高分子物理学(吴其晔)课后答案

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高分子物理学_吴其晔_第四章聚合物的高弹性

高分子物理学_吴其晔_第四章聚合物的高弹性

(x2y2z2 )
S C K 2(x2 y2 z2)
二、交联网络的熵变
根据仿射形变的假设: 单位体积的试样拉伸前(x,y,z)为(1,1,1)
拉伸后长度变为
(xi , yi , zi )
f
λ1
λ3 λ2
(1, 2 , 3 )
网链的末端距的变化:
(1xi,2 yi,3zi) 第i个网链的一端固定在原点上,
4.仿射形变
5.高斯链组成各向同性网络,其构象总数是各网络 构象数的乘积。
一、孤立柔性链的熵
根据假设按等效自由结合链处理: 一端固定在原点, 另一端落在点(x, y ,z)处的小体 积元 (dx,dy,dz)的几率服 从高斯分布。
高斯分布密度函数:
W
( x. y.z )
3 3/2
e 2 (x2 y2 z2 )
4-1、高弹性的特点
1、弹性模量小 比其它固体物质小得多(P325表7-14) 钢:20000MPa(2×10 5);(1公斤/m㎡=9.807MPa) PE: 200MPa 结晶物; PS:2500MPa; 橡胶: 0.2-8MPa. 2、形变量大
可达1000%,一般在500%左右,而普通金属材料 的形变量<1%
22
32
3)
1 2
NTK (
2 1
22
32
3)
根据赫姆霍尔兹自由能定义:恒温过程中,外力对体系作
的功等于体系自由能的增加。
即:
W
F
1 2
NTK
(
2 1
22
32
3)
对于单轴拉伸,体积不变⊿V=0
f
入1 入3
入2
f
入1=入 入2=入3

高分子物理习题答案6-8章

高分子物理习题答案6-8章

习题解答第六章题6-1 试讨论非晶、结晶、交联和增塑高聚物的温度形变曲线的各种情况(考虑相对分子质量、结晶度、交联度和增塑剂含量不同的各种情况)。

解:(1)非晶高聚物,随相对分子质量增加,温度-形变曲线如图6-1-1:图6-1-1 非晶高聚物的温度-形变曲线(2)结晶高聚物、随结晶度和/或相对分子质量增加,温度-形变曲线如图6-1-2:(a ) (b )图6-1-2 结晶高聚物的温度-形变曲线(3)交联高聚物,随交联度增加,温度-形变曲线如图6-1-3:图6-1-3 交联高聚物的温度-形变曲线(4)增塑高聚物。

随增塑剂含量增加,温度-形变曲线如图6-1-4:T g1g3 T g2 T g4T g5T f1 T f2T f3 T f4 T f5TεTε(a ) (b )图6-1-4增塑高聚物的温度-形变曲线题6-2 选择填空:甲、乙、丙三种高聚物,其温度形变曲线如图所示,此三种聚合物在常温下( )。

(A)甲可作纤维,乙可作塑料,丙可作橡胶 (B)甲可作塑料,乙可作橡胶,丙可作纤维 (c)甲可作橡胶,乙可作纤维,丙可作塑料 (D)甲可作涂料,乙可作纤维,丙可作橡胶 解:B题6-3 在热机械曲线上,为什么PMMA 的高弹区范围比PS 的大? (已知PMMA 的=g T 378K ,=f T 433—473K ;PS 的=g T 373K ,=f T 383—423K)解:PMMA 和PS 的T g 差不多,都是100℃左右,这是因为PMMA 的侧基极性较PS 大,应使T g 增加,但PMMA 侧基柔性比PS 大,侧基比PS 小,所以应使T g 减少,这两个因素互相抵消,故T g 差不多。

对于T f 来说,要使高聚物发生流动,分子与分子间的相对位置要发生显著变化。

因此分子间作用力的因素很重要。

PMMA 极性大,分子间作用力,T f 就高,而PS 分子间作用力小,T f 就低。

题6-4 为什么热机械曲线上f T 的转折不如g T 明晰?解:因为T f 与相对分子质量有关,随相对分子质量增加,T f 持续增加。

高分子物理课后答案

高分子物理课后答案

1 写出由取代的二烯(1,3丁二烯衍生物)CH 3CH CH CH CH COOCH 3经加聚反应得到的聚合物,若只考虑单体的1,4-加成,和单体头-尾相接,则理论上可有几种立体异构体?解:该单体经1,4-加聚后,且只考虑单体的头-尾相接,可得到下面在一个结构单元中含有三个不对称点的聚合物:CH CH CH CH CH 3COOCH 3n即含有两种不对称碳原子和一个碳-碳双键,理论上可有8种具有三重有规立构的聚合物。

2 今有一种聚乙烯醇,若经缩醛化处理后,发现有14%左右的羟基未反应,若用HIO 氧化,可得到丙酮和乙酸。

由以上实验事实,则关于此种聚乙烯醇中单体的键接方式可得到什么结论?解:若单体是头-尾连接,经缩醛化处理后,大分子链中可形成稳定的六元环,因而只留下少量未反应的羟基:CH 2CH OHCH 2CH OHCH 2CH OHCH 2CH 2O CH CH 2CH 2CH OH同时若用HIO 氧化处理时,可得到乙酸和丙酮:CH 2CH CH 2OHCH CH 2OHCH OH4CH 3COHO+CH 3COCH 3若单体为头-头或尾-尾连接,则缩醛化时不易形成较不稳定的五元环,因之未反应的OH 基数应更多(>14%),而且经HIO 氧化处理时,也得不到丙酮:CH 2CH CH OHCH 2CH 2CH OHOHCH 2OCHO2OCHCH 2CH 2CHOHCH 2CH CH OHCH 2CH 2CH OHOH4CH 3COHO+OH COCH 2CH 2COHO可见聚乙烯醇高分子链中,单体主要为头-尾键接方式。

3 氯乙烯(CH 2CH Cl)和偏氯乙烯(CH 2CCl 2)的共聚物,经脱除HCl 和裂解后,产物有:,Cl,Cl Cl ,ClCl Cl等,其比例大致为10:1:1:10(重量),由以上事实,则对这两种单体在共聚物的序列分布可得到什么结论?解:这两种单体在共聚物中的排列方式有四种情况(为简化起见只考虑三单元):CH 2CH Cl CH 2C Cl Cl+(V)(D)V V V V V D D D V D D D这四种排列方式的裂解产物分别应为:,Cl,ClCl,ClCl Cl而实验得到这四种裂解产物的组成是10:1:1:10,可见原共聚物中主要为:V V V、D D D的序列分布,而其余两种情况的无规链节很少。

高分子物理习题答案1-5章

高分子物理习题答案1-5章

高分子物理习题答案1-5章习题解答第一章1.以下化合物,哪些是天然高分子化合物,哪些是合成高分子化合物(1)蛋白质,(2)PVC,(3)酚醛树脂,(4)淀粉,(5)纤维素,(6)石墨,(7)尼龙66,(8)PVAc,(9)丝,(10)PS,(11)维尼纶,(12)天然橡胶,(13)聚氯丁二烯,(14)纸浆,(15)环氧树脂解:天然(1)(4)(5)(6)(9)(12)(14),合成(2)(3)(7)(8)(10)(11)(13)(15)2.试讨论线形聚异戊二烯可能有哪些不同的构型,假定不考虑键接结构(画出结构示意图)。

解:聚异戊二烯可能有6种有规立构体,它们是:① 顺1,4加成 CH2CH2CC HCH3 ② 反1,4加成CH2 HCC CH2CH3③ 1,2加成全同立构RRR HHHCCC(R =CHCH2)CCCCHCHCH3 33HHH④ 3,4加成全同立构RRR HHH(R =C(CH3)CH2)CCCCCCHHHHHH⑤ 1,2加成间同立构RCH3RHHH (R =CHCH2)CCCCCCCH3RCH3H HH ⑥ 3,4加成间同立构 RRHHHHCCC(R =C(CH3)CH2) CCCHRH HHH常见错误分析:本题常见的错误如下:(1)将1,2加成与3,4加成写反了。

按IUPAC有机命名法中的最小原则,聚异戊二烯应写成3 CHCH3CH2C12CHCH2n34CH2CH12CCH2n34而不是即CH3在2位上,而不是在3位上。

(2)“顺1,4加成又分成全同和间同两种,反1,4加成也分成全同和间同两种。

”顺1,4或反1,4结构中没有不对称碳原子,没有旋光异构体。

甲基与双键成120°角,同在一个平面上。

3. 环氧丙烷经开环聚合后,可得到不同立构的聚合物(无规、全同、间同),试写出它们的立构上的不同,并大致预计它们对聚合物性能各带来怎样的影响?CH3解:聚环氧丙烷的结构式如下:*CH2CHOn存在一个不对称碳原子(有星号的),因而有以下全同、间同和无规立构体。

高分子物理学(吴其晔)课后答案

高分子物理学(吴其晔)课后答案

高分子物理答案详解(第三版)第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。

等。

2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。

(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。

(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。

5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。

6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯睛与碳纤维;(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。

(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。

(1)线性高分子梯形高分子(2 非晶高分子结晶性高分子(3)柔性(4)高密度聚乙烯为平面锯齿状链,为线型分子,模量高,渗透性小,结晶度高,具有好的拉伸强度、劲度、耐久性、韧性;低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯(每1000 个主链 C 原子中约含15~35 个短支链),结晶度较低,具有一定的韧性,放水和隔热性能较好;交联聚乙烯形成了立体网状的结构,因此在韧性、强度、耐热性等方面都较高密度聚乙烯和低密度聚乙烯要好。

吴其晔-高分子结构流变学-1

吴其晔-高分子结构流变学-1

高分子科学与工程学院
青岛科技大学
由珠-链模型得到数量浓度为 n 的稀溶液在简单剪切流场所 受的剪切应力和黏度:
1 2 2 nN l 36 xy 1 s nN 2 l 2 36
s xy xy
s s s 式中 xy , 分别为溶剂本身对剪切应力和黏度的贡献。 则
School of Polymer Science & Engineering
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
唯象方法举例
phenomenological
弹簧
选择经典的线性黏弹性模型——Maxwell模型
经典Maxwell模型方程 推广到三维张量方程 从一般偏微商推广 为随流微商 式中随流微商为:
Maxwell模型:小球相当于黏壶,与弹簧串联。
School of Polymer Science & Engineering
珠-簧模型示意图 (G-分子链重心)
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
受力分析
即小球与溶剂间的摩擦阻力,与珠 -链模型同,按Stokes定律计算。 设分子链末端距为h,对于Gauss链, 已知链上的弹性力等于
分子论方法
Molecular theory
重在建立能描述大分子链流动的正确模型,研究微观结构对 材料流动性的影响。采用热力学和统计力学方法,将宏观流 结构流变学采用分子论方法求取本构方程 变性质与分子结构参数(如分子量,分子量分布,链段结构 参数等)联系起来。为此首先提出能够描述大分子链运动的 正确模型是问题关键。
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
运动平衡方程
根据涨落-耗散定理,考虑溶剂的微布朗运动对于j号小球的作用:

_高分子物理课后习题答案(详解)

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�位单�量能的要需所时化汽体聚凝积体位单为义定 DEC�度密能聚内�1��答 �度密能聚内的物合聚定测何如�何如系关的力用作间子分与它�度密能聚内叫么什.2 。性和亲的有具所物混共的等不度程一均构结观微成形混共过通�子分高上以种两或种两�性容相的金合子分高 。列排优择的向方用作力外着沿元单构结他其或链子分�下用作力外种某在指是向取的物合聚�向取 。� 度晶结积体�数分积体者或� 度晶结量质�数分量质的占所分部晶结的中样试�度晶结 。类分的行进所素元称对征特的体晶据根�系晶 2mc/J�位单�量能的要需所时化汽体聚凝积体位单为义定 DEC�度密能聚内 。体气和体液、体固括包常通�的分区来现表的上能性学力观宏在动运子分的质物据根是�态状理物的质物为�态聚凝 。性容相的金合子分高�向取�度晶结�系晶�度密能聚内�态聚凝
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�少多为度向取的样试该问试 � 。03 为 θ角向取均平的向方轴维纤在链子分到得验试若 。度向取的维纤纶涤伸拉定测播传波声用.31
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高分子物理习题及答案

高分子物理习题及答案

高分子物理习题及答案高分子物理习题及答案导言:高分子物理是材料科学与工程领域中的重要分支,研究高分子材料的结构、性质和行为。

在学习高分子物理的过程中,习题是帮助学生巩固知识、理解概念和培养解决问题能力的重要工具。

本文将介绍一些高分子物理习题,并提供详细的解答,希望能够对读者的学习有所帮助。

习题一:一根高分子链的平均质量为M,其平均链长为L。

如果将该高分子链分成n段,每段的平均质量为M/n,平均链长为L/n。

请问,每段的平均长度是多少?解答一:高分子链的平均质量为M,平均链长为L。

将该高分子链分成n段后,每段的平均质量为M/n,平均链长为L/n。

我们可以通过比较两种情况下的链密度来求解每段的平均长度。

在未分段的情况下,链密度可以表示为ρ = M/L。

在分段后的情况下,每段的链密度为ρ' = (M/n) / (L/n) = M/L。

由于链密度不变,我们可以得出每段的平均长度为L/n。

习题二:一根高分子链的平均质量为M,其平均链长为L。

在拉伸过程中,高分子链的平均质量保持不变,但平均链长变为L'。

请问,拉伸过程中高分子链的链密度是否发生变化?解答二:在拉伸过程中,高分子链的平均质量保持不变,但平均链长变为L'。

我们可以通过比较两种情况下的链密度来判断链密度是否发生变化。

在未拉伸的情况下,链密度可以表示为ρ = M/L。

在拉伸后的情况下,链密度为ρ' = M/L'。

由于高分子链的平均质量保持不变,我们可以得出ρ = ρ'。

因此,在拉伸过程中,高分子链的链密度不发生变化。

习题三:一根高分子链的平均质量为M,其平均链长为L。

在加热过程中,高分子链的平均质量保持不变,但平均链长变为L'。

请问,加热过程中高分子链的链密度是否发生变化?解答三:在加热过程中,高分子链的平均质量保持不变,但平均链长变为L'。

我们可以通过比较两种情况下的链密度来判断链密度是否发生变化。

2020年第三版高分子物理课后习题答案详解版

2020年第三版高分子物理课后习题答案详解版

第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型,举例说明高分子的构造。

等。

举例说明高分子链的构造:线形:聚乙烯,聚α-烯烃环形聚合物:环形聚苯乙烯,聚芳醚类环形低聚物梯形聚合物:聚丙烯腈纤维受热,发生环化形成梯形结构支化高分子:低密度聚乙烯交联高分子:酚醛、环氧、不饱和聚酯,硫化橡胶,交联聚乙烯。

2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。

(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。

(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。

5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。

6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯睛与碳纤维;(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。

高分子物理吴其晔课后题答案

高分子物理吴其晔课后题答案

高分子物理吴其晔课后题答案1、68.如图甲所示,上方装有电子阀门的圆柱形容器放在水平桌面上。

控制阀门,使容器中相同时间内流入液体的质量相等,注入液体直至图乙状态。

图丙所呈现的物理量之间的函数关系图像可能是()[单选题] *A.液面上升速度v和时间t的关系B.液体密度ρ和液体体积V的关系C.液体质量m和液体密度ρ的关系D.液面上升高度h和时间t的关系(正确答案)2、31.在炎热的夏天,下列能有效降低室内气温的办法是()[单选题] *A.关闭门窗,不让外界的热空气进来B.在地上洒一些水(正确答案)C.打开电风扇D.打开电冰箱的门,散出冷空气3、13.如图是甲和乙两种物质的质量和体积关系图象,下列说法正确的()[单选题] * A.乙物质的密度比甲物质的密度大B.体积为50cm3的乙物质的质量为35gC.质量为25g的甲物质的体积为30cm3D.当甲和乙两物质的质量相同时,乙物质的体积较大(正确答案)4、若以M表示水的摩尔质量,v表示水的摩尔体积,ρ表示水的密度。

Na为阿伏加德罗常数,m表示水的分子质量,V’表示水分子体积。

则下列关系中正确的是()*A.Na=V/V’(正确答案)B.V=M/ρ(正确答案)C.m=M/NA(正确答案)D.v=ρM5、2.一个力F分解为两个力F1、F2,则F1、F2共同作用的效果与F相同.[判断题] *对(正确答案)错6、2.物体的加速度a=0,则物体一定处于静止状态.[判断题] *对错(正确答案)7、日晷是利用影子的位置变化来计时的,它的主要原理是光的反射[判断题] *对错(正确答案)答案解析:日晷利用了光在均匀介质中沿直线传播8、当0℃的冰熔化成0℃的水时,温度和内能都不变[判断题] *对错(正确答案)答案解析:温度不变,内能增大9、85.在“用托盘天平称物体的质量”的实验中,下列哪项操作是错误的()[单选题] * A.使用天平时,应将天平放在水平工作台面上B.天平调平后在称量过程发现横梁不平衡,此时可以通过调节平衡螺母使横梁平衡(正确答案)C.称量时左盘应放置待称量的物体,右盘放置砝码D.观察到指针指在分度盘的中线处,确定天平已平衡10、下列事例中,利用热传递改变物体内能的是()[单选题]A.流星坠入大气层与空气摩擦生热B.用锯条锯木头,锯条发热C.人站在阳光下暴晒,感到很热(正确答案)D.古时候,人们利用钻木取火11、继共享单车之后,共享汽车已经悄然走进我们的生活。

高分子物理知识学知识题第一章答案解析

高分子物理知识学知识题第一章答案解析

高分子物理学思考题及习题第1章思考题1-1重要概念:高分子化合物;高分子材料(聚合物);天然高分子材料;人工合成高分子材料;塑料;橡胶;纤维;功能高分子;结构单元;聚合度;线形分子链(线形高分子);支化分子链(支化高分子);交联网络(交联高分子)。

1-2了解高分子材料的分类法和命名法。

1-3与小分子化合物和小分子材料相比,高分子化合物与高分子材料的结构有哪些重要特点使之具有独特的性能?将这些特点牢记在心。

1-4仔细阅读关于高分子材料的“多分散性和多尺度性”、“软物质性”及“标度性”的说明,理解其意义。

1-5了解高分子物理学的核心内容和主要学习线索,体会“高分子物理学是研究高分子材料结构、分子运动与性能的关系的学说”。

1-6阅读“高分子物理学发展简史及研究热点”一节,了解当前高分子物理学的热点问题和发展方向。

1-7根据生活经验,列举一些适合用作塑料、橡胶或纤维的聚合物名称。

1-8下列一些聚合物(我国的商品名称):丁苯橡胶,氯丁橡胶,硅橡胶,环氧树脂,脲醛树脂,聚氯乙烯,聚碳酸脂,涤纶,锦纶,腈纶。

试分别写出各自结构单元的化学结构式及合成所需单体的化学结构式。

第一章习题可能与高分子化学学习内容重复,可不做。

第2章思考题及习题2-1重要概念:近程结构;远程结构;构型;构象;无规线团;内旋转;内旋转势垒;分子链柔顺性(静态和动态);链段;均方末端距;均方旋转半径;自由连接链;自由旋转链;等效自由连接链;Kuhn等效链段;高斯链;θ条件/θ状态;Flory特征比(刚性因子)。

(1)近程结构:包括构造和构型。

构造是指链中原子的种类和排列,取代基和端基的种类,单体单元的排列顺序,支链的类型和长度等。

构型是指由化学键所固定的链中原子或基团在空间的排列。

注意:近程结构相当于“链的细节”。

构造着重于链上的原子的种类、数目比例、相互连接关系。

构型涉及空间立体异构(顺反异构、旋光异构)。

(2)远程结构:包括分子的大小、构象和形态,链的柔顺性。

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_高分子物理课后习题答案(详解) 高分子物理答案详解(第三版)第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。

等。

2(构象与构型有何区别,聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯,为什么, 答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。

(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规立构聚苯乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象, 答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。

(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性,如何表征,答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子)σ,σ值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。

5(聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶, 答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。

8.某单烯类聚合物的聚合度为104,试估算分子链完全伸展时的长度是其均方根末端距的多少倍,(假定该分子链为自由旋转链。

)答:81.6倍9.无规聚丙烯在环己烷或甲苯中、30?时测得的空间位阻参数(即刚性因子)δ=1.76,试计算其等效自由连接链长度b(已知碳—碳键长为0.154nm,键角为109.5?)。

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高分子物理答案详解(第三版)第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。

等。

2.构象与构型有何区别?聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化,而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,而构型的改变必须断裂化学键。

(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象,而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象?答(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。

(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。

5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?答:这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。

6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯睛与碳纤维;(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。

(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。

(1)线性高分子梯形高分子(2 非晶高分子结晶性高分子(3)柔性(4)高密度聚乙烯为平面锯齿状链,为线型分子,模量高,渗透性小,结晶度高,具有好的拉伸强度、劲度、耐久性、韧性;低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯(每1000 个主链 C 原子中约含15~35 个短支链),结晶度较低,具有一定的韧性,放水和隔热性能较好;交联聚乙烯形成了立体网状的结构,因此在韧性、强度、耐热性等方面都较高密度聚乙烯和低密度聚乙烯要好。

7.比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。

解:极性取代基在主链分布,有对称性的比不对称的柔性好8.某单烯类聚合物的聚合度为104,试估算分子链完全伸展时的长度是其均方根末端距的多少倍?(假定该分子链为自由旋转链。

)答:81.6倍9.无规聚丙烯在环己烷或甲苯中、30℃时测得的空间位阻参数(即刚性因子)δ=1.76,试计算其等效自由连接链长度b(已知碳—碳键长为0.154nm,键角为109.5°)。

解:b=1.17nm10.某聚苯乙烯试样的分子量为416000,试估算其无扰链的均方末端距(已知特征比Cn=12)。

答:均方末端距为2276.8nm2。

第2章聚合物的凝聚态结构1.名词解释凝聚态,内聚能密度,晶系,结晶度,取向,高分子合金的相容性。

凝聚态:为物质的物理状态,是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的,通常包括固体、液体和气体。

内聚能密度:CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量,单位:晶系:根据晶体的特征对称元素所进行的分类。

结晶度:试样中的结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度)。

取向:聚合物的取向是指在某种外力作用下,分子链或其他结构单元沿着外力作用方向的择优排列。

高分子合金的相容性:两种或两种以上高分子,通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所具有的亲和性。

2.什么叫内聚能密度?它与分子间作用力的关系如何?如何测定聚合物的内聚能密度?答:(1)内聚能密度:CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量,单位:(2)内聚能密度在300以下的聚合物,分子间作用力主要是色散力;内聚能密度在400 以上的聚合物,分子链上有强的极性基团或者分子间能形成氢键;内聚能密度在300-400之间的聚合物,分子间相互作用居中。

3.聚合物在不同条件下结晶时,可能得到哪几种主要的结晶形态?各种结晶形态的特征是什么?答:(1)可能得到的结晶形态:单晶、树枝晶、球晶、纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体;(2)形态特征:单晶:分子链垂直于片晶平面排列,晶片厚度一般只有10nm左右;树枝晶:许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状;球晶:呈圆球状,在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光,有些出现同心环;纤维状晶:晶体呈纤维状,长度大大超过高分子链的长度;串晶:在电子显微镜下,串晶形如串珠;柱晶:中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶,呈柱状;伸直链晶体:高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当。

4.测定聚合物的结晶度的方法有哪几种?简述其基本原理。

不同方法测得的结晶度是否相同?为什么?答:(1)密度法,X射线衍射法,量热法;(2)密度法的依据:分子链在晶区规整堆砌,故晶区密度大于非晶区密度;X射线衍射法的依据:总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和;量热法的依据:根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。

(3)不同,因为结晶度的概念缺乏明确的物理意义,晶区和非晶区的界限很不明确,无法准确测定结晶部分的量,所以其数值随测定方法不同而不同。

5.高分子液晶的分子结构有何特点?根据分子排列有序性的不同,液晶可以分为哪几种晶型?如何表征?答:(1)高分子液晶分子结构特点:1.分子主干部分是棒状(筷形),平面状(碟形)或曲面片状(碗形)的刚性结构,以细长棒状最为常见;b.分子中含有对位苯撑,强极性基团,可高度极化或可形成氢键的基团,因而在液态下具有维持分子作某种有序排列所需要的凝聚力;c.分子上可能含有一定的柔性结构。

(2)液晶晶型:a.完全没有平移有序—向列相即N相,用单位矢量表示;b.一维平移有序(层状液晶)—近晶A()和近晶C();c.手征性液晶,包括胆甾相(Ch)和手征性近晶相;d.盘状液晶相。

(3)液晶态的表征一般为:a.偏光显微镜下用平行光系统观察;b.热分析法;c.X射线衍射;d.电子衍射;e.核磁共振;f.电子自旋共振;g.流变学;h.流变光学。

6.简述液晶高分子的研究现状,举例说明其应用价值。

答:液晶高分子被用于制造防弹衣,缆绳及航空航天器大型结构部件,可用于新型的分子及原子复合材料,适用于光导纤维的被覆,微波炉件,显示器件信息传递变电检测7.取向度的测定方法有哪几种?举例说明聚合物取向的实际意义。

(1)用光学显微镜测定双折射来计算;(2)用声速法测定;(3)广角X射线衍射法;(4)红外二向色性;(5)偏正荧光法。

8.某结晶聚合物的注射制品中,靠近模具的皮层具有双折射现象,而制品内部用偏光显微镜观察发现有Maltese黑十字,并且越靠近制品芯部,Maltese黑十字越大。

试解释产生上述现象的原因。

如果降低模具的温度,皮层厚度将如何变化?答:(1)由于形成球晶,球晶具有双折射现象,自然光经过偏振片变为偏振光,通过球晶发生双折射,分成两束振动方向垂直的偏振光,两束偏振光在与检偏镜平行方向上存在分量,分量速度不同,产生相位差而干涉,使呈现黑十字消光图像,制品外部与模具接触,冷却速度快,球晶来不及生长而成多层片晶或小球晶,而制品芯部温度高,结晶时间充分,生长为大球晶,因此消光图像更大。

(2)降低温度会增加过冷度,缩短结晶时间,因而皮层厚度增加。

9.采用“共聚”和“共混”方法进行聚合物改性有何异同点?解:略。

10.简述提高高分子合金相容性的手段答:提高高分子合金的相容性一般用加入第三组分增溶剂的方法。

增溶剂可以是与A、B两种高分子化学组成相同的嵌段或接枝共聚物,也可以是与A、B的化学组成不同但能分别与之相容的嵌段或接枝共聚物。

11.某一聚合物完全结晶时的密度为0.936g/cm3,完全非晶态的密度为0.854g/cm3,现知该聚合物的实际密度为0.900g/cm3,试问其体积结晶度应为多少?(体积结晶度为0.561)12.已知聚乙烯晶体属斜方晶系,其晶胞参数a=0.738nm,b=0.495nm,c=0.254nm.(1)根据晶胞参数,验证聚乙烯分子链在晶体中为平面锯齿形构象;(2)若聚乙烯无定形部分的密度ρa=0.83g/c m3,试计算密度ρ=0.97g/cm3聚乙烯试样的质量结晶度。

13.用声波传播测定拉伸涤纶纤维的取向度。

若试验得到分子链在纤维轴方向的平均取向角为30。

,试问该试样的取向度为多少?第3章高分子溶液1.溶度参数的含义是什么?“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物溶解能力的依据是什么?答:(1)溶度参数:是指内聚能密度的平方根;(2)依据是:,因为溶解过程>0,要使<0,越小越好,又因为?,所以与越相近就越小,所以可用“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物的溶解能力。

2.什么叫高分子θ溶液?它与理想溶液有何本质区别?答:(1)高分子θ溶液:是指高分子稀溶液在θ温度下(Flory温度),分子链段间的作用力,分子链段与溶剂分子间的作用力,溶剂分子间的作用力恰好相互抵消,形成无扰状态的溶液。

此时高分子—溶剂相互作用参数为1/2,内聚能密度为0.(2)理想溶液三个作用力都为0,而θ溶液三个作用力都不为0,只是合力为0.3.Flory-Huggins晶格模型理论推导高分子溶液混合熵时作了哪些假定?混合热表达式中Huggins参数的物理意义是什么?答:(1)假定:a.溶液中分子排列也像晶体中一样,为一种晶格排列;b.高分子链是柔性的,所有构象具有相同的能量;c.溶液中高分子“链段”是均匀分布的,即“链段”占有任一格子的几率相同。

(2)物理意义:反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。

4.什么叫排斥体积效应?Flory-Kingbuam稀溶液理论较之晶格模型理论有何进展?答:(1)排斥体积效应:在高分子稀溶液中,“链段”的分布实际上是不均匀的,高分子链以一个被溶剂化了的松懈的链球散布在纯溶剂中,每个链球都占有一定的体积,它不能被其他分子的“链段”占有。

(2)进展:把“链段”间的排斥体积考虑进去,更符合实际。

5.高分子合金相分离机理有哪两种?比较其异同点。

解:略。

6.苯乙烯-丁二烯共聚物(δ=16.7)难溶于戊烷(δ=14.4)和醋酸乙烯(δ=17.8)。

若选用上述两种溶剂的混合物,什么配比时对共聚物的溶解能力最佳?解:7.计算下列三种情况下溶液的混合熵,讨论所得结果的意义。

(1)99e12个小分子A与1e8个小分子B相混合(假定为理想溶液);(2)99e12个小分子A与1e8个小分子B(设每个大分子“链段”数x=1e4)相混合(假定符合均匀场理论);(3)99e12个小分子A与1e12个小分子B相混合(假定为理想溶液)。

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