聚合物结构与性能复习题及答案资料

《聚合物结构与性能

II 》复习题

修改

以下是每位老师给出的复习题，每位老师会从自己给的复习题中抽出

1-2道作为最终考题

考试时间：12月4日（第十四周

周五）晚 6：00

武德珍老师

1、简述聚酰亚胺的结构与性能基本结构:

基本性能:

1.耐高温（Tg300℃以上，热分解温度500 ℃以上）和超低温（－269 ℃）；

2.优异的力学性能：拉伸强度：100MPa 以上，杜邦公司Kapton(均苯型)、 PMDA （均苯四甲酸二酐）/ODA （二胺基二苯醚）-PI 为250MPa ，日本宇部Upilex （联

苯型）为530MPa ；

3.优异的化学稳定性；耐有机溶剂，耐稀酸，不耐水解，可用于回收。

4.其它性能：高阻燃性，为自熄性聚合物，低热膨胀系数，很好的介电性（低介电常数和介电损耗），耐辐照,无毒。

2、简述制备聚酰亚胺无机纳米复合材料的方法（两种以上）及其特点（1）原位一步法（in situ single-stage ）

a ．表面镀银：将制备好的PI 母体溶液-聚酰胺酸溶液(PAA) 和银盐溶液混合成均相的溶液，浇铸成膜后，在薄膜进行热处理固化形成PI 过程中，银离子可以在没有外加还原剂的情况下，通过热诱导作用而自动还原，并且银粒子迁移到聚合物的表面，在聚合物的表面形成银层。

b ．制备PI/Fe2O3纳米复合材料薄膜（2）离子交换法

首先将已经固化完全的PI 薄膜在碱液的作用下进行表面化学刻蚀，使表层一定厚度的PI 开环形成聚酰胺酸盐，再将其与金属盐的水溶液进行离子交换，形成金属离子掺杂的聚酰胺酸层，然后在氧气存在的情况下进行热固化。在热固化的过程中聚酰胺酸发生环化反应重新生成聚酰亚胺，同时金属离子在热和氧的作用下通过自动生成金属氧化物纳米粒子并聚集在PI 薄膜表面，从而得到PI/金属氧化物复合薄膜。例如：a.直接离子交换自金属化制备表面镀银的pi b.化学处理离子交换法在pi 表面制备金属或者金属氧化物薄膜。（3）原位掺杂法

制备聚酰亚胺/r-Fe203纳米复合材料薄膜将适量PMDA 加入端氨基的纳米颗粒溶液中，反应后加入ODA ，反应三十分钟再加入当量的PMDA ，经过加热反应得到复合材料。结论：

1.利用聚酰亚胺溶液或者前驱体聚酰胺酸的性质可以将金属离子成膜。

2.金属离子结合的前驱体聚酰胺酸经过化学处理或者热处理可以得到PI/金属或者

金属氧化物纳米复合材料薄膜。

Ar

N

O

O

O N

O

Ar'

n

3.带有功能基团的纳米颗粒可以与PI或者PI的前驱体PAA结合，得到高性能或者功能化的PI薄膜

4.不同工艺结合可以得到多功能的PI纳米复合材料薄膜。

阎寿科老师

1、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。

2、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

张立群老师

1、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：

2、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)

()(log 2

1s s T

T T

C T T C a T s 为参考温度，C 1 ,C 2为取决于聚合物种类和参考温度的常数。如果取T s =T g ，C 1 ,C 2普适常

数C 1=17.44,C 2=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。

吴一弦老师

1、大分子工程的含义及其在聚合物材料制备中的应用。

答：大分子工程是指根据高分子材料需要的结构和性能，选择合适的聚合机理和聚合过程，制备出可满足性能与使用要求的高分子材料。

应用：a 、设计合理的大分子结构，包括链的尺寸、均匀性、拓扑结构、微观结构（顺序及规整度）、组成和功能性；

b 、无论人为还是环境的影响，能以低成本进行高选择性的精确合成；

c 、控制聚合过程，如温度、压力、溶剂、机械应力等条件，将大分子组装制备超分子；

d 、从分子水平和宏观上都能对制备的材料进行详细的表征；

e 、将聚合反应和聚合条件模型化，以获得期望的性能和功能，并优化整个过程。2、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：