高分子物理课后答案,何曼君,第三版

高分子物理课后答案,何曼君,第三版第三章高分子的溶解过程与小分子相比有什么不同？高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊，两者运动分子运动速度差别很大，现是溶剂分子渗入高聚物内部，是高聚体膨胀，称为“溶胀”，然后高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系。对于交联的高分子只停留在溶胀阶段，不会溶解。第二维里系数A2的物理意义？第二维利系数的物理意义是高分子链段和链段间的内排斥与高分子链段和溶剂分子间能量上相互作用、两者相互竞争的一个量度。它与溶剂化作用和高分子在溶液里的形态有密切关系。良溶剂中，高分子链由于溶剂化作业而扩张，高分子线团伸展，A2是正值；温度下降或在非良溶剂，高分子线团收缩，A2是负值；当链段与链段、溶剂与高分子链段相互作业想等时，高分子溶液符合理想溶液的性质，A2为零，相当于高分子链处于无扰状态。高分子的理想链和真实链有哪些区别？①理想链是一种理论模型，认为化学键不占体积，自由旋转，没有键角和位垒的限制，而真实链有键角限制和位垒的限制。②理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用，而真实链要考虑链节与链节之间的体积排除和链与周围环境的相互作用以及链与链之间的相互作用等。高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质的区别？三种溶液最本质的区别体现在溶液中和高分子无规线团之间的相互作用和无规线团的形态结构不同：①稀溶液：高分子线团是相互分离的，溶液中高分子链段的分布也是不均一的；线团之间的相互作用可以忽略。②浓溶液：大分子链之间发生相互穿插和缠结，溶液中链段的空间密度分布趋于均一。②亚浓溶液：亚浓溶液介于稀溶液和浓溶液之间，高分子线团开始相互穿插交叠，整个溶液中链段的分布趋于均一；高分子线团与临近线团开始相互作用。第四章一般共混物的相分离与嵌段共聚物的微相分离在本质上有何差别？由于嵌段共聚物的嵌段间不相容而发生相分离，平均相结构微区的大小只有几十到几百纳米，即微相分离，两相之间的作用力是化学键。两种聚合物共混时，由于混合熵很小，混合晗决定于聚合物之间的相互作用，通常较小，所以两种聚合物混合自由能通常大于零，是分相的。而一般共混物两相界面之间的作用力是分子间作用力或氢键，其分相可能是宏观可见的，添加增容剂后，并经强烈的机械混合，增容剂提高了两相界面之间的相互作用，可形成稳定的微相分离结构第五章聚合物的非晶态3.何谓“松弛”？请举例说明松弛现象。用什么物理量表示松弛过程的快慢？答：“松弛”过程是指一个从非平衡态到平衡态进行的过程，它首先是很快地进行，然后逐步放慢甚至于时间达到无穷长。√例如，一直杆的长度比两刚壁之间的固定距离L稍长；将直杆强制地装入两刚壁之间，在开始时，直杆与刚壁的接触面之间有相互作用的压力P，在直杆内任一截面上也有内压力P；以后,随着时间的增长，这些压力的数值渐渐减小，而且温度越高时减小得越快。岩石和其他材料一样也会发生松弛现象。实际上，所有固体材料都会发生松弛现象，差别只在于有的松弛极慢，有的松弛较快。松弛时间是用来描述松弛过程快慢的。√10.请举两个生活中遇到的取向态聚合物。答：合成纤维、取向薄膜。√4．用膨胀计法测得分子量从3.0*103到3.0*105之间的八个级分聚苯乙烯式样的玻璃化温度Tg如下：Mn(*103)Tg(℃)4366838993979899试作Tg对Mn图和Tg对1/Mn图，并从图上求出方程Tg=Tg(∞)-(K/Mn)中聚苯乙烯的常数K和分子量无穷大时的玻璃化温度Tg(∞)。答：Tg——Mn图3.05.010152550100300Tg——1/Mn图得线性方程为y=99.977-170450x，所以Tg(∞)=99.977℃，K=170450√第六章聚合物的结晶态2．用差示扫描量热法研究聚对苯二甲酸乙二酯在232.4℃的等温结晶过程，由结晶放热峰原始曲线获得如下数据：结晶时间t(min)7.611.417.421.625.627.631.635.636.638.13.4111.534.754.972.780.091.097.398.299.3其中分别表示t时间的结晶度和平衡结晶度。试以Avrami作图法求出Avrami指数n，和结晶总速度。结晶速率常数K，半结晶期答:Avrami方程：=exp(-k)，以lg(-ln)=lg(-ln(1-))对lgt作图则斜率为n，截距为lgk。得线性方程y=3.0126x-4.1127,则n=3，K===20.75s，结晶总速率：=0.048√4．用密度梯度管测得某对苯二甲酸乙二酯试样的密度为1.40g*cm-3,试计算其重量结晶度和体积结晶度。=1.46(g*cm-3)，=1.33(g*cm-3)，则得：答：聚对苯二甲酸乙二酯===0.562√===0.539√8.有两种乙烯和丙烯的共聚物，其组成相同，但其中一种室温时是皮革状的，一直到室温降至-70摄氏度时才变硬，另一种室温时却是硬而韧又不透明的材料。试推测并解释它们内在结构上的差别。答：两种乙烯、共烯共聚物的共聚方式不同。前一种是无规共聚，分子链上乙烯单元和丙烯单元无规分布的话，破坏了分子链的规整性，不能结晶。而其玻璃化转变温度很低，所以常温下处于高弹态，为橡胶状。所以室温时是皮革状的，一直到室温降至-70摄氏度时才变硬。后一种是乙烯和丙烯是嵌段共聚，则聚乙烯部分和聚丙烯部分可单独结晶，宏观上材料就是由无数细小晶区组成的不透明材料。所以，室温时是硬而韧不透明的材料√第七章1试比较非晶体态聚合物的强迫高弹性、结晶聚合物的冷拉、硬弹性聚合物的拉伸行为和嵌段共聚物的应变诱发塑料—橡胶转变，从结构观点加以分析，并指出其异同点。答：Ⅰ：玻璃态聚合物在大外力的作用下发生的大形变其本质与橡胶的高弹形变一样，但表现形式却有差别，此称为非晶体态聚合物的强迫高弹性。强迫高弹性主要是由聚合物的结构决定的。强迫高弹性的必要条件是聚合物要具有可运动的链段，通过链段的运动使链的构象改变。所以分子链不能太柔软，否则在玻璃态是由于分子堆砌的很紧密而很难运动；同时分子链的刚性也不能太大，刚性太大分子链不能运动。Ⅱ：结晶聚合物的冷拉：第一阶段，应力随应变线性的增加试样被均匀的拉长，到达一点后，截面突然变得不均匀，出现细颈。第二阶段，细颈与非细颈部分的截面积分别维持不变，而细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直至整个试样完全变细为止。第三阶段，成颈后的试样重新被均匀的拉伸，应力又随应变的增加而增加直到断裂点。在外力的作用下，分子在拉伸方向上开始取向，结晶聚合为中的微晶也进行重排，甚至在某些晶体可能破裂成较小的单位，然后再去向的情况下再结晶。Ⅲ：硬弹性聚合物的拉伸行为：易结晶的聚合物熔体，在较高的拉伸应力场中结晶时，可以得到具有很高弹性的纤维或薄膜材料，而其弹性模量比一般橡胶却要高的多。E.S.Clark提出一种片晶的弹性弯曲机理。由于在片晶之间存在由系带分子构成的连接点，是使硬弹材料在收到张力时，内部晶片将发生弯曲和剪切弹性变形，晶片间被拉开，形成网格状的结构，因而可以发生较大的形变，而且变形越大，应力越高，外力消失后，靠晶片的弹性回复，网格重新闭合，形变可大部分回复。Ⅳ：嵌段共聚物的应变诱发塑料—橡胶转变：材料在室温下像塑料，在外力的作用下，能够发生很大的形变，移去外力后也能很快的回复。如果接着进行第二次拉伸，则会像橡胶的拉伸过程材料呈现高弹性。经拉伸变为橡胶的试样，在室温下放置较长的时间又能回复拉拉伸前的塑料性质。了解形态变化异同点：玻璃态聚合物的冷拉温度范围是Tb到Tg，而结晶聚合物是Tg到Tm。玻璃态聚合物的冷拉只发生分子链的取向，不发生相变，而结晶聚合物的拉伸结晶的破坏、取向和在结晶的过程。结晶聚合物在第二阶段应力基本不变。硬弹性材料拉伸时不出现成颈现象，与结晶聚合物不同。应变诱发塑料—橡胶移去外力，便可迅速回复，不需加热至Tg或者Tm。2你见过塑料的银纹吗？银纹与裂缝有哪些区别？答：见过。微裂纹是由沿外力方向高度去想的聚合物微纤及其周围的空洞组成的因而微裂纹体的质量不为零，只是其密度下降，微裂纹体的折光指数比聚合物本体低。而裂缝处密度为零。微裂纹具有可逆性。4聚合物的脆性断裂和韧性断裂有什么区别？在什么条件下可以互相转化？答：脆性断裂发生在材料屈服之前，形变量小，断伸率小于5%，断裂面与拉伸方向相垂直，断裂面也很光洁，截面积几乎没有什么改变，在拉伸力的作用下，微裂纹会迅速发展，导致脆性断裂。韧性材料发生在屈服之后，形变量大，断伸率一般大于10%，断口不规则，表面粗糙，截面积缩小，是由于屈服剪切带的发展导致的。脆性断裂和韧性断裂并没有严格的界限。聚合物材料的韧性随温度的升高而增大，随应变速率的提高而减小，当降低温度，提高应变速率时，材料从韧性断裂变为脆性断裂。第八章4.一理想橡胶试样被从原长6.00cm拉伸到15.00cm，发现其应力增加1.50﹡Pa，同时温度升高了5℃（从27℃升到32℃）。如果忽略体积随温度的变化，问在27℃下，伸长1%时的模量是多少？解：当T=32℃=305.15K时，σ=1.5*=kT(λ-)k(273.15+32)[-]k=210当T=27℃=300.15K时，=kT(λ-)=210*300.15*（1.01-）=1872.9PaE===1.87*Pa√5.一交联橡胶试片，长2.8cm，宽1.0cm，厚0.2cm，重0.518g，于25℃时将它拉伸一倍，测定张力为1.0Kg，估计试样的网链的平均分子量。解：由橡胶状态方程σ==(λ-)(λ-)得：σ===4.9*Kg/ρ===925Kg/λ=2R=8.314T=298K(2-)=8.18Kg/mol√7.用宽度为1cm、厚度为0.2cm、长度为2.8cm的一交联橡胶试条，在20℃是进行拉伸试验，·解：σ=NkT(λ-)，N=得：σ==kT(λ-)kT(λ-)=RT(λ-)因为ρ=0.964,T=293K,R=8.314,,λ=所以由上表可得：√=1.508*9.某一聚合物可用单一Maxwell模型来描述，当施加外力，使试样的拉伸应力为1.0*Pa，10s时，试样长度为原长度的1.15倍，移取外力后，试样的长度为原始长度的1.1倍，问Maxwell单元的松弛时间是多少？解：由题意可知，在Maxwell模型中，理想弹簧形变对于弹簧，E=；对于理想黏壶，η=，=0.05，=0.1.所以，т===5s√11.一交联聚合物的力学松弛行为可用三个Maxwell单元并联来描述，其六个参数为==1.0*Pa,=10s,=100s,=∞。试计算下面三种情况的应力：（1）突然拉s后拉伸到原始长度伸到原始长度的两倍；（2）100s后拉伸到原始长度的两倍；（3）的两倍。解：(1)ε=，σ(t)=+E(t)==+=+=1.0*=3*σ=E(t)*ε=3*√*+1.0**+1.0**(2)ε=，σ(t)=+E(t)==+=+=1.0*=1.37*σ=E(t)*ε=1.37*(3)ε=*√+1.0**+1.0**，σ(t)=+E(t)==+=+=1.0**+1.0**+1.0**=100000σ=E(t)*ε=100000√13.用于模拟某一线形聚合物的蠕变行为的四元件模型的参数为：=5.0*。蠕变试验开始时，应力为=1.0*Pa,经过5s后，应力增加至两倍，求10s时的应变值。解：聚合物的总形变ε(t)=++=++tт===1s应变可分解为10s、5s叠加的结果ε(5)=+=1.2033+*5ε(10)=++*10=1.220所以：10秒时的应变值为ε=ε(5)+ε(10)=2.4233√试做其蠕变曲线。如果Boltzmann原理有效，在100min时的负荷加倍，问10000min时蠕变伸长是多少？解：蠕变曲线如下图所示：对于第一应力所引起形变，当t=10000min时，l=4.185，ε(10000）=0.04625对于第二应力所引起形变，当t=9900min时，l=4.183,ε(9900）=0.04575(t)=ε(10000）+ε(9900）=0.04625+0.04575=0.092所以，蠕变伸长为l=*(t)+1]=4.368cm√