力为诸单元应力之和:∴=51.6。求以Tg+50℃时参考温度时的常数C₁和C₂。①∴①以Tg+50℃参考时②设为常数K,取T=Tg,T=Tg+10,T=Tg+3013.用于模拟某一线型聚合物的蠕变行为的四元件模型的参数为:E₁=5.0×108Pa,E₂=n₂=1.0×108Pa-s,η3=5.0×10¹⁰Pa-s。蠕变试验开始时,应力为oo=1.0×108Pa,经5s后,应力增加至两倍,求10s时的应变值。所以10s时总的应变值为10s和5s相继加上的应力oo所产生的形变的加和。根据Boltzmann原理14.某试样长4cm,宽0.5cm,厚0.125em,加负荷10kg进行蠕变试验,得到数据如下:1(cm)4.0334.0494.0764.110试作其蠕变曲线。如果Boltzmann原理有效,在100min时负荷加倍,问10000min时蠕变伸图8-2对于第一应力所引起的形变,当t=10000min时,1=4.185,ε(10000)=0.0462515.将密度为0.93g.cm⁻³、网链平均分子量为1250的橡胶试样,安装在扭摆上,并冷却至玻璃化温度以下。在100K时,摆的频率为55Hz。如果此时试样的剪切模量为3.0×109Pa,并忽略试样的尺寸随温度的变化,计算27℃时摆的频率。由①②可得G=忽略试样的尺寸随温度的变化,,值不变。①②所以G~T~后;第9章聚合物的其他性质1.推导极化强度关系式将(2)式减(3)式,得将(3)、(4)式代入(1)式得:从而则这就是Debye色散方程式。将(5)式右边通分,并上下同乘(1-iwt),舍去负根wt=1代入(7)式代入(8)式3.导出在交变电场中单位体积的介质损耗功率与电场频率的关系式,并讨论当w→○时介4.假定某种聚合物的电导率为10⁻9Q-¹m-¹,载流子迁移率借用室温下烃类液体中离子载10⁻⁹m².V-¹.s-1,计算聚合物的载流子浓度,并估算聚合物中重复单元的数量密度(假定重复单元分子量为100),比较所得结果加以讨论。则可见N>n,即重复单元的数量密度大于载流子的浓度,差不多每109个重复单元中有一个载流子,就可得到10⁻⁹Q-¹m⁻¹的电导率。5.本征的导电高分子在分子结构上有何特点,为什么说它是一种半导体材料。答:(1)本征的导电高分子根据载流子的属性和导电形式可分为三类:电子导电高分子材(2)结构特征:①电子导电型聚合物:分子内有大的线性共轭π电子体系,给自由电子提(3)这种高分子材料由于其结构的特点,能够提供载流子而具有导电性,经掺杂后,电导6.高分子二阶非线性光学材料在分子结构上有何特点。7.聚合物为什么会有透气性?如何减少透气性?气(渗透物质)与聚合物的溶解能力;第二是气体或蒸气在聚合物中扩散的能力。如果气体聚合物透气性的影响因素:(1)气体或蒸气(渗透物质)与聚合物的溶解能力;(2)气体或蒸气在聚合物中扩散的能力;(3)聚合物中高分子的堆砌密度、高分子的侧基结构、高实验测得PMMA和硅片的酸碱作用对数为据新旧定义的两种敏感度分别计算一下黏合焓,并计算黏合功,由此判别PMMA能否与硅(1)旧定义的敏感度计算黏合焓(2)新定义的敏感度计算黏合焓第10章聚合物的分析与研究方法第三部分章节题库说明:本部分严格按照何曼君编写的《高分子物理》(第3版)教材内容进行编写,每一章一、问答题1.画出典型的相对分子质量分布曲线,并标出下列相对分子质量:(1)数均相对分子质量;(2)重均相对分子质量;(3)Z均相对分子质量;(4)黏均相2.说出获得诺贝尔奖的高分子科学家的名字、获奖年份和他们的主要贡献。答:(1)施陶丁格(Staudinger)从1920年发表划时代的文献“论聚合”起,到1932年发表第一部高分子专著《有机高分子化合物——橡胶和纤维素》,历经10余年创立了高分子学说。施陶丁格是高分子科学的奠基人,1953年获诺贝尔化学奖。(2)齐格勒(Ziegler)和纳塔(Natta)发明了新的催化剂,使乙烯低压聚合制备高密度聚乙烯和丙烯定向聚合制备全同聚丙烯实现工业化。1963年他们分享了诺贝尔化学奖。(3)弗洛里(Flory)在缩聚反应理论、高分子溶液的统计热力学和高分子链的构象统计等(4)德热纳(deGennes)成功地将研究简单体系中有序现象的方法推广到高分子、液晶等复杂体系,把现代凝聚态物理学的新概念(如软物质、标1991年获得诺贝尔物理学奖。(5)黑格(Heeger)、马克迪尔米德(MacDiarmid)和白川英树(Shirakawa)因导电高分子方面的特殊贡献共同获得2000年诺贝尔化学奖。3.解释聚合物的玻璃化转变,比较不同用途聚合物材料的Tg特点,并列举三种测定Tg的答:玻璃化转变是链段运动开始发生(或反过来称被冻结)的温度。对于塑料来说,Tg是度曲线法(TMA)、等黏度法(所有聚合物在Tg时的黏度均为10¹²Pa-s,据此测定聚合物的黏度称为等黏度法)、反相色谱法、热释电流法等。总之,模量、比体积、比热容、损耗4.用GPC法测定聚合物相对分子质量为什么要用标样进行标定?若进行普适标定,需知道质量的标样进行标定,以得到特定条件下的A、若要进行普适标定,除需知道标样的相对分子质量外,还需要知道标样和待测样品的MH方程中的常数K、「的值。5.试用自由体积理论解释聚合物的玻璃化转变。6.何谓玻璃化转变温度?简述一种测量聚合物玻璃化转变温度的方法。积或比容对温度曲线两端的直线部分外推,其交点对应的温度作为Tg。Tg也可以用差热分析测量,其基本原理是在等速升温的条件下,连续测定被测试样与惰性图1-2比体积-温度曲线图1-3折射率-温度曲线图1-4等压比热容-温度曲线图1-5杨氏模量-温度曲线图1-7膨胀系数-温度曲线8.用膨胀计测定玻璃化温度时,升温速度越快,测得的玻璃化温度越高。若采用降温的方法测定,降温速度越快,测得的玻璃化温度越低吗?为什么?答:在用膨胀计测定玻璃化温度时,降温速度越快,测得的玻璃化温度不是越低,而是越高。因为当降温速度很快时,链段运动跟不上,所以在较高温度下链段的运动就被冻结,测得的玻璃化温度较高。9.DSC法测定聚合物的玻璃化温度时,为什么要控制一定的升温速度?作必要的解释。答:因为升温速度太快时,会产生过热,使测得的Tg值偏高。但太慢也不行,会损失灵敏10.室温下具有弹性的橡皮球在液氮温度下变为硬脆的玻璃球,为什么?答:因为天然橡胶的Tg为-73℃,液氮温度远低于此温度,天然橡胶处于硬脆的玻璃态。11.影响聚合物玻璃化转变温度的结构因素有哪些?答:柔顺性是影响Tg的最重要的因素,总的来说,柔顺性越好,Tg越低。(1)主链结构。主链杂原子使柔顺性增加,Tg降低。主链芳环使柔性下降,Tg升高,工程塑料通常是这种情况。共轭双键使柔性大大下降,Tg大大升高。孤立双键却使柔性大大增(2)侧基。侧基极性越大,柔性越小,Tg越高。侧基不对称取代时,由于空间阻碍,柔性(3)其他因素。交联、结晶、形成氢键等因素都会使分子间作用力增加,从而柔性减小,Tg升高。增塑降低Tg。用低Tg组分参与共聚可以降低Tg,起到内增塑的作用。12.讨论外力因素对聚合物Tg的影响。答:张力促进链段运动,使Tg降低;压力减少自由体积,使Tg升高。外力作用频率太快或升温速度太快,链段运动来不及响应,都会使测得的Tg偏高。(1)张力增加;(2)压力增加;(3)外力频率增加;(4)主链上杂原子数增加;(5)主链上芳环密度增加;(6)侧基极性增加;(7)增塑剂含量增加;(8)交联度增加;(9)相对分子质量增加;(10)聚丙烯酸酯类的酯基C原子数n增加。答:(1)J;(2)个;(3)个;(4)J;(5)个;(6)个;(7)↓;(8)个;(9)个;(10)14.试述下列因素对高分子的玻璃化转变温度的影响:(1)当数均相对分子质量无限增大时,其情况怎样?(2)加入增塑剂,试列出其定量关系。(3)用另外单体使其发生内增塑作用,内增塑与外增塑有无相同之处?(4)升、降温速度答:(1)趋于一定值。(2)1。(3)都可降低Tg。(4)升、降温速度过快会使Tg测定值偏高。答:(1)后者较高,因为侧基CH₃的内旋转空间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16.什么是高分子的相对分子质量分布?它有哪些表示方法?(1)分布曲线。聚合物的级分数可达成千上万,每个级分最小只差一个结构单元,因而可(或称累积)质量分布曲线(图1-8),注意微分质量分布曲线是不对称的,而对数微分质(a)微分质量分布曲线;(b)对数微分质量分布曲线;(c)积分质量分布曲线图1-8相对分子质量的质量分布曲线(2)分布函数。分布曲线在数学上往往可以用某种函数来适应。Mp为峰值处相对分子质量,三为分布宽度参数,随(ii)董履和函数-,式中,和为可调节参数,随分布宽度增加而减小,「和共同决定相对分子质量的峰值位置。17.从结构出发解释下列各组聚合物17.从结构出发解释下列各组聚合物Tg的顺序:(8)=0、2、4、6、8时,Tg分别为-29℃、-38℃、-41℃、-58℃、-59℃。因为18.如何测定某GPC柱的空隙体积?Mi值,用下式(实际上是定义式)计算:21.用激光小角光散射测得PS的A、B两试样的相对分子而用GPC测得MA=3.9×10⁵,MB=1.97×10⁵答:A为线型(因为结果一致)。B为小支化,支化使流出体积变小,因此相对分子质量偏22.同样相对分子质量的线型分子和支化分子哪个先流出色谱柱?采用GPC技术能否将相对分子质量相同的线型PE和支化PE分开?为什么?23.现有一种聚合物试样,估计其相对分子质量较大(接近1×10⁵),且相对分子质量分布较宽(1×10³~1×10⁵)。欲准确测定其数均相对分子质量,能否采用气相渗透压法、膜渗透压法和凝胶色谱法?为什么?(1)气相渗透压法是根据高分子溶液的依数性测定相对分子质量。相同质量的聚合物,其样的挥发性决定。除低聚物外,大多数聚合物是无气态的、,因此不存在下限的问题。关键(2)膜渗透压法同样也是根据高分子溶液的依数性测相对分子质量,其上限由渗透压测定该方法的下限(1×10⁴),不易测得准确。~的结构。本试样的相对分子质量及其分布并没有超过一般凝

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