聚合物结构与性能部分复习题

聚合物结构与性能复习题（仅部分）
名称解释、概念区分
名称解释
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。

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。

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。

等同周期：高分子结晶体中分子链方向相同结构重复出现的最短距离，又称为晶胞结构重复单元。

玻璃化转变温度：在受热或者受冷过程中，链段开始“解冻”或“冻结”的温度称为玻璃化转变温度。

熔融温度：结晶高聚物没有一个准确的熔点，它的熔融在较宽的温度下进行，此范围下的温度称为熔融温度。

取向度：指高聚物中的取向单元(分子链、构造单元、链段、微晶、微纤等)沿参考方向(如纤维中的纤维轴向)平行排列的程度
晶面指数：晶面指数是描述坐标轴的关系的一种符号。

概念区分
初期结晶与二次结晶：初期结晶是指液态或气态初步形成晶体的过程；二次结晶是指结晶后期发生在初晶结构不完善的部位，或者发生在初始晶残留下的非晶区内的结晶形象。

质量（重量）结晶度和体积结晶度：质量（重量）结晶度是指结晶部分的质量（重量）在总体中所占的质量（重量）百分数；体积结晶度是只结晶部分的体积在总体中所占的体积百分数。

应力与应变：应力是指受力物体截面内力的集度，即单位面积上的内力，；应变是指材料受到外力的作用引起受力物体内任一点（单元体）因外力作用引起的形状和尺寸的相对改变。

应力=模量*应变
微构象与宏构象：微构象即主链构象，是指高分子主链中一个键所设计的原子或者原子团构象；宏构象是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。

端基和侧基：侧基是指高分子主链连接而分布在主链旁侧的化学基团；而端基是指聚合物分子的链端基团。

结晶过程与熔融过程：结晶过程是指物质从液态（溶液状态或者熔融状态）或气态形成形成新相，析出晶体的过程；熔融过程是高聚物在受热温度达到熔点Tm后，链段热运动程度剧烈，从固相变成熔融的相变过程。

无规共聚物与嵌段共聚物：无规共聚物是指单体M1，M2在大分子链上无规排列，两单体在主链上呈随机分布，没有一种单体能在分子链上形成单独的较长链段的聚合物；嵌段共聚物是指将两种或两种以上性质不的共聚物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物。

大题部分（张老师题）
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？
答：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：①正交
晶系（复晶胞a≠b≠c α=β=γ=90）。

②三斜晶系。

此外，分子链的高度不对称性和柔性将造成高聚物的聚集态结构要比小分子复杂得多。

2. 涤纶纤维的无定形区取向度(fa)无法直接测定，一般通过测定结晶度(Xc)、晶区取向度(fc)、双折射(Δn)等参数，然后用公式间接求出。

请给出获得这些参数的仪器或方法，并给出计算fa的公式。

答：双折射法与X-ray法结合是测定非晶取向度的较好方法，即用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。

公式如下：
式中，其中为结晶度；Δnc0和Δna0分别是晶区与非晶区的特征双折射；fc和fa分别是晶区与非晶区的取向函数。

所需要测试的参数的测试仪器和计算如下：先利用X-射线衍射仪测定晶区的取向度fc，再利用量热法测定结晶度，然后用偏光显微镜测定双折射Δnc0和Δna0，然后将相关数据代入上述三个公式即可求的涤纶纤维的无定形区取向度(fa)。

3、概述结晶高聚物从低温到高温升温时，可能发生的热转变，其相应温度的名称；并给出转变的分子运动解释。

答、随着受热温度的增加，结晶高聚物可能发生的热转变有：玻璃化转变，对应的温度名称为玻璃化温度Tg；熔融态转变，对应的温度名称为熔点Tm；最后到达向粘流态转变，对应的温度名称为粘流温度Tf。

分子运动角度对发生的热转变解释如下：结晶高聚物由于含有非结晶部分，因此其温度形变曲线也会出现玻璃化转变，但由于结晶部分的存在，链段运动受到限制，模量下降较少。

对于结晶度很高的材料也会不出现玻璃化转变，即在Tg-Tm之间并不出现高弹态，只有达到熔点Tm，结晶瓦解，链段热运动程度迅速增加，模量才迅速下降。

为什么PE能制成高强高模纤维就是这个道理。

若高聚物分子量较高Tm<Tf，则在Tm与Tf 之间可以出现高弹态；若高聚物分子量较低，则Tm>Tf，大分子晶体熔融后直接变成粘流态。

4、请简述影响高聚物玻璃化转变温度的各种因素，并给出一种测试玻璃化转变温度的方法和简单原理。

答：影响玻璃化温度的因素有如下：①结构因素，包括链结构的影响、分子量的影响、共聚与共混的影响、交联的影响、结晶和取向的影响。

②外界条件的影响，包括升温速率、外力、测量频率、结晶和取向的影响，压力影响。

可以通过DTA方法测量玻璃化温度，原理为高聚物在玻璃化转变时由于改变热容使DTA曲线基线平移，如图所示(材料研究方法课本p118图22)，得到DTA曲线之后，以转折线的延线和基线延线的交点作为玻璃化温度Tg.
5、简单讨论高聚物的化学结构、超分子结构和测试条件对材料力学性能的的影响。

答：1）化学结构的影响：①链结构的影响，化学结构的规整性好，材料的强度好。

②分子量的影响，随着链原子数目(n) 的增大材料强度增大。

③交联的影响，交联对分子量高而坚硬的高聚物的强度几乎没有影响。

对于许多热固性树脂来说，交联后可以获得更好的强度。

④分子间作用力的影响，分子间作用力愈强(极性基团)，高聚物的强度也愈高。

2）超分子结构影响：①单位立方体模型的影响，在串联模型中，两相的应力相等，应变为两相应变之和，在并联模型中，两相的应变相等，应力为两相应力之和，混合模型则可以看成并串联之间的组合。

②结晶度对力学性能的影响，无论是并联模型或者串联模型，结晶度增大，E增大。

③晶粒尺寸的影响，在结晶度一定时，晶粒的体积越小，纤维的强度越大。

同时，晶粒的长径比越大，纤维的强度越大。

④取向度的影响，可以简单理解为取向度越大强度越大。

⑤织态结构的影响，高聚物中加入增塑剂、填料，以及高聚物共混物等复合材料都会影响其强度。

3）测试条件影响：①湿度的影响，湿度对纤维力学性能影响最严重的是初始模量，湿度增加，初始模量减少。

②温度的影响，一般说来，随着温度的降低，材料的断裂强度有所提高。

③试样夹持长度的影响，夹持长度越长，纤维的强度越低，伸长率越大。

④拉伸速率的影响，拉伸速率越小，伸长率越高，强度越低，拉伸速率越大，伸长率越小，强度越高。

6、单轴取向聚合物纤维在拉伸性能测试中可获得断裂强度、断裂伸长率、初始模量等参数，简单给出断裂强度、断裂伸长率和初始模量的定义以及聚合物的化学结构、超分子结构和测试条件对这些参数的影响。

(12分)
答：定义：断裂强度是纤维发生断裂时的应力；断裂伸长率是纤维断裂时的伸长量与原始长的比值，以百分数形式表示。

初始模量是指当应变小1%时，它的应力应变关系基本符合Hook 定律条件下的模量通。

影响：同题5
功能纤维部分复习题（徐老师题）
有机液体的污染来自哪几方面？
答、有机液体的污染主要来自源有三个方面：有机工业废水的排放，有机生活废水的排放，有机液体的泄露事故。

有机液体的排放将造成资源浪费，污染水源、食物、环境，还将引发疾病等危害。

有机液体功能纤维的优点。

答：有机液体功能纤维有以下优点：①纤维具有纤细、柔软、比表面积大、吸油速率快、回收处理方便等特点，可根据需要通过纺织或非织造加工制成各种形态的制品。

②通过调整制备工艺，可纺制具有不同超分子结构（如纤维轴向大分子取向度、纤维大分子侧基的序态分布）和形态结构（如赋予纤维特殊的微孔结构）的纤维，在保障纤维具有较好力学性能基础上，可有效增大纤维的吸附面积。

聚甲基丙烯酸系列非织造布的制备方法
答：聚甲基丙烯酸系列非织造布制备方法有三种：
第一种方法：以（甲基）丙烯酸酯为主要单体，结合丙烯腈或苯乙烯单体经过悬浮聚合法，合成甲基丙烯酸酯系列聚合物，再经熔融纺丝获得共聚物纤维，之后通过针刺法值得非制造布，技术路线图如下图。

第二种方法：
以甲基丙烯酸短链烷基酯为主要单体，结合其它单体，采用悬浮聚合法，通过控制聚合工艺过程，合成含潜在物理交联结构的甲基丙烯酸酯系聚合物，聚合物再与聚烯烃复合造粒、切粒，然后经过熔融纺丝法得到初生纤维后经过后整理得到具有吸附功能的纤维，再通过针刺法值得非制造布，技术路线图如下图。

第三种方法：
以甲基丙烯酸短链烷基酯为主要单体，结合其它单体，采用悬浮聚合法，通过控制聚合工艺过程，合成含潜在物理交联结构的甲基丙烯酸酯系聚合物，聚合物再与高熔融指数聚合物复合造粒、切粒，然后采用熔喷法值得非制造布，技术路线图如下图。