高物试题1卷答案

高分子物理期末考试试题1卷参考答案
一、名词解释（每题2分，共10分）：
1、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。

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、力学松弛：高聚物的力学性质随时间的变化。

它包括蠕变、应力松驰、滞后、力学损耗。

4、泊松比：材料拉伸时横向应变与纵向应变比值之负数，是一个反映材料性质的重要参数。

5、构型与构象：构型是指分子中由化学键所固定的原子的空间排列。

构象是指由于单键的内旋转而产生的分子中原子的空间位置上的变化。

二、简答题（可任选答8题，每题5分，共40分）：
1、试判别在半晶态聚合物中，发生下列转变时，熵值如何改变？并解释其原因：
（1）T
g 转变；（2）T
m
转变；（3）形成晶体；（4）拉伸取向。

答：（1）T
g
转变时熵值增大，因链段运动使大分子链的构象数增加；（2分）
（2）T
m
转变时熵值增大，理由同（1）；（1分）
（3）形成结晶时熵值减小，因大分子链规整排列，构象数减少；（1分）
（4）拉伸取向时熵值减小，理由同（3）。

（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、简述结晶温度对聚合物结晶速度的影响。

答：由于结晶过程可分为晶核生成和晶粒生长两个阶段（1 分），成核过程涉及核的生成和稳定，温度越低越有利于成核（1 分）；晶粒生长取决于链段向晶核扩散和规整堆砌的速度，是一个动力学问题，温度越高越有利于生长（1 分）。

所以结晶速度与温度呈现单峰形。

（1
分）T
max =0.80～0.85T
m
(K )。

（1 分）
4、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）
5、比较下列物质的 T
g
，并解释原因。

（1）PP 与 PS；（2）聚甲基丙烯酸甲酯与聚甲基丙烯酸丁酯；（3）PAN 与 PVC。

答：（1）PP 低于PS（1 分）：由于PS 的侧基为体积较大的苯环，使单键旋转困难，分子链的柔性变差。

（1 分）
（2）聚甲基丙烯酸甲酯高于聚甲基丙烯酸丁酯（1 分）：因为酯类柔性侧基越长，分子链间距越大，分子链的柔性越好。

（1 分）
)(490)51315031(31.8103.192200lg 303.2)(84)513
15231(31.8103.192200lg 303.2)(114)473
14631(31.8108.4191lg 303.2)(71)473
14831(31.8108.4191lg 303.2)11(
lg 303.25033503523352346334634833483
2
1/21s Pa s Pa PMMA s Pa s Pa PE T T R E Ae T T
RT E ⋅=-⨯=⋅=-⨯=⋅=-⨯=⋅=-⨯=-∆==∆ηηηηηηηηηηηηη所以所以所以所以或 （2）刚性链（PMMA ）比柔性链（PE ）的粘度大。

（2分）
（3）刚性链的粘度比柔性链的粘度受温度的影响大。

（2分）
3、一交联橡胶试片，长2.8cm ，宽1.0cm ，厚0.2cm ，质量0.518g ，于25℃时将它拉伸1倍，测定张力为1.0kg ，估算试样网链的平均相对分子质量。

解：由橡胶状态方程
)2()/(18.8)212(109.4298314.8925)1(298)/(314.82)2()/(92510
8.212.010518.0)2()/(109.41012.08.91)3()1()1(25363
254
22分所以分分分因为分mol kg M K
T ，K （mol m N R ，m kg V m m N A f RT M ，M RT c c c
=-⨯⨯⨯=
=⋅⋅===⨯⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯==-=-=---λρσλλσρλλρσ。