高分子物理期中考試

1、南昌大學(xué) 20092010學(xué)年第一學(xué)期期中考試試卷課程編號：H課程名稱： 高分子物理 考試形式： 開卷適用班級：12級高分子 姓名： 方 倩 學(xué)號： 班級： 高分子122班 學(xué)院： 材料科學(xué)與工程 專業(yè)： 高分子材料與工程 考試日期： 2014-10-29 課程綜述請對高分子鏈結(jié)構(gòu)和高分子溶液理論兩部分章節(jié)進(jìn)行課程總結(jié)，要求對高分子鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、量化表征、結(jié)晶熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)及表征；高分子稀溶液、亞濃溶液、濃溶液熱力學(xué)理論和相平衡等進(jìn)行詳細(xì)摘要，不低于2000字。課程綜述：經(jīng)過近兩個(gè)月的努力和拼搏，對于高分子物理這門課，高分子鏈結(jié)構(gòu)和高分子溶液理論這兩章的課程學(xué)習(xí)已經(jīng)結(jié)束。

2、在課后認(rèn)真的復(fù)習(xí)后，對于這兩章的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的概括和總結(jié)，以及平時(shí)學(xué)習(xí)過程中的問題及感受。高物這門課帶給我太多的意外和驚喜，關(guān)乎生活中的很多方面，有生活常識相關(guān)知識，有學(xué)習(xí)其他學(xué)科可以借鑒的內(nèi)容，還有很多科技原理，學(xué)習(xí)高分子物理這門課，讓我在知識的海洋里盡情遨游，雖然這門課有點(diǎn)難，不太容易弄懂，但是我會盡我自己最大的努力，相信自己可以完成的很優(yōu)秀。在學(xué)習(xí)過程中，除了牢固掌握學(xué)科成熟的基礎(chǔ)理論，同時(shí)更多的了解學(xué)科前沿。這門學(xué)科的知識體系形成較晚，而且發(fā)展速度較快，一方面通過課堂教學(xué)了解學(xué)科前沿，另一方面，要重視參考書和參考資料的閱讀，擴(kuò)大知識面。通過緊張有序的學(xué)習(xí)，交流、研討、評論等對這次課程

3、有了全新的認(rèn)識，對之前的一些疑惑和迷茫有了深刻的答案讓我難忘，不僅使我更系統(tǒng)的把握新課程，讓我仿佛身臨其境，專題學(xué)習(xí)，互相評論，互相討論，集眾師之見，使我的眼界得以開闊。 首先，第一章是高分子的鏈結(jié)構(gòu)，總體介紹了高分子聚合物的化學(xué)組成、序列結(jié)構(gòu)和構(gòu)型等，隨后又詳細(xì)介紹了高分子的構(gòu)象等相關(guān)內(nèi)容。1. 高分子鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子鏈的結(jié)構(gòu)包括近程結(jié)構(gòu)（構(gòu)單元的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)單元的構(gòu)型、分子鏈的構(gòu)造、共聚物的序列結(jié)構(gòu)等）。又分為兩個(gè)級別：一級結(jié)構(gòu)即遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（高分子鏈的形態(tài)、(構(gòu)象)、高分子的大小、(分子量及分布) 而二級結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)、織態(tài)結(jié)構(gòu)。真是讓人覺

4、得眼花繚亂了，很有意思的。然后接下來所講的構(gòu)型是指由化學(xué)鍵所確定的原子在空間的幾何排列。包括順-反異構(gòu)和旋光異構(gòu) 。而其中的旋光異構(gòu)又包括了全同異構(gòu)、間同異構(gòu)和無規(guī)異構(gòu)。 其次，在我具體旳印象里，對于共聚物的序列結(jié)構(gòu)來說，按其連接方式可分為以下統(tǒng)計(jì)型(含無規(guī))、交替型、嵌段型、接枝型高分子。下面我簡單介紹起類似的樣貌。v 無規(guī)共聚物 ABBABAAABBABv 交替共聚物 ABABABABABABv 嵌段共聚物 AAAAAABBBBBBv 接枝共聚物 第二個(gè)部分就是量化表征相關(guān)的內(nèi)容了，有點(diǎn)難懂，大部分介紹的是高分子鏈相關(guān)的性質(zhì)等等，學(xué)習(xí)過程中花費(fèi)了好長時(shí)間，還算有些收獲了。2. 量化表征 可

5、以由化學(xué)法（元素分析、官能團(tuán)測定等）和光譜法（紅外、紫外、核磁共振等）以及放射性的測定來得到；還可以通過分級法、凝膠滲透色譜法（GPC）、折光指數(shù)及濁度滴定法來測定。 高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)包括高分子的大小及柔順性，高分子的大小即分子量的問題在高分子溶液中討論，本講只介紹高分子的柔順性。柔順性是高分子最重要的特性之一。這里要介紹它成因、影響因素及定量表征。 高分子鏈具有柔順性的本質(zhì)是由于s單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以高分子的柔順性必然與s單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易有關(guān)。其柔順性由兩類因素決定，一是結(jié)構(gòu)因素，另一類是溫度、溶劑、外力、時(shí)間等外部因素。而其中主鏈結(jié)構(gòu)對高分子鏈柔順性影響很顯著：（1） 碳鏈高分子：不飽和

6、碳鏈高分子比飽和碳鏈高分子柔順；主鏈含有苯環(huán)的高分子和有共軛雙鍵的高分子柔順性差。（2） 雜鏈高分子和元素高分子：Si-O C-N C-O C-C（3） 側(cè)基側(cè)基的極性、體積和對稱性。其中極性側(cè)基極性越大，鏈的柔順性越小，極性基增多，則柔順性減小。非極性側(cè)基中當(dāng)側(cè)基是柔性時(shí)，側(cè)基越長，鏈的柔性越好。側(cè)基是剛性時(shí),側(cè)基體積增大,空間位阻效應(yīng)增加,柔順性下降。(4)支化與交聯(lián)：支化和交聯(lián)使柔順性下降。(5)氫鍵及分子間作用力:如果高分子在分子內(nèi)或分子間形成氫鍵，則分子鏈的剛性增加。(6)共聚物結(jié)構(gòu):其中立體構(gòu)型影響結(jié)構(gòu)性，從而影響鏈在聚集態(tài)下的活動(dòng)能力。 介紹了這兒么多，感覺接下來的內(nèi)容會更重要，

7、也會更加難懂了，下面是高分子鏈的末端距及旋轉(zhuǎn)半徑的計(jì)算方法： 末端距 高分子鏈的一端到另一端的距離（矢量）。均方末端距末端距平方的平均值。均方旋轉(zhuǎn)半徑從高分子鏈的重心到邊緣的半徑的平方的平均值。在q狀態(tài)下測量的均方旋轉(zhuǎn)半徑用表示。均方旋轉(zhuǎn)半徑是用光散射的方法測得的：在q狀態(tài)下 (1) 自由旋轉(zhuǎn)鏈的末端距當(dāng)n1時(shí)，= =n l2= 2n l2 ；自由連接鏈，其均方末端距等于： 完全伸直鏈長度均方末端距的統(tǒng)計(jì)計(jì)算法中，和兩個(gè)公式比較重要。但是感覺自己還沒有記下來，總是要看著書進(jìn)行查閱。 下面的知識我翻書翻了好久，好不容易才找到一點(diǎn)點(diǎn)的，感覺老師課堂中講得有點(diǎn)快了，有點(diǎn)跟不上，索性抄了筆記，下面自己

8、在總結(jié)一下，這樣效率還不錯(cuò)，繼續(xù)努力。3.結(jié)晶熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)結(jié)晶：指物質(zhì)從液態(tài)（溶液或熔融體）或蒸汽形成晶體的過程。是獲得純凈固態(tài)物質(zhì)的重要方法之一。描述晶胞結(jié)構(gòu)的六個(gè)參數(shù)：a，b，c，(平行六面體的三邊的長度及它們之間的夾角)。晶體七種類型：立方，四方，斜方(正交)，單斜，三斜，六方，三方(菱形)。全程結(jié)晶速度(或結(jié)晶總速度)：可用膨脹計(jì)法、光學(xué)解偏振法、差示掃描量熱法(DSC法)來測定，而影響結(jié)晶能力的因素具體如下：1、分子鏈的柔性：聚對苯二甲酸乙二酯的結(jié)晶能力要比脂肪族聚酯低 ；2、 支化：高壓聚乙烯由于支化，其結(jié)晶能力要低于低壓法制得的線性聚乙烯 ；3、交聯(lián)：輕度交聯(lián)聚合物尚能結(jié)晶，高

9、度交聯(lián)則完全失去結(jié)晶能力；4、分子間力：分子間的作用力大，會使分子鏈柔性下降，從而影響結(jié)晶能力；但分子間形成氫鍵時(shí)，則有利于晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。5：鏈的對稱性和規(guī)整性。Avrami方程即阿弗拉密方程，它是描述結(jié)晶和相固態(tài)變中轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的唯象方程。=1-exp（-ktn) 式中：一定溫度下，時(shí)間t時(shí)的結(jié)晶率；n阿弗拉密指數(shù)，與相變機(jī)制相關(guān)，一般在14范圍內(nèi)取值；k常數(shù)。 結(jié)晶一直是這學(xué)期的難點(diǎn)了，成型加工、聚合物性能等好多專業(yè)課都會講到，所以是特別重要的，我的具體總結(jié)有下面這些知識點(diǎn)：4. 液晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)及表征高聚物液晶態(tài)是介乎高聚物液態(tài)（溶液或熔體）和晶態(tài)之間的一種中間狀態(tài)，稱為中介相。它

10、既具有液態(tài)的流動(dòng)性，又具有晶態(tài)的各向異性。（1）按分子排列方式分為近晶型、向列型和膽甾型，它們存在一維至二維的有序結(jié)構(gòu)。（2）按生成方式分為熱致性液晶和溶致性液晶，前者通過加熱在一定溫度范圍內(nèi)（從Tm到清亮點(diǎn)）得到有序熔體，后者在純物質(zhì)中不存在液晶相，只有在高于一定濃度的溶液中才能得到。（3）按介晶元在分子鏈中的位置可分為主鏈型液晶和側(cè)鏈型液晶。液晶有特殊的黏度性質(zhì)，在高濃度下仍有低黏度，利用這種性質(zhì)進(jìn)行“液晶紡絲”，不僅極大改善了紡絲工藝，而且其產(chǎn)品具有超高強(qiáng)度和超高模量，最著名的是稱為凱夫拉（kevlar）纖維的芳香尼龍。高聚物的取向態(tài)結(jié)構(gòu)是指無論結(jié)晶或非晶高聚物，在外場作用下（如拉伸力）

11、均可發(fā)生取向（orientation）。取向程度用取向函數(shù) 表示如下：F=1/2(3cos²-1) 式中為取向的方向與分子鏈主軸之間的角度 ；未取向時(shí)，大分子鏈和鏈段的排列是隨機(jī)的，因而呈現(xiàn)各向同性，取向后，由于在取向方向上原子之間的作用力以化學(xué)鍵為主，而在與之垂直的方向上，原子之間的作用力以范德華力為主，因而呈現(xiàn)各向異性。由此使材料在力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能上取向前后產(chǎn)生顯著差別。力學(xué)性能：抗張強(qiáng)度及繞曲疲勞強(qiáng)度在取向方向上大大增加，而與其垂直的方向上降低；光學(xué)性能：雙折射現(xiàn)象；熱學(xué)性能：Tg增加，對結(jié)晶聚合物密度和結(jié)晶度增加。5. 高分子稀溶液、亞濃溶液、濃溶液熱力學(xué)理論 高聚物溶液

12、從廣義上包括稀溶液（1%）、濃溶液（紡絲液、油漆等）、 凍膠、凝膠、增塑高分子、共混高分子等其間的分界濃度如下所示：高分子極稀溶液 稀溶液 亞濃溶液 濃溶液 極濃溶液和熔體 名稱：動(dòng)態(tài)接觸濃度 接觸濃度 纏結(jié)濃度 -濃度范圍： 10-2% 10-1% 0.5-10% 10溶劑的選則: 非極性體系 PS ：苯 甲苯 丁酮2. 溶度參數(shù)相近擇原則 (1) 極性相近原原則: =(E/V)1/2； Gm=Hm-TSm0,Sm0,則 HmTSm，Hm-TSm0對于混合溶劑 =AA+2B 3. 溶劑化原則 如PAN-26（=31.5） 不溶于乙醇（=26) ，而能溶于甲基甲酰胺因?yàn)镃C(CN) 和CH3C

13、H2(OH) 都是親電基 4.高分子稀溶液熱力學(xué)理想溶液性質(zhì)Smi=-k(N1lnx1+N2lnx2)Hmi=oGmi=RT(n1lnx1+n2lnx2)高分子稀溶液(Flory-Huggin理論) 假設(shè)(1) 等幾率 每個(gè)溶劑分子和鏈段占有格子的幾率相同 (2)等構(gòu)象能思路: GSm=? Hm=?6. 高分子溶劑的相平衡高分子溶液的狀態(tài)是一個(gè)重要的參考狀態(tài)。定義：當(dāng)一定溫度下高分子-溶劑相互作用參數(shù)，致使“超額化學(xué)位變化”，這種溶液狀態(tài)稱狀態(tài)，該溫度稱溫度，溶劑稱溶劑。對于特定聚合物，當(dāng)溶劑選定后，可以通過改變溫度以滿足條件；或溶解溫度確定，可以改變?nèi)軇┢贩N（改變）以達(dá)到狀態(tài)。溫度升高降低。

14、當(dāng)溫度高于溫度時(shí)，有，。此時(shí)由于鏈段-溶劑間相互作用，大于溶劑-溶劑、鏈段-鏈段相互作用而使大分子鏈?zhǔn)嬲梗懦怏w積增大，高分子溶液比理想溶液更易于溶解。稱此時(shí)的溶劑為良溶劑，T高出溫度越多，溶劑性能越良。當(dāng)溫度低于溫度，。此時(shí)大分子鏈段間彼此吸引力大，高分子溶解性能變差。稱此時(shí)的溶劑為不良溶劑，T低于溫度越多，溶解性越差，直至聚合物從溶液中析出、分離。偏摩爾自由能定義：在一定的溫度、壓力和濃度下，向溶液中再加入1摩爾溶劑（或溶質(zhì)），體系自由能的改變稱為該溫度、壓力和濃度下溶劑（或溶質(zhì)）的偏摩爾自由能（又稱化學(xué)位）。加入溶劑時(shí)，由于所加入的溶劑與原來溶液中的溶劑無法區(qū)別，因而這也是原來溶液中溶劑

15、對自由能的貢獻(xiàn)。加入溶劑后體系的濃度稀釋，因此溶劑的偏摩爾自由能又稱作稀釋自由能，記為。稀釋自由能是一個(gè)重要的熱力學(xué)參數(shù)，高分子溶液的許多性質(zhì)，諸如滲透壓，溶液沸點(diǎn)升高或冰點(diǎn)降低等都與稀釋自由能有關(guān)。高分子溶液的稀釋自由能等于溶劑在溶液中的化學(xué)位與純?nèi)軇┗瘜W(xué)位的差值，即若溶液很稀，21，則有：括號中第二項(xiàng)表示高分子溶液與理想（小分子）溶液相比多出的部分，反映了高分子溶液的非理想狀態(tài)，稱溶劑的“超額化學(xué)位變化”， 通過這兩章的學(xué)習(xí)，感覺離高分子物理的距離又近了一步，不再是以前的云里霧里，也不會像以前一樣總覺的很難，至于高分子物理的學(xué)習(xí)方法，我相信沒有最好，只有更好，要找到適合于自己的學(xué)習(xí)方法，就像現(xiàn)在考研一樣，選擇適合于自己的輔導(dǎo)書才是最好的輔導(dǎo)書。我不是很聰明，但我知道“笨鳥先飛”，在此我做以簡單歸納：做好準(zhǔn)備，提前預(yù)習(xí)，這樣在課堂上能夠比較順利的跟上老師的節(jié)奏，取得更好的聽課效果；認(rèn)真聽講，做好記錄，隨堂記錄筆記有助于集中注意聽課，并且在期末備考的時(shí)候，可以有所側(cè)重，減少盲目性；定期復(fù)習(xí)，注意交流，要避免