《高分子物理》习题解
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第2章习题
1. 解释下列名词:
(1)化学结构与物理结构
解:除非通过化学键断裂并同时生成新的化学键才能产生改变的分子结构被定义为化学结构。
而将分子链内、链间或某些基团与大分子之间的形态学表述定义为物理结构。
(2)构型与构象
解:构象是分子内无化学键连接邻近原子或原子团之间可能存在的空间状态描述,其特点是存在空间和时间的不确定性。
构型则是分子内化学键连接的相邻原子或原子团间相对空间位置的表征,其特点是存在空间和时间的确定性。
(3)链段和链段长
解:分子链内可自由取向、在一定范围内独立运动的最小单位被定义为链段。
或者将分子链内含若干结构单元或σ键、彼此运动互不牵连和影响的“一段链”定义为链段。
链段长度既可用其实际长度l(nm)表示,也可用其所含结构单元数N表示。
(4)均方末端距
解:众多大分子链矢量末端距的均平方值,即称为均方末端距,系表征线型聚合物分子链柔性的重要参数。
(5)均方半径
解:由组成分子链的所有链段的质心至整个分子链质心矢量距离的均方值称为均方半径。
(6)热力学链段与动力学链段
解:顾名思义,按照热力学方法测定并计算的聚合物分子链的链段长度称为热力学链段长度。
而按照动力学方法测定并计算的聚合物分子链的链段长度,则称为动力学链段长度。
(7)自由结合链与Huhn等效链
解:假设分子链由足够多且不占体积的σ键构成,所有σ键的内旋转皆不受键角和邻近原子或基团热力学能垒的限制,即每个化学键在任意方向的取向概率相等,即为极端理想化的柔性链模型,即高斯链模型。
如果将内旋转运动时所牵连或受影响的若干邻近σ键组成的“链段”假设为前述自由结合链的独立运动单元,即成为Kuhn等效链模型。
换言之,Kuhn等效链的独立运动单元并非σ键,而是链段。
(8)无扰尺寸A
解:用无扰均方末端距与相对分子质量比值的平方根来表征分子链的相对柔性,并将其定义为分子链的无扰尺寸A == (h—20/M )1/2
(9)Flory特征比C和位阻参数σ(即刚性因子)
解:将无扰均方末端距与高斯链的均方末端距之比定义为Flory特征比C,有时也将其平方根C 1/2定义为分子链的无扰尺寸。
C =h—20/h—2G =h—20/nl2
将无扰均方末端距与自由旋转链模型的均方末端距之比定义为该分子链的位阻参数(或刚性因子)σ=h—20/h—2fr =h—20/2nl2
2. 简要归纳影响聚合物分子链柔性的各种内因和外因及其影响结果。
解:参见p41附表
影响因素影响结果举例结论
主链结构完全单键柔性好PE、PP和乙丙橡胶完全单键柔性好
柔性序Si-O> C-N> C-O> C-C
孤立双键柔性好天然橡胶孤立双键柔性好主链芳环柔性差聚碳酸酯、聚苯醚主链苯环显刚性极性↑柔性↓氯丁橡胶>PVC>聚偏二氯烯极性基团柔性降位阻↑柔性↓PE、PP、PS位阻递增,柔性递减侧基变大柔性降支化和交联柔性↓低交联度橡胶柔性好低交联增加柔性分子链长↑柔性↑超高分子链长的橡胶柔性好链长增加柔性升分子间力↑柔性↓氢键的<极性的<非极性的分子链分子间力大柔性降长链取代基限定n<18 聚甲基丙烯酸n酯的柔性随n↑而↑
结构对称性柔性↑聚1,1二氯乙烯柔性>PVC
立构规整性柔性↓PE和PP容易结晶
外因温度↑柔性↑升高温度PS可表现弹性
外力作用快柔性↓高频作用力使橡胶弹性降低溶剂柔性↑增塑使塑料柔性↑
3. 试分别比较下列各组聚合物分子链的柔性,并简要解释原因。
(1)PE、PVC、PP、PAN
解:就分子链的柔性比较,其柔性大小顺序为PE> PP>PVC>PAN
原因解释:非极性的PE分子链结构高度规整而对称,且H原子体积最小,对σ键内旋转造成的位阻也最小,因此柔性最好。
同样非极性的PP分子链中甲基的存在降低了其结构对称性,同时增加了σ键内旋转的位阻,因此其柔性稍低于PE分子链。
极性的PVC分子链中电负性很强的Cl原子的存在,不仅显著降低了其结构规整性和对称性,而且Cl原子之间较强的静电力也大大增加了σ键内旋转的位阻,因此其柔性很差。
强极性PAN分子链中存在更强电负性-CN基团,不仅大大降低了其结构规整性和对称性,而且-CN基团之间很强的作用力也大大增加了σ键内旋转的位阻,因此其柔性最差。
(2)聚氟乙烯、聚1,1-二氟乙烯、聚1,2-二氟乙烯
解:其柔性大小顺序为:聚氟乙烯>聚1,1-二氟乙烯>聚1,2-二氟乙烯
原因解释:分子链上极性取代基的极性强弱、密度及其分布对其柔性影响很大。
聚氟乙烯分子链每个结构单元仅含1个极性取代基氟,其余两种分子链上每个结构单元均含有2个极性取代基氟,因此聚氟乙烯的柔性相对最好。
聚1,1-二氟乙烯分子链的柔性却稍好于聚1,2-二氟乙烯,原因是前者的极性取代基呈对称分布,使结构单元的偶极矩减小,从而使内旋转变得相对容易一些。
(3)聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、维尼纶
解:其柔性大小顺序为:聚乙酸乙烯酯>维尼纶>聚乙烯醇或者聚乙烯醇≈维尼纶原因解释:含强极性羟基的聚乙烯醇分子链由于羟基之间氢键的存在而大大增加了σ键内旋转的位阻,因而其柔性很差。
维尼纶分子链由于其链内和链间短交联桥(亚甲基)的存在,大大降低了分子链的柔性。
当然,如果维尼纶在交联度很低的时候,其柔性降低的幅度可能并不显著。
弱极性的聚乙酸乙烯酯分子链既不存在氢键、也无交联,所以其柔性最好。
(4)~[CH2–CHCl]n~、~[CH2–CCl=CH–CH2]n~、~[CH2–CH=CH–CH2]n~
解:其柔性大小顺序为:~[CH2–CH=CH–CH2]n~>~[CH2–CCl=CH–CH2]n~>~[CH2–CHCl]n~ 原因解释:首先,含孤立双键分子链柔性较好,因PVC不含孤立双键而柔性最差。
其次,分子链上极性取代基的密度越大则其内旋转越困难,柔性也就越差。
~[CH2–CH=CH–CH2]n~不含极性基团Cl原子,因而其柔性最好。
(5)~[C6H4]n ~、~[C6H4O]n~、~[CH2O]n~
解:其柔性大小顺序为:~[CH2O]n~>~[C6H4O]n~>~[C6H4]n ~
原因解释:首先,完全由单键组成的分子链柔性良好,因此~[CH2O]n~分子链柔性最好。
其次,主链含芳环时大大降低了σ键内旋转能力,柔性大大降低,因此~[C6H4]n ~分子链的柔性最差。
(6)顺丁橡胶、古塔波胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶
解:其柔性大小顺序为:顺丁橡胶>古塔波胶>丁苯橡胶>乙丙橡胶
原因解释:顺丁橡胶、古塔波胶和丁苯橡胶分子链均含孤立双键,其柔性均较好。
不过,丁苯橡胶含有刚性的苯环,使其柔性有所降低。
乙丙橡胶系乙烯与丙烯的无规共聚物,基于其分子链结构规整性的破坏而赋予其具有较好的柔性。
古塔波胶分子链虽然柔性较高,但是其高度的结晶能力大大降低了材料的柔性,使其不具橡胶的性能而显示塑料的特性。
4. 试解释为什么分子链结构高度对称、无取代基、内旋转位能又不高的聚乙烯在室温条件下属于塑料而不是橡胶?
解:这是需要在学习第3章3.4.2.节聚合物结晶能力之后才能正确回答的问题。
正是由于聚乙烯、尤其是高密度聚乙烯(HDPE)的分子链无取代基、结构高度对称、σ键内旋转位能很低,这就赋予其具有极强的结晶能力,几乎在任何条件下都能够达到很高的结晶度(90%以上)。
这种高结晶度乃是一般塑料材料的结构特征。
相反,一般橡胶材料则要求其分子链结构不具有结晶能力。
5. 测得相对分子质量为84000的PE在溶液中的无扰尺寸(即单位相对分子质量均方末端距的平方根)A=0.107nm,键长0.154nm,试计算其自由旋转链链段长、等效链段数、Flory 特征比C和位阻参数σ。
解:特别说明:该习题存在印刷错误,应将Kuhn链修改为自由旋转链才能进行计算。
同时还必须增加相对分子质量为84000的条件。
自由旋转链的均方末端距等于链段数与链段长平方之乘积:由式2-11
h—2fr == 2 n l2
且自由旋转链的链段长等于σ键长的2.45倍,即
l ==2.45 l == 2.45 ×0.154 == 0.377 (nm)
因此,所谓“单位相对分子质量”
M == PE结构单元分子量的2.45/2倍== 14×2.45/2 == 17.15
再按照式2-14 A == (h—20/M )1/2
求算无扰均方末端距:h—20 == A2 M
== 0.1072×17.15
== 0.196 (nm)
再计算该分子链如果是自由结合链(即高斯链)1个链段的均方末端距:
h—2G == l2 == 0.1542 == 0.0237(nm)
自由旋转链之均方末端距:2 h—2fr == 2h—2G == 2 n l2 == 0.0574(nm)
Flory特征比 C =h—20/h—2G =0.196/0.0237 == 8.27
位阻参数σ=h—20/h—2fr == 0.196/0.0574 == 3.58
由此可见,1个自由旋转链段等效于2.45高斯链段。
6. 聚苯乙烯试样的相对分子质量为416000,已知其Flory特征比C =12,试计算其分子链的无扰均方末端距。
解:按照式2-15 C =h—20/h—2G =h—20/nl2 则h—20= C nl2
苯乙烯结构单元分子量为104,键长依然采用0.154nm
该聚苯乙烯分子链的键数计算:
结构单元数:416000/104 = 4000
σ键的键数为结构单元数的2倍:8000
假设该分子链为自由结合链(高斯链),其均方末端距等于键数与键长平方之乘积:
h—2G == nl2 (参见式2-9)
再按照式2-15 C =h—20/h—2G =h—20/nl2
最后求算该分子链的无扰均方末端距:
h—20= C nl2 == 12×8000 ×0.1542
== 2276 (nm)
第3章习题
1. 解释下列概念:
(1)凝聚态与力学态
解:所谓凝聚态系按照组成物质的微观分子堆砌和运动的有序程度界定和分类的宏观存在状态。
而材料的力学态则是依据其宏观力学性状特征界定和分类的状态。
聚合物的凝聚态通常包括非晶态、晶态、取向态、液晶态和多组分结构等5种类型。
而非晶态聚合物在不同环境温度和外力作用下通常可表现出玻璃态、橡胶态和黏流态等3种力学态类型。
(2)内聚能与内聚能密度
解:内聚能系指将组成1mol固态或液态物质的所有分子远移到彼此不再有任何相互作用的距离(即气态)所消耗的能量,或者众多分子从无限远处凝聚成为1mol固态或液态物质所释放的能量。
内聚能密度系指单位体积物质的内聚能,等于该物质内聚能与摩尔体积之比。
(3)结晶速率与结晶度
解:严格而论,结晶速率应该是单位时间内非晶态聚合物转化为晶态结构的质量百分率。
不
过,采用不同的测定方法却对结晶速率有不同的定义。
例如,采用膨胀计法测定聚合物熔体等温结晶曲线时,将试样体积收缩率达1/2所需时间的倒数定义为该条件下的结晶速率。
如果采用偏光显微镜测定聚合物熔体中球晶半径的增长速率,则被定义为结晶速率。
(4)主期结晶与次期结晶
解:在聚合物结晶过程中,绝大部分时间内其结晶速率均满足A vrami方程(式3-7),这个阶段称为主期结晶过程。
在结晶过程的最后阶段往往发生相对于A vrami方程的偏离,称为次期结晶阶段。
(5)熔点和熔限
解:一般低分子晶态物质的熔化过程系在一个确定的温度完成的,该温度即为熔点。
而晶态聚合物的熔化温度却是一个较宽的温度范围,这一温度范围称为熔限。
(6)取向与取向度
解:在一定的外力作用下,聚合物的分子链、链段和微晶等都可能沿着外力方向进行有序排列,这个过程称为取向。
用以表征取向态聚合物取向结构与性能相关性的函数关系式的数值,被定义为取向度。
(7)液晶态聚合物
解:某些具有特殊化学结构的聚合物处于熔融状态或者在溶液中能够表现出特殊的有序结构和性能,称为液晶态聚合物。
2. 非晶态聚合物玻璃化转变与低分子固液相转变有何本质区别?
解:低分子物质的固液相转变过程,属于化学热力学平衡相态之间的转变过程,其转变前后的相态均处于热力学平衡状态。
该相态转变仅与转变结果有关,而与转变过程无关。
而非晶态聚合物玻璃化转变过程,系指非晶态聚合物玻璃态与橡胶态之间的转变过程。
其转变前后的凝聚态(玻璃态和橡胶态)均不属于化学热力学的平衡状态,所以该转变过程不仅与转变结果有关,还与转变过程的环境因素如温度变化率和外力等因素密切相关。
3. 试简要归纳聚合物结晶能力与分子链结构的相关性。
解:归纳聚合物结晶能力与分子链结构的相关性如下表:
分子链结构特点举例结晶能力
1 主链高度规整对称PE、PTFE 很强,常大于90%
2 支链聚合物LDPE 降低很多
3 1,1二取代聚合物聚偏二氯乙烯比PVC稍强
4 有规聚合物全同或间同PP 高度结晶
无规聚合物无规PP、PS、乙丙胶无法结晶
5 共轭二烯无规结构天然橡胶不能结晶
共轭二烯全顺或全反古塔波胶能够结晶
6 双取代基体积差异小聚三氟氯乙烯、PV A 良好结晶
双取代基体积差异大聚乙酸乙烯酯不能结晶
7 嵌段、接枝共聚物SBS 部分结晶
8 刚性主链PET、PC 结晶能力很弱
9 交联聚合物微交联橡胶结晶能力很弱
4. 试简要说明诱导聚合物结晶的3种方法。
解:能够诱导聚合物结晶包括热诱导、应力诱导和在聚合物熔体中加入某些液体的诱导方法。
5. 试简要归纳结晶温度对聚合物结晶速率的影响。
解:(参见p338,附录5 高分子物理核心图解)
聚合物的结晶温度处于玻璃化温度T g 和熔点T m 之间,其
间存在1个最佳结晶温度 T max 。
当实际温度T <T g 或T >T m 时不能结晶。
前者系因链段被
“冻结”而无法进行有序排列运动,后者则因难于形成晶核
也很难结晶。
在T m >T >T max 温区属成核速率控制区,温度低于T m 时晶
核生成速率随温度降低而呈上升趋势,因而是影响结晶速率
的控制因素,此过程的结晶速率呈上升趋势。
在T g <T < T max 温区属生长速率控制区,温度低于T max 时
虽然成核速率随温度降低而继续增加,但晶体生长速率却因分子链运动能力的降低而逐渐 降低,此过程的结晶速率呈下降趋势。
6. 简要归纳分子链结构和外因对晶态聚合物熔点高低的影响。
解:归纳分子链结构对晶态聚合物熔点的影响包括:
(1)刚性分子链晶态聚合物的熔点高于柔性分子链聚合物。
(2)分子链含强极性取代基聚合物的熔点高于含非极性和弱极性取代基聚合物。
(3)分子链含O 、N 等可生成强极性氢键原子的聚合物的熔点大大升高。
(4)分子链含亚甲基数目越多,聚合物的熔点越低。
(5)凡是能够提高分子链柔性的结构因素均使熔点降低。
归纳外因对晶态聚合物熔点的影响主要包括:
(1)结晶温度的影响:结晶温度越低,晶体开始熔化的温度也越低,熔限也越宽。
反之,结晶温度越高,晶体开始熔化的温度也越高,熔限也越窄。
(2)助剂的影响:加入稀释剂通常使熔点降低,加入填充剂则使熔点升高。
(3)外力的影响:拉伸应力可以使结晶更完全,从而使熔点升高。
7. 聚乙烯和聚丙烯均属于容易结晶的聚合物,其玻璃化温度分别为-68℃和-18℃,其熔点分别为137℃和176℃,试从分子链结构对其熔点和玻璃化温度的影响进行解释。
解:首先,聚乙烯分子链完全由亚甲基组成,具有高度的结构规整性和对称性,从而分子链的柔性也最好。
玻璃化温度乃是非晶态聚合物分子链内的链段开始运动的温度,显而易见,柔性越好分子链聚合物的玻璃化温度也就越低。
所以PE 的玻璃化温度低于PP 是可以理解的。
相对于PE 而言,PP 分子链含有的亚甲基数目少了一半,按照影响聚合物熔点的结构因素可以获知,含亚甲基数目越多的聚合物熔点越低,所以PP 的熔点高于PE 。
8.试解释为何聚乙烯和聚丙烯都是高度结晶性的塑料,而它们的共聚物乙丙橡胶却是结晶能力很差的橡胶?
解:首先必须明确,作为塑料材料使用的聚合物,其玻璃化温度必须尽量低于使用温度,而其熔点则须尽量高于使用温度。
通常只有那些具有对称规整结构分子链、且结晶性良好的聚合物,或者那些具有极性取代基或主链结构显示一定刚性的聚合物才能满足。
聚乙烯和聚丙烯均属于分子链结构比较规整、玻璃化温度较低、结晶性良好致使其熔点较高的聚合物,满足塑料材料的使用要求。
而两者的共聚物乙丙橡胶则由于其结构规整性的破坏致使其结晶性能的丧失,从而同时具有很低的玻璃化温度和较高的熔点,因而不能作为塑料使用,却可以作为橡胶材料使用。
9. 试解释为何聚乙酸乙烯酯是非结晶聚合物,而其水解产物聚乙烯醇却又是结晶性聚合物?
解:聚乙酸乙烯酯分子链含有的取代基位阻较大,使其结晶能力大大降低。
其水解产物聚乙烯醇分子链含有数目众多、可生成氢键的强极性基团羟基,大大增加了分子间作用力,有
利于结晶过程分子链的有序化过程,因为成为结晶性良好的聚合物。
10. 测得PET的熔点为280℃,结构单元熔融热增量为26.9kj/mol,试计算其熔融熵增量以及相对分子质量从1万增大到2万时的熔点升高值。
(有待完成)
解:按照式(3-13)T m0 == △H m/△S m == (△H m)u/ (△S m)u
则结构单元熔融熵增量(△S m)u == (△H m)u / T m0
== 26.9 / (273+280)
== 0.0486(kj/mol)
PET结构单元平均相对分子质量为96,则:
计算相对分子质量为1万和2万时的结构单元数n1和n2分别为104和208
同样代入式(3-13)即得:
T2 -T1== [H0+ n2(△H m)u]/ [S0+ n2(△S m)u]-[H0+ n1(△H m)u]/ [S0+ n1(△S m)u]
== (H0+5595)/ ( S0+10.1) -(H0+2798)/ ( S0+5.05)
T1/ T2 == [H0+ n1(△H m)u]/ [S0+ n1(△S m)u]×[S0+ n2(△S m)u]/ [H0+ n2 (△H m)u]
== (H0+104×26.9)/( S0+104×0.0486)×( S0+208×0.0486)/ (H0+208×26.9)
== (H0+2798)/ ( S0+5.05)×( S0+10.1)/ (H0+5595)
T m0/ T1== (H0+26.9 n)/ ( S0+0.0486 n)×( S0+5.05)/ (H0+2798) == 553/ T1
T m0/ T2== (H0+26.9 n)/ ( S0+0.0486 n)×( S0+10.1)/ (H0+5595) == 553/ T2
T1/ T2 ==
11. 一聚合物完全结晶和完全非晶态时的相对密度分别为0.936g/cm3和0.854g/ cm3,试计算相对密度为0.900g/ cm3的实际式样的体积结晶度。
解:按照式(3-11)X c v== (ρ-ρa)/ (ρc-ρa)
== (0.900 - 0.854) / (0.936 - 0.854)
== 56.1%
12. 试归纳和比较2种类型的主期结晶过程和次期结晶过程。
解:在聚合物的结晶过程中,大部分时间处于主期结晶过程,内其结晶速率满足Avrami方程。
进入结晶构成后期即次期结晶阶段之后,其结晶速率偏离Avrami方程。
对球晶而言,结晶开始阶段和中期,众多的球晶均彼此独立生长而互不影响,谓之主期结晶阶段。
进入中后期,逐渐长大的球晶开始彼此接触并产生相互作用之后,即进入所谓次期结晶阶段。
第4章习题
1. 解释下列概念:
(1)物理交联与化学交联
解:所谓化学交联,系指聚合物分子链之间通过化学键(主要为共价键或离子键)而呈现网状或三维体型结构,最终导致材料性能明显改变的过程。
所谓物理交联,系指聚合物分子链之间通过彼此扭结、缠绕、互贯作用,或者微晶区与非晶区之间的彼此牵制而使聚合物的物理和力学性能发生改变的过程。
(2)松弛过程与松弛时间
解:聚合物在外界条件改变或受外力作用过程中,通过分子运动从一种平衡状态过渡到另一平衡状态总是需要相对于低分子物质长得多的时间才能完成,这个过程即称为松弛过程,
完成该过程所需要的时间即为松弛时间。
不过,实际工作中常常将外力解除之后试样的形变回复到其最大形变的1/e(约为0.36)所需要的时间定义为为松弛时间。
(3)物理老化与环境应力开裂
解:所谓物理老化,系指一般聚合物制品的许多性能随着时间推移而逐渐发生变化的现象。
其本质原因是除链段之外的分子运动(含取代基、短支链等的运动)持续而缓慢地进行,使得材料从非平衡态逐渐向平衡态转变的结果。
所谓环境应力开裂(应列入第5章),系指聚合物材料受环境因素和应力作用的影响,在应力由小到大、材料表面开始出现裂而不连续的“银纹”,并逐渐演变为更深而长的“裂纹”,最后直至材料断裂。
由此可见,环境应力开裂是聚合物材料破坏的先兆。
(4)牛顿流体与非牛顿流体
解:顾名思义,牛顿流体系指其流动行为服从于牛顿定律的流体。
而非牛顿流体则是指其流动行为不服从于牛顿定律的流体。
牛顿流体定律表述:牛顿流体进行层流过程中,液层间的切应力与切变速率梯度成正比。
(5)次级转变与松弛时间谱
解:处于玻璃态的聚合物的链段运动虽然被冻结,但是那些较小级别的运动主体如侧基、支链或链节的运动依然进行着。
这些相对于链段运动所对应玻璃化转变过程级别较低的运动同样具有松弛特性,其转变过程即被称为次级转变。
在测定聚合物次级松弛过程中,通常会得到以主转变作为开始,依次出现多个次级转变(内耗)峰,这种以时间为横坐标的图谱称为松弛时间谱。
(6)法向应力效应与挤出膨胀效应
解:具有弹性形变能力的聚合物熔体在高速旋转运动时,往往会受到旋转轴向应力作用而沿着轴向“上爬”、呈现中间高、边沿低的现象,即法向应力效应。
这与普通牛顿流体旋转运动时呈现“锅底”形态截然不同。
所谓挤出膨胀效应,系指聚合物熔体从加工模具模口挤出时,试样直径很快膨大到远大于模口内径,这就是挤出膨胀效应。
其本质原因乃是聚合物熔体在模孔内受力所产生的可逆弹性形变,在离开模口之后进行彻底释放的松弛过程。
2. 试归纳聚合物分子运动的特点。
解:聚合物分子运动的特点珠宝包括运动主体和形式的多重性、运动过程具有松弛特性、以及运动的强烈温度依赖性。
3. 试归纳影响非晶态聚合物玻璃化温度和黏流温度的各种因素。
解:非晶态聚合物玻璃化温度和黏流温度的影响因素参见p161附表。
影响因素举例玻璃化温度
主链结构主链原子C-C、C-O、C-N等单键较低
主链双键主链含孤立双键很低
主链芳环主链含苯、杂环大大升高
交联交联度增加升高
手性原子全同立构聚合物较高
无序共聚存在线性、上凸和下凹3种形态
交替共聚相当于均聚物只有1个玻璃化温度接枝共聚视两组份相容性而定
取代基
极性强极性或可生成氢键者大大升高
体积大体积取代基升高
柔性柔性长链取代基(C<18)降低
对称性1,1二相同取代基稍有降低
分子量分子量增加分子链越长增加并逐渐趋于定值
结晶度结晶度增加升高
增塑剂降低
外力作用拉伸使玻璃化温度升高压缩使玻璃化温度降低
温变速率快速升温测得玻璃化温度更高
聚合物黏流温度的影响因素归纳为:分子链结构、相对分子质量、外力大小和作用时
间。
一般规律是:
非极性分子链聚合物的黏流温度较低,极性分子链聚合物的黏流温度较高。
由于黏流过程涉及整个分子链的运动,因此黏流温度的高低与分子量呈强烈正相关性。
在外力作用下,聚合物的黏流温度降低。
第5章习题
1. 解释下列概念
(1)外力与应力
解:材料力学中将外界施加予材料的作用力称为外力,而将单位截面积材料所承受与外力方向相反、源于外力作用而使分子内各种形式的结构改变而产生的内作用力定义为应力。
简而言之,外力导致材料形变,形变产生内应力。
(2)形变与应变
解:所谓形变,系指在外力作用于材料致其产生整体形状或尺寸的改变,称为形变。
所谓应变,系指无惯性移动的材料受外力作用而产生形状和尺寸的相对改变,称为应变。
(3)泊松比与损耗角正切
解:拉伸试验中材料横向单位宽度的减小值与纵向单位长度的增加值之比,称为泊松比。
材料受平行于横截面的一对大小相等、方向相反的外力作用(即剪切作用)而发生偏斜,其偏斜角θ的正切被定义为切应变γ,即损耗角正切。
切应变γ=tgθ,当切应变足够小的时候,γ≈θ。
(4)熵弹性与黏弹性
解:橡胶在拉伸应力作用下导致系统熵值减小,外力解除以后熵值增加的自发过程使其恢复原来状态。
换言之,橡胶的弹性完全产生于受拉伸时自身熵值的变小。
基于此,橡胶的高。