高分子物理简答题

1，何谓聚合物合金，包括哪些类型？聚合物共混需要完全相容吗？为什么？答：高分子合金又称多组分聚合物，该体系是二种或多种聚合物组分形成的混合物。类型：①塑料连续相，橡胶分散相；②塑料分散相，橡胶连续相；③两种塑料共混；④两种橡胶共混。由于高分子混合时的熵变值ΔS很小，而大多数高分子间的混合是吸热过程，即ΔH为正值，要满足ΔG小于零的条件较困难，所以绝大多数共混聚合物不能达到分子水平的混合，而形成非均相的“两相结构”。2，如何测定θ温度和Huggins参数χ1？答：①通过渗透压的测定，可求出高分子溶液的θ温度。即在一系列不同温度下测定某聚合物－溶剂体系的渗透压，求出第二维利系数A2，以A2对温度作图，得一曲线，此曲线与的A2＝0线之交点所对应的温度即为θ温度。②从第二维利系数A2～χ1关系可求参数χ1。3，为何称高分子链在其θ溶液中处于无扰状态？θ溶液与理想溶液有何本质区别？答：选择合适的溶剂和温度，使△μ1E＝0，这样的条件称为θ条件，在θ条件下，高分子链段间的相互作用等于链段与溶剂分子间的相互作用，所以溶剂分子对高分子构象不产生的干扰，故高分子链在其θ溶液中处于无扰状态。在θ溶液中，△μ1E=0，但△HM≠0，△SM都不是理想值，只是两者的效应相互抵消，说明高分子溶液是一种假的理想溶液。4，以分子运动观点和分子间物理缠结概念说明非晶态聚合物随着温度升高粘弹行为的5个区域．并讨论分子量对应力松弛模量—温度曲线的影响规律。(1)玻璃态区：类似玻璃，脆性，温度不足以克服内旋转位垒，链段以上运动“冻结”，分子运动主要限于振动和短程的旋转运动。(2)玻璃—橡胶转变区：远程、协同分子运动的开始。链段获得了足够的热能开始以协同方式运动，不断改变构象。(3)橡胶-弹性平台区：分子间存在物理缠结，聚合物呈现远程橡胶弹性。(4)粘弹转变区：分子链发生解缠作用，导致由链段运动向整个分子滑移运动过渡。(5)粘流区：聚合物容易流动，类似糖浆；热运动能足以使分子链解缠蠕动，导致整链运动。5，示意结晶性聚合物的结晶速率－温度曲线，在图中示意标出Tg和Tm的位置，并对该曲线简要解释，并提出获得小晶粒结构的方法。答：可把Tg与Tm之间的温度范围分成几个区域：I区：熔点以下10—30℃范围内，是熔体由高温冷却时的过冷温度区。成核速度极小，结晶速度实际等于零；II区：在这个区域中，成核过程控制结晶速度，结晶速度不高；III区：最大结晶速度出现于此区域，是熔体结晶生成的主要区域；Ⅳ区：结晶速度随温度降低迅速下降。结晶速度主要由晶粒生长过程控制。结晶速度-温度曲线分布示意图获得小晶粒结构的方法：一方面可采用加入成核剂，使晶核数目增加，晶粒变小；另一方面可采用将熔化的聚合物急速冷却（淬火）。结晶速度TgTmaxTmⅠⅡⅢⅣ晶粒生长过程控制成核过程控制6，示意画出聚合物动态粘弹性的温度谱，说明温度对聚合物内耗大小的影响。答：①Tg以下，聚合物应变仅为键长的改变，应变量很小，几乎同应力变化同步进行，tgδ很小。②温度升高，玻璃态向橡胶态转变，链段开始运动，体系粘度大，运动摩擦阻力大，tgδ较大。③温度进一步升高，虽应变值较大，但链段运动阻力减小，tgδ减小。④在末端流动区，分子间质的位移运动，内摩擦阻力再次升高，内耗急剧增加。7，画出固定试验温度下，聚合物的内耗与外力频率的关系曲线，并以松弛的观点加以解释和说明。答：①当外力作用比运动单元的松驰时间的倒数高得多时，即w1，该运动单元来不及跟随交变的外力而发生运动，E’与w无关，E’’和lgδ几乎为零，表现刚性玻璃态。②当w1，运动单元的运动完全跟得上，作用为的变化，E’与w无关，E’’和tgδ几乎为零，表现橡胶的高弹态。③只有当w≈1，运动单元运动跟上，但又不能完全跟上外应力的变化△E1变化大，E’’和tgδ出现极大值（内耗峰），表现明显的粘弹性。8，示意绘出聚合物熔体在宽切变速率下的流动曲线，并用缠结理论作出解释。答：1）在足够小的切应力下，大分子处于高度缠结的拟网状结构，由于剪切速率很小，缠结结构破坏的速度等于形成的速度，粘度保持恒定的最高值，表现牛顿流体的流动行为。2）随剪切速率的增大，缠结结构被破坏的速度就越来越大于形成速度，粘度减小，表现假塑性流体的流动行为。3）随剪切速率的继续增大，大分子的缠结结构几乎完全被破坏，来不及形成新的缠结，粘度达到恒定的最低值，第二次表现牛顿流体的流动行为。TgTftanTlglgE’tglgE’’lglglgE’tglgE’’9，讨论聚合物的分子量和分子量分布对熔体粘度和流变性的影响。答：低切变速率下，当时，略依赖于聚合物化学结构和温度，当时，与聚合物化学结构，分子量分布及温度无关；增大切变速率，链缠结结构破坏程度增加，分子量对体系粘度影响减小。聚合物熔体非牛顿流动时的切变速率随分子量加大向低切变速率移动，剪切引起的粘度下降。分子量相同时，分子量分布宽的聚合物熔体出现非牛顿流动的切变速率比分布窄的要低的多。10，从结构观点分析温度、切变速率对聚合物熔体粘度的影响规律，举例说明这一规律在成型加工中的应用。答：a.温度升高，粘度下降，在较高温度的情况下，聚合物熔体内自由体积大，流动粘度的大小取决于高分子链本身的结构，分子间作用力越大，流动活化能越高；当温度处于TgTTg+100K时，由于自由体积减小，阶段跃迁速率不仅与其本身的跃迁能力有感，也与自由体积大小有关。b．柔性链高分子表观粘度随切变速率增加而下降，刚性链高分子表观粘度也随切变速率增加而下降，但降幅较小，因为切变速率增加，柔性链易改变构象，降低流动阻力，刚性链链段较长，构象改变较困难，随切变阻力增加，阻力变化不大。11，聚合物在不同条件下结晶时，可能得到哪几种主要的结晶形态？各种结晶形态的特征是什么？答：（1）可能得到的结晶形态：单晶、树枝晶、球晶、纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体；（2）形态特征：单晶：分子链垂直于片晶平面排列，晶片厚度一般只有10nm左右；树枝晶：许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状；球晶：呈圆球状，在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光，有些出现同心环；纤维状晶：晶体呈纤维状，长度大大超过高分子链的长度；串晶：在电子显微镜下，串晶形如串珠；柱晶：中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶，呈柱状；伸直链晶体：高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当。12，高分子液晶的分子结构有何特点？根据分子排列有序性的不同，液晶可以分为哪几种晶型？如何表征？答：高分子液晶分子结构中必须具有刚性结构部分，即液晶基元包括棒状(条状)、盘状或双亲性分子，要有强大的分子间力，必须具有一定的柔性部分。分类方法有三类，按形成条件分为溶致液晶和热致液晶；按微区中分子排列状态分为近晶型、向列型、胆甾型和盘型；按液晶基元所在位置分为主链液晶和侧链液晶。表征方法主要是偏光显微镜、X射线衍射、DSC13，聚合物的玻璃化转变是否是热力学相变?为什么?答：不是，玻璃化温度与测定过程的冷却速度有关，不是热力学的平衡过程，而是属于力学松弛过程。因为在玻璃化转变前后聚合物都是无规的，热力学上都属于液态。14，试用玻璃化转变的自由体积理论解释：（1）非晶态聚合物冷却时体积收缩速率发生变化；（2）冷却速度愈快，测得的Tg值愈高。答：（1）冷却速度过快，则链段来不及调整构象就被冻结，使自由体积高于平衡态时的Vf，这样，Tg以下体积-温度曲线向上平移，使依据两条曲线交点确定的Tg偏高。（2）因Tg是链段运动的松弛时间与观察时间匹配时的温度，升温速率越快，观察时间越短，相应的更短松弛时间的温度就越高，故测得的Tg就越高。15，聚合物晶体结构和结晶过程与小分子晶体结构和结晶过程有何差别?造成这些差别的原因是什么？答：(1)小分子有分子晶体、原子晶体和离子晶体，而高分子晶体仅有分子晶体。这是由于高分子的分子链很长，可穿越多个晶胞。（2）小分子的熔点是一个确定值，而高分子的熔点是一个范围值。（3）高分子有结晶度的概念，而小分子没有。这是由于高分子结构的复杂性，使得聚合物结晶要比小分子结晶有更多的缺陷，所以结晶总是很不完善，有晶区和非晶区，用结晶读表示。(4）高聚物的结晶过程分一次结晶和二次结晶。这是由于高分子的相对分子质量大，体系黏度大，分子运动迟缓所引起的。