聚合物結(jié)構(gòu)與性能

1、一、名詞解釋（5個）聚合物分子（高聚物分子，通常簡稱為高分子）：(1)這些部分是由相對低分子質(zhì)量的分子衍生的單元(所謂的單體單元或鏈節(jié)) (2)并且只有一種或少數(shù)幾種鏈節(jié)(3)這些需要的鏈節(jié)多重重復(fù)重現(xiàn)。長周期：在纖維軸方向片晶和非晶能重復(fù)出現(xiàn)的最短距離，即片晶和非晶的平均厚度之和縛結(jié)分子：連結(jié)至少兩個晶體的分子。初期結(jié)晶：是指液態(tài)或氣態(tài)初步形成晶體的過程預(yù)先成核：晶核預(yù)先存在，成核速率與時間無關(guān)。二、概念的區(qū)別與聯(lián)系（4對）1、微構(gòu)象與宏構(gòu)象微構(gòu)象：分子中的一小部分由于一個或數(shù)個鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)所引起的構(gòu)象。 宏構(gòu)象：表示在單鍵周圍的原子和原子基團的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空間排列。2、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與熔融溫度

2、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：非晶態(tài)聚合物或部分結(jié)晶聚合物中非晶相發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變所對應(yīng)的溫度。熔融溫度：晶體物質(zhì)由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時固液兩相共存的溫度。3. 應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力：受力物體截面上內(nèi)力的集度，即單位面積上的內(nèi)力。應(yīng)變：物體內(nèi)任一點因各種作用引起的相對變形。4、質(zhì)量結(jié)晶度與體積結(jié)晶度質(zhì)量結(jié)晶度：X-射線被高聚物中原子散射的強度與原子所處的狀態(tài)無關(guān)，原子的聚集狀態(tài)只決定衍射線的位置與形狀，不影響總強度。因此可以認為非晶部分的質(zhì)量與結(jié)晶部分的質(zhì)量之比，等于非晶部分的衍射強度與結(jié)晶部分的衍射強度之比。即()。理論上，只要知道晶區(qū)和非晶區(qū)衍射的X射線的總強度，就可計算結(jié)晶度。在實際工作中，只能在一定的角度范圍收

3、集衍射強度數(shù)據(jù)，無法收集到樣品衍射或散射X射線的總強度。 這樣，在所收集的數(shù)據(jù)中，晶區(qū)或非晶區(qū)對衍射強度的貢獻可能偏高或偏低。所以，應(yīng)加入比例常數(shù) 即，式中， K為比例常數(shù)。體積結(jié)晶度： 用X-射線衍射法體積結(jié)晶度。根據(jù)微原纖結(jié)構(gòu)模型即可測得結(jié)晶度 式中，D為晶片厚度，L為長周期。三、球晶的光學性質(zhì)與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系在正交偏光顯微鏡下，球晶呈現(xiàn)特有的黑十字消光圖像及明暗相間的消光環(huán)，其中黑十字消光圖像反映的是球晶中晶片的徑向生長，消光環(huán)反映的是球晶中晶片的扭曲生長。四、什么是超分子結(jié)構(gòu)？超分子結(jié)構(gòu)參數(shù)有哪些？用簡述或圖示法說明用X-射線圖確定超分子結(jié)構(gòu)參數(shù)的基本依據(jù)。答：超分子結(jié)構(gòu)：高分子鏈之

4、間通過強的或弱的相互作用所形成的聚集體。結(jié)構(gòu)參數(shù)：1.結(jié)晶度 2. 取向度 3 .晶粒尺寸 4.長周期X-射線可測定質(zhì)量結(jié)晶度和體積結(jié)晶度。假設(shè)：X-射線被高聚物中原子散射的強度與原子所處的狀態(tài)無關(guān)，原子的聚集狀態(tài)只決定衍射線的位置與形狀，不影響總強度。因此可以認為非晶部分的質(zhì)量與結(jié)晶部分的質(zhì)量之比，等于非晶部分的衍射強度與結(jié)晶部分的衍射強度之比。理論上，只要知道晶區(qū)和非晶區(qū)衍射的X射線的總強度，就可根據(jù)上式計算結(jié)晶度。在實際工作中，只能在一定的角度范圍收集衍射強度數(shù)據(jù)，無法收集到樣品衍射或散射X射線的總強度。 這樣，在所收集的數(shù)據(jù)中，晶區(qū)或非晶區(qū)對衍射強度的貢獻可能偏高或偏低。所以，應(yīng)在上式

5、中加入比例常數(shù) 式中， K為比例常數(shù)。晶區(qū)的衍射強度Ic和非晶區(qū)的散射強度Ia則表示在一定角度范圍內(nèi)收集到的X射線衍射的積分強度。 對有些高聚物，晶區(qū)和非晶區(qū)對衍射強度的貢獻集中在一定的角度范圍內(nèi)，可近似取K值為1。為計算方便，有時用衍射峰的面積代替積分強度。主要計算方法有：作圖法，Ruland法（考慮晶格畸變的影響），擬合分峰法(Hindeleh)，回歸線法(1) 晶峰和非晶峰可以分開的樣品 (作圖法)(2) 非晶峰和晶峰重疊的樣品 (Hindeleh, Farrow, Ruland, 回歸線法)體積結(jié)晶度：用X-射線衍射法體積結(jié)晶度。根據(jù)微原纖結(jié)構(gòu)模型：式中，D為晶片厚度，L為長周期。五、

6、概述結(jié)晶高聚物從低溫到高溫升溫時，可能發(fā)生的熱轉(zhuǎn)變，其相應(yīng)溫度的名稱；并給出轉(zhuǎn)變的分子運動解釋。答、隨著受熱溫度的增加，結(jié)晶高聚物可能發(fā)生的熱轉(zhuǎn)變有：玻璃化轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的溫度名稱為玻璃化溫度Tg；熔融態(tài)轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的溫度名稱為熔點Tm；最后到達向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的溫度名稱為粘流溫度Tf。分子運動角度對發(fā)生的熱轉(zhuǎn)變解釋如下：結(jié)晶高聚物由于含有非結(jié)晶部分，因此其溫度形變曲線也會出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，但由于結(jié)晶部分的存在，鏈段運動受到限制，模量下降較少。對于結(jié)晶度很高的材料也會不出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，即在Tg-Tm之間并不出現(xiàn)高彈態(tài)，只有達到熔點Tm，結(jié)晶瓦解，鏈段熱運動程度迅速增加，模量才迅速下降。為什么PE能制

7、成高強高模纖維就是這個道理。若高聚物分子量較高TmTf，大分子晶體熔融后直接變成粘流態(tài)。 六、繪出玻璃態(tài)聚合物纖維在單軸拉伸時的應(yīng)力 應(yīng)變曲線，并指出從應(yīng)力應(yīng)變曲線可獲得的參數(shù)b斷裂強度，y屈服強度，b斷裂伸長率，y屈服伸長率。七、影響高聚物材料強度的因素1）化學結(jié)構(gòu)的影響：鏈結(jié)構(gòu)。提高化學結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，使之具有結(jié)晶性，引入交聯(lián)鍵或增加分子鏈的剛性均有利于提高材料的強度。分子量。隨著分子量的增大，強度增加，但當分子量相當大時，強度與分子量幾乎無關(guān)。交聯(lián)的影響，通過化學交聯(lián)，物體形成堅硬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于提高材料的強度。材料的強度不只受交聯(lián)密度的影響，主要還取決于分子間作用力和結(jié)果的均勻性。分子間

8、作用力的影響，分子間作用力愈強(極性基團)，高聚物的強度也愈高。2）超分子結(jié)構(gòu)影響：單位立方體模型的影響，在串聯(lián)模型中，兩相的應(yīng)力相等，應(yīng)變?yōu)閮上鄳?yīng)變之和，在并聯(lián)模型中，兩相的應(yīng)變相等，應(yīng)力為兩相應(yīng)力之和，混合模型則可以看成并串聯(lián)之間的組合。結(jié)晶度。結(jié)晶度增大，E增大。晶粒尺寸。在結(jié)晶度一定時，晶粒的體積越小，纖維的強度越大。同時，晶粒的長徑比越大，纖維的強度越大。取向度。取向度提高強度增大?？棏B(tài)結(jié)構(gòu)的影響，高聚物中加入增塑劑、填料，以及高聚物共混物等復(fù)合材料都會影響其強度。3）測試條件影響：濕度的影響，濕度對纖維力學性能影響最嚴重的是初始模量，濕度增加，初始模量減少。溫度的影響，一般說來，隨

9、著溫度的降低，材料的斷裂強度有所提高。試樣夾持長度的影響，夾持長度越長，纖維的強度越低，伸長率越大。拉伸速率的影響，拉伸速率越小，伸長率越高，強度越低，拉伸速率越大，伸長率越小，強度越高。八、材料結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝之間的關(guān)系（先綜述后舉例）不同的材料具有不同的性能，材料的組成與結(jié)構(gòu)決定材料的性能，而組成和結(jié)構(gòu)又是合成和制備過程（制備工藝）的產(chǎn)物。材料的組成與結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成材料物質(zhì)的原子、分子以及它們在不同層次上彼此結(jié)合的形式、狀態(tài)和空間分布；性能是指材料固有的物理化學特性，也是確定材料用途的依據(jù)；制備工藝是指促使原子、分子結(jié)合而構(gòu)成材料的化學與物理過程。材料的組成和結(jié)構(gòu)決定材料的性能，如組成物質(zhì)的基本單元是原子，各種原子以不同的結(jié)合鍵形成材料，其性能也有所差異；如：以離子鍵為主的材料強度高，硬度大，脆性大（力學性能）；熔點高，熱膨脹系數(shù)小（熱學性能）；導(dǎo)電性較差，熔融態(tài)為離子導(dǎo)體（電學性能）；對紅外光吸收較強，多是無色或淺色透明的（光學性能）。制備工藝影響