聚合物结构与性能题目

《聚合物结构与性能》习题集考试为开卷考试，但只能带课本，不能带任何资料，就是希望大家完全掌握下列知识，做合格高分子专业研究生！

一、提高聚合物样品电镜下稳定性的方法

对样品进行支撑：

1.大目数电镜铜网，如 400目铜网；

2.无定型材料作支持膜：硝化纤维素（火棉胶），聚乙烯醇缩甲醛（PVF），或无定型碳；碳支持膜：通过真空蒸涂的办法，将碳沉积在光洁的载玻片或新剥离云母片表面，然后漂在蒸馏水表面，转移至铜网上。

二、提高聚合物样品成像衬度的方法有几个？

（1）染色：将电子密度高的重金属原子渗入聚合物的某些区域通过提高其电子密度来增大衬度的。从最终效果上染色分正染色和负染色。从作用机制上染色分化学反应和物理渗透。从手段上分直接染色和间接染色。

最常用的染色剂有：四氧化锇（OsO4）、四氧化钌（RuO4）

四氧化锇（OsO4）染色：四氧化锇染色是利用其与-C=C-双键以及-OH和-NH2基团间的化学反应，使被染色的聚合物含有重金属锇，从而使图像的衬度提高。

四氧化钌（RuO4）染色：四氧化钌染色是利用其对不同聚合物或同一聚合物的不同部位（如晶区和非晶区）的不同渗透速率，使不同

聚合物或同一聚合物的不同部位含有不同量的重金属钌，从而使图像的衬度提高。

（2）晶粒方向: 为得到清晰的衬度，可调整晶体样品的取向，使得除透射电子束外，只出现一个很强的衍射束，一般称为双光束情况

（3）调整样品厚度；

(4) 结构缺陷；

(5)一次电子与二次电子相位

三、何为橡胶的高弹性？高弹性的本质是什么？什么化学结构和聚集态结构的高分子能够作为橡胶材料？请用应力应变曲线表达出橡胶、塑料、有机纤维三者的区别。

橡胶的高弹性：小应力下的大形变、外力除去后可以恢复；

高弹性的本质是熵弹性。橡胶弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。

具有橡胶弹性的化学结构条件:

（1）由长分子链组成

（2）分子链必须有高度的柔性

（3）分子链必须结合在一个交联网络之中

第一个条件是熵弹性的本源；第二个条件是分子链迅速改变构想的可能；第三个条件保证了可恢复性，这是橡胶材料不同于单分子链之处。

（4）具有橡胶弹性的凝聚态结构：无定形态。（橡胶的聚集态是指很多生胶分子聚集在一起时分子链之间的几何排列方式和堆砌

状态，由于橡胶的分子量很大，只存在固体和液体。橡胶为柔性长链分子，再加上它在常温下分子链中的链段在不断运动，故这么细长的柔性分子在常温下都会卷曲成无规线团，很多无规线团又无序的堆砌成无定形结构。）

应力应变曲线：略（需要补全）。

四、何为橡胶材料的粘弹性？粘性的本质来源是什么？请写出WLF方程，并阐述该方程的物理意义。

材料对外力有两典型的响应：即弹性响应与黏性响应。分别用胡克定律和牛顿流体定律来描述

橡胶材料的粘弹性是指高聚物材料不但具有弹性材料的一般特性，同时还具有粘性流体的一些特性。即弹性响应和黏性响应都很明显。橡胶受拉伸时发生可逆的形变，但链段运动需要克服材料的内阻，本质上也是一种流动。

粘性的本质来源是原子间结合力。橡胶的粘性表现为应力松弛。即在一定的温度和恒定应变的作用下，观察试样的应力随时间增加而衰减的现象。由于橡胶材料为长链聚合物，所以分子链在发生一定形变后，会使分子链滑移，因此表现出粘性。

WLF方程：

Ts为参考温度，C1 ,C2为取决于聚合物种类和参考温度的常数。如果取Ts=Tg，C1 ,C2普适常数C1=17.44,C2=51.6

物理意义：表明移动因子与温度与参考温度之差有关，反映的是高分子链段运动特有的温度依赖关系。

实用意义：一个温度下测定的力学性能-时间（频率）曲线可以在时间（频率）坐标上平移变换为另一温度下的曲线，该方程建立了平移量与温度差之间的关系。

五、请举两个例子说明弹性体大分子链结构、性能与应用的关系。

例1.丁基橡胶IIR

丁基橡胶是异丁烯和少量二烯烃（异戊二烯）共聚制成的无规共聚物，为白色可暗灰色透明弹性体，其合成过程如下：

丁基橡胶中异丁烯链节中两个对称取代的甲基使得丁基橡胶分

子链成为随意卷曲的无定形状态，侧甲基的密集排列限制了聚合物分子的热运动，填补了分子链间的孔隙，因而具有优异的耐透气性、耐透水性和吸收能量的特性（适合用于阻尼减震材料）；聚异丁烯段规整、对称性高，在拉伸时形成结晶，有自补强作用；并且丁基橡胶还有耐候性、耐臭氧性、耐水性、耐化学药品性、聚合物的韧性好，回弹性小，冲击吸收性能好；但IIR 的自黏性和互黏性差，与其它通用橡胶相容性低——通过卤化的方法提高黏结性（卤素含量1～22％）。

IIR的应用：

利用IIR的高气密性——充气轮胎的内胎；

使用卤化IIR制造无内胎子午线轮胎的气密层；

利用IIR的耐透水性——防水卷材，电气制品；

利用IIR的高耐热性——耐热运输带；

利用IIR的高阻尼性——减震、吸振制品。

例2.丁苯橡胶SBR

丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而得的高分子弹性体。其结构式为：

丁苯橡胶主链上有部分碳碳双键结构，侧基中有苯环和碳碳双键，并且其含量随聚合方法和聚合条件等因素的改变而改变，导致其

产品的性能也有一些差异。丁二烯链节的微观结构，苯乙烯结合量，序列分布和主链结构（星形）都对丁苯橡胶的性能有影响。丁二烯1,2-构型增加，会使丁苯橡胶Tg升高，回弹性降低，扯断伸长率、300%定伸应力、拉伸强度以及耐磨性均下降，加工性能和胎面胶的抗湿滑性得到改善。苯乙烯结合量增加，Tg升高，耐磨性下降；嵌段苯乙烯量增加，引起拉伸强度和定伸应力下降，生热和变形增加。支化星形溶聚丁苯橡胶滚动阻力降低，抗湿滑性能和耐磨性能都有提高。

性能：

（1）非结晶性橡胶，必须使用增强填料补强。补强后的强度能达到NR纯胶的水

（2）耐磨性较好，耐寒性较差（比NR），内耗大，生热高，弹性较低。

（3）耐热氧老化特性优于NR，硫化速度较NR慢（因SBR的双键浓度较低和苯环的体积位阻效应）；SBR的使用上限温度比NR高10-20℃。

（4）SBR的耐溶剂性能以及电绝缘性能与NR相似，因为均为非极性二烯类橡胶。

（5）加工性能比NR稍差，尤其是S-SBR 包辊性差，自粘互粘性差。

应用：

（1）应用广泛，除要求耐油、耐热、耐特种介质等特殊性能外的一般场合均可使用。

(2)主要用于轮胎工业，如轿车胎、拖拉机胎、摩托车胎中应用比例较大，载重及子午胎中应用比例较小些。