结构与性能(聚合物部分)习题

一：高聚物的分子结构

结晶度：结晶部分在总体中所占的含量，分为重量结晶度和体积结晶度。

大分子：是由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量。

聚合物分子：也叫高聚物分子，通常简称为高分子。就字面上它是一个由许多部分组成的分子，然而它的确包含多重重复之意。它意味着：(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节)；(2) 并且只有一种或少数几种链节；(3) 这些需要的链节多重重复重现。

星形大分子：若从一个公共的核伸出三个或多个支链，则称为星型高分子。据文献报导，从不同单体已经合成了每个核具有128个臂的星型高分子。假如所有的臂都是等长的，这样的星型高分子称做是规整的。在臂的末端带有多官能度的星型高分子还可以再加其他的单体，生成的高分子做为二级支化的星型高分子，如果所有支化点具有同样的官能度和支化点间链段是等长的，则叫做树枝链共聚物：由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物。根据各种单体在共聚物分子链中排列方式，可分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。

构造；一个分子的构造是指分子中原子和键的序列而不考虑其空间排列。例如：高分子单体、单体单元和键接结构；分子链的共聚序列(无规共聚物，交替共聚物，梯度共聚物，嵌段共聚物）。

构型(configuration): 是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列。例如：要改变分子的构造和构型必须经过化学键的断裂和重组。

构象(conformation)；空间中的原子或原子团排列在一个具有一定构型的分子的单键上，称为构象。“构象”是有机化学的名词，表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间排列。链段(macromolecular segments)；

高分子链的柔性(flexibility of polymer chain), 分子链能够改变其构象的性质

聚合度(degree of polymerization); 大分子、低聚物分子、嵌段或分子链中单体单元的数目。聚合物分子链中连续出现的重复单元(或称链节)的次数

统计共聚物(statistic copolymer)；通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物分子中的序列。交替共聚物(alternating copolymer): -ABABABAB- or (AB)n

单体单元A和单体单元B在共聚物分子中交替分布。它本身是统计共聚物的一种特殊情况。交替共聚物是一种共聚物，包含两种以交替顺序排列的单体单元。

二：高聚物的晶态结构

晶胞；与晶格向对应的晶体结构叫晶胞。即把具体内容还原给晶格，晶格就成了晶胞。晶胞可看成晶体的最小重复单元。晶胞有规则的平移，就能构成具有各种外形的晶体。高聚物的一个重要特点就是高聚物的晶胞由高聚物的一部分组成，如重复单元等，链段等还原给晶格，晶格就成了晶胞。晶胞可看成晶体的最小重复单元。晶胞有规则的平移，就能构成具有各种外形的晶体。高聚物的一个重要特点就是高聚物的晶胞由高聚物的一部分组成，如重复单元等，链段等

晶面指数；晶体对Ｘ-射线的衍射，能够当作Ｘ-射线被这些晶面的反射来处理。因此，有必要对于每种晶面组根据对坐标轴的关系给予一定的符号，称为晶面指数。

晶系；六个晶胞参数组成的平行六面体可有七种类型，每种类型称为一种晶系，实际上的晶体只能属于这七种可能的晶系。由于分子链的高度不对称性，使得高聚物晶体多数为对称性很低的晶系。球晶：由共同中心发出的由板条，纤维状或层状晶体组成的多晶，近似球形的形态。

树枝状晶；由片晶或纤维状晶体组成的树状结晶体。

折叠链晶体；由于晶片的厚度比伸直链分子长度小的多，人们进一步设想晶片中的分子链必定是以垂直于晶片平面的方向来回折叠的，这就是所谓的折叠链片晶。

伸直链晶体；聚合物在非常高的压力下结晶时所形成的分子链完全伸展开且平行规整排列的片状晶体。一般在高温高压的结晶条件下生成伸直链晶体，高聚物的种类不同，生成伸直链晶体所要求的条件亦不相同

缨状胶束模型(缨状微胞模型)(fringed-micelle

model);

特点：

(1) 高聚物的结构由结晶和非晶两相组成(两相结

构模型);

(2) 晶粒有一定的大小和尺寸；

(3) 每一个晶粒由许多分子束聚集而成；

(4) 每个高分子链可以同时贯穿几个晶区和非晶

区

缚结分子;连接至少两种不同晶体的分子。

等同周期(identity spacing)高分子晶体中分子链方向相同结构重复出现的最短距离，又称高分子晶体的晶胞结构重复单元

2. 根据结晶条件的差异，聚乙烯可得到不同的结晶形态。请简述下面各形态的结构特征及获得该形态的条件。

(1). 单晶(片晶)

一定外形：长程有序。在稀溶液中可生成片晶(lamellae)。

(2). 球晶

以晶核为中心，呈球形对称生长的结晶形态。在浓溶液中可生成球晶。

(3). 伸直链片晶

一般在高温高压的结晶条件下生成伸直链晶体。例如，PE，在温度225℃，压力4800bar (480Mpa) [1bar = 0.1兆帕(MPa)=105Pa] 的条件下，可生成伸直链晶体。

特点：

①分子链方向的晶片厚度几乎等于全伸直分子链的长度；

②厚度的大小与分布与高聚物的分子量分布相对应；

③伸直链晶体被认为是热力学上最稳定的形式。

(4). 串晶

一种双重性质的多晶形态，由纤维状结晶长成外延层状晶体组成，其茎与纤维状纤维晶体平行：一种晶体在一维上明显长于另一种。

在一定的应力场作用下可生成串晶。

3. 简单叙述由于高聚物分子链的高度不对称性造成的高聚物结晶结构的特点。

六个晶胞参数组成的平行六面体可有七种类型，每种类型称为一种晶系，实际上的晶体只能属于这七种可能的晶系。由于分子链的高度不对称性，使得高聚物晶体多数为对称性很低的晶系。例如， polyethylene 正交晶系（复晶胞） orthorhombic a≠b≠c α=β=γ=90°

poly(ethylene terephthalate) 三斜晶系 triclinic (素晶胞)

4. 什么是球晶？简单叙述球晶的结构特点及其生成条件。

高聚物从浓溶液析出或从熔体冷却结晶时，都倾向于生成比单晶更为复杂的多晶聚集体，最常见的呈球状，称为球晶。它是一个以晶核为中心，呈球形对称生长的结晶形态。球由于各方向上的生长速度相同，因而生成一圆球状的多晶聚集体。