高分子物理課后習(xí)題答案全金光華幼卿第三版

1、第1章   高分子的鏈結(jié)構(gòu)1.寫出聚氯丁二烯的各種可能構(gòu)型。                     等。2構(gòu)象與構(gòu)型有何區(qū)別？聚丙烯分子鏈中碳碳單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的，通過(guò)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是否可以使全同立構(gòu)聚丙烯變?yōu)殚g同立構(gòu)聚丙烯？為什么？答：（1）區(qū)別：構(gòu)象是由于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子在空間位置上的變化，而構(gòu)型則是分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的排列；構(gòu)象的改變不

2、需打破化學(xué)鍵，而構(gòu)型的改變必須斷裂化學(xué)鍵。（2）不能，碳-碳單鍵的旋轉(zhuǎn)只能改變構(gòu)象，卻沒(méi)有斷裂化學(xué)鍵，所以不能改變構(gòu)型，而全同立構(gòu)聚丙烯與間同立構(gòu)聚丙烯是不同的構(gòu)型。3.為什么等規(guī)立構(gòu)聚丙乙烯分子鏈在晶體中呈31螺旋構(gòu)象，而間規(guī)立構(gòu)聚氯乙烯分子鏈在晶體中呈平面鋸齒構(gòu)象？ 答（1）由于等歸立構(gòu)聚苯乙烯的兩個(gè)苯環(huán)距離比其范德華半徑總和小，產(chǎn)生排斥作用，使平面鋸齒形（ttt）構(gòu)象極不穩(wěn)定，必須通過(guò)C-C鍵的旋轉(zhuǎn)，形成31螺旋構(gòu)象，才能滿足晶體分子鏈構(gòu)象能最低原則。 （2）由于間規(guī)聚氯乙烯的氯取代基分得較開(kāi)，相互間距離比范德華半徑大，所以平面鋸齒形構(gòu)象是能量最低的構(gòu)象。 4.哪些參數(shù)可以表征高分子鏈的

3、柔順性？如何表征？答：（1）空間位阻參數(shù)（或稱剛性因子），值愈大，柔順性愈差；（2）特征比Cn，Cn值越小，鏈的柔順性越好； （3）連段長(zhǎng)度b，b值愈小，鏈愈柔順。 5聚乙烯分子鏈上沒(méi)有側(cè)基，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能不大，柔順性好。該聚合物為什么室溫下為塑料而不是橡膠？答：這是由于聚乙烯分子對(duì)稱性好，容易結(jié)晶，從而失去彈性，因而在室溫下為塑料而不是橡膠。6.從結(jié)構(gòu)出發(fā)，簡(jiǎn)述下列各組聚合物的性能差異： （1）聚丙烯睛與碳纖維； （2）無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯與等規(guī)立構(gòu)聚丙烯； （3）順式聚1，4-異戊二烯（天然橡膠）與反式聚1，4-異戊二烯（杜仲橡膠）。 （4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯與交聯(lián)聚乙烯。 7.比較下列四組

4、高分子鏈的柔順性并簡(jiǎn)要加以解釋。 8.答：81.6倍9.解：b=1.17nm10.答：均方末端距為2276.8nm2。第2章   聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)1.名詞解釋凝聚態(tài)，內(nèi)聚能密度，晶系，結(jié)晶度，取向，高分子合金的相容性。凝聚態(tài)：為物質(zhì)的物理狀態(tài)，是根據(jù)物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)在宏觀力學(xué)性能上的表現(xiàn)來(lái)區(qū)分的，通常包括固體、液體和氣體。內(nèi)聚能密度：CED定義為單位體積凝聚體汽化時(shí)所需要的能量，單位：晶系：根據(jù)晶體的特征對(duì)稱元素所進(jìn)行的分類。 結(jié)晶度：試樣中的結(jié)晶部分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（質(zhì)量結(jié)晶度）或者體積分?jǐn)?shù)（體積結(jié)晶度）。 取向：聚合物的取向是指在某種外力作用下，分子鏈或其他結(jié)構(gòu)

5、單元沿著外力作用方向的擇優(yōu)排列。 高分子合金的相容性：兩種或兩種以上高分子，通過(guò)共混形成微觀結(jié)構(gòu)均一程度不等的共混物所具有的親和性。 2.什么叫內(nèi)聚能密度？它與分子間作用力的關(guān)系如何？如何測(cè)定聚合物的內(nèi)聚能密度？答：（1）內(nèi)聚能密度：CED定義為單位體積凝聚體汽化時(shí)所需要的能量，單位：（2）內(nèi)聚能密度在300以下的聚合物，分子間作用力主要是色散力；內(nèi)聚能密度在400 以上的聚合物，分子鏈上有強(qiáng)的極性基團(tuán)或者分子間能形成氫鍵；內(nèi)聚能密度在300-400之間的聚合物，分子間相互作用居中。3.聚合物在不同條件下結(jié)晶時(shí)，可能得到哪幾種主要的結(jié)晶形態(tài)？各種結(jié)晶形態(tài)的特征是什么？答：（1）可能得到的結(jié)晶形

6、態(tài)：?jiǎn)尉А渲?、球晶、纖維狀晶、串晶、柱晶、伸直鏈晶體；（2）形態(tài)特征：?jiǎn)尉В悍肿渔湸怪庇谄矫媾帕校穸纫话阒挥?0nm左右；樹枝晶：許多單晶片在特定方向上的擇優(yōu)生長(zhǎng)與堆積形成樹枝狀；球晶：呈圓球狀，在正交偏光顯微鏡下呈現(xiàn)特有的黑十字消光，有些出現(xiàn)同心環(huán)；纖維狀晶：晶體呈纖維狀，長(zhǎng)度大大超過(guò)高分子鏈的長(zhǎng)度；串晶：在電子顯微鏡下，串晶形如串珠；柱晶：中心貫穿有伸直鏈晶體的扁球晶，呈柱狀；伸直鏈晶體：高分子鏈伸展排列晶片厚度與分子鏈長(zhǎng)度相當(dāng)。4.測(cè)定聚合物的結(jié)晶度的方法有哪幾種？簡(jiǎn)述其基本原理。不同方法測(cè)得的結(jié)晶度是否相同？為什么？ 答：（1）密度法，X射線衍射法，量熱法；（2）密度法的

7、依據(jù)：分子鏈在晶區(qū)規(guī)整堆砌，故晶區(qū)密度大于非晶區(qū)密度；X射線衍射法的依據(jù)：總的相干散射強(qiáng)度等于晶區(qū)和非晶區(qū)相干散射強(qiáng)度之和；量熱法的依據(jù)：根據(jù)聚合物熔融過(guò)程中的熱效應(yīng)來(lái)測(cè)定結(jié)晶度的方法。（3）不同，因?yàn)榻Y(jié)晶度的概念缺乏明確的物理意義，晶區(qū)和非晶區(qū)的界限很不明確，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定結(jié)晶部分的量，所以其數(shù)值隨測(cè)定方法不同而不同。5.高分子液晶的分子結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？根據(jù)分子排列有序性的不同，液晶可以分為哪幾種晶型？如何表征？答：（1）高分子液晶分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子主干部分是棒狀（筷形），平面狀（碟形）或曲面片狀（碗形）的剛性結(jié)構(gòu)，以細(xì)長(zhǎng)棒狀最為常見(jiàn)；b.分子中含有對(duì)位苯撐，強(qiáng)極性基團(tuán)，可高度極化或可形成氫鍵的

8、基團(tuán)，因而在液態(tài)下具有維持分子作某種有序排列所需要的凝聚力；c.分子上可能含有一定的柔性結(jié)構(gòu)。 （2）液晶晶型：a.完全沒(méi)有平移有序向列相即N相，用單位矢量表示；b.一維平移有序（層狀液晶）近晶A（）和近晶C()；c.手征性液晶，包括膽甾相（Ch）和手征性近晶相；d.盤狀液晶相。（3）液晶態(tài)的表征一般為：a.偏光顯微鏡下用平行光系統(tǒng)觀察；b.熱分析法；c.X射線衍射；d.電子衍射；e.核磁共振；f.電子自旋共振；g.流變學(xué)；h.流變光學(xué)。6.簡(jiǎn)述液晶高分子的研究現(xiàn)狀，舉例說(shuō)明其應(yīng)用價(jià)值。 答：液晶高分子被用于制造防彈衣，纜繩及航空航天器大型結(jié)構(gòu)部件，可用于新型的分子及原子復(fù)合材料，適用于光導(dǎo)纖

9、維的被覆，微波爐件，顯示器件信息傳遞變電檢測(cè)7.取向度的測(cè)定方法有哪幾種？舉例說(shuō)明聚合物取向的實(shí)際意義。（1）用光學(xué)顯微鏡測(cè)定雙折射來(lái)計(jì)算;(2)用聲速法測(cè)定；（3）廣角X射線衍射法；（4）紅外二向色性；（5）偏正熒光法。8.某結(jié)晶聚合物的注射制品中，靠近模具的皮層具有雙折射現(xiàn)象，而制品內(nèi)部用偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)有Maltese黑十字，并且越靠近制品芯部，Maltese黑十字越大。試解釋產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因。如果降低模具的溫度，皮層厚度將如何變化？答：（1）由于形成球晶，球晶具有雙折射現(xiàn)象，自然光經(jīng)過(guò)偏振片變?yōu)槠窆?，通過(guò)球晶發(fā)生雙折射，分成兩束振動(dòng)方向垂直的偏振光，兩束偏振光在與檢偏鏡平行方向上

10、存在分量，分量速度不同，產(chǎn)生相位差而干涉，使呈現(xiàn)黑十字消光圖像，制品外部與模具接觸，冷卻速度快，球晶來(lái)不及生長(zhǎng)而成多層片晶或小球晶，而制品芯部溫度高，結(jié)晶時(shí)間充分，生長(zhǎng)為大球晶，因此消光圖像更大。（2）降低溫度會(huì)增加過(guò)冷度，縮短結(jié)晶時(shí)間，因而皮層厚度增加。10.簡(jiǎn)述提高高分子合金相容性的手段答：提高高分子合金的相容性一般用加入第三組分增溶劑的方法。增溶劑可以是與A、B兩種高分子化學(xué)組成相同的嵌段或接枝共聚物，也可以是與A、B的化學(xué)組成不同但能分別與之相容的嵌段或接枝共聚物。11.某一聚合物完全結(jié)晶時(shí)的密度為0.936g/cm3,完全非晶態(tài)的密度為0.854g/cm3,現(xiàn)知該聚合物的實(shí)際密度為0

11、.900g/cm3,試問(wèn)其體積結(jié)晶度應(yīng)為多少？（體積結(jié)晶度為0.561第3章   高分子溶液1.答：（1）溶度參數(shù)：是指內(nèi)聚能密度的平方根；（2）依據(jù)是：，因?yàn)槿芙膺^(guò)程>0，要使<0，越小越好，又因?yàn)?，所以與越相近就越小，所以可用“溶度參數(shù)相近原理”判斷溶劑對(duì)聚合物的溶解能力。2.答：（1）高分子溶液：是指高分子稀溶液在溫度下（Flory溫度），分子鏈段間的作用力，分子鏈段與溶劑分子間的作用力，溶劑分子間的作用力恰好相互抵消，形成無(wú)擾狀態(tài)的溶液。 此時(shí)高分子溶劑相互作用參數(shù)為1/2,內(nèi)聚能密度為0.（2）理想溶液三個(gè)作用力都為0，而溶液三個(gè)作用力都不為0，只是

12、合力為0.3.答：（1）假定：a.溶液中分子排列也像晶體中一樣，為一種晶格排列；b.高分子鏈?zhǔn)侨嵝缘模袠?gòu)象具有相同的能量；c.溶液中高分子“鏈段”是均勻分布的，即“鏈段”占有任一格子的幾率相同。（2）物理意義：放映高分子與溶劑混合時(shí)相互作用能的變化。4.答：（1）排斥體積效應(yīng)：在高分子稀溶液中，“鏈段”的分布實(shí)際上是不均勻的，高分子鏈以一個(gè)被溶劑化了的松懈的鏈球散布在純?nèi)軇┲校總€(gè)鏈球都占有一定的體積，它不能被其他分子的“鏈段”占有。 （2）進(jìn)展：把“鏈段”間的排斥體積考慮進(jìn)去，更符合實(shí)際。 6.解：7答：（1）；（2）;（3）.結(jié)果說(shuō)明，絕大多數(shù)高分子溶液，即使在濃度小時(shí)，性質(zhì)也不服從理

13、想溶液的規(guī)律，混合熵 比小分子要大十幾倍到數(shù)十倍，一個(gè)高分子在溶液中可以起到許多個(gè)小分子的作用，高分子溶液性質(zhì)與理想溶液性質(zhì)偏差的原因在于分子量大，分子鏈具有柔順性，但一個(gè)高分子中每個(gè)鏈段是相互連接的，起不到x（連段數(shù)）個(gè)小分子的作用，混合熵比xN個(gè)小分子來(lái)得小。 8.答：;第4章   聚合物的分子量和分子量分布1.(1)微分分布曲線：表示聚合物中分子量（M）不同的各個(gè)級(jí)分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)x(M);積分分布曲線：表示聚合物中分子量小于和等于某一值的所有級(jí)分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)I(M)或摩爾分?jǐn)?shù)。轉(zhuǎn)換：2.答：(1)測(cè)定數(shù)均分子量的方法：端基分析法、沸點(diǎn)升高、冰點(diǎn)下降、氣相

14、滲透壓（范圍<）(2)測(cè)量重均分子量的方法：光散射法()3.答：滲透法測(cè)定分子量依據(jù)為時(shí)，所以：即滲透壓法測(cè)得分子量為數(shù)均分子量。4.采用滲透壓法測(cè)得試樣A和B和摩爾質(zhì)量分別為4.20e5g/mol和1.25e5g/mol，試計(jì)算A、B兩種試樣等質(zhì)量混合物的數(shù)均分子量和重均分子量。 答：；5.35時(shí)，環(huán)己烷為聚苯乙烯（無(wú)規(guī)立構(gòu)）的溶劑?，F(xiàn)將300mg聚苯乙烯（=1.05g/cm3，=1.5e5）于35溶于150ml環(huán)己烷中，試計(jì)算：(1)第二維利系數(shù)A2;(2)溶液的滲透壓。 答：（1）；（2）7.證明：（1） （2） 第5章   聚合物的轉(zhuǎn)變與松弛1. 答：（1）a

15、.玻璃態(tài)區(qū)，玻璃化溫度以下，分子運(yùn)動(dòng)主要限于振動(dòng)和短程的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；b.玻璃-橡膠轉(zhuǎn)變區(qū)，可解析為遠(yuǎn)程、協(xié)同分子運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始；c.橡膠-彈性平臺(tái)區(qū)，由于分子間存在幾個(gè)鏈段平行排列的物理纏結(jié)，聚合物呈現(xiàn)遠(yuǎn)程橡膠彈性；d.末端流動(dòng)區(qū)，物理纏結(jié)來(lái)不及松弛，材料仍然表現(xiàn)為橡膠行為，溫度升高，發(fā)生解纏作用，導(dǎo)致整個(gè)分子產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生流動(dòng)，這種流動(dòng)是作為鏈段運(yùn)動(dòng)結(jié)果的整鏈運(yùn)動(dòng)。（2）聚合物分子量越高，橡膠-彈性平臺(tái)就越長(zhǎng)。3.寫出四種測(cè)定聚合物玻璃化溫度的方法，簡(jiǎn)述其基本原理。不同實(shí)驗(yàn)方法所得結(jié)果是否相同？為什么？答：（1）a.膨脹計(jì)法，熱膨脹的主要機(jī)理是克服原子間的主價(jià)力和次價(jià)力，膨脹系數(shù)較小；b.量

16、熱法，聚合物在玻璃化時(shí)的熱學(xué)性質(zhì)的變化；c.溫度-形變法，利用聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)形變量的變化來(lái)測(cè)定其玻璃化溫度；d.核磁共振法，利用電磁性質(zhì)的變化研究聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的方法。（2）不同，略。4聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變并不是一個(gè)真正的熱力學(xué)相變。因?yàn)榉蔷B(tài)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積，焓或熵是連續(xù)變化的，而和出現(xiàn)不連續(xù)的變化，要使體系達(dá)到熱力學(xué)平衡，需要無(wú)限緩慢的變溫速率和無(wú)限長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間，實(shí)驗(yàn)上不可能做到，因此，玻璃化溫度的測(cè)定過(guò)程體系不能滿足熱力學(xué)平衡條件，轉(zhuǎn)變過(guò)程是一個(gè)松弛過(guò)程，所測(cè)得的玻璃化溫度不是一個(gè)真正的熱力學(xué)相變。 5.答：（1）在 Tg 以上，非晶態(tài)聚合物體積收縮時(shí)，包括聚合物分子占

17、有體積的收縮以及自由體積的收縮，而在Tg 以下，自由體積處于凍結(jié)狀態(tài)，所以，聚合物體積收縮只有聚合物占有體積的收縮，因此，體積收縮速率會(huì)有變化。（2）當(dāng)冷卻速度愈快，測(cè)得的Tg偏大，這是因?yàn)椋阂环矫?，溫度降低，體系的自由體積減小，同時(shí)，粘度增大，鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間增加，另一方面，冷卻速率決定了實(shí)驗(yàn)的觀察時(shí)間，而玻璃化溫度是鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間與實(shí)驗(yàn)的觀察時(shí)間相當(dāng)時(shí)的溫度，故冷卻愈快，觀察時(shí)間愈短，測(cè)得的Tg值愈高。6答：熱力學(xué)研究表明，相轉(zhuǎn)變過(guò)程中自由能是連續(xù)的，而與自由能的導(dǎo)數(shù)有關(guān)的性質(zhì)發(fā)生不連續(xù)的變化。非晶態(tài)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積、焓或熵是連續(xù)變化的，但出現(xiàn)不連續(xù)的變化。實(shí)際上，玻璃

18、化溫度的測(cè)定過(guò)程體系不能滿足熱力學(xué)的平衡條件，轉(zhuǎn)變過(guò)程是一個(gè)松弛過(guò)程，所得值依賴于變溫速率及測(cè)試方法（外力作用速率）7. 答：（1小分子有分子晶體、原子晶體和離子晶體，而高分子晶體僅有分子晶體，且僅是分子鏈的一部分形成的晶體。這是由于高分子的分子鏈很長(zhǎng)，可穿越多個(gè)晶胞。（2）小分子的熔點(diǎn)是一個(gè)確定值，而高分子的熔點(diǎn)是一個(gè)范圍值。（3）高分子有結(jié)晶度的概念，而小分子沒(méi)有。這是由于高分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得聚合物結(jié)晶要比小分子結(jié)晶有更多的缺陷，所以結(jié)晶總是很不完善，有晶區(qū)和非晶區(qū)，用結(jié)晶讀表示。（4）高聚物的結(jié)晶過(guò)程分一次結(jié)晶（主結(jié)晶）和二次結(jié)晶（次級(jí)結(jié)晶）。這是由于高分子的相對(duì)分子質(zhì)量大，體系黏度

19、大，分子運(yùn)動(dòng)遲緩所引起的。8. 答：（1）膨脹計(jì)法、光學(xué)解偏振法和示差掃描量熱法(DSC)。原理：聚合物結(jié)晶過(guò)程中，從無(wú)序的非晶態(tài)排列成高度有序的晶態(tài)，由于密度變大，會(huì)發(fā)生體積收縮即可研究結(jié)晶過(guò)程。主要步驟：方法是將試樣與跟蹤液(通常是水銀)裝入一膨脹計(jì)中，加熱到聚合物熔點(diǎn)以上，使其全部熔融。然后將膨脹計(jì)移入恒溫槽內(nèi)，觀察毛細(xì)管內(nèi)液柱的高度隨時(shí)間的變化。（2）偏光顯微鏡法和小角激光光散射法。原理：用單位時(shí)間里球晶半徑增加的長(zhǎng)度作為觀察溫度下球晶的徑向生長(zhǎng)速度。主要步驟：將試樣熔融后立即進(jìn)行等溫結(jié)晶，觀察球晶的半徑隨時(shí)間的增長(zhǎng)變化，以球晶半徑對(duì)時(shí)間作圖，可得一直線。 9.比較下列各組聚合物的Tg

20、高低并說(shuō)明理由：（1）：聚二甲基硅氧烷順式聚1，4-丁二烯（2）聚己二酸乙二醇酯聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（3）聚丙烯聚4-甲基-1-戊烯（4）聚氯乙烯聚偏二氯乙烯10.以結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)討論下列聚合物的結(jié)晶能力：聚乙烯、尼龍66、聚異丁烯。聚乙烯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)稱又規(guī)整，所以非常容易結(jié)晶。尼龍66，化學(xué)結(jié)構(gòu)及幾何結(jié)構(gòu)均較規(guī)整，沒(méi)有鍵接方式問(wèn)題，也較容易結(jié)晶。聚異丁烯，分子鏈具有較高的對(duì)稱性，可以結(jié)晶，但由于取代基的空間位阻以及化學(xué)結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性，使其較難結(jié)晶。11. 答：451.8k.12. 答：K=0.00316,n=3.02。第6章   橡膠彈性 1.高彈性有哪些特征？為什么聚合物具

21、有高彈性？在什么情況下要求聚合物充分體現(xiàn)高彈性？什么情況下應(yīng)設(shè)法避免高彈性？ 答：（1）高彈性特征：a.彈性模量很小;b.形變量很大;c.彈性模量隨絕對(duì)溫度的升高正比的增加；d.形變時(shí)有明顯的熱效應(yīng)。（2）略（3）略 2答：依據(jù)：熱力學(xué)第一定律和第二定律， 物理意義：橡膠變形后的張應(yīng)力可以看成是由熵的變化和內(nèi)能的變化兩部分組成。只有熵才能貢獻(xiàn)的彈性叫熵彈性，橡膠拉伸時(shí)內(nèi)能變化很小，主要是熵的變化。內(nèi)能的變化是橡膠拉伸時(shí)放熱的原因。 4答：（1）熱塑性彈性體是一種兼有塑料和橡膠特性、在常溫下顯示橡膠高彈性、高溫下又能塑化成型的高分子材料，又稱為第三代橡膠。 （2）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚

22、物（SBS），PB分散相Tg高于室溫，構(gòu)成物理交聯(lián)區(qū)域；故SBS室溫下為彈性體，高溫下發(fā)生粘性流動(dòng)，可以塑化成型。 5.答：8185g/mol6.答：Pa7.答：8.答：(1)E=1.366Mpa, G=0.455 Mpa(2) E=1.229Mpa, G=0.410 Mpa9.答：。第7章   聚合物的粘彈性 3.答：Maxwell模型適宜于模擬線形聚合物的應(yīng)力松弛過(guò)程，Kelvin模型適宜于模擬交聯(lián)聚合物的蠕變過(guò)程，四元件模型適宜于模擬線形聚合物的蠕變過(guò)程。 4.答：（1）升高溫度與延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)分子運(yùn)動(dòng)是等效的，對(duì)聚合物的粘彈行為也是等效的，這就是時(shí)溫等效原理。（2）需要

23、在室溫條件下幾年甚至上百年完成的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)的，但可以在高溫條件下短期內(nèi)完成；或者需要在室溫條件下幾十萬(wàn)分之一秒或幾百萬(wàn)分之一秒中完成的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，可以在低溫條件下幾個(gè)小時(shí)甚至幾天內(nèi)完成。5.答：（1）松弛時(shí)間是粘性系數(shù)和彈性系數(shù)的比值； （2）如果外加應(yīng)力作用時(shí)間極短，材料中的粘性部分還來(lái)不及響應(yīng)，觀察到的是彈性應(yīng)變。反之，若應(yīng)力作用的時(shí)間極長(zhǎng)，彈性應(yīng)變已經(jīng)回復(fù)，觀察到的僅是粘性流體貢獻(xiàn)的應(yīng)變，材料可考慮為一個(gè)簡(jiǎn)單的牛頓流體。只有在適中的應(yīng)力作用時(shí)間，材料的粘彈性才會(huì)呈現(xiàn)，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸衰減到零，這個(gè)適中的時(shí)間正是松弛現(xiàn)象的內(nèi)部時(shí)間尺度松弛時(shí)間。 7.答：208d。8.答：

24、（1）；（2）21。 9.解：（1）=KEt, 圖形為一過(guò)原點(diǎn)直線。（2）=K, 圖形為一水平直線。（3）=K-exp(-Et/), 圖形為一條斜率逐漸減小的曲線。（4）=KEt+K 圖形為一直線，與縱軸交點(diǎn)在橫軸上方。10.設(shè)聚丙烯為線性粘彈體，其柔量為D（t）=1.2t0.1(GPa)-1(t的單位為s),應(yīng)力狀態(tài)如下：=0          t<0=1MPa      0t1000s=1.5MPa 

25、60;  1000st2000s試計(jì)算1500s時(shí)，該材料的應(yīng)變值。答：11.在頻率為1Hz條件下進(jìn)行聚苯乙烯試樣的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，125出現(xiàn)內(nèi)耗峰。請(qǐng)計(jì)算在頻率1000Hz條件下進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)內(nèi)耗峰的溫度。（已知聚苯乙烯的Tg=100）答：151.312.某聚合物試樣，25時(shí)應(yīng)力松弛到模量為1e5N/m2需要10h。試計(jì)算-20時(shí)松弛到同一模量需要多少時(shí)間？（已知該聚合物的Tg=-70）答：13.答：第8章   聚合物的屈服和斷裂 1.名詞解釋： 脆-韌轉(zhuǎn)變點(diǎn)；細(xì)頸；剪切帶；銀紋；應(yīng)力集中；疲勞。 脆-韌轉(zhuǎn)變點(diǎn)：在一定應(yīng)變速率下，作斷裂應(yīng)力和屈

26、服應(yīng)力分別與溫度T的關(guān)系曲線，兩條曲線的交點(diǎn)就是脆韌屈服轉(zhuǎn)變點(diǎn)。 細(xì)頸：高分子材料試樣條在拉伸實(shí)驗(yàn)中，試條某點(diǎn)的橫截面突然快速下降的現(xiàn)象。 剪切帶：只發(fā)生在局部帶狀區(qū)域內(nèi)的剪切變形。 銀紋：聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某些薄弱地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，以至在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長(zhǎng)度為100m、寬度為10m左右、厚度約為1m的微細(xì)凹槽。 應(yīng)力集中：受力材料在形狀、尺寸急劇變化的局部或內(nèi)部缺陷（孔、裂縫等）的附近出現(xiàn)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象。 疲勞：材料或構(gòu)件在周期應(yīng)力作用下斷裂或失效的現(xiàn)象，是材料在實(shí)際使用中常見(jiàn)的破裂 形式.4.簡(jiǎn)述幾種組合應(yīng)力作用下材料的屈服判據(jù)，比

27、較不同判據(jù)之間的差異。 答：（1）單參數(shù)屈服判據(jù)（Tresca判據(jù)和最大形變能理論），只受正應(yīng)力和切應(yīng)力；（2）雙參數(shù)屈服判據(jù)（Coulomb判據(jù)或MC判據(jù)），受正應(yīng)力、切應(yīng)力和正壓力。此外考慮流體靜壓力的改進(jìn)的Tresca和Von Mises判據(jù)也適用。 6.簡(jiǎn)述聚合物增強(qiáng)、增韌的途徑和機(jī)理。 答：聚合物增強(qiáng)途徑：通過(guò)添加增強(qiáng)劑來(lái)形成復(fù)合材料； 機(jī)理：形成復(fù)合材料，可以傳遞應(yīng)力，避免基體應(yīng)力集中，提高力學(xué)強(qiáng)度。 聚合物的增韌途徑：添加增塑劑。 機(jī)理：銀紋機(jī)理、銀紋-剪切帶機(jī)理、三軸應(yīng)力空化機(jī)理、剛性粒子增韌機(jī)理。 7.答：(1)聚苯乙烯，因主鏈掛上體積龐大的側(cè)基苯環(huán)，使之稱為難以改變構(gòu)象的剛

28、性鏈，使得沖擊性能不好，為典型的脆性聚合物。 （2）聚苯醚，因主鏈含有剛性的苯環(huán)，故為難以改變構(gòu)象的剛性鏈，沖擊性能不好。 （3）聚碳酸酯，由于主鏈中含酯基，在-120攝氏度可產(chǎn)生局部模式運(yùn)動(dòng)，稱之為轉(zhuǎn)變。在T<Tg時(shí)，由于外力作用，轉(zhuǎn)變吸收沖擊能，使聚合物上的能量得以分散，因此沖擊性能好，在常溫下可進(jìn)行冷片沖壓成型，即常溫塑性加工。 （4）ABS，因ABS具有多相結(jié)構(gòu)，支化的聚丁二烯相當(dāng)于橡膠微粒分散在連續(xù)的塑料相中，相當(dāng)于大量的應(yīng)力集中物，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)，它們可以引發(fā)大量的裂紋，從而能吸收大量的沖擊能，所以沖擊性能好。 （5）聚乙烯，由于聚乙烯鏈節(jié)結(jié)構(gòu)極為規(guī)整和對(duì)稱，體積又小，所以

29、聚乙烯非常容易結(jié)晶，而且結(jié)晶度比較高。由于結(jié)晶限制了鏈段的運(yùn)動(dòng)，使之柔性不能表現(xiàn)出來(lái)，所以沖擊性能不好。高壓聚乙烯由于支化多，破壞了鏈的規(guī)整性，結(jié)晶度低些，沖擊性能稍好些。 8.如何采用物理改性的方法制備下列材料？簡(jiǎn)述其改性機(jī)理。 （1）抗沖擊聚丙烯塑料；（2）高強(qiáng)度丁苯橡膠；（3）高強(qiáng)度尼龍纖維；（4）高強(qiáng)度、高耐折射性的聚酯薄膜；（5）高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂。第9章   聚合物的流變性 1.什么是假塑性流體？絕大多數(shù)聚合物熔體和濃溶液在通常條件下為什么均呈現(xiàn)假塑性流體的性質(zhì)？試用纏結(jié)理論加以解釋。 答：（1）流動(dòng)指數(shù)n<1的流體稱為假塑性流體；（2）略3.答：根據(jù)自由體積

30、理論，高分子的流動(dòng)不是簡(jiǎn)單的整個(gè)分子的遷移，而是通過(guò)鏈段的相繼躍遷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。形象的說(shuō)，這種流動(dòng)的類似于蚯蚓的蠕動(dòng)。因而其流動(dòng)活化能與分子的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知當(dāng)碳鏈不長(zhǎng)時(shí)，隨碳數(shù)的增加而增加，但當(dāng)碳數(shù)大于30時(shí)，不再增大，因此聚合物超過(guò)一定數(shù)值后，與相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)關(guān)。 4.答：低切變速率下，當(dāng)時(shí)，略依賴于聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)和溫度，當(dāng)時(shí)，與聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)，分子量分布及溫度無(wú)關(guān)；增大切變速率，鏈纏結(jié)結(jié)構(gòu)破壞程度增加，分子量對(duì)體系粘度影響減小。 聚合物熔體非牛頓流動(dòng)時(shí)的切變速率隨分子量加大向低切變速率移動(dòng)，剪切引起的粘度下降，分子量低的試樣也比分子量高的試樣小一些。分子量相同時(shí)分子量分布寬的聚合物

31、熔體出現(xiàn)非牛頓流動(dòng)的切變速率比分布窄的要低的多。 5.答：a.溫度升高，粘度下降，在較高溫度的情況下，聚合物熔體內(nèi)自由體積相當(dāng)大，流動(dòng)粘度的大小主要取決于高分子鏈本身的結(jié)構(gòu)，即鏈段躍遷運(yùn)動(dòng)的能力，一般分子鏈越剛硬，或分子間作用力越大，則流動(dòng)活化能越高，這類聚合物是溫敏性的；當(dāng)溫度處于一定范圍即Tg<T<Tg+100K時(shí)，由于自由體積減小，階段躍遷速率不僅與其本身的躍遷能力有感，也與自由體積大小有關(guān)。 b柔性鏈高分子表觀粘度隨切變速率增加而明顯下降，剛性鏈高分子表觀粘度也隨且變速率增加而下降，但降幅較小，因?yàn)榍凶兯俾试黾?，柔性鏈易改變?gòu)象，即通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)破壞原有纏結(jié)，降低流動(dòng)阻力，剛

32、性鏈鏈段較長(zhǎng)，構(gòu)象改變較困難，隨切變阻力增加，阻力變化不大。 6.解釋下列名詞、概念： （1）牛頓流體和非牛頓流體； 牛頓流體：流動(dòng)行為符合牛頓流動(dòng)定律的流體；非牛頓流體：流動(dòng)行為不符合牛頓流動(dòng)定律的流體。（2）切粘度和拉伸粘度；切粘度：等于單位速度梯度時(shí)單位面積上所受到的切應(yīng)力，其值放映了液體分子間由于相互作用而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力即內(nèi)摩擦力的大小，單位為帕秒（Pas）。拉伸粘度：等于單位速度梯度時(shí)單位面積上所受到的拉伸應(yīng)力。（3）真實(shí)粘度和表觀粘度； 真實(shí)粘度：?jiǎn)挝凰俣忍荻葧r(shí)單位面積上所受到的切應(yīng)力。 表觀粘度：在粘性流動(dòng)中，流體具有剪切速率依賴性時(shí)的剪切應(yīng)力與剪切速率之比值。 （4）非牛頓指數(shù)

33、和稠度系數(shù)； 非牛頓指數(shù)：n= ，對(duì)切變速率非牛頓的校正。稠度系數(shù)：描述非牛頓流體流動(dòng)行為可用下述冪律方程：，其中K為稠度系數(shù)。 （5）不穩(wěn)定流動(dòng)與熔體破裂。 不穩(wěn)定流動(dòng)與熔體破裂：聚合物熔體在擠出時(shí)，如果切應(yīng)力超過(guò)一極限值時(shí)，熔體往往會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)，擠出物外表不再是光滑的，最后導(dǎo)致不規(guī)則的擠出物斷裂，稱為熔體破裂。 7.答：由于聚丙烯腈的熔點(diǎn)很高（318），分解溫度（220）低于熔點(diǎn)，所以不能用熔融紡絲。由于聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的熔點(diǎn)為260270，低于分解溫度（約為350），可用熔融紡絲。8.答：Tg(100)時(shí)為?Pa·s，120時(shí)為?Pa·s。 9.答：2.14第1

34、0章   聚合物的電性能、熱性能、光學(xué)性能和表面與界面性能 1. 名詞解釋： 取向極化；介電損耗；電擊穿；介電松弛譜；Cole-Cole圖；非線性光學(xué)性質(zhì)；全反射 取向極化：又稱偶極極化，是具有永久偶極矩的極性分子沿外場(chǎng)方向排列的現(xiàn)象。 介電損耗：在外電場(chǎng)作用下，由于分子極化引起的電能的損耗，用介電損耗角正切tan表示。 電擊穿：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某些臨界數(shù)值（這對(duì)不同材料是不同的）時(shí)，載流子從外部電場(chǎng)所獲得的能量大大超過(guò)它們與周圍碰撞所損失的部分能量，將使被撞擊的高分子鏈發(fā)生電離，產(chǎn)生新的載流子，如此繼續(xù)，就會(huì)發(fā)生所謂的“雪崩”現(xiàn)象，以致電流急劇上升，聚合物發(fā)生擊穿。這類擊穿叫做電擊穿。 介電松弛譜：完成取向極化所需的時(shí)間范圍很寬，與力學(xué)松弛時(shí)間譜類似的一個(gè)時(shí)間譜。 Cole-Cole圖：根據(jù)公式以對(duì)作圖，得到圓心在（，0）、半徑為的半圓，稱為Cole-Cole圖。非線性光學(xué)性質(zhì)：光波作為一種電磁波，在很高的電場(chǎng)強(qiáng)度下，極化強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系的性質(zhì)。 全反射：折射光消失，入射光全部反射。 2.比較聚合物介電松弛和力學(xué)松弛的異同點(diǎn)。