高分子材料科学基础B卷答案

【高分子材料科学基础】课程试题 (B卷)【半开卷】
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本试卷共有五道大题,
题号一二三四五总分得分
阅卷
人
一．填空题（每空1分，共30分）
1.材料按化学组成分类，可分为金属材料、无机材料和高分子材料三类。

2.高分子材料按大分子主链结构可分为碳链高分子材料、杂链高分子材料和元素有机高分子材料
3.20世纪70年代人们把能源、信息和材料归纳为现代物质文明的三大支柱。

4.原子的排列可分为三个等级，第一种是无序排列，第二种是短程有序而长程无序，第三种是长程有序。

5.从几何学的角度，结构缺陷可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷及体缺陷。

6.由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。

7.由于单体单元排列方式的不同，可构成不同类型的共聚物，可分为四种类型无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。

8.高强度、耐高温、耐老化的高分子材料是当前高分子材料的重要研究课题。

9.大分子链形态的基本类型包括：伸直链、折叠链、螺旋形链、无规线团。

10.聚合物晶态结构的基本模型有两种：一种是缨状胶束模型，另一种是折叠链模型。

11.在室温下，塑料处于玻璃态，玻璃化温度是非晶态塑料使用的上线温度，熔点则是结晶聚合物使用的上线温度，对于橡胶，玻璃化温度是其使用的下限温度。

12.橡胶制品的主要原料是生胶、再生胶以及配合剂。

13.酚醛树脂是由苯酚和甲醛两种物质合成的。

14.丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯两种原料合成的。

15.聚酰胺类的习惯名称为尼龙。

16.聚对苯二甲酸乙二酯的商品名为涤纶。

17.聚丙烯腈的商品名为腈纶。

二．名词解释（共10小题，每题2分，共20分）
1.引发剂：引发剂是容易分解成自由基的化合物，分子结构上具有弱键，在热能或辐射能的作用下，沿弱键均裂成自由基。

2.笼蔽效应：引发剂分解成初始自由基后，必须扩散出溶剂所形成的“笼子”才能引发单体聚合，这时会有部分初始自由基在扩散出“笼子”之前因相互复合而失去引发单体聚合的能力，这就成为笼蔽效应。

3.诱导分解：诱导分解实际上是自由基向引发剂的转移反应，其结果使引发剂效率降低。

4.热固性塑料：是由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后不能再恢复到可塑状态。

5.连锁聚合：活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。

烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。

连锁聚合需活性中心，根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。

6.体形缩聚：在缩聚反应中，单体分子多于两个官能团时，则能形成支化或交联等非线型结构的产物，此类反应称体型缩聚反应。

7.凝胶点：体形缩聚初期为线型产物，当达到一定程度时，体系粘度突然增大，出现不溶不熔且具有弹性的凝胶——体型产物（即凝胶化现象或凝胶化作用），这时的P称凝胶点Pc。

8.自动加速现象：随着聚合反应进行，聚合速率不但没有降低，反而迅速增加，这种反常的动力学行为称为自动加速现象。

9.应力松弛：在温度、应变恒定的条件下，材料的内应力随时间延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。

10.乳液聚合：是单体在水中分散成乳液状而进行的聚合，体系由单体、水、水溶性引发剂、水溶性乳化剂组成。

四．计算题（共5小题，1，2，3题每题5分，4题10分共25分）
1.设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10 mol, 分子量为105的分子有5 mol, 求分子
量数均分子量和质均分子量
2. 等摩尔二元醇和二元酸缩聚，另加醋酸1.5%，p=0.995或0.999时聚酯的聚合度多少？ 解：假设二元醇与二元酸的摩尔数各为1mol ，则醋酸的摩尔数为0.015mol 。

N a =2mol ，N b =2mol ，
015.0'=b N mol
985.0015
.0*222
2,
=+=
+=
b
b a N N N r
当p=0.995时，
88
.79995.0*985.0*2985.01985
.01211=-++=-++=
rp r r X n
3.写出下列混合物的数均分子量、重均分子量和分子量分布指数 （1）组分1：质量分数=0.5，分子量=1 x 104 （2）组分2：质量分数=0.4，分子量=1 x 105 （3）组分3：质量分数=0.1，分子量=1 x 106
4. AA 、BB 、A 3混合体系进行缩聚，N A0=N B0=3.0，A 3中A 基团数占混合物中A 总数（ρ）的10%，试求p=0.970时的n X 。

解：N A0=N B0=3.0，A 3中A 基团数占混合物中A 总数（ρ）的10%，则A 3中A 基团数为0.3mol ，A 3的分子数为0.1 mol 。

N A2=1.35mol ；N A3=0.1mol ；N B2=1.5mol bhgn jhmn 0 00
4
6
41085.11011054.0105.01
/1⨯=++==
==∑∑∑∑∑∑Mi Wi
Wi Mi
Wi
Wi Ni NiMi M n 56541045.1101.0104.0105.0⨯=⨯+⨯+⨯==∑WiMi Mw 84.710
85.11045.145
=⨯⨯==Mn Mw D 85000
1051010)10(5)10(105
425242
=⨯+⨯⨯+⨯==
∑∑NiMi
NiMi Mw
034.21
.035.15.13
3=+++=++++=
C B A C C B B A A N N N f N f N f N f
f
p X n -=
22
当p=0.970时，2
7420.97 2.034
n X =
=-⨯
200=n X 时，p
f p X n 034.222
22-=
-=
五，简答题（1题5分，2、3题10分，共25分） 1.简述聚合物结晶过程的特点。

答：聚合物结晶是高分子链通过分子运动（链段运动）从无序转变为有序的过程，有三个特点：
（1）结晶必须在玻璃化温度Tg 与熔点Tm 之间的温度范围内进行。

聚合物结晶过程与小分子化合物相似，要经历晶核形成和晶粒生长两过程。

温度高于熔点Tm ，聚合物处于熔融状态，晶核不易形成；低于Tg ，高分子链运动困难，难以进行规整排列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。

（2）同一聚合物在同一结晶温度下，结晶速度随结晶过程而变。

一般最初结晶速度较慢，中间有加速过程，最后结晶速度又减慢。

（3）结晶聚合物结晶不完善，没有精确熔点，存在熔限。

熔限大小与结晶温度有关。

结晶温度低，熔限宽，反之则窄。

这是由于结晶温度较低时，高分子链的流动性较差，形成的晶体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因而熔限宽。

2. 下列烯类单体适于何种机理聚合？自由基聚合、阳离子聚合还是阴离子聚合？并说明原因。

CH 2=CHCl CH 2=CCl 2 CH 2=CHCN CH 2=C(CN)2 CH 2=CHCH 3
答：CH 2=CHCl ：适合自由基聚合，Cl 原子的诱导效应是吸电子基团，但共轭效应却有供电性，两者相抵后，电子效应微弱。

CH 2=CCl 2：自由基及阴离子聚合，两个吸电子基团。

CH 2=CHCN ：自由基及阴离子聚合，CN 为吸电子基团，将使双键π电子云密度降低，有利于阴离子的进攻，对自由基有共轭稳定作用。

CH 2=C(CN)2：阴离子聚合，两个吸电子基团（CN ）。

CH 2=CHCH 3：配位聚合，甲基（CH 3）供电性弱，难以进行自、阳、阴三种聚合，用自由基聚合只能得无定型蜡状物低、分子量，用阴离子聚合只能得到低分子量油状物。

CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2：三种机理均可，共轭体系。

3.下图为非晶态聚合物温度—形变曲线，指出A 、B 、C 分别代表的哪种力学状态，D 、E 分别代表什么温度。

并具体说明聚合物在这三种力学状态的运动特点。

玻璃态：① 温度低，链段的运动处于冻结，只有侧基、链节、链长、键角等局部运动 ②形变小,可恢复；
高弹态：① 链段运动充分发展 ②形变大，可恢复；
粘流态：① 链段运动剧烈，导致分子链发生相对位移； ② 形变不可逆
玻璃化转变温度Tg 对应链段的运动状态，T<Tg ，链段运动被冻结，T>Tg ，链段开始运动。

粘流温度Tf 对应整条分子链的运动状态，T<Tf ，整条分子链中心不发生相对位移，T>Tf ，分子链发生相对位移。

D
E
温 度
形 变
A
B
C。