山东理工大学高分子物理练习题

8.当材料受到外力作用时,它的几何形状和尺寸将发生变化,这种变化就称为应变 ,用符号ε 表示. 9.时温等效原理 告诉我们, 升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的,它有重要的实用意义. 10.蠕变、应力松弛和滞后现象统称为聚合物的 力学松弛 现象. 11.高分子材料的形变性质是与时间有关的,介于理想弹性体和粘性体之间,因此它们常被称为 粘弹性材料 . 12.弹性模量是材料发生单位应变时的应力,模量愈大,材料的刚性 愈大 . 13.脆性断裂与韧性断裂的转折处的最高点称为 屈服点 . 14.Boltzmann 叠加原理说明: 聚合物的最终形变是各负荷所贡献形变的 简单加和 . 15.击穿强度定义为 击穿电压 V 和样品厚度 d 的比值 . 16.聚合物的 热导率很小,是优良的绝热保温材料. 二.名词解释: 1.构型#解:分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列.它包括几何(顺反)异构、旋光异构和键接异构,属于高分 子的近程结构. 2.θ 条件#解:我们可以通过选择溶剂和温度来满足∆ μ 1E = 0 的条件,我们把这个条件称为θ 条件.当溶液处于θ 条 件时,其热力学性质与理想溶液没有偏差,就可用有关理想溶液的定律来处理高分子溶液. 3.取向结构#解:在某些外力场(如拉伸应力或剪切应力)作用下,高分子链、链段或微晶可以沿外力作用方向择优排列 的结构.取向结构对材料的力学、光学、热性能影响显著. 4.碳链高分子#解:分子的主链全部由碳原子以共价键相连接的,它们大都由加聚反应制得.不易水解,耐热性低,如 PE、PP、PVC、PS、PMMA 等通用塑料. 5.链段#解:高分子主链上,由若干链节组成的刚性部分称为链段.链段越长,它所包含的结构单元越多,分子链的柔顺性 越小. 三.问答题: (30 分) 1.试从分子结构分析聚乙烯的柔顺性,但为什么它呈现塑料的性质?(6 分) 解:聚乙烯分子主链由饱和单键构成,分子链可以围绕单键进行内旋转;另外它没有取代基, 内旋转时无位阻效应分子 链柔顺.但是它的结构规整易结晶,所以呈现塑料的性质. 2.简述聚合物溶解过程的特点?(12 分) 解:非晶态聚合物的溶解过程分两个阶段:1).溶剂分子渗入聚合物内部,高聚物的体积膨胀,称为“溶胀”; 2).高分子均匀地分散在溶液中,形成完全溶解的分子分散的均相体系,完全溶解.交联聚合物由于存在交联键,只能达 到溶胀平衡,不能发生溶解.结晶聚合物的溶解过程也要经过两个阶段:1).结晶聚合物的熔融;2).熔融聚合物的溶解. 四.计算题 1.由文献查得涤纶树脂的密度ρc=1.50×103kg/m3 和ρa=1335×103kg/m3,内聚能ΔE=66.67kJ/mol(单元).今有 一块 1.42×2.96×0.51×10-6m3 的涤纶试样,质量为 2.92 ×10-3 kg,试由以上数据计算:(1)涤纶树脂试样的密度和 结晶度;(2)它的内聚能密度(涤纶树脂试样的 M0=192g/mol). 1.解: (1)密度ρ=W/V=2.92x10-3 /(1.42x2.96x0.51x10-6)=1.362x103kg/m3 结晶度 fcV=(ρ-ρa)/(ρc-ρa)=(1.362-1.335)/(1.50-1.335)=21.8%或 fcW=ρc/ρ.(ρ-ρa)/(ρc-ρa)=23.3% (2)内聚能密度 CED=ΔE/VM0=66.67x103/(1/1.362x103)x192=473J/cm3 2.已知某聚合物的 p 10.4(cal / cm 3 ) 2 ,溶剂 1 的 1 7.4 ,溶剂 2 的 2 11.9 .问将上述溶剂如何以最适合的比例混 合,使该聚合物溶解.
1 w w 1 2 Tg Tg1 Tg 2 解:
1 w 1 w1 1 233 ; w1 0.901 (环氧); w2 0.099 (聚丙烯酸酯) 富环氧树脂相: 368 393 1 w 1 w1 1 233 ; w1 0.28 (环氧); w2 0.72 (聚丙烯酸酯) 富聚丙烯酸酯相: 263 393
6. 应力集中: 如果材料存在缺陷,受力时材料内部的应力平均分布状态将发生变化,使缺陷附近局部范围内的应力急 剧地增加,远远超过应力平均值,这种现象称为应力集中. 三.简答题. 1.简述高聚物结构的主要特点. #答:高聚物的结构特点:分子很大且结构复杂;高分子链具有新的结构层次——高分子 链的构象和柔性;高聚物相对分子质量的统计性和多分散性;高分子链结构中存在有一般小分子化合物所没有的交联 结构;结构单元之间的范德华力非常大以至于高聚物根本不存在气态;高聚物凝聚态结构的复杂性. 2.简要分析影响高分子链柔顺性的因素. #答:(1)主链结构:碳链高聚物主链无极性,分子内相互作用小,内旋转位垒也 较小,所以分子链的柔性大.含孤立双键的高分子链,由于邻近双键的单键的内旋转容易,故柔性较好.含共轭双键的高 分子链主链不能旋转,是刚性链.杂链高聚物的分子链是柔性链. (2)取代基的影响:极性,取代基沿分子链排布的距离, 取代基在主链上的对称性,取代基的体积 (3)氢键,体积效应,溶剂的作用. 3.Flory-Huggins 溶液理论的贡献是什么?该理论成立的前提是真实体系引入平均化假定,试说明这些假定条件. 答:Flory-Huggins 借助于类晶格模型运用统计热力学方法推导出高分子溶液的混合熵,混合热等热力学性质的表达 式.该理论的的推导是建立在如下假定之下:(1)溶液中分子的排列像晶体一样是一种类似晶格的排列,高分子由 x 个链 段组成,每个链段的体积与溶剂分子的体积相等.(2)高分子链是柔性链,所有的构象具有相同的能量.(3)溶液中高分子 链段是均匀分布的. 4.试述高聚物平衡高弹性的特点、热力学本质和分子运动机理.#答:1)弹性应变大;2)弹性模量低;3)T 升高,高弹平衡 模量增加;4)快速拉伸,温度升高.*热力学本质:熵弹性;*分子运动机理:链段运动从卷曲构象转变为伸展的构象. 计算题:35℃时,环己烷为聚苯乙烯(无规立构)的θ溶剂.现将 300mg 聚苯乙烯(ρ=1.05 g/cm3,Mn=1.5×105)于 35℃溶于 150ml 环己烷中,试计算:(1)第二维利系数 A2;(2)溶液的渗透压 解:(1)由于 35℃和 溶剂可知，聚合物处于 状态，此时溶液可当做理想溶液处理，则 A2=0,X=1/2 (2)C=m/V=300x10-3/150=2x10-3g/cm3
1பைடு நூலகம்
混 11 2 2 P； 7.41 11.92 10.4； 7.41 11.9(1 1 ) 10.4 1 1 ；1 : 2 1 : 2 3
练习题三 一、选择题 C1.下列方法中,不能测定聚合物熔体粘度的是( )(A)毛细管粘度计(B)旋转粘度计(C)乌氏粘度计(D)落球粘度计 B2.当高分子溶液从凝胶渗透色谱柱中被淋洗出来时,溶液中的分子的分离按( ) (A)分子量 (B)分子流体力学 (C)分子链柔性 (D)分子间相互作用能的大小 C3.下列高聚物中属无规共聚物的是( )(A)尼龙 66 (B)聚氨酯热塑弹体 (C)丁苯橡胶 (D) 聚对苯二甲酸乙二醇酯 D4.下列三类物质中,具有粘弹性的是 ( )(A)硬塑料 (B)硫化橡胶 (C)聚合物熔体 (D)三者都有 C5.下列高聚物-溶剂对中,在室温下可溶解的是( ) (A)聚乙烯-甲苯 (B)聚丙烯塑料-四氢萘 (C)尼龙-甲酰胺 (D)丁腈橡胶-汽油 C6.分别将下列高聚物熔体在冰水中淬火,所得固体试样中透明度最高的是( ) (A)全同立构聚丙烯 (B)聚乙烯 (C)聚对苯二甲酸丁二醇酯 (D)ABS BCD7.下列方法中可测得数均分子量的方法有( )(A)粘度法 (B)沸点升高 (C)膜渗透压 (D)GPC 法 (E)光散射法 ABD8.下列高聚物中,在室温下可以溶解的有( )(A)尼龙-66 (B)PET (C)LDPE (D)聚乙酸乙烯酯 B9.下列通用塑料中,使用温度上限为 Tm 的是( )(A)聚苯乙烯 (B)聚甲醛 (C)聚氯乙烯 BCD11.下列参数中可作为选择溶剂依据的有( ) (A)均方末端距 (B)溶解度参数δ (C)高聚物-溶剂相互作参数 (D)第二维利系数 A2 B12.高聚物的结晶度增加,则:( )(A)抗冲击强度增加 (B)拉伸强度增加 (C)取向度增加 (D)透明性增加 C13.结晶型聚合物的结晶温度范围是( )(A)Tb～Tg (B)Tm～Td (C)Tg～Tm (D)Tg～Td B14.下列哪种结晶形态具有黑十字消光图像的( )(A)纤维状晶 (B)球晶 (C)单晶 (D)树枝晶 C15.大多数聚合物流体属于( )(A)膨胀型流体 (B)牛顿流体 (C)假塑性流体 (D)宾哈流体 B16.高聚物玻璃化转变实质是:( )(A)相变过程 (B)松弛过程 (C)熔融过程 E17.加工聚碳酸酯时,欲获提高流动性最有效的措施是:( ) (A)增加切应力 (B)增加分子量 (C)采用分子量分布窄的产品 (D)降低温度 (E)增加温度 D18.下列方法中,可以降低熔点的是:( )(A)p 区主链上引入芳杂环 (B)降低结晶度 (C)提高分子量 (D)加入增塑剂 C19.橡胶产生弹性的原因是拉伸过程中( )(A)体积变化 (B)内能变化 (C)熵变 B20.高聚物的结晶度增加,则: ( )(A)抗冲击强度增加 (B)拉伸强度增加 (C)取向度增加 (D)透明性增加 二.名词解释 1.链段和链节 :高分子链中能自由取向并在一定范围独立运动的最小单元称为链段. 链节是指高分子链中不断重复的单元. 2.构型:是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列,这种排列是稳定的.要改变构型,必须经过化学键的断裂和重 组. 构象:由于内旋转而产生的高分子链在空间的排列. 3.玻璃化转变:是分子链段获得了足够的能量,以协同方式开始运动,不断改变构象,所导致的一系列物理性质如形变, 模量,比体积,比热,密度,粘度,折光指数,介电常数等发生突变或不连续变化的过程. 4.液晶态:某些物质的结晶受热熔融或被溶剂溶解之后,仍部分地保持晶态物质分子的有序排列,呈现各项异性的物理 性质,形成一种兼有晶态和液态部分性质的过渡状态,称为液晶态. 5.时－温等效原理:升高温度与延长时间对分子运动是等效的,对聚合物的粘弹行为也是等效的. (D)有机玻璃 C10.下列高聚物中,使用温度下限为 Tg 的是( )(A)聚乙烯 (B)聚四氟乙烯 (C)聚二甲基硅氧烷 (D)环氧塑料
练习题二 一、 填充题: 1.1920 年,德国科学家 H.Standinger 在《德国化学会会志》上发表的 《论聚合》 , 是篇划时代的文献. 他又做了 一系列卓有成效的工作. 为此, 在 1953 年他以 “链状大分子物质的发现”荣获诺贝尔化学奖. 2.交联高分子是不溶不熔的, 只有当交联度不太大时, 才能在溶剂中 溶胀 . 3.在高分子晶系中,由于长链造成各向异性而不出现(立)正方晶系. 4.聚碳酸酯、环氧树脂、尼龙 66、聚芳砜等工程塑料,主要由缩聚和开环聚合反应得到,它们属于 杂链 高分子. 5.温度升高,材料逐步变得软而韧,断裂强度下降,断裂伸长率 增加 . 6.粘流温度是加工成型的下限温度,而 分解温度 是加工成型的上限温度. 7.冷却越快,观察时间越短,测得的玻璃化温度就 越高 .
练习题一 一、列举测定或表征或观察下列性质的方法各三种,列举方法的名称即可,描述过程或原理亦可. 1.玻璃化温度:模量-温度曲线,体膨胀计,DSC,粘度 2.熔点:DSC,体膨胀计,偏光显微镜,XRD 3.平衡熔点:晶片厚度,结晶温度,熔融焓与熔融熵之比 4.结晶速率:体膨胀计,DSC,偏光显微镜 5.结晶度:DSC,XRD,密度法 6.取向度:双折射,声速法,XRD 7.韧性:冲击,应力-应变曲线,断裂面 8.熔体弹性:挤出胀大,包轴效应,熔体破裂,弹性回复 9.数均分子量:端基分析,渗透压,冰点降低,沸点升高,GPC 10.第二维利系数:渗透压,光散射,中子散射 二、简答题: 1.从应力-应变曲线中可以获得哪些信息?#答:弹性模量,屈服强度,屈服应变,断裂强度,断裂伸长率,韧性 2.滞后环代表什么?是怎样造成的? #答:代表应变每变化一周的能量损耗.由于分子运动受到阻力,构象松弛需要时间而造成. 3.简述玻璃化转变自由体积理论. #答:玻璃化转变温度以下只有固有体积的膨胀,玻璃化转变温度以下除固有体积膨胀外,自由体积迅速膨胀, 导致体积膨胀出现突变. 玻璃化转变点是自由体积分数达到临界值的温度. 4.讨论应力松弛过程中结构单元运动方式.#答:依次为键长、键角的松弛,链段的松弛,分子链的松弛 5.讨论聚合物熔融过程中产生熔限的原因.#答:由于晶格完善程度不同而产生. 三:计算题 环氧树脂的 Tg=120℃,聚丙烯酸酯的 Tg=-40℃,二者的共混体系分成两相,其中富环氧树脂相的 Tg=95℃,富聚丙 烯酸酯相的 Tg=-10℃,求两相的组成.(提示:FOX 方程)