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东华大学高分子物理期末复习第1页第一章高分子的链结构一、名词解释1、近程结构：高分子的组成和构型，指的是单个高分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构。又称高分子的一次结构。2、远程结构：整个分子的大小和在空间的形态（构象）。又称高分子的二次结构。3、构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。4、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。5、键接结构：指聚合物大分子结构单元的连接方式。6、全同立构（等规立构）：结构单元含有不对称碳原子C*的聚合物，C—C链成锯齿状放在一个平面上。取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。7、间同立构（间规立构）：结构单元含有不对称碳原子C*的聚合物，C—C链成锯齿状放在一个平面上。当取代基相间的分布于主链平面的二侧或者说聚合物由两种旋光异构单元交替键接而成。8、无规立构：结构单元含有不对称碳原子C*的聚合物，C—C链成锯齿状放在一个平面上。当取代基在主链平面两侧作不规则分布或者说高分子由两种旋光异构体单元完全无规键接而成。9、柔性：高分子链能发生不同程度卷曲的特性，或者说高分子链能改变其构象的性质。10、静态柔顺性：又称平衡态柔性，指的是高分子链处于较稳定状态时的卷曲程度。11、动态柔顺性：又称动力学柔性，指的是分子链从一种平衡态构象转变成另一种平衡态构象的容易程度。12、链段：高分子链中能独立运动的最小单元，称之为“链段“。13、等效自由结合链：令链段与链段自由结合，并且无规取向，这种链称为等效自由结合链。14、空间位阻参数σ：以𝛔=(𝐡𝟎𝟐̅̅̅̅𝐡𝐟,𝐫𝟐̅̅̅̅̅)𝟏/𝟐来度量由链的内旋转受阻而导致的分子尺寸增大程度的量度，σ愈小分子愈柔顺。15、无扰尺寸A：因为均方末端距与键数n成正比，而n又比例于分子量M，所以可以用单位分子量的均方末端距𝐀=（𝐡𝟎𝟐̅̅̅̅𝐌）𝐜作为衡量分柔性的参数，A值愈小，分子链愈柔顺.16、极限特征比𝐂∞：𝐂∞=𝐥𝐢𝐦𝐧→∞h02̅̅̅̅𝐧𝒍𝟐，链的柔性愈大，则𝐂∞值愈小。17、高斯链：凡末端距的分布符合高斯函数的高分子链称为“高斯链”。二、问答题1、为什么小分子没有柔性,而聚合物却能表现出很好的柔性？写出三个表征高分子链柔性的物理量，它们是如何表征的？。答：（1）柔性是指高分子长链能发生不同程度卷曲的特性，高分子链中许多原子或基团可以围绕共价键进行内旋转，在空间产生不同的构象。所以高分子呈直线构象的概率极小，呈卷曲构象的概率极大。因此高分子链在无外力作用下总是自发地取卷曲的形态，这是高分子链柔性的实质。而小分子由于可采取的构象数很少，不能表现出柔性。东华大学高分子物理期末复习第2页（2）表征链的柔性的参数：○1空间位阻参数𝛔=(𝐡𝟎𝟐̅̅̅̅𝐡𝐟,𝐫𝟐̅̅̅̅̅)𝟐，𝛔越小，分子链的柔性越大；○2分子无扰的尺寸𝐀=（𝐡𝟎𝟐̅̅̅̅𝐌）𝟏/𝟐，𝐀越小，分子链柔性越大；○3链段长度，链段长度越短，分子链柔性越大；○4极限特征比𝐂∞=𝐥𝐢𝐦𝐧→∞h02̅̅̅̅𝐧𝒍𝟐，𝐂∞值愈小，则链的柔性愈大。2、为什么PET和PA纺丝前需要干燥，而PP纺丝前不需要干燥？答：因为PET和PA属于杂链高分子，主链是极性结构，容易发生发水解、醇解和酸解，如果纺丝前不干燥会使得到的原丝质量大大下降；由于PP是碳链高分子，主链是非极性结构，不易吸水，不易水解，因此纺丝前不需要干燥。3、全同聚丙烯和无规聚丙烯在结构上有何差异，造成性能上有何不同？答：全同聚丙烯：结构规整，可以结晶，室温下不软化，可以作为塑料，纤维使用；无规聚丙烯：结构不规整，不能结晶，橡胶弹性体。第二章聚合物的晶态结构一、名词解释1、密勒指数（晶面指数）：不同的晶面需要有不同的标记，一般用密勒指数来表示晶面指数。2、等同周期（纤维周期）：高分子晶体中，在C轴方向上化学结构和几何结构重复单元的距离。3、(TG)3：在一个等同周期中，反式构象和旁氏构象交替出现，并重复三次，构成一个等同周期。4、Avrami指数：与成核的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。5、Avrami方程：𝐗𝐭=𝐕𝐭−𝐕∞𝐕𝟎−𝐕∞=exp(−Ktn)，用来描述聚合物等温结晶过程6、半结晶期𝐭𝟏𝟐：聚合物等温结晶时体积收缩一半所需的时间，衡量结晶速度。7、结晶度：指结晶的程度，结晶部分的质量或体积对全体质量或体积的百分数。质量结晶度Xw=WcWc+W𝑎×100%；体积结晶度XV=VcVc+V𝑎×100%。8、球晶：聚合物从熔体中冷却结晶或从浓溶液中析出，在没有应力和流动的情况下形成的晶体。9、单晶：聚合物在极稀的溶液中缓慢结晶，或者刚性聚合物的浓溶液缓慢结晶形成的晶体。10、串晶：聚合物浓溶液或熔体在应力作用下或者在强烈的流动场中形成的晶体。具有伸直链结构的中心线，中心线周围间隔地生长着折叠连片晶。11、伸直链片晶：聚合物在高温高压下结晶，或者聚合物球晶在低于熔点的温度下加压热处理形成的晶体。东华大学高分子物理期末复习第3页12、同质多晶现象：同一种聚合物可以形成几种不同晶型的现象。二、问答题1、单晶的形成条件和特征是什么？答：形成条件：（1）聚合物在极稀的溶液中缓慢结晶；（2）刚性聚合物的浓溶液缓慢结晶。特征：（1）整块晶体具有短程和长程有序的单一晶体结构，呈现多面体规整的几何外形；（2）横向尺寸从几微米到几十微米，厚度一般在10nm左右；（3）晶片中的分子链是垂直于晶面的，高分子链在晶片中以折叠方式规整排列。2、球晶的形成条件和特征是什么？答：形成条件：从熔体中冷却结晶或从浓溶液中析出，在没有应力和流动的情况下形成；特征：（1）外形呈球状，直径在0.5—100μm；（2）具有径向对称晶体性质，在正交偏光显微镜下呈现Maltase黑十字消光；（3）由许多径向发射的长条扭曲晶片组成的多晶聚集体；（4）晶片中分子链的方向总是垂直于球晶的半径方向；（5）晶片之间和晶片内部仍然存在连接链组成的非晶区；3、树枝晶的形成条件和特征是什么？答：形成条件：溶液浓度较大、结晶温度较低或相对分子质量过大的条件下形成的；特征：（1）组成树枝晶的结构单元是折叠连片晶；（2）温度较低时，高分子扩散成为结晶生长的控制因素，在突出的棱角上生长速度比其他邻近处的生长速度更快，从而倾向于树枝状的生长，最后形成树枝状晶体；4、串晶的形成条件和特征是什么？答：形成条件：聚合物溶液或熔体在应力作用下或强烈的流动场中形成；特征：（1）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；（2）应力越大，伸直链组分越多。5、伸直链片晶的形成条件和特征是什么？答：形成条件：（1）聚合物在高温高压下结晶；（2）聚合物球晶在低于熔点的温度下加压热处理。特征：（1）晶片厚度基本上等于伸直的分子链长度，可达几百甚至几千纳米；（2）晶体中晶片的厚度并不是均一的，其厚度与聚合物的相对分子质量分布相对应。6、为什么结晶聚合物熔融时出现熔限？答：结晶聚合物熔融时出现熔限是由于含有完善程度不同的晶体。聚合物的结晶过程中，随着温度降低，熔体粘度迅速增加，分子链的活动性减小，在砌入晶格时来不及作充分的位置调整，而使形成的晶体停留在不同的阶段上。在熔融过程中，比较不完善的晶体将在较低的温度下熔融，较完善的晶体需在较高的温度下才能熔融，从而在通常的升温速度下，呈现一个较宽的熔融温度范围，即熔限。东华大学高分子物理期末复习第4页7、已知全同立构聚丙烯的𝐓𝐠=−𝟏𝟎℃，熔点𝐓𝐦=𝟏𝟕𝟔℃，画出−𝟐𝟎℃~𝟏𝟖𝟎℃聚丙烯的结晶速率曲线示意图，并加以说明。答：图中：𝐓𝐠=−𝟏𝟎℃𝐓𝐦=𝟏𝟕𝟔℃𝐓𝐦𝐚𝐱=𝟎.𝟖~𝟎.𝟖𝟓𝐓𝐦=𝟖𝟔.𝟐~𝟏𝟎𝟖.𝟔𝟓℃说明：IV区：𝐓𝐦以下𝟏𝟎~𝟑𝟎℃，过冷区，成核速度极慢，结晶速度近乎为零；III区：随着温度的下降，成核速度加快，总结晶速度增加；II区：成核和晶粒生长速度均较大，是结晶的主要区域，，存在一个结晶速度的峰值；I区：温度下降，使大分子链扩散减慢，晶粒生长速度下降，导致总结晶速度降低【注】低温有利于晶核的形成，高温有利于晶粒的生长。，9、在塑料的加工中常使用结晶成核剂，请说明结晶成核剂对聚合物的结晶速度、球晶的尺寸、产物的透明性、断裂强度和韧性的影响。答：加入成核剂：结晶速率提高、球晶的尺寸减小、透明性增加、断裂强度提高、韧性提高。10、试说明分子链结构、相对分子质量、结晶温度、结晶成核剂等因素对聚合物结晶速度的影响。答：（1）分子链结构：链的结构越简单，对称性越高，分子链的柔性越大，则结晶速度也越快；（2）相对分子质量：同种聚合物相对分子质量越大，熔体粘度越大，结晶速度降低；（3）温度：高温有利于晶粒生长，低温有利于晶核生长，在某一温度下，总结晶速度达到最大；（4）结晶成核剂：在聚合物中加入结晶成核剂，可使结晶速度提高。东华大学高分子物理期末复习第5页第三章聚合物的取向、液晶态与织物结构一、名词解释1、取向：大分子链、链段或微晶在某些外力（如拉伸应力或剪切应力）作用下，可以沿着外场方向有序排列，这种有序的平行排列称为取向，所形成的聚集态结构称为取向态结构。2、取向因子：𝑓=12（3cos2θ̅̅̅̅̅̅̅̅−1），反映了取向单元对参考方向平行排列的程度。3、液晶：兼具有晶体的光学性质和液体的流动性质的一类物质。4、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。5、热致性液晶：在聚合物加热至熔点以上某一个温度范围呈现液晶性能。6、向列型液晶：棒状分子只呈现一维有序性，它们相互平行排列，但重心排列是无序的一类液晶。7、近晶型液晶：棒状分子相互平行排列或成层状，分子的长轴垂直于层片平面。层内棒状结构的排列保持二维有序，分子可在层内活动，但不能在层间活动。8、胆甾型液晶：分子链为层状排列，每一层中的分子链平行排列成向列型，相邻两层分子链的排列方向依次有规则地扭转一定角度，形成螺旋结构的一类液晶。二、简答题1、聚合物有哪些取向单元？取向前后哪些性质会发生变化？答：（1）取向单元：大分子链、链段、微晶；（2）取向前后的性质变化：○1力学性能：平行于取向方向的力学性能大大增加，垂直于取向方向的力学性能大大下降；○2热学性能：取向后玻璃化温度增加，热稳定性提高；○3光学性能：取向后出现双折射现象。2、液晶聚合物有哪些独特的流变特性？答：高浓度，低粘度，低切变速率下的高取向度。3、测定取向的方法有哪些？分别测定的是什么取向？答：（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：测定的是晶区和非晶区的总取向，反映整根分子链的取向特征；（3）X射线衍射法：测定的是聚合物晶区的取向；（4）染色二色性法：测定的是聚合物无定形区、晶区边界大分子的取向；（5）红外二色性法：若晶区和非晶区有不同的特征谱图，可以分别测定晶区和非晶区的取向程度。东华大学高分子物理期末复习第6页第四章聚合物的分子运动一、名词解释1、弛豫时间：高分子的各种运动单元的运动，从一种状态通过分子运动过渡到另一种平衡状态所需要的时间。2、玻璃化转变温度Tg：非晶聚合物和结晶聚合物非晶区链段开始运动的温度。3、粘流温度Tf：聚合物大分子重心开始发生相对位移的温度。4、力学三态：玻璃态、高弹态、粘流态。5、次级弛豫：在玻璃化温度以下，整链和链段的运动被冻结，或者说链段运动及整链运动的弛豫时间大于观察时间，因此不能观察到。但是，分子链中小尺寸运动单元由于活化能低，可以在较低温度下被激发，也要发生从冻结到运动，或者运动到被冻结的变化过程。8、时温等效：对于同一弛豫过程，既可以在较低温度，较长时间内实现；也可以在较高温度，较短时间内实现。即升高温度和延长观察时间，对分子运动具有同等效果9、WLF方程：lgτTτTg=−17.44（T−Tg）51.6+（T−Tg），定量描