材料结构与性能答案

材料结构与性能答案

一、名词解释：

1.大分子(macromolecule)：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(poly)部分(mer)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。

2.共聚物：共聚物一词在历史上指由能自身均聚的单体聚合而生成的聚合物

3.结晶度(degree of crystallinity)：结晶高聚物结晶部分量地多少。分为质量结晶度和体积结晶度

4.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。构成高分子晶体的晶胞结构重复单元有时与其化学重复单元不相同。

5.结晶过程：物质从液态（溶液或熔融状态）或气态形成晶体的过程。

二、概念区分：

1、微构象(microconformation)与宏构象(macroconformation)

微构象：即高分子的主链键构象，即是高分子主链中一个键所涉及的原子或原子团的构象

宏构象：沿高分子链的微构象序列导致高分子的宏构象，它决定高分子的形状微构象指高分子主链键构象。宏构象指整个高分子链的形态。由于微构象的变化所导致的高分子的宏观形态(morphology)

2、应力(stress)与应变(strain)

应力（σ）是受力物体截面上内力的集度,即单位面积上的作用力

应变（ε）：在外力作用下，材料的几何形状和尺寸发生的变化

σ=Eε，E是弹性模量。

3、侧基(side group)与端基(end group)

侧基：侧基是一个主链上的分支，既不是低聚物的也不是高聚物的。

端基：端基是大分子或低聚物分子末端的结构单元

4、初期结晶(primary crystallization)与二次结晶(secondary crystallization)

初期结晶：物质从液态（溶液或熔融状态）或气体形成晶体。//初期结晶是结晶

期结晶完成之后的结晶过程，通常此过程的结晶速率较低。

二次结晶：指结晶后期发生在初晶结构下不完善的部位，或是发生在初始结晶

残留下的非晶区的结晶现象。

二次结晶发生在初次结晶之后，结晶速率低于初次结晶速率

5、质量结晶度(mass degree of crystallinity)与体积结晶度(volume degree of crystallinity)

质量结晶度：结晶部分在总体中所占的重量百分数或重量分数

体积结晶度：结晶部分在总体中所占的体积百分数或体积分数

论述题

三、什么是球晶？简单叙述球晶的结构特点及其球晶的生成条件。

球晶：球晶是以晶核为中心，呈球形对称生长的结晶形态。

结构特点：呈圆球状，是折叠链片晶的的聚集体，尺寸一般几十微米到厘米数量级。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

生成条件：在不存在外力和流动的情况下，高聚物从浓溶液浓溶液析出或从熔体冷却结晶时，都倾向于生成球晶

四、缨状胶束模型(缨状微胞模型)(fringed-micelle model)

其特点是(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) 每一个晶粒有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。

可解释如下事实：

(1) 晶粒尺寸远小于分子链长度；

(2) X-射线衍射图中，既有反映晶区存在的衍射环，又有反映非晶区存在的散射晕圈；

(3) 纤维的宏观密度比由晶胞计算的密度小，又比其完全无定形材料的密度大；

(4) 纤维一般可以拉伸许多倍，拉伸后又有回缩的倾向；

(5) 拉伸后X-射线的衍射图由衍射环蜕变为弧形衍射斑点等。

结晶高聚物在DSC升温曲线上的双熔融峰现象并画图解释

-50100

t a n δTem perature(0C )α

β

不同的热历史可以造成不同的结晶和熔化过程，在慢速升温过程中，由于结晶高聚物形成的片晶部分熔化，未熔化部分可作为成核点，形成熔融再结晶，这种结晶可以在更高的温度熔化，从而形成熔融双峰。

还有一种观点是结晶过程中形成了两种不同稳态的晶体，热稳定性差的在较低温度熔化，热稳定性高的在较高温度熔化，从而形成熔融双峰。

五、多数聚合物纤维含有晶区与非晶区，请设计一套测试非晶区取向度的方案 我们选择使用X-射线衍射-双折射法：用X-射线衍射法可求出晶区取向度，再结合双折射法可算出非晶区取向度。先利用X-射线衍射测定晶区的取向度f c ，再利用量热法测定体积结晶度φ，然后采用偏光显微镜测定双折射，最后利用公式 便可计算出非晶区的取向度f a 。 其中∆n c 0和∆n a 0分别是晶区与非晶区的特征双折射； f c 和f a 分别是晶区与非晶区的取向函数。

六、绘出非晶态高聚物的温度形变曲线。解释各力学状态和转变温度所对应的

分子运动和力学性质有何不同。

(1) 玻璃态：此时由于温度较低，链段的热运动能不足以克服主链内旋转势垒，因此，链段处于被“冻结”状态。只有侧基、链节、短支链等小尺寸运动单元的局部振动及键长和键角的变化，因此弹性模量很高(1010-1011 dyn/cm2)，形

a a c c f n f n n 00)1(∆-+∆=∆φφ0c

c c n n f ∆∆=0a a a n n f ∆∆=原因：含有不同

的结晶形态

D e f o r m a t i o n (%)A B C D

E Ma Mb T g T f

高聚物在定负荷下

的温度形变曲线

A-玻璃态；

B-玻璃化转变区

(皮革态)；