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第1页（共5页）2012～2013学年第二学期:高分子物理科目考试试题B答案命题教师：李学东使用班级：高分子10-1，2一、名词解释（每题2分，共10分）：1、自由结合链：键长固定，键角不固定，内旋转完全自由的高分子链。2、时－温等效原理：升高温度与延长时间对分子运动是等效的，对聚合物的粘弹行为也是等效的。3、内聚能密度与溶度参数：内聚能密度定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。溶度参数定义为内聚能密度的平方根。4、熔点：聚合物晶体的熔融过程结束时所对应的温度。熔限：聚合物晶体从开始熔融到熔融结束的温度范围。5、应变：当材料受到外力作用时，就要发生几何形状和尺寸的改变，这种变化就称为应变。二、选择题（在下列各小题的备选答案中，请把你认为正确答案的题号填入题干的括号内。每题1.5分，共15分）1、处在玻璃态的聚合物，能够运动的单元有：（A、B、E）。A、链节B、侧基C、链段D、整个分子E、支链2、（C）是指熔融成型或浓溶液成型中，高聚物的分子链段或其他添加剂沿剪切流动的运动方向排列。A、拉伸取向B、双轴取向C、流动取向D、单轴取向3、下列哪种结晶形态具有黑十字消光图像。（B）A、纤维状晶B、球晶C、单晶D、串晶4、Tg是链段开始“解冻“的温度，因此凡是使链段的柔性__A___，使分子间作用力A的结构因素均使Tg下降。A、增加降低B、增加上升C、减少上升D、减少降低5、当高分子溶液从凝胶渗透色谱柱中被淋洗出来时，溶液中的分子分离按(B)大小进行分离。A、分子量B、分子流体力学体积C、分子链柔性D、分子间相互作用力的大小6、将有机玻璃板材用高弹真空成型法成型为飞机座舱盖时，成型温度为(B)A、Tb-Tg之间B、Tg-Tf之间C、Tf-Td之间(Tb、Tg、Tf、Td分别为脆化温度、玻璃化转变温度、流动温度和分解温度)7、测量重均分子量可以选择以下哪种方法：DA、粘度法B、凝胶渗透色谱法C、渗透压法D、光散射法8、对含成核剂的PP等温结晶过程的研究表明，其Arami指数为３，则生成的是：（A）A、球晶B、片晶C、针状晶体9、下列方法可以提高聚合物拉伸强度的是B。A、提高支化度B、提高结晶度第2页（共5页）C、加入增塑剂；D、橡胶共混10、下列聚合物中刚性因子最大的是：（B）A、聚乙烯B、聚丙烯腈C、聚氯乙烯D、聚丙烯三、填空题（每空1分，共15分）1、聚合物在溶液中通常呈无规线团构象，在晶体中呈锯齿形或螺旋形构象。2、自由体积理论认为，高聚物在玻璃化温度以下时，体积随温度升高而发生的膨胀是由于固有体积的膨胀。3、橡胶弹性是熵弹性，弹性模量随温度的升高而增加，在拉伸时放热。4、相比于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为粗糙，断裂伸长率较大，并且在断裂之前存在屈服。5、高聚物在θ条件下，超额化学位△μ1E=0，其高分子链段间以及链段与溶剂分子间的相互作用相等、溶液呈现无扰状态。6、高分子液晶根据制备方法的不同，可分为溶致液晶与热致液晶。7、玻璃态高聚物发生冷拉（强迫高弹形变）的温度区间是Tb~Tg。四、简答题（可任选答8题，每题5分，共40分）：1、比较下列聚合物的结晶能力（按由大→小以“＞”号排列）并说明原因：(a)高密度聚乙烯(b)等规聚丙烯c)聚对苯二甲酸乙二醇酯。答：比较结果：A＞B＞C（1.5分）原因：A的结构对称性高，柔性好，最容易结晶，一般情况下很难得到完全非晶的材料（1.5分）；C的对称性也较高，由于甲基能够形成有序的排列，因此具有较高的结晶能力（1分）；B的结构具有一定的对称性，可以形成具有一定结晶度的材料。（1分）2、试述高聚物平衡高弹性的特点、热力学本质和分子运动机理。答：高聚物平衡高弹性的特点：1)弹性应变大；2)弹性模量低；3)T升高，高弹平衡模量增加；4)快速拉伸，温度升高。（2分）热力学本质：熵弹性；（1分）分子运动机理：链段运动从卷曲构象转变为伸展的构象。（2分）3、什么是溶胀？什么是溶解？试从分子运动的观点说明线型聚合物和交联聚合物溶胀的最终状态的区别。答：溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体积膨胀称为溶胀。（1分）溶解是高聚物分子扩散到溶剂中与溶剂分子相互混合的过程。（1分）线型高聚物分子溶胀后由于能分散于溶剂中而溶解，而交联高分子因其化学键束缚，不能进一步使交联的分子拆散，只能溶胀，不能溶解。（3分）第3页（共5页）4、.根据对材料的使用要求，有哪些途径可改变聚合物的Tg？答：(1)改变主链或取代基的组成。主链中引入芳杂环或极性侧基均可提高Tg；（1分）（2）加入增塑剂；（1分）（3）控制分子量；（1分）（4）适度交联；（1分）（5）共聚-内增塑作用(或共混等)。（1分）5、指出非晶态聚合物的模量（或形变）-温度曲线的力学行为可分几个区域，并从分子运动机理的角度加以说明。答：Ⅰ区：玻璃态区。由于温度低，只有小尺寸运动单元的运动，聚合物处于玻璃态，模量很高（GPa级）。（1分）Ⅱ区：玻璃－橡胶转变区。随温度升高，链段开始运动，模量迅速下降3-4个数量级。（1分）Ⅲ区：橡胶－弹性平台区。模量保持平稳，链段可以运动，但受到物理缠结的限制，聚合物呈现橡胶弹性。（1分）Ⅳ区：橡胶流动区。随温度升高，发生解缠，模量开始下降，分子链滑移，即开始流动。（1分）Ⅴ区：液体流动区。模量降至几百Pa。聚合物很容易流动。（1分）６、比较分子链的柔顺性，并说明原因：(A)聚氯乙烯(B)聚乙烯(C)聚丙烯。答：分子链的柔顺性：B＞C＞A（2分）原因：A的侧链中含有极性很强的氯原子，故柔性最差；（1分）B的主链结构对称，没有体积大的取代基，在碳链高聚物中柔性很好；（1分）C的侧链中含有极性很弱的甲基取代基，同A比较，柔性比A好。（1分）7、何谓聚合物的取向？取向对聚合物的性能有何影响？答：聚合物在外力作用下，分子链、链段和结晶聚合物中的晶粒等结构单元沿着外力方向择优排列，称为取向。（2分）聚合物沿取向方向的拉伸强度、模量、冲击强度都显著增加，而与取向方向垂直的方向上则降低。取向高分子材料发生光的双折射现象。取向通常还使材料的玻璃化温度升高，对结晶性的高聚物，则密度和结晶度也会升高，因而提高了高分子材料的使用温度。（3分）8、试分析聚三氟氯乙烯是否结晶性聚合物?要制成透明薄板制品，问成型过程中要注意什么条件的控制?答：聚三氟氯乙烯是结晶性聚合物，由于氯原子与氟原子大小差不多，分子结构的对称性好，所以易结晶。（3分）成型过程中要使制品快速冷却，以降低结晶度并使晶粒更细小，才能得到透明薄板。（2分）9、随着温度升高，高分子θ溶液的特性粘数有什么变化？为什么？第4页（共5页）答：高分子θ溶液的特性粘数升高。（2分）因为高分子线团在θ溶剂中处于较卷曲的状态。随着温度升高，溶剂性能变得更良，从而使链段运动的能力增加，引起链的伸展，原来较卷曲的线团变得较为疏松，从而使溶液粘度升高。（3分）五、计算题（任选二题，每题10分，共20分）1、某交联橡胶试样于298K时，经物理测试得以下数据：试片尺寸=0.2×1×2.8cm3;试片质量=0.518g;试片被拉伸一倍时的拉力F=2kg.试由以上数据求此橡胶的网链平均分子量。解:由橡胶状态方程σ=f/A0=ρRT(λ-1/λ2)/Mc（2分）ρ=W/V=0.518×10-3/0.2×1×2.8×10-6=925kg/m3（2分）λ=2,R=8.314J/mol·K,T=298K（2分）σ=f/A0=2×9.8/0.2×1×10-4=9.8×105N/m2（2分）∴Mc=ρRT(λ-1/λ2)/σ=925×8.314×298(2-1/22)/9.8×105=4.09kg/mol（2分）2、在25℃的θ溶剂中，测得浓度为1×10-3g/ml的聚苯乙烯溶液的渗透压为0.5055g/cm2。当入射光为非偏振光时，若忽略内干涉效应，用光散射法测得其90℃的瑞利因子为3×10-5/cm，已知光学常数K=1×10-6cm2⋅mol/g2，试求该聚苯乙烯试样的多分散系数。解:根据渗透压公式：)1(2CAMRTCn（2分）因为是在θ溶剂中，因此A2=0，有：nMRTC（1分）则:)/(500001015055.015.29810478.834molgCRTMn（2分）因为入射光是非偏振光，根据光散射公式：CAMRKCW290212（2分）因为A2=0，则：)/(60000101011032236590molgKCRMW（2分）多分散系数为：2.15000060000nWMMd（1分）3、假定聚乙烯的聚合度2000，键角为109.5°，求伸直链的长度Lmax与自由旋转链的根均方末端距之比值，并由分子运动观点解释某些高分子材料在外力作用下可以产生很第5页（共5页）大形变的原因。解：对于聚乙烯链Lmax=（2/3）1/2nllnhrf2)(2/12,（4分）n=2×2000=4000所以5.363/40003/)max/(2/12,nhLrf（2分）可见，高分子链在一般情况下是相当卷曲的，在外力作用下链段运动的结果使分子趋于伸展。于是在外力作用下某些高分子材料可以产生很大形变。理论上，聚合度为2000的聚乙烯完全伸展可产生36.5倍形变。（4分）