高分子考試題

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流1.2.3.4.5.6.7. 高分子考試題.精品文檔.8. 用自由體積理論解釋聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程，寫出四種測(cè)定聚合物玻璃化溫度的方法，描述其原理及過(guò)程。答：對(duì)高彈態(tài)聚合物試樣進(jìn)行冷卻，隨溫度降低，分子鏈占有體積要減少，自由體積也要減少；導(dǎo)致聚合物比體積隨溫度下降不斷減少。當(dāng)自由體積減少到一定值后，沒有足夠空間容納鏈段運(yùn)動(dòng)了，鏈段運(yùn)動(dòng)將被凍結(jié)。鏈段運(yùn)動(dòng)的凍結(jié)也意味著自由體積的凍結(jié)，因?yàn)樽杂审w積無(wú)法通過(guò)鏈段的運(yùn)動(dòng)而排出。所以自由體積在溫度降低到鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)的溫度時(shí)就達(dá)到了其最低值，而且由此固定下來(lái)，不會(huì)再隨溫度下降而減少。但是，分子鏈占有體

2、積隨著溫度的下降還是繼續(xù)減少，導(dǎo)致聚合物的比體積隨溫度下降還是減少的，但是減少幅度變小了。在聚合物比體積-溫度曲線上形成了一個(gè)明顯轉(zhuǎn)折，這個(gè)轉(zhuǎn)折所對(duì)應(yīng)的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。膨脹計(jì)法 原理：Tg前后試樣比容發(fā)生突變，膨脹計(jì)內(nèi)的水銀高度發(fā)生偏折； 量熱法（DSC法） 原理：給基準(zhǔn)物和樣品相同的熱量（儀器采用兩側(cè)等速升溫或降溫進(jìn)行控制），基準(zhǔn)物是熱惰性的，而樣品在溫度改變時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種轉(zhuǎn)變，會(huì)吸熱或放熱，與基準(zhǔn)物的溫度有一差值（通過(guò)熱電偶測(cè)出），將溫度差值溫度作一圖線，就可以得到差熱曲線。曲線上的轉(zhuǎn)折對(duì)應(yīng)于Tg；溫度形變法（熱機(jī)械法） 原理：動(dòng)態(tài)模量和力學(xué)損耗一溫度的變化制成樣品，在儀器上進(jìn)測(cè)試得

3、到內(nèi)耗溫度曲線最高損耗峰的峰位對(duì)應(yīng)的溫度就是Tg；核磁共振法(NMR) 原理：在Tg變化前后，核磁共振譜線的寬度有很大變化，根據(jù)線寬的變化就可以得到Tg。 不同的測(cè)試方法所得結(jié)果不同，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)速率不同9. 高聚物的玻璃化溫度有什么物理意義和實(shí)際使用價(jià)值，討論分子鏈的柔順性和分子量對(duì)玻璃化溫度的影響。答：高聚物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度，指無(wú)定型聚合物（包括結(jié)晶型聚合物中的非結(jié)晶部分）由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由后者向前者的轉(zhuǎn)變溫度，是無(wú)定型聚合物大分子鏈段自由運(yùn)動(dòng)的最低溫度，通常用Tg表示，隨測(cè)定的方法和條件有一定的不同。高聚物的一種重要的工藝指標(biāo)。在此溫度以上，高聚物表現(xiàn)出彈性；在此溫度以下，高聚

4、物表現(xiàn)出脆性，在用作塑料、橡膠、合成纖維等時(shí)必須加以考慮。如聚氯乙烯的玻璃化溫度是80。但是，他不是制品工作溫度的上限。比如，橡膠的工作溫度必須在玻璃化溫度以上，否則就失去高彈性。Tg是材料的一個(gè)重要特性參數(shù)，材料的許多特性都在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近發(fā)生急劇的變化。以玻璃為例，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，由于玻璃的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，玻璃的許多物理性能如熱容、密度、熱膨脹系數(shù)、電導(dǎo)率等都在該溫度范圍發(fā)生急劇變化。根據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以準(zhǔn)確制定玻璃的熱處理溫度制度。對(duì)高聚物而言，它是高聚物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，高聚物的比熱容、熱膨脹系數(shù)、粘度、折光率、自由體積以及彈性模量等都要發(fā)生一個(gè)突變

5、。從分子結(jié)構(gòu)上講，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高聚物無(wú)定形部分從凍結(jié)狀態(tài)到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象，而不像相轉(zhuǎn)變那樣有相變熱，所以它是一種二級(jí)相變(高分子動(dòng)態(tài)力學(xué)中稱主轉(zhuǎn)變)。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，高聚物處于玻璃態(tài)，分子鏈和鏈段都不能運(yùn)動(dòng)，只是構(gòu)成分子的原子(或基團(tuán))在其平衡位置作振動(dòng)；而在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)分子鏈雖不能移動(dòng)，但是鏈段開始運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出高彈性質(zhì)，溫度再升高，就使整個(gè)分子鏈運(yùn)動(dòng)而表現(xiàn)出粘流性質(zhì)。10. 橡膠性能有何特點(diǎn)？結(jié)合分子結(jié)構(gòu)說(shuō)明橡膠材料的性能特點(diǎn)。答：線型結(jié)構(gòu)：未硫化橡膠的普遍結(jié)構(gòu)。由于分子量很大，無(wú)外力作用下，大分子鏈呈無(wú)規(guī)卷曲線團(tuán)狀。當(dāng)外力作用，撤除外力，線團(tuán)的糾纏度發(fā)生變化，分子鏈發(fā)

6、生反彈，產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)原傾向，這便是橡膠高彈性的由來(lái)。支鏈結(jié)構(gòu)：橡膠大分子鏈的支鏈的聚集，形成凝膠。凝膠對(duì)橡膠的性能和加工都不利。在煉膠時(shí)，各種配合劑往往進(jìn)不了凝膠區(qū)，形成局部空白，形成不了補(bǔ)強(qiáng)和交聯(lián)，成為產(chǎn)品的薄弱部位。交聯(lián)結(jié)構(gòu)：線型分子通過(guò)一些原子或原子團(tuán)的架橋而彼此連接起來(lái)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。隨著硫化歷程的進(jìn)行，這種結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)。這樣，鏈段的自由活動(dòng)能力下降，可塑性和伸長(zhǎng)率下降，強(qiáng)度，彈性和硬度上升，壓縮永久變形和溶脹度下降11. 聚合物的力學(xué)狀態(tài)有哪幾種？增塑、交聯(lián)、分子量的增大對(duì)力學(xué)狀態(tài)分別有什么影響。答：12. 外力的作用頻率以及溫度對(duì)聚合物內(nèi)耗的影響。答：固定試驗(yàn)溫度條件下：13.

7、 高分子鏈的柔順性是怎么樣的一種性能？和分子結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？如何影響高分子的宏觀性能。答：所謂柔順性，高分子鏈能夠通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用改變其構(gòu)象的性能稱為高分子鏈的柔順性。 高分子鏈能形成的構(gòu)象數(shù)越多，柔順性越大。高分子的柔順性是高分子材料的性能不同于小分子物質(zhì)的主要原因。14. 什么是高分子合金？分類及制備方法？舉例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)？ 答：由兩種或兩種以上高分子材料構(gòu)成的復(fù)合體系，是由兩種或兩種以上不同種類的樹脂,或者樹脂與少量橡膠,或者樹脂與少量熱塑性彈性體,在熔融狀態(tài)下,經(jīng)過(guò)共混,由于機(jī)械剪切力作用,使部分高聚物斷鏈,再接枝或嵌段,亦或基團(tuán)與鏈段交換，從而形成聚合物與聚合物之間的復(fù)合新材料。

8、15. 橡膠、塑料、纖維的性能各有何特點(diǎn)？從分子結(jié)構(gòu)和內(nèi)聚能的角度分析它們的特點(diǎn)。橡膠： 具有高彈性；具有粘彈性，是粘彈性體；具有緩沖減震作用；具有電絕緣性 ；具有溫度依賴性 ；具有老化現(xiàn)象；必須進(jìn)行硫化，必須加入硫磺或其它能使橡膠硫化（或交聯(lián)）的物質(zhì)，使橡膠大分子交聯(lián)成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，才能得到具有使用價(jià)值的橡膠制品，但是熱塑橡膠可不必硫化。 橡膠的聚合物分子鏈無(wú)極性基團(tuán)，為色散力，相互作用力弱，內(nèi)聚能密度一般小于290KJ/cm3纖維：彈性模量大，受力時(shí)形變小，強(qiáng)度高等，有很高的結(jié)晶能力，分子量小，一般為幾萬(wàn)。 纖維的聚合物分子鏈有強(qiáng)極性基團(tuán)或有氫鍵，分子間作用力大，機(jī)械強(qiáng)

9、度、 耐熱好。故內(nèi)聚能密度一般大于420KJ/cm3塑料：大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學(xué)性穩(wěn)定,不會(huì)銹蝕；耐沖擊性好；具有較好的透明性和耐磨耗性；絕緣性好，導(dǎo)熱性低；一般成型性、著色性好，加工成本低；大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒；尺寸穩(wěn)定性差，容易變形；多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆；容易老化。內(nèi)聚能介于290-420KJ/cm316. 論述凝膠色譜法測(cè)定高分子物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的原理。利用聚合物體積的分子量依賴性得到分子量分布。其分離部件是一個(gè)以多孔性凝膠作為載體的色譜柱，凝膠的表面與內(nèi)部含有大量彼此貫穿的大小不等的空洞。色譜柱總面積Vt由載體骨架體積Vg、載體內(nèi)部孔洞體積Vi和載體粒間體積V

10、0組成。GPC的分離機(jī)理通常用“空間排斥效應(yīng)”解釋。待測(cè)聚合物試樣以一定速度流經(jīng)充滿溶劑的色譜柱，溶質(zhì)分子向填料孔洞滲透，滲透幾率與分子尺寸有關(guān)，分為以下三種情況：（1）高分子尺寸大于填料所有孔洞孔徑，高分子只能存在于凝膠顆粒之間的空隙中，淋洗體積Ve=V0為定值；（2）高分子尺寸小于填料所有孔洞孔徑，高分子可在所有凝膠孔洞之間填充，淋洗體積Ve=V0+Vi為定值；（3）高分子尺寸介于前兩種之間，較大分子滲入孔洞的幾率比較小分子滲入的幾率要小，在柱內(nèi)流經(jīng)的路程要短，因而在柱中停留的時(shí)間也短，從而達(dá)到了分離的目的。當(dāng)聚合物溶液流經(jīng)色譜柱時(shí)，較大的分子被排除在粒子的小孔之外，只能從粒子間的間隙通過(guò)

11、，速率較快；而較小的分子可以進(jìn)入粒子中的小孔，通過(guò)的速率要慢得多。經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)度的色譜柱，分子根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量被分開，相對(duì)分子質(zhì)量大的在前面（即淋洗時(shí)間短），相對(duì)分子質(zhì)量小的在后面（即淋洗時(shí)間長(zhǎng)）。17. 研究高分子材料大形變有那些試驗(yàn)方法？論述玻璃態(tài)高聚物的兩種不同斷裂方式的特點(diǎn)。畫出兩種斷裂方式的示意圖。答：研究玻璃態(tài)高聚物的大形變常用拉力機(jī)對(duì)高聚物樣品進(jìn)行拉伸和沖擊實(shí)驗(yàn)。(1）韌性斷裂特點(diǎn)：斷裂前對(duì)應(yīng)塑性；沿長(zhǎng)度方向的形變不均勻，過(guò)屈服點(diǎn)后出現(xiàn)細(xì)頸；斷裂伸長(zhǎng)（b）較大；斷裂時(shí)有推遲形變；應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性，斷裂耗能大；斷裂面粗糙無(wú)凹槽；斷裂發(fā)生在屈服點(diǎn)后，一般由剪切分量引起；對(duì)應(yīng)的分子運(yùn)動(dòng)

12、機(jī)理是鏈段的運(yùn)動(dòng)。 （2）脆性斷裂：斷裂前對(duì)應(yīng)彈性；沿長(zhǎng)度方向形變均勻，斷裂伸長(zhǎng)率一般小于5；斷裂時(shí)無(wú)推遲形變，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近線性，斷裂能耗??；斷裂面平滑有凹槽；斷裂發(fā)生在屈服點(diǎn)前；一般由拉伸分量引起的；對(duì)應(yīng)的分子機(jī)理是化學(xué)鍵的破壞。脆性斷裂的表面是光滑的、韌性斷裂的表面是毛躁的。18. 什么是靜態(tài)柔順性、動(dòng)態(tài)柔順性？答：靜態(tài)柔順性：又稱平衡柔順性，指的是高分子鏈處于較穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的卷曲程度。動(dòng)態(tài)柔順性：又稱動(dòng)力學(xué)柔順性，指分子鏈從一種平衡構(gòu)象變成另一種平衡構(gòu)象的容易程度。19. 用熱力學(xué)分析橡膠高彈性實(shí)質(zhì)，說(shuō)明為什么橡膠在拉伸過(guò)程中放熱？答：當(dāng)一定的壓強(qiáng)下，某一過(guò)程中能量以熱能的形

13、式傳遞給環(huán)境時(shí)，焓變即為負(fù)值。橡皮筋拉伸后很快會(huì)感覺到明顯的發(fā)熱，這是因?yàn)橄鹌そ钤诶鞝顟B(tài)下，更強(qiáng)的分子間吸引力使分子排列更加整齊、有序，而形成這種吸引力的過(guò)程是放熱的, 所以當(dāng)橡皮筋繃緊時(shí)有熱傳遞到周圍環(huán)境，也就是說(shuō)，拉伸時(shí)焓變（H）為負(fù)數(shù)。20. 以SBS為例分析嵌段聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并以此分析嵌段聚合物的玻璃化溫度。答：SBS嵌段共聚物的外形特征主要由它的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成決定。除嵌段的排列和長(zhǎng)度決定其行為外，嵌段之間的漸變區(qū)也起了很大作用。SBS嵌段共聚物有兩種排列，一種是帶有明顯分界的嵌段共聚物，另一種是帶有模糊漸變區(qū)的嵌段共聚物，即此區(qū)域由苯乙烯-丁二烯共聚物組成。不同種類漸變區(qū)的嵌段

14、共聚物表現(xiàn)出不同的機(jī)械性能。SBS的兩相分離結(jié)構(gòu)決定了它具有兩個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，Tg1為-80(聚丁二烯段)，Tg2為80(聚苯乙烯段)。常溫下，聚苯乙烯段處于玻璃態(tài)，在SBS中起物理交聯(lián)和增強(qiáng)作用，產(chǎn)生高拉伸強(qiáng)度和高溫下的抗拉伸能力，聚丁二烯段處于高彈態(tài)，為SBS提供高彈性、抗疲勞性能和低溫柔性。當(dāng)溫度升高到超過(guò)SBS的聚苯乙烯段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T象)時(shí)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)消失，塑性段開始軟化和流動(dòng)，有利于加工及成型。當(dāng)SBS熔入瀝青后，聚苯乙始段軟化并流動(dòng)，聚丁二烯段吸收瀝青的軟瀝青質(zhì)組分，形成海綿狀的材料，體積增大許多倍。冷卻后，聚苯乙烯段再度硬化，使聚丁二烯段形成具有彈性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。21.

15、 熔融紡絲與溶液紡絲的區(qū)別？答：熔融紡絲和溶液紡絲在生產(chǎn)中不同之處在于聚合物熔點(diǎn)低于分解溫度時(shí)可采用熔融紡絲；熔點(diǎn)高于分解溫度就要采用溶液紡絲。熔融紡絲初生纖維由冷卻固化成形，溶液紡絲初生纖維由脫除溶劑固化成形。熔融紡絲拉伸倍數(shù)一般較低，而溶液紡絲拉伸倍數(shù)高。溶液紡絲存在干燥致密化工序，而熔融紡絲沒有。熔融紡絲紡速高，溶液紡絲紡速低。22. 比較下列高聚物的柔順性，并討論高分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)柔順性的影響。23. 畫出玻璃態(tài)和結(jié)晶高聚物拉伸時(shí)典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。24. 畫出非晶高聚物的熱機(jī)械曲線，解釋曲線上隨溫度變化出現(xiàn)的三種力學(xué)狀態(tài)和二個(gè)轉(zhuǎn)變？ 答：25. 什么是高聚物的力學(xué)松弛現(xiàn)象。答：高聚物的力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間的變化的現(xiàn)象。包括蠕動(dòng) 、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗。26. 簡(jiǎn)述高聚物熔體的流動(dòng)曲線的特點(diǎn)，并運(yùn)用鏈纏結(jié)觀點(diǎn)來(lái)解釋高聚物熔體黏度隨切變速率變化的規(guī)律。答：分子纏結(jié)理論：1.在足夠小的切變速率下，大分子處于高度纏結(jié)的擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流動(dòng)阻力很大，此時(shí)纏結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞速度等于生成速度，故粘度保持恒定最高值2.當(dāng)切變速率變大時(shí)，大分子在剪切作用下由于構(gòu)象的變化而解纏結(jié)并沿流動(dòng)方向取向，此時(shí)纏結(jié)結(jié)構(gòu)破壞速度大于生成速度，故粘度逐漸變小，表現(xiàn)