高分子物理課后答案

1、第 一 章： 高 分 子 鏈 的 結(jié) 構(gòu)一、根據(jù)化學(xué)組成不同，高分子可分為哪幾類？（1、分子主鏈全部由碳原子以共價鍵相連接的碳鏈高分子2、分子主鏈除含碳外，還有氧、氮、硫等兩種或兩種以上的原子以共價鍵相連接的雜鏈高分子3、主鏈中含有硅、硼、磷、鋁、鈦、碑、睇等元素的高分子稱為元素高分子4、分子主鏈不含碳，且沒有有機取代基）二、什么是構(gòu)型，不同構(gòu)型分別影響分子的什么性能？（構(gòu)型是指分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的幾何構(gòu)型；1、旋光異構(gòu)影響旋光性 2、幾何異構(gòu)影響彈性3、鍵接異構(gòu)對化學(xué)性能有很大影響）三、什么是構(gòu)造，分子構(gòu)造對高分子的性能有什么影響？（分子構(gòu)造是指聚合物分子的各種形狀，線性聚合物

2、分子間沒有化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)，可以在適當(dāng)溶劑 中溶解，加熱時可以熔融，易于加工成型。支化聚合物的化學(xué)性質(zhì)與線形聚合物相似，但其物 理機械性能、加工流動性能等受支化的影響顯著。樹枝鏈聚合物的物理化學(xué)性能獨特，其溶液 黏度隨分子量增加出現(xiàn)極大值。）四、二元共聚物可分為哪幾種類型？（嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、統(tǒng)計共聚物）五、什么是構(gòu)象？什么是鏈段？分子結(jié)構(gòu)對旋轉(zhuǎn)位壘有什么影響？（構(gòu)象表示原子基團圍繞單元鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的空間排布。把若干個鏈組成的一段鏈作為一個獨立運動的單元，稱為鏈段。位壘：1、取代基的基團越多，位壘越大2、如果分子中存在著雙鍵或三鍵，則鄰近雙鍵或三鍵的單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘有較大下降。）

3、六、什么是平衡態(tài)柔性？什么是動態(tài)柔性？影響高分子鏈柔性的因素有哪些？（平衡態(tài)柔性是指熱力學(xué)平衡條件下的柔性，取決于反式與旁式構(gòu)象之間的能量差。動態(tài)柔性 是指外界條件影響下從一種平衡態(tài)構(gòu)象向另一種平衡態(tài)構(gòu)象轉(zhuǎn)變的難易程度，轉(zhuǎn)變速度取決于 位能曲線上反式與旁式構(gòu)象之間轉(zhuǎn)變位壘與外場作用能之間的聯(lián)系。影響因素：一、分子結(jié)構(gòu)：1、主鏈結(jié)構(gòu)2、取代基3、支化交聯(lián)4、分子鏈的長鏈 二、外界因素：溫度、外力、溶劑）七、自由連接鏈？自由旋轉(zhuǎn)鏈？等效自由連接鏈？等效自由旋轉(zhuǎn)鏈？蠕蟲狀鏈？（自由連接鏈：即鍵長 l固定，鍵角。不固定，內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由的理想化模型。自由旋轉(zhuǎn)鏈：即鍵 長l固定（l=）,鍵角O （=）內(nèi)旋轉(zhuǎn)自

4、由的長鏈分子模型。等效自由連接鏈：實際高分子鏈不 是自由連接鏈，而且，內(nèi)旋轉(zhuǎn)也不是完全自由的，為此，將一個原來含有幾個鍵長為1,鍵角。固定，旋轉(zhuǎn)不自由的鍵組成的鏈視為一個含有Z個長度為b的鏈組成的 等效自由連接鏈蠕蟲狀鏈：由幾個長度為b，鍵角為 n-a并可進行自由旋轉(zhuǎn)的想象鍵組成的鏈狀分子，在保持其輪廓長度l及持久長度a不變的條件下，使想象鍵的數(shù)目n -8,鍵角 乃a -n時所得到的一種極限狀況的模型鏈。）八、為什么等規(guī)聚丙烯分子鏈?zhǔn)锹菪螛?gòu)象，而聚乙烯分子鏈?zhǔn)瞧矫驿忼X構(gòu)象？（如果聚丙烯分子鏈取平面鋸齒形構(gòu)象，從一級近程排斥力來看，它是穩(wěn)定的。但是應(yīng)該注意相隔一個碳上還有 2個甲基，甲基的范德

5、華半徑為，兩個甲基相距 ，比其范德華半徑總和小,必然要產(chǎn)生排斥作用，這種排斥力為二級排斥力。顯然，這種構(gòu)象是極不穩(wěn)定的，必須通過C-C鍵的旋轉(zhuǎn)，加大甲基間的距離，形成反旁螺旋形形象，才能滿足晶體中分子鏈構(gòu)想能最低原則。相比之下，對聚乙烯而言，由于氫原子體積小，2個氫原子之間二級近程排斥力小，所以，晶體中分子鏈取全反式平面鋸齒構(gòu)象時，能量最低。）九、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同力構(gòu)聚丙烯？為什么？（不能，因為構(gòu)型是穩(wěn)定的，要改變構(gòu)型，必須經(jīng)過化學(xué)鍵的斷裂和重組。）十、聚乙烯分子鏈上沒有側(cè)基，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能不大，柔性好。該聚

6、合物為什么室溫下為塑料而不是橡膠？（結(jié)構(gòu)規(guī)整，很容易結(jié)晶，在室溫下很容易結(jié)晶，而高分子一旦結(jié)晶，鏈的柔性變現(xiàn)不出來，聚合物呈現(xiàn)剛性，故常溫下為塑料而不是橡膠。）第二章：高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)一、什么是內(nèi)聚能？聚合物存在哪些凝聚結(jié)構(gòu)？（克服分子間作用力，1mol的凝聚體汽化時所需要的能量；晶態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)、取向結(jié)構(gòu)、合金結(jié)構(gòu)）二、聚合物晶體存在哪些結(jié)晶形態(tài)？（單晶、球晶、樹枝狀晶、纖維狀晶和串晶、柱晶、伸直鏈晶體）三、如何觀察聚合物球晶？（偏光顯微鏡或電子顯微鏡）四、形成非晶態(tài)聚合物可能的情況有哪些？（從分子結(jié)構(gòu)來看包括：1、鏈結(jié)構(gòu)的規(guī)整性很差，以致不能形成可觀的結(jié)晶2、鏈結(jié)構(gòu)具有一定的規(guī)整性，

7、可以結(jié)晶，但由于結(jié)晶度十分緩慢來不及結(jié)晶3、鏈結(jié)構(gòu)雖然具有規(guī)整性，但由于分子鏈扭折不易結(jié)晶，常溫不呈現(xiàn)高彈體結(jié)構(gòu)，低溫時才能形成可觀的晶體） 五、什么是液晶高分子？分為哪幾類?（一些物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)受熱熔融或被溶劑溶解后，表觀上雖然失去了固體物質(zhì)的剛性變成了具有流動性的液體物質(zhì)，但結(jié)構(gòu)上仍然保持著一維或二維有序排列，從而在物理性質(zhì)上呈現(xiàn)出各 向異性形成一種兼有部分晶體和液體性質(zhì)的過渡狀態(tài)，這種中介狀態(tài)稱為液晶態(tài)，處于這種狀態(tài)下的高分子稱為液晶高分子；1、主鏈液晶：液晶基元位于主鏈之內(nèi)2、側(cè)鏈液晶：液晶基元是作為支鏈鏈段懸掛在主鏈之上的）六、什么是取向結(jié)構(gòu)？取向度？（取向結(jié)構(gòu)是指在某種外力作用下，

8、分子鏈或其他結(jié)構(gòu)單元沿著外力作用方向擇優(yōu)排列的結(jié)構(gòu)； 取向度是聚合物取向程度的一種度量標(biāo)準(zhǔn)，指大分子或鏈段等各種不同結(jié)構(gòu)單元包括微晶體沿 纖維軸規(guī)則排列程度。）七、什么是聚合物合金？制備方法？（體系中存在兩種或兩種以上不同的聚合物成分的多組分聚合物；1、化學(xué)共混：溶液接枝、溶脹聚合、嵌段共聚、相穿共聚等2、機械共混、溶脹澆鑄共混、乳液共混）八、什么是內(nèi)聚能密度？它與分子間作用力關(guān)系如何？如何測定內(nèi)聚能密度？（定義：單位體積凝聚體汽化時所需要的能量；內(nèi)聚能密度在200J/cm3以下的聚合物，都是非極性聚合物，分子間的作用力主要是色散力，比較弱，分子鏈屬于柔性鏈，具有高彈性，可用作橡膠。內(nèi)聚能密度

9、在 400J/cm3以上的聚合物，由于分子鏈上有強的極性基團或分子間能形成 氫鍵，相互作用很強，因而有較好的力學(xué)強度和耐熱性，加上易于結(jié)晶和取向，可稱為優(yōu)良的纖維材料。內(nèi)聚能在300-400J/cm3之間的聚合物，分子間相互作用居中，適合于作塑料。方法：最大溶脹比法、最大特性黏數(shù)法。）第三章：高分子溶液一、非晶態(tài)聚合物溶解要經(jīng)歷哪些過程？晶態(tài)呢（非晶態(tài)：1、溶脹：溶劑分子滲入聚合物內(nèi)部，即溶劑分子和高分子的某些鏈段混合使高分子體積膨脹。2、溶解：高分子被分散在溶劑中、即整個高分子和溶劑混合；晶態(tài)：1、晶體聚合物的熔融，需要加熱 2、熔融聚合物的溶解）二、什么是溶度參數(shù)？如何得到聚合物的溶度參數(shù)

10、？（定義:內(nèi)聚能密度的平方根為溶度參數(shù)8即8=，6 ; 1、實驗法：粘度法和交聯(lián)后的溶脹度法2、計算法：8=肉*1M。三、如何根據(jù)聚合物的不同性質(zhì)選擇合適的溶劑？（1、極性相近”原則2、內(nèi)聚能密度或溶度參數(shù)相近”原則3、高分子-溶劑相互作用參數(shù) X1小于1/2”原則，此外在選擇聚合物的溶劑時，除了使用單一溶劑外，還經(jīng)常使用混合溶劑。） 四、什么是電解質(zhì)?（在分子鏈上帶有可離子化基團的聚合物稱為聚電解質(zhì)） 五、為什么要對聚合物增塑？增塑對聚合物的性能有什么影響？（為了改進某些聚合物的黏性性能或者為了加工成型的需要常常在聚合物中加入高沸點低揮發(fā) 性并能與聚合物混溶的小分子液體，這種作用稱為增塑；影

11、響：塑料中加入增塑劑后，首先降 低了它的玻璃化溫度和脆化溫度，這就可以使其在較低的溫度下使用。同時，也降低了它的流 動溫度，這就有利于其加工成型。此外，被增塑聚合物的柔軟性、沖擊強度、斷裂伸長率等都 有所提高。但是，拉伸強度和介電性能卻下降了。）六、高分子溶液熱力學(xué)性質(zhì)與理想溶液相比有何差別？（1、高分子溶液的混合嫡比理想溶液的混合嫡大十幾倍到數(shù)十倍2、有許多高分子-溶劑體系的混合熱不等于 03、高分子溶液依數(shù)性也與理想溶液依數(shù)性有很大差別。高分子溶液性質(zhì)與理 想溶液性質(zhì)產(chǎn)生差別的原因在于分子量大，分子鏈具有柔性，一個高分子在溶液中可以起到許 許多多個小分子的作用。）七、稀溶液理論和晶格模型理

12、論相比有什么改進？（該理論修正了鏈段等概率分布的不合理假定，建立了森他（符號）狀態(tài)、排斥體積等概念， 將高分子溶液理論向前推進了一步）八、共混聚合物產(chǎn)生相分離的機理是什么？（1、旋節(jié)線機理2、成核與生長機理）第四章：分子量和分子量的分布一、端基分析法測定聚合物的分子量的原理是什么？測得的是什么平均分子量？（原理：一直聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并且高分子鏈末端帶有化學(xué)定量分析可確定的基團，則測量 末端基團的數(shù)目后就可確定已知質(zhì)量的樣品中的分子鏈的數(shù)目；數(shù)均分子量）二、如何衡量聚合物的分子量分布寬度？（試驗中各個分子量與平均分子量之間差值的平方平均值）三、聚合物的分子量有哪幾種統(tǒng)計結(jié)果？（數(shù)均分子量、重均

13、分子量、Z均分子量、黏均分子量）四、為什么聚合物的分子量是一個統(tǒng)計結(jié)果？（1、其分子量比低分子大幾個數(shù)量級2、除了有限的幾種蛋白質(zhì)高分子以外，無論是天然的還是和合成的聚合物，分子量都是不均一的，具有多分散性。因此，聚合物的分子量只有統(tǒng)計的 意義，用實驗方法測定的分子量只是具有統(tǒng)計意義的平均值）五、粘度法測定聚合物的分子量的原理是什么？（）六、沉淀分級與溶解分級的原理是什么？（沉淀法是通過改變?nèi)軇┡c沉淀劑的比例來控制聚合物的溶解能力的；溶解法是對涂在色譜柱 載體上的已溶脹且高黏度的試樣濃相按分子量由小到大的次序，用溶劑逐漸溶洗下來。）七、凝膠滲透色譜法測定聚合物的分子量分布的原理是什么？（利用聚

14、合物溶液通過由特種多孔性填料組成的柱子，在柱子上按照分子大小進行分離的方 法。）第五章：分子運動和轉(zhuǎn)變一、聚合物分子的運動單元有哪些？（1、高分子鏈的整體運動 2、鏈段運動3、鏈節(jié)、鏈支、側(cè)基的運動 4、晶區(qū)內(nèi)的分子運動）二、聚合物分子的運動為什么會有時間的依賴性？松弛時間是如何定義的？（在一定的溫度和外場（力場、電場、磁場）作用下，聚合物從一種平衡態(tài)通過分子運動過渡 到另一種與外界條件相適應(yīng)的新的平衡態(tài)總是需要時間的；松弛時間：是指物體受力變形，外 力解除后材料恢復(fù)正常狀態(tài)所需的時間。）三、線形、非晶態(tài)聚合物隨著溫度升高力學(xué)行為可分為哪幾個區(qū)域？在這些區(qū)域中分子的運動 分別有什么特點？（1、

15、玻璃態(tài)區(qū)：分子運動主要限于振動和短程的旋轉(zhuǎn)運動2、玻璃-橡膠轉(zhuǎn)變區(qū)：玻璃化溫度以下，運動中僅僅只有 1至4個主鏈原子，而在轉(zhuǎn)變區(qū)，大約 10至50個主鏈原子（即鏈段） 獲得了足夠的熱能以協(xié)同方式運動，不斷改變構(gòu)象。3、橡膠-彈性平臺區(qū)：在此區(qū)域內(nèi)，由于分子間存在物理纏結(jié)，聚合物呈現(xiàn)遠程橡膠彈性。4、橡膠流動區(qū)：在這個區(qū)域，聚合物既呈現(xiàn)橡膠彈性，又呈現(xiàn)流動性 5、液體流動區(qū)：該區(qū)內(nèi)，聚合物容易流動，類似糖漿。）四、利用自由體積理論解釋玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象？（自由體積理論認為：液體或固體的體積由兩部分組成，一部分是被分子占據(jù)的體積，稱為已占體積；另一部分是未被占據(jù)的體積，稱為自由體積。后者以空穴”的形式

16、分散于整個物質(zhì)之中，自由體積的存在為分子鏈通過轉(zhuǎn)動和位移調(diào)整構(gòu)象提供可能性。當(dāng)高聚物冷卻時，自由體積先逐漸減小，到達某一溫度時，自由體積達到最低值，維持不變。此時，高聚物進入玻璃 態(tài)。）五、影響玻璃化的因素有哪些？我們?nèi)绾螌酆衔锏牟ＡЩ瘻囟冗M行調(diào)節(jié)？（內(nèi)因：分子鏈的柔性、幾何立構(gòu)、分子間的作用力等外因：作用力的方式、大小及實驗速率） 六、影響聚合物結(jié)晶的結(jié)構(gòu)因素有哪些？除結(jié)構(gòu)因素外還有哪些外部因素?（結(jié)構(gòu)因素：分子結(jié)構(gòu)的對稱性和規(guī)整性外部因素：溫度和時間）（結(jié)構(gòu)因素：分子結(jié)構(gòu)的對稱性和規(guī)整性外部因素：溫度和時間）七、聚合物的晶體為什么會存在一較寬的熔融范圍？其結(jié)晶過程是否為熱力學(xué)一級相變轉(zhuǎn)變

17、過 程？為什么？（由于試樣中含有完善程度不同的晶體。結(jié)晶時，如果降溫速度不是足夠的慢，隨著熔體黏度 的增加，分子鏈的活動性減小，來不及作充分的位置調(diào)整，則結(jié)晶停留在不同的階段上，等溫 結(jié)晶過程中，也存在著完善程度不同的晶體。這時再升溫，在通常的升溫速度下，比較不完善 的晶體將在較低的溫度下熔融，比較完善的晶體則要在較高溫度下熔融，因而出現(xiàn)較寬的熔融 范圍。是，因為在實驗過程中，每變化一個溫度，如升溫 1C ,便維持恒溫約 24h ,直至體積 不變后才測定比體積。結(jié)果表明，在這樣的條件下，結(jié)晶聚合物的熔融過程十分接近躍變過程， 熔融過程發(fā)生在 3-4 C的較窄的溫度范圍內(nèi)，熔融終點曲線上也會出現(xiàn)

18、明顯的轉(zhuǎn)折。對于不同 條件的同一種聚合物的不同試樣進行類似的測量，結(jié)果得到了相同的轉(zhuǎn)折溫度。上述實驗事實 有利地證明，結(jié)晶聚合物的熔化過程是一級相變轉(zhuǎn)變過程。）八、比較下列各組聚合物的Tg高低并說明理由。1、聚二甲基硅氧烷 順式聚1,4-丁二烯 因為不同的單鍵柔性也不同，其順序如下：-Si-O-C-N-C-O-C-C-即-Si-O-C-C-,故聚二甲基硅氧烷柔性好，玻璃化溫度低。2、聚己二酸乙二酯聚對苯二甲酸乙酯 因為聚對苯二甲酸乙二酯的基團體積較大，而基團體積 越大，空間位阻越大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)越困難，柔性越差，因而 Tg越高。3、聚丙烯聚4-甲基-1-戊烷 因為聚4-甲基-1-戊烷分子鏈上極性基團

19、的數(shù)量增加，取代基的位阻增加，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻程度增加，Tg增高。4、聚氯乙烯 聚偏二氯乙烯 因為聚偏二氯乙烯中極性取代基對稱雙取代，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘降低，柔 性增加，其Tg比聚氯乙烯低。第六章：橡膠彈性一、解釋應(yīng)力、應(yīng)變、真應(yīng)力、真應(yīng)變、泊松比？（應(yīng)力：材料發(fā)生宏觀的變形時，其內(nèi)部分子間以及分子內(nèi)各原子間的相對位置和距離就要發(fā) 生變化，致使原子間或分子間原有的引力平衡受到破壞，因而將產(chǎn)生一種恢復(fù)平衡的力，這種 力簡稱附加內(nèi)力，單位面積上的附加內(nèi)力為應(yīng)力。應(yīng)變：當(dāng)材料受到外力作用而所處條件卻使 其不能產(chǎn)生慣性移動時，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種變化稱為應(yīng)變。真應(yīng)力：正確 計算應(yīng)力時應(yīng)該以真實面

20、積代替起始截面積，得到的應(yīng)力稱為真應(yīng)力，相應(yīng)的得出真應(yīng)變。泊 松比：拉伸實驗中材料橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值之負數(shù)。）二、橡膠彈性的熱力學(xué)本質(zhì)是什么？（）三、橡膠彈性的特點有哪些？（1、彈性形變大2、彈性模量小3、彈性模量隨絕對溫度的升高呈正比增加4、形變時有明顯的熱效應(yīng)。）四、什么是熱塑性彈性體？它可以分為哪幾類？舉例說明其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系？（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。按照生產(chǎn)方法不同：1、通過聚合方法得到的嵌段共聚物2、由彈性體與塑料在一定條件下通過機械共混方法制備的共混物。嵌段共聚型：例如陰離子聚合得到的苯乙

21、烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）。PB連續(xù)相Tg低于室溫，提供材料彈性。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)生黏性流動，可以塑化成型，SBS已廣泛用于塑料改性、制鞋工業(yè)、膠黏劑等。共混性：以熱塑料乙丙橡膠 為例，第一階段是在 PP中摻入未硫化的乙丙橡膠進行簡單機械共混制備TPE , PP含量一般在50份以下，其特點為密度小，抗沖擊性特別是低溫性好，可用于制造汽車保險杠。）五、高彈性有哪些特征？為什么聚合物具有高彈性？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？（）第七章：聚合物的粘彈性一、Boltzman疊加原理的主要內(nèi)容是

22、什么？（1、試樣的形變只是負荷歷史的函數(shù)2、每一項負荷步驟是獨立的，而且彼此可以疊加）二、什么是時溫等效原理？有什么重要的實際意義？（從分子運動的松弛性質(zhì)可以知道，同一個力學(xué)松弛現(xiàn)象，既可以在較高的溫度下，較短的時 間內(nèi)觀察到，也可以在較低的溫度下，較長時間內(nèi)觀察到。因此，升高溫度與延長時間對分子 運動是等效的，對聚合物的黏彈行為也是等效的。這就是時溫等效原理。實際意義：有關(guān)材料 在室溫下長期使用壽命以及超瞬間性能等問題，實驗是無法進行測定的。但可以通過時溫等效 原理來解決。）第八章：聚合物的屈服和斷裂一、什么是銀紋？它和裂紋有何區(qū)別？（高分子材料在使用與儲存過程中，由于應(yīng)力及環(huán)境的影響，產(chǎn)生局部塑性形變和取向，往往會在材料表面或內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，裂紋總是垂直與應(yīng)力方向，由于裂紋區(qū)的折射率低于高聚物本體，在裂紋和本體高聚物之間的界面上有全反射現(xiàn)象，裂紋看上去呈銀色的光亮條紋即為銀紋；銀紋還