东华大学《高分子物理》07年补考试卷

东华大学2009----2010学年第1学期期末试题踏实学习，弘扬正气；诚信做人，诚实考试；作弊可耻，后果自负。课程名称高分子物理使用专业07级复合材料、高分子材料班级___________________姓名_______________学号_____________试题得分一二三四五六七八九十总分(请将答案全部写在答题纸上!)一、解释下列物理概念（写出必要的表达式）：（30分，每题3分）1.构象；2.Avrami指数；3.溶致性液晶；4.玻璃化转变温度；5.时温等效6.韧性断裂；7.过量化学位△U1E；8.非牛顿指数；9.远程结构；10.蠕变；二、单项选择题：（10分，每题1分）1.在聚合物的粘流温度以上，描述聚合物的粘度与温度关系的是：(a)Avrami方程(b)Huggins方程(c)Arrhenius方程(d)WLF方程2.PE（聚乙烯）分子链在晶体中采取的构象是：(a)平面锯齿链(b)扭曲的锯齿链(c)螺旋链(d)无规线团3.采用光散射法测定的聚合物分子量是：(a)数均分子量(b)重均分子量(c)Z均分子量(d)粘均分子量4.下列哪个物理量不能描述聚合物分子链的柔性：(a)极限特征比(b)均方末端距(c)链段长度(d)熔融指数5.高聚物在交变的应力作用下，形变落后于应力的现象称为：（a）蠕变（b）应力松弛（c）内耗（d）滞后6.在结晶中添加成核剂，可以使以下哪种参数下降：（a）结晶速度（b）结晶的尺寸（c）结晶产物的透明性（d）断裂强度7.处在高弹态下的聚合物，下列哪个运动单元被冻结：（a）链节（b）链段（c）侧基（d）分子链8.下列哪些因素会使聚合物的柔性增加：(a)结晶(b)交联(c)主链上引入孤立双键(d)形成分子间氢键9.对于分子量不均一的聚合物，其统计平均分子量大小的排列顺序为：(a)MnMwMηMz(b)MnMηMwMz(c)MnMηMzMw(d)MnMwMηMz10.非晶态高聚物发生强迫高弹形变的温度范围是：（a）Tg～Tf（b）Tb～Tg（c）Tb～Tf（d）Tg～Tm三、判断对错题（10分，每题1分）1.聚合物和其他物质一样存在固态、液态和气态。2.无规线团是线形高分子在溶液和熔体中的主要形态。3.玻璃化转变温度是塑料使用的最高温度，也是橡胶使用的最低温度。4.橡胶拉伸时会放出热量。5.取向是热力学稳定的平衡态。6.无规共聚的乙烯和丙烯可以结晶，从而形成硬而韧的塑料。7.一般说来，在常温下非极性结晶聚合物的溶解要比极性结晶聚合物的溶解更困难。8.外力除去后，线形聚合物在蠕变过程中产生的形变可以完全回复。9.高分子链的柔性随着分子量的增大而减少。10.通过单键的内旋转可以将无规立构的聚丙烯转变成全同立构的聚丙烯。四、回答问题（50分）1．简述串晶的形成条件和特征。（5分）2．纤维经拉伸取向后，其断裂强度明显提高，为什么？（5分）3．画出结晶温度与聚合物结晶速度关系曲线，并加以解释。（8分）4．写出四种常用测纤维取向的方法，并说明分别测定的是哪种取向。（8分）5．聚合物熔体为什么会有弹性？写出三种典型的聚合物熔体弹性现象。（7分）6．聚合物高弹态分子运动有哪些特点？为什么说高弹性是一种熵弹性？（7分）7．画出非结晶聚合物的温度－形变曲线，并说明各转变区和力学三态的分子运动机理和特点。（10分）答案一、解释下列物理概念（写出必要的表达式）：（30分，每题3分）1.构象：由于围绕单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称作构象。2.Avrami指数：n为Avrami指数，与成核机理和晶粒生长的方式有关，其值为晶粒的生长维数和成核过程的时间维数之和。3.溶致性液晶：在溶液中当达到某一临界浓度以上时呈现液晶性能称为溶致性液晶。4.玻璃化转变温度：链段开始运动的温度。5.时温等效：对于观察松弛现象，升高温度和延长刺激时间是等效的。6.韧性断裂：在材料出现屈服之后发生的断裂称为脆性断裂。7.过量化学位△U1E：表示高分子溶液相对于理想溶液的偏差。8.非牛顿指数：高分子流体与牛顿流体的偏离程度。9.远程结构：整个分子的大小和在空间的形态。10.蠕变：在一定温度、一定应力的作用下，聚合物的形变随时间的变化称为蠕变。二、单项选择题：（10分，每题1分）1.C；2.A；3.B；4.D；5.D；6.B；7.D；8.C；9.B；10.B三、判断对错题（10分，每题1分）1．X；2．√；3．X；4．√；5．X；6．X；7．√；8．X；9．X；10．X四、回答问题（50分）1．简述串晶的形成条件和特征。（5分）答：形成条件：聚合物溶液和熔体在应力作用下或强烈的流动场（剪切场或拉伸场）中形成。特征：a.具有伸直链结构的中心线，中心线周围间隔地生长着折叠链的片晶。b.应力越大，伸直链组分越多。2．纤维经拉伸取向后，其断裂强度明显提高，为什么？（5分）答：纤维经单轴拉伸后产生大量的取向结构，即大分子链沿纤维轴方向排列，断裂时则需要破坏更多的化学键，因此其断裂强度明显提高。3．画出结晶温度与聚合物结晶速度关系曲线，并加以解释。（8分）答：聚合物结晶速度－温度曲线都是呈单峰形，结晶温度范围界于玻璃化温度Tg与熔点Tm之间，在某一温度结晶速率出现极大值。聚合物的结晶速率与温度的这种关系，是其晶核生长速度和晶粒生长速度存在不同温度依赖性的共同作用结果。均相成核宜于在稍低的温度下发生，而温度升高有利于晶粒的生长速度。4．写出四种常用测纤维取向的方法，并说明分别测定的是哪种取向。（8分）答：测定方法：1.双折射法:测定的是高聚物晶区和非晶区取向的总效果，是链段的取向。2.声速法：测定的是晶区与非晶区的总取向,是分子链的取向。3.X-射线衍射法：测得的是聚合物晶区的取向。4.染色二色性法：测得的是聚合物非晶区的取向。5.红外二色性法：测得的是大分子的的取向。notKtVVVVexp5．聚合物熔体为什么会有弹性？写出三种典型的聚合物熔体弹性现象。（7分）答：聚合物熔体是一种兼有粘性和弹性的液体，在流动过程中，不仅产生不可逆的塑性形变，同时伴有可逆的高弹形变，即在流动过程中伴随着构象的改变。受到外力时，分子链由卷曲变成伸展，产生高弹形变，当外力除去时，链分子重新卷曲。典型的聚合物熔体呈现弹性的现象：爬杆效应(韦森堡效应)、挤出胀大现象、不稳定流动-熔体破裂现象6．聚合物高弹态分子运动有哪些特点？为什么说高弹性是一种熵弹性？（7分）答：聚合物高弹态分子运动特征：弹性模量低、形变量大、形变可以恢复。链段在小范围内绕某链轴的旋转运动，是构象的改变，即分子的伸长，卷曲所产生的形变。链分子愈卷曲，说明可采取的构象数目愈多，体系的熵愈大；反之链愈伸直，说明可采取的构象数目愈少，体系的熵亦小。因此，高弹性是一种熵弹性。7．画出非结晶聚合物的温度－形变曲线，并说明各转变区和力学三态的分子运动机理和特点。（10分）答：在玻璃态，运动单元为侧基、链节、短支链等小运动单元，弹性模量很高，形变很小，具有虎克弹性行为。到玻璃化转变区，对温度十分敏感的区域，许多性质发生突变，弹性模量迅速下降，形变迅速增加。在高弹态，链段可以运动，通过构象改变可以产生很大的形变，除去外力后，形变可以恢复。在粘弹转变区，链段的热运动逐渐剧烈，进入粘流态后，整个链分子重心可发生相对位移，产生不可逆形变，弹性模量继续下降。