高分子物理期末試題卷及答案

第9頁(yè)（共9頁(yè)）高分子物理期末考試試題一、名詞解釋（每題2分，共10分）：1、等效自由連接鏈：將含有n個(gè)鍵長(zhǎng)為l、鍵角θ固定、旋轉(zhuǎn)不自由的鍵組成的鏈視為一個(gè)含有Z個(gè)長(zhǎng)度為b的鏈段組成的可以自由旋轉(zhuǎn)的鏈，稱為等效自由連接鏈。2、時(shí)－溫等效原理：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。3、構(gòu)型：是指分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的排列，這種排列是穩(wěn)定的。要改變構(gòu)型，必須經(jīng)過(guò)化學(xué)鍵的斷裂和重組。4、泊松比：材料拉伸時(shí)橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變比值之負(fù)數(shù)，是一個(gè)反映材料性質(zhì)的重要參數(shù)。5、熔融指數(shù)：在標(biāo)準(zhǔn)熔融指數(shù)儀中，先將聚合物加熱到一定溫度，使其完全熔融，然后在一定負(fù)荷下將它在固定直徑、固定長(zhǎng)度的毛細(xì)管中擠出，十分鐘內(nèi)擠出的聚合物的質(zhì)量克數(shù)。二、簡(jiǎn)答題（可任選答8題，每題5分，共40分）：1、聚丙烯腈只能用溶液紡絲，不能用熔融紡絲，而滌綸樹(shù)脂可用熔融紡絲。為什么？答：聚丙烯腈帶有強(qiáng)極性的腈基，分子間作用力極大，熔點(diǎn)極高，以至于高于分解溫度，所以不能采用熔融紡絲，而只能進(jìn)行溶液紡絲；（2.5分）滌綸樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中不含強(qiáng)極性取代基，分子間作用力小，熔點(diǎn)較低，所以可用熔融法紡絲。（2.5分）3、什么是溶脹？什么是溶解？試從分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)說(shuō)明線型聚合物和交聯(lián)聚合物溶脹的最終狀態(tài)的區(qū)別。答：溶劑分子滲入高聚物內(nèi)部，使高聚物體積膨脹稱為溶脹。溶解是高聚物分子擴(kuò)散到溶劑中與溶劑分子相互混合的過(guò)程。線型高聚物分子溶脹后由于能分散于溶劑中而溶解，而交聯(lián)高分子因其化學(xué)鍵束縛，不能進(jìn)一步使交聯(lián)的分子拆散，只能溶脹，不能溶解。4、.根據(jù)對(duì)材料的使用要求，有哪些途徑可改變聚合物的Tg？答：(1)改變主鏈或取代基的組成。主鏈中引入芳雜環(huán)或極性側(cè)基均可提高Tg；（2）加入增塑劑；（3）控制分子量；（4）適度交聯(lián)；（5）共聚-內(nèi)增塑作用(或共混等)。5、解釋下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)：（1）聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）熔體迅速冷卻，得到透明材料；（2）結(jié)晶聚合物在熔融過(guò)程中出現(xiàn)熔限。答：（1）熔體迅速冷卻，來(lái)不及結(jié)晶，獲得無(wú)定形材料；（3分）（2）晶格完善程度不同。（2分）６、比較分子鏈的柔順性，并說(shuō)明原因：(A)聚氯乙烯(B)聚乙烯(C)聚丙烯。答：分子鏈的柔順性：B＞C＞A（2分）原因：A的側(cè)鏈中含有極性很強(qiáng)的氯原子，故柔性最差；（1分）B的主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)稱，沒(méi)有體積大的取代基，在碳鏈高聚物中柔性很好；（1分）C的側(cè)鏈中含有極性很弱的甲基取代基，同A比較，柔性比A好。（1分）7、試述高聚物耐熱性的指標(biāo)，及提高耐熱性的途徑。解：高聚物的耐熱性對(duì)塑料來(lái)說(shuō)，一般指它的Tg（非晶態(tài)）和Tm（晶態(tài)）；對(duì)橡膠來(lái)說(shuō)，一般是指它的Tf。對(duì)加工來(lái)說(shuō)，一般是指Tox（氧化分解溫度）或Td（分解溫度）。（2分）提高耐熱性的主要途徑如下：（1）增加聚合物分子間的作用力，如交聯(lián)、形成氫健或引入極性基團(tuán)等。（1分）（2）增加大分子鏈的僵硬性，如在主鏈中引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如苯等大的側(cè)基或共軛雙鍵等。（1分）（3）提高聚合物的結(jié)晶度或加入填充劑、增強(qiáng)劑等。（1分）8、說(shuō)明聚合物的蠕變和內(nèi)耗現(xiàn)象。并簡(jiǎn)要說(shuō)明為什么聚合物具有這些現(xiàn)象？答：蠕變是指在一定的溫度和較小的恒定應(yīng)力作用下，材料的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增大的現(xiàn)象；（1.5分）由于發(fā)生滯后現(xiàn)象，在每一循環(huán)變化中，作為熱損耗掉的能量稱為力學(xué)損耗。（1.5分）由于高分子鏈可以通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)使分子鏈進(jìn)行重排或質(zhì)心滑移，從而使應(yīng)力松弛，因此聚合物可以出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象；在交變應(yīng)力作用下，因?yàn)殒湺蔚倪\(yùn)動(dòng)受阻于內(nèi)摩擦力，因此會(huì)出現(xiàn)滯后和內(nèi)耗現(xiàn)象。（2分）9、為改善聚丙烯的沖擊性能，作為材料工程師的你需要選擇一種合適的橡膠來(lái)進(jìn)行增韌，目前可供使用的有三元乙丙橡膠與氯丁橡膠，請(qǐng)做出你的選擇，簡(jiǎn)要說(shuō)明原因，并簡(jiǎn)述其增韌機(jī)理。答：應(yīng)選三元乙丙橡膠，與PP極性相近，具有較好的相容性。銀紋-剪切帶增韌機(jī)理。（選擇正確1分，原因闡述正確2分，增韌機(jī)理論述正確2分。）三、選擇題（在下列各小題的備選答案中，請(qǐng)把你認(rèn)為正確答案的題號(hào)填入題干的括號(hào)內(nèi)。少選、多選不給分。每題1.5分，共15分）1、大多數(shù)聚合物流體屬（C）A、膨脹型流體(，n>1)B、牛頓流體(，n=1)C、假塑性流體(，n>1)D、賓哈流體()2、（C）是指熔融成型或濃溶液成型中，高聚物的分子鏈段或其他添加劑沿剪切流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方向排列。A、拉伸取向B、雙軸取向C、流動(dòng)取向D、單軸取向3、下列哪種結(jié)晶形態(tài)具有黑十字消光圖像的（B）。A、纖維狀晶B、球晶C、單晶D、樹(shù)枝晶4、下列方法中，可以明顯降低聚合物熔點(diǎn)的是（D）A、主鏈上引入芳雜環(huán)B、降低結(jié)晶度C、提高分子量D、加入增塑劑5、當(dāng)高分子溶液從凝膠滲透色譜柱中被淋洗出來(lái)時(shí)，溶液中的分子分離按(B)A、分子量B、分子流體力學(xué)體積C、分子鏈柔性D、分子間相互作用力的大小6、將有機(jī)玻璃板材用高彈真空成型法成型為飛機(jī)座艙蓋時(shí)，成型溫度為(B)A、Tb-Tg之間B、Tg-Tf之間C、Tf-Td之間(Tb、Tg、Tf、Td分別為脆化溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、流動(dòng)溫度和分解溫度)7、測(cè)量重均分子量可以選擇以下哪種方法：DA、粘度法B、端基滴定法C、滲透壓法D、光散射法8、Tg是鏈段開(kāi)始“解凍“的溫度，因此凡是使鏈段的柔性__A___，使分子間作用力A的結(jié)構(gòu)因素均使Tg下降。A、增加降低B、增加上升C、減少上升D、減少降低9、下述四種模型中哪一個(gè)可以用來(lái)描述線性高聚物的應(yīng)力松弛過(guò)程？（A）A、Maxwell模型B、Kelvin模型C、Voigt模型D、四元件模型10、聚電解質(zhì)在離子化溶劑中,其溶液性質(zhì)與普通高分子不同：稀溶液濃度降低，B，線團(tuán)擴(kuò)張度增大，故A。加入強(qiáng)電解質(zhì)時(shí)，C、D。A、η增大B、電離度增大C、η減少D、分子鏈卷曲四、填空題（每空1分，共15分）1、聚合物在溶液中通常呈無(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象，在晶體中呈鋸齒形或螺旋形構(gòu)象。2、自由體積理論認(rèn)為，高聚物在玻璃化溫度以下時(shí)，體積隨溫度升高而發(fā)生的膨脹是由于固有體積的膨脹。3、橡膠彈性是熵彈性，彈性模量隨溫度的升高而增加，在拉伸時(shí)放熱。4、聚合物樣品在拉伸過(guò)程中出現(xiàn)細(xì)頸是屈服的標(biāo)志，冷拉過(guò)程（頸縮階段）在微觀上是分子中鏈段或晶片的取向過(guò)程。5、高分子液晶根據(jù)制備方法的不同，可分為溶致液晶與熱致液晶。6、高分子的結(jié)晶形態(tài)有折疊鏈片晶、串晶、伸直鏈片晶和纖維狀晶。五、計(jì)算題（任選二題，每題10分，共20分）1、由文獻(xiàn)查得滌綸樹(shù)脂的密度ρc=1.50×103kg/m3和ρa(bǔ)=1.335×103kg/m3,內(nèi)聚能ΔE=66.67kJ/mol(單元)。今有一塊1.42×2.96×0.51×10-6m3的滌綸試樣,質(zhì)量為2.92×10-3kg解:(1)密度ρ=W/V=2.92×10-3/(1.42×2.96×0.51×10-6)=1.362×103kg/m結(jié)晶度f(wàn)cV=(ρ-ρa(bǔ))/(ρc-ρa(bǔ))=(1.362-1.335)/(1.50-1.335)=21.8%（4分）或fcW=ρc/ρ·(ρ-ρa(bǔ))/(ρc-ρa(bǔ))=23.3%(2)內(nèi)聚能密度CED=ΔE/VM0=66.67×103/(1/1.362×103)×192=473J/cm3（4分）2、已知PE和PMMA的流動(dòng)活化能△Eη分別為41.8kJ/mol和192.3kJ/mol，PE在473K時(shí)的粘度η473=91Pa·s；PMMA在513K時(shí)的粘度η513=200Pa·s。試求：（1）PE在483K和463K時(shí)的粘度，PMMA在523K和503K時(shí)的粘度；（2）說(shuō)明鏈結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物粘度的影響；（3）說(shuō)明溫度對(duì)不同結(jié)構(gòu)聚合物粘度的影響。（文獻(xiàn)查得Tg（PE）=193K，Tg（PMMA）=378K）解：（1）現(xiàn)求的粘度均在Tg+100K以上，故用Arrhenius公式（6分）（2）剛性鏈（PMMA）比柔性鏈（PE）的粘度大。（2分）（3）剛性鏈的粘度比柔性鏈的粘度受溫度的影響大。（2分）3、用平衡溶脹法可測(cè)定丁苯橡膠的交聯(lián)度。試由下列數(shù)據(jù)計(jì)算該試樣中有效鏈的平均分子量Mc。所用溶劑為苯，溫度為25℃，干膠重0.1273克，溶脹體重2.116克，干膠密度為0.941克/毫升，苯的密度為0.8685克/毫升，χ1=解：平衡溶脹比Q=(v1+v2)/v2=[(w1/ρ1)+(w2/ρ2)]/(w2/ρ2)

=[(2.1160.1273)/0.8685+0.1273/0.941]/(0.1273/0.941)

=17.93（4分）下