高分子物理期末考试试题3卷参考答案
高分子物理期末考试试题3卷参考答案
一名词解释（每题2分，共10分）：
1.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。
2．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。
3．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。
4.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。
5.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.
二、简答题（每题5分，共40分）：
1.聚丙烯腈只能用溶液纺丝，不能用熔融纺丝，而涤纶树脂可用熔融纺丝。为什么？
答：聚丙烯腈带有强极性的腈基，分子间作用力极大，熔点极高，以至于高于分解温度，所以不能采用熔融纺丝，而只能进行溶液纺丝；而聚酸结构中不含强极性取代基，分子间作用力小，熔点较低，所以可以用熔融法纺丝。
2．聚合物有哪些层次的结构?
答：高分子链的结构（一级结构）：单个高分子链中原子或基团的几何排列情况。包含一次结构和二次结构。
高分子的聚集态结构（二级结构):指具有一定构象的高分子链通过范德华力或氢键的作用，聚集成一定规则排列的高分子聚集体结构。
高分子的一次结构：研究的范围为高分子的组成和构型，指的是单个高分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构，故又称化学结构或近程结构。高分子的二次结构：研究的是整个分子的大小和在空间的形态，又称远程结构。
3．什么是溶胀？什么是溶解？试从分子运动的观点说明线型聚合物和交联聚合物溶胀的最终状态的区别。
答：溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体积膨胀称为溶胀。
溶解是溶质分子和溶剂分子相互混合的过程。线型高分子分子溶胀后由于能分散于溶剂中而溶解，而交联高分子因其化学键束缚，不能进一步使交联的分子拆散，只能溶胀，不能溶解。
4.根据对材料的使用要求，有哪些途径可改变聚合物的Tg。
答：(1)改变主链或取代基的组成。主链中引入芳杂环或极性侧基均可提高Tg；（2）加入增塑剂；（3）控制分子量；（4）适度交联；（5）共聚-内增塑作用；
（6）共混等。
5.试判别在半晶态聚合物中，发生下列转变时，熵值如何改变？并解释其原因：（1）Tg转变；（2）Tm转变；（3）形成晶体；（4）拉伸取向。
答：（1）Tg转变时熵值增大，因链段运动使大分子链的构象数增加；
（2）Tm转变时熵值增大，理由同（1），另外晶格破坏也使分子的混乱度增加；（3）形成结晶时熵值减小，因大分子链规整排列，构象数减少；
（4）拉伸取向时熵值减小，理由同（3）。
6．写出三个判别溶剂优劣的参数；并讨论它们分别取何值时，该溶剂分别为聚合物的良溶剂、不良溶剂、θ溶剂。
答：χ1<1/2 ， A2>0 ，溶胀因子α>1为良溶剂；
χ1>1/2 ， A2< 0 α<1为不良溶剂；
χ1=1/2 ， A2=0 ，α=1为θ溶剂。
7.聚合物分子量分布的测定方法
答：(1) 利用聚合物溶解度的分子量依赖性，将试样分成分子量不同的级分，从而得到试样的分子量分布，如沉淀分级、柱上溶解分级和梯度淋洗分级。(2) 利用高分子在溶液中的分子运动性质，得到试样的分子量分布，如超速离心沉降速度法。
(3) 利用高分子颗粒大小的不同，得到试样的分子量分布，如凝胶渗透色谱法、扩散速度法、热扩散法、区域熔融法、透析法以及电子显微镜法等。
8.如何判别高分子的相容性？
答：（1）观察共混体系的透光率，相容的均相体系是透明的；非均相体系呈现浑浊。但如两种聚合物的折光率相同或微区尺寸远小于可见光波长，即使是不相容的分相体系，表现上却仍然为透明的。
（2）共混聚合物的玻璃化温度Tg是判断相容性的最通用和最有效的方法。a，完全相容的共混体系只有一个Tg，且介于两个共混聚合物各自的Tg1和Tg2之间。b、相分离的非均相体系则有两个Tg。
三、选择题（在下列各小题的备选答案中，请把你认为正确答案的题号填入题干的括号内。少选、多选不给分。每题1.5分，共15分）
1．结晶型聚合物的结晶温度范围是 c 。
A．Tb～Tg； B．Tm～Td； C．Tg～Tm； D．Tg～Td
2．结晶聚合物在结晶过程中 B 。
A．体积增大； B．体积缩小； C．体积不变
3.（ C ）是指熔融成型或浓溶液成型中，高聚物的分子链段或其他添加剂沿剪切流动的运动方向排列。
A、拉伸取向
B、双轴取向
C、流动取向
D、单轴取向
4.下列哪种结晶形态具有黑十字消光图像的（ B ）。
A、纤维状晶
B、球晶
C、单晶
D、树枝晶
5．结晶聚合物随着结晶度增加，其 a 、c 、 d 、g 是增大的，而 b 、 e 降低。
A．比重； B．伸长率； C．熔点； D．抗冲击强度； E．抗拉强度； F．硬度； G．刚度
6.制备纺丝溶液时，对所用溶剂的要求：(A B C D)
A 溶剂必须是聚合物的良溶剂，以便配成任意浓度的溶液。
B 溶剂有适宜的沸点，这对于干法纺丝尤为重要。
C 尽量避免采用易燃，易爆和毒性大的溶剂。
D 溶剂来源丰富，价格低廉，回收简单，在回收过程中不分解变质。7
7.Tg温度标志着塑料使用的 B 和橡胶使用的 A 。前者常表征塑料的
C ，后者表征橡胶的
D 。
A.最低温度
B.最高温度
C.耐热性
D.耐寒性.
8.在聚合物的力学松弛现象中，A和D属于静态粘弹性，B和 C属于动态粘弹性。
A.蠕变
B.力学损耗
C.滞后
D.应力松弛
9.Tg是链段开始“解冻“的温度，因此凡是使链段的柔性__A___，使分子间作用力 A 的结构因素均使Tg下降。
A：增加降低 B：增加上升
C: 减少上升 D：减少降低
10.下列哪种力学模型可以模拟交联高聚物的蠕变过程 B 。
A. MAXWELL模型 B . VOINT模型
C. 四元件模型
D. 多元件模型
四、填空题（每空1分，共15分）
1．运动单元具有多重性: 侧基，支链，链节，链段和整个分子等。
2 .按照制备方法，液晶可分为溶致型和热致型。
3. 一硫化橡胶试样在周期性交变拉伸作用下，应变落后于应力变化的现象称为滞后现象，对应于同一应力值，回缩时的应变大于拉伸时的应变；拉伸曲线下的面积表示外力做的功，回缩曲线下的面积表示回缩力，两个面积之差表示力学损耗。
4．分子量的分级方法逐步降温分级法，逐步沉淀分级法，溶解分级法，梯度淋洗法等。
五、计算题（每题10分，共20分）。
1、由文献查得涤纶树脂的密度ρ
c =1.50×103kg/m3和ρ
a
=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M
=192g/mol).
解:(1)密度ρ=W/V=2.92×10-3/(1.42×2.96×0.51×10-6)=1.362×103kg/m3
结晶度f
c V=(ρ-ρ
a
)/(ρ
c
-ρ
a
)=(1.362-1.335)/(1.50-1.335)=21.8%
或 f
c W=ρ
c
/ρ·(ρ-ρ
a
)/(ρ
c
-ρ
a
)=23.3%
(2)内聚能密度CED=ΔE/VM
=66.67×103/(1/1.362×103) ×192=473J/cm3 2、某交联橡胶试样于298K时，经物理测试得以下数据：试片尺寸=0.2×1×2.8 cm3;试片质量=0.518g;试片被拉伸一倍时的拉力F=2 kg.试由以上数据求此橡胶的网链平均分子量.
解:由橡胶状态方程σ=f/ A
0=ρRT(λ- 1/λ2 )/M
c
ρ=W/V=0.518×10-3/0.2×1×2.8×10-6=925 kg/m3
λ=2,R=8.314J/mol·K, T=298K
σ=f/ A0=2×9.8/0.2×1×10-4=9.8×105N/m2
∴M
c
=ρRT(λ- 1/λ2 )/σ=925×8.314×298(2-1/22)/9.8×105=4.09 kg/mol