聚合物結構與性能部分復習題

1、聚合物結構與性能復習題（僅部分）名稱解釋、概念區(qū)分名稱解釋大分子：是由大量原子組成的，具有相對高的分子質(zhì)量或分子重量。聚合物分子：也叫高聚物分子，通常簡稱為高分子。就字面上它是一個由許多部分組成的分子，然而它的確包含多重重復之意。它意味著：(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)多重重復重現(xiàn)。共聚物：由兩種或兩種以上不同單體經(jīng)聚合反應而得的聚合物。 根據(jù)各種單體在共聚物分子鏈中排列方式，可分為無規(guī)共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。結晶度：結晶部分在總體中所占的含量，分為重量結晶度和體積結晶

2、度。等同周期：高分子結晶體中分子鏈方向相同結構重復出現(xiàn)的最短距離，又稱為晶胞結構重復單元。玻璃化轉變溫度：在受熱或者受冷過程中，鏈段開始“解凍”或“凍結”的溫度稱為玻璃化轉變溫度。熔融溫度：結晶高聚物沒有一個準確的熔點，它的熔融在較寬的溫度下進行，此范圍下的溫度稱為熔融溫度。取向度：指高聚物中的取向單元(分子鏈、構造單元、鏈段、 微晶、微纖等)沿參考方向(如纖維中的纖維軸向)平行排列的程度晶面指數(shù)：晶面指數(shù)是描述坐標軸的關系的一種符號。概念區(qū)分初期結晶與二次結晶：初期結晶是指液態(tài)或氣態(tài)初步形成晶體的過程；二次結晶是指結晶后期發(fā)生在初晶結構不完善的部位，或者發(fā)生在初始晶殘留下的非晶區(qū)內(nèi)的結晶形象

3、。質(zhì)量（重量）結晶度和體積結晶度：質(zhì)量（重量）結晶度是指結晶部分的質(zhì)量（重量）在總體中所占的質(zhì)量（重量）百分數(shù)；體積結晶度是只結晶部分的體積在總體中所占的體積百分數(shù)。應力與應變：應力是指受力物體截面內(nèi)力的集度，即單位面積上的內(nèi)力，；應變是指材料受到外力的作用引起受力物體內(nèi)任一點（單元體）因外力作用引起的形狀和尺寸的相對改變。 應力=模量*應變微構象與宏構象：微構象即主鏈構象，是指高分子主鏈中一個鍵所設計的原子或者原子團構象；宏構象是沿高分子鏈的微構象序列導致高分子的宏構象，它決定高分子的形狀。端基和側基：側基是指高分子主鏈連接而分布在主鏈旁側的化學基團；而端基是指聚合物分子的鏈端基團。結晶過程

4、與熔融過程：結晶過程是指物質(zhì)從液態(tài)（溶液狀態(tài)或者熔融狀態(tài)）或氣態(tài)形成形成新相，析出晶體的過程； 熔融過程是高聚物在受熱溫度達到熔點Tm后，鏈段熱運動程度劇烈，從固相變成熔融的相變過程。無規(guī)共聚物與嵌段共聚物：無規(guī)共聚物是指單體M1，M2在大分子鏈上無規(guī)排列，兩單體在主鏈上呈隨機分布，沒有一種單體能在分子鏈上形成單獨的較長鏈段的聚合物；嵌段共聚物是指將兩種或兩種以上性質(zhì)不的共聚物鏈段連在一起制備而成的一種特殊聚合物。大題部分（張老師題）1、 簡單敘述由于高聚物分子鏈的高度不對稱性造成的高聚物結晶結構的特點？答：由于分子鏈的高度不對稱性，使得高聚物晶體多數(shù)為對稱性很低的晶系，例如：正交晶系（復晶胞

5、abc =90）。三斜晶系 。此外，分子鏈的高度不對稱性和柔性將造成高聚物的聚集態(tài)結構要比小分子復雜得多。2. 滌綸纖維的無定形區(qū)取向度(fa)無法直接測定，一般通過測定結晶度(Xc)、晶區(qū)取向度(fc)、雙折射(n)等參數(shù)，然后用公式間接求出。請給出獲得這些參數(shù)的儀器或方法，并給出計算fa的公式。答：雙折射法與X-ray法結合是測定非晶取向度的較好方法，即用X-射線衍射法可求出晶區(qū)取向度，再結合雙折射法可算出非晶區(qū)取向度。公式如下：式中， 其中為結晶度；nc0和na0分別是晶區(qū)與非晶區(qū)的特征雙折射； fc和fa分別是晶區(qū)與非晶區(qū)的取向函數(shù)。 所需要測試的參數(shù)的測試儀器和計算如下：先利用X-射

6、線衍射儀測定晶區(qū)的取向度fc，再利用量熱法測定結晶度，然后用偏光顯微鏡測定雙折射nc0和na0，然后將相關數(shù)據(jù)代入上述三個公式即可求的滌綸纖維的無定形區(qū)取向度(fa)。3、概述結晶高聚物從低溫到高溫升溫時，可能發(fā)生的熱轉變，其相應溫度的名稱；并給出轉變的分子運動解釋。答、隨著受熱溫度的增加，結晶高聚物可能發(fā)生的熱轉變有：玻璃化轉變，對應的溫度名稱為玻璃化溫度Tg；熔融態(tài)轉變，對應的溫度名稱為熔點Tm；最后到達向粘流態(tài)轉變，對應的溫度名稱為粘流溫度Tf。分子運動角度對發(fā)生的熱轉變解釋如下：結晶高聚物由于含有非結晶部分，因此其溫度形變曲線也會出現(xiàn)玻璃化轉變，但由于結晶部分的存在，鏈段運動受到限制，

7、模量下降較少。對于結晶度很高的材料也會不出現(xiàn)玻璃化轉變，即在Tg-Tm之間并不出現(xiàn)高彈態(tài)，只有達到熔點Tm，結晶瓦解，鏈段熱運動程度迅速增加，模量才迅速下降。為什么PE能制成高強高模纖維就是這個道理。若高聚物分子量較高Tm<Tf，則在Tm與Tf之間可以出現(xiàn)高彈態(tài)；若高聚物分子量較低，則Tm>Tf，大分子晶體熔融后直接變成粘流態(tài)。 4、請簡述影響高聚物玻璃化轉變溫度的各種因素，并給出一種測試玻璃化轉變溫度的方法和簡單原理。答：影響玻璃化溫度的因素有如下：結構因素，包括鏈結構的影響、分子量的影響、共聚與共混的影響、交聯(lián)的影響、結晶和取向的影響。外界條件的影響，包括升溫速率、外力、測量頻

8、率、結晶和取向的影響，壓力影響?？梢酝ㄟ^DTA方法測量玻璃化溫度，原理為高聚物在玻璃化轉變時由于改變熱容使DTA曲線基線平移，如圖所示(材料研究方法課本p118圖22)，得到DTA曲線之后，以轉折線的延線和基線延線的交點作為玻璃化溫度Tg.5、簡單討論高聚物的化學結構、超分子結構和測試條件對材料力學性能的的影響。答：1）化學結構的影響：鏈結構的影響，化學結構的規(guī)整性好，材料的強度好。分子量的影響，隨著鏈原子數(shù)目(n) 的增大材料強度增大。交聯(lián)的影響，交聯(lián)對分子量高而堅硬的高聚物的強度幾乎沒有影響。對于許多熱固性樹脂來說，交聯(lián)后可以獲得更好的強度。分子間作用力的影響，分子間作用力愈強(極性基團)

9、，高聚物的強度也愈高。2）超分子結構影響：單位立方體模型的影響，在串聯(lián)模型中，兩相的應力相等，應變?yōu)閮上鄳冎?，在并?lián)模型中，兩相的應變相等，應力為兩相應力之和，混合模型則可以看成并串聯(lián)之間的組合。結晶度對力學性能的影響，無論是并聯(lián)模型或者串聯(lián)模型，結晶度增大，E增大。晶粒尺寸的影響，在結晶度一定時，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。取向度的影響，可以簡單理解為取向度越大強度越大。織態(tài)結構的影響，高聚物中加入增塑劑、填料，以及高聚物共混物等復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

10、少。溫度的影響，一般說來，隨著溫度的降低，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。6、單軸取向聚合物纖維在拉伸性能測試中可獲得斷裂強度、斷裂伸長率、初始模量等參數(shù)，簡單給出斷裂強度、斷裂伸長率和初始模量的定義以及聚合物的化學結構、超分子結構和測試條件對這些參數(shù)的影響。(12分)答：定義：斷裂強度是纖維發(fā)生斷裂時的應力；斷裂伸長率是纖維斷裂時的伸長量與原始長的比值，以百分數(shù)形式表示。初始模量是指當應變小1%時，它的應力應變關系基本符合Hook定律條件下的模量通。

11、影響：同題5功能纖維部分復習題（徐老師題）1、 有機液體的污染來自哪幾方面？答、有機液體的污染主要來自源有三個方面：有機工業(yè)廢水的排放，有機生活廢水的排放，有機液體的泄露事故。有機液體的排放將造成資源浪費，污染水源、食物、環(huán)境，還將引發(fā)疾病等危害。 2、 有機液體功能纖維的優(yōu)點。答：有機液體功能纖維有以下優(yōu)點：纖維具有纖細、柔軟、比表面積大、吸油速率快、回收處理方便等特點，可根據(jù)需要通過紡織或非織造加工制成各種形態(tài)的制品。通過調(diào)整制備工藝，可紡制具有不同超分子結構（如纖維軸向大分子取向度、纖維大分子側基的序態(tài)分布）和形態(tài)結構（如賦予纖維特殊的微孔結構）的纖維，在保障纖維具有較好力學性能基礎上，可有效增大纖維的吸附面積。 3、 聚甲基丙烯酸系列非織造布的制備方法答：聚甲基丙烯酸系列非織造布制備方法有三種：第一種方法：以（甲基）丙烯酸酯為主要單體，結合丙烯腈或苯乙烯單體經(jīng)過懸浮聚合法，合成甲基丙烯酸酯系列聚合物，再經(jīng)熔融紡絲獲得共聚物纖維，之后通過針刺法值得非制造布，技術路線圖如下圖。第二種方法：以甲基丙烯酸短鏈烷基酯為主要單體，結合其它單體，采用懸浮聚合法，通過控制聚合工藝過程，合成含潛在物理交聯(lián)結構的甲基丙烯酸酯系聚合物，聚合物