高分子物理课后答案,何曼君,第三版 第三章 高分子的溶解过程与小分子相比有什么不同？ 高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊，两者运动分子运动速度差别很大，现是溶剂分子渗入高聚物内部，是高聚体膨胀，称为“溶胀”，然后高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系。对于交联的高分子只停留在溶胀阶段，不会溶解。 第二维里系数A2的物理意义？ 第二维利系数的物理意义是高分子链段和链段间的内排斥与高分子链段和溶剂分子间能量上相互作用、两者相互竞争的一个量度。它与溶剂化作用和高分子在溶液里的形态有密切关系。良溶剂中，高分子链由于溶剂化作业而扩张，高分子线团伸展，A2是正值；温度下降或在非良溶剂，高分子线团收缩，A2是负值；当链段与链段、溶剂与高分子链段相互作业想等时，高分子溶液符合理想溶液的性质，A2为零，相当于高分子链处于无扰状态。 高分子的理想链和真实链有哪些区别？ ①理想链是一种理论模型，认为化学键不占体积，自由旋转，没有键角和位垒的限制，而真实链有键角限制和位垒的限制。 ②理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用，而真实链要考虑链节与链节之间的体积排除和链与周围环境的相互作用以及链与链之间的相互作用等。 高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质的区别？ 三种溶液最本质的区别体现在溶液中和高分子无规线团之间的相互作用和无规线团的形态结构不同： ① 稀溶液：高分子线团是相互分离的，溶液中高分子链段的分布也是不均一的；线团 之间的相互作用可以忽略。 ②浓溶液：大分子链之间发生相互穿插和缠结，溶液中链段的空间密度分布趋于均一。 ② 亚浓溶液：亚浓溶液介于稀溶液和浓溶液之间，高分子线团开始相互穿插交叠，整 个溶液中链段的分布趋于均一；高分子线团与临近线团开始相互作用。 第四章一般共混物的相分离与嵌段共聚物的微相分离在本质上有何差别？ 由于嵌段共聚物的嵌段间不相容而发生相分离，平均相结构微区的大小只有几十到几百纳米，即微相分离，两相之间的作用力是化学键。两种聚合物共混时，由于混合熵很小，混合晗决定于聚合物之间的相互作用，通常较小，所以两种聚合物混合自由能通常大于零，是分相的。而一般共混物两相界面之间的作用力是分子间作用力或氢键，其分相可能是宏观可
判断题 1 结晶性聚合物不一定总就是形成结晶聚合物(√) 交联前的线性聚合物就是结晶性聚合物,交联度不太大时,有结晶能力,但随交联度增大,结晶能力减小;当交联度太大时,丧失结晶能力 需要结晶条件 5、不能通过改变高分子的构象提高高分子的等规度。(√) 高分子的等规度就是由分子的化学结构决定的,要改变改变高分子的等规度必须改变高分子的构型。 06年判断题: 1、双酚A型聚碳酸酯就是结晶性聚合物,所以一定形成结晶聚合物(×) 原因:交联前的双酚A型聚碳酸酯聚合物就是结晶性聚合物,交联度不太大时,有结晶能力,但随交联度增大,结晶能力减小;当交联度太大时,丧失结晶能力 需要结晶条件 8、尼龙1010,尼龙66,尼龙610这三种尼龙熔点最高的就是尼龙66(√) 氢键密度 1影响高分子柔顺性的因素有哪些？聚乙烯单个分子的柔顺性很好,为什么高聚物不能作为橡胶使用而作塑料用？ 答: (1) 影响高分子的柔顺性有那些因素: ○1高分子主链结构中键长越长,键角越大或含有孤立双键,单键内旋转
越容易,高分子的共轭双键,芳杂环,典型刚性键,高分子的柔顺性较差(体积) ○2侧基的极性越大,柔顺性越差,若含有氢键时,柔顺性更差,侧基的刚性越大,柔顺性越差,但沿主链刚性侧基密度增大,柔顺性更差(体积) ○3分子量越大分子链的柔顺性越好 ○4高分子发生交联,交联度不大时,对柔顺性影响不大,交联度太大时,分子链失去柔顺性 ○5高分子的聚集态结构决定高分子的柔顺性能否表现出来 ○6温度越高,外力越大,分子链的柔顺性越好;外力作用速度越大,分子链的柔顺性越难表现出来,加入溶剂,分子链的柔顺性较好,但还与外界条件有关 (2)对称,柔性越大,分子结构越规整,但同时结晶能力越强,高分子一旦结晶,链的柔顺性就表现不出来,聚合物呈现刚性,聚乙烯的分子链就是柔顺的,但由于结构规整,很容易结晶,失去弹性,所以聚乙烯聚合物能够作塑料用不能作橡胶用。 2、作出下列高聚物的温度—形变曲线,标出各特征温度,并简要说明。 (1)自由基聚合 的聚苯乙烯:试样B的分子量适中,试样A的分子量较小。 (2)聚乙烯:试样A的分子量适中,试样B的分子量很大。 PS为非晶高聚物,分子量小的高弹平台很短或没有高弹态。PE 为结晶高聚物,分子量小的没有Tf,分子量大的有 3、分子结构,分子量与外力作用时间如何影响高聚物的粘流温度?
第一章 填空题 1、对于聚乙稀自由旋转链，均方末端距与链长的关系是（）。 解： 2、等规聚丙烯经体中分子链处于（）构象。 解：螺旋 3、C5链至少有（）种构象。 解：9 4、高分子链的柔顺性越大，它在溶液中的构象数越（），其均方末端距越（）。 解：多 小 5、聚异戊二烯可以生成（）种有规异构体，它们是（）。 解：六 顺式1,4加成聚异戊二烯，反式1,4加成聚异戊二烯，全同1,2加成聚异戊二烯，间同1,2加成聚异戊二烯，全同3,4加成聚异戊二烯，间同3,4加成聚异戊二烯 判断题 1、下列聚合物分子链柔顺性的顺序是（） 硅橡胶>聚异丁烯>聚甲基丙烯酸甲酯>聚二甲基苯基醚氧 解析：表述正确。 2、-{-CH2CH2-St-}-和-{-CH=CH-St-}-两种聚合物的分子链都含有苯环，所以刚性较好，在 室温下都可以作为塑料使用（） 解析：高分子链的柔性与实际材料的刚柔性不能混为一谈。判断材料的刚柔性，必须同时考虑分子内的相互作用以及分子间的相互作用和凝聚状态。 3、不同聚合物分子链的均方末端距越短，表示分子链柔顺性越好（） 解析：这种说法是错误的。 4、高斯链的均方末端距远大于自由旋转链的均方末端距（） 解析：这种说法是错误的。 5、理想的柔性链运动单元为单键（） 解析：表述正确。对于真实的柔性链运动单元为链段。 6、因为天然橡胶相对分子质量很大，加工困难，故加工前必须塑炼（） 解析：表述正确。 7、因为聚氯乙烯分子链柔顺性小于聚乙稀，所以聚氯乙烯塑料比聚乙稀塑料硬（对？）解析：表述正确。 8、无规聚丙烯分子链中的－C－C－单键是可以内旋转的，通过单键内旋转可以把无规立构
第一章高分子链的结构 1.试述《高分子物理》的主要内容； 2.高分子结构的组成部分； 3.根据高分子链构型的不同，有哪些异构体？ 4.试比较线性、支化和交联高分子的溶熔性能； 5.根据序列结构的不同，共聚物有哪些类型？其中哪些类型共聚物的性能与相应均聚物的性能有一定联系？ 6.高分子“链段”的概念。 第二章高分子的凝聚态结构 1.高分子凝聚态结构的重要性； 2.晶态聚合物有哪些结构模型？ 3.结晶度的测定方法； 4.液晶聚合物的应用； 5.取向与结晶的区别； 6.根据共混物的性能与应用，聚合物共混物可分为哪几类？ 第三章高分子溶液 1.聚合物溶解过程的特点； 2.溶剂对聚合物溶解能力的判定； 3.聚电解质溶液的黏度和渗透压的特点； 4.极性与非极性聚合物增塑的机理。 第四章聚合物的分子量和分子量分布 1.聚合物常用的几种统计平均分子量； 2.聚合物分子量的测定方法有哪些？ 3.聚合物有哪些黏度表示法？ 4.聚合物分子量分布的测定方法可分哪几类？各类有哪些方法？ 第五章聚合物的分子运动和转变 1.聚合物分子运动的特点； 2.高分子热运动的类型； 3.自由体积理论认为物体的体积包括哪几部分？各部分体积在玻璃化温度上下是如何变化的？ 4.分别概括影响Tg、Tm和结晶的因素。 第六章橡胶弹性 1.聚合物受到拉伸、剪切和压缩作用时，相应的应力、应变及弹性模量公式； 2.杨氏模量、切变模量和体积模量的关系； 3.聚合物高弹性的本质； 4.橡胶状态方程（三种）。 第七章聚合物的黏弹性 1.温度和外力作用频率对聚合物内耗的影响；
2.什么是时温等效原理？有什么意义？ 3.作业题7-12 第八章聚合物的屈服和断裂 1.请画出聚合物的五种类型应力-应变曲线(注明类型)； 2.剪切带进一步发展，材料会发生什么变化？银纹进一步发展又会怎样？ 3.脆性断裂和韧性断裂的区别？ 4.温度和应变速率如何影响断裂应力和屈服应力？ 5.影响聚合物强度的因素； 6.怎样的裂缝容易导致材料开裂？ 7.名词解释：增强、增韧。
一、单项选择题 1．高分子的基本运动是（ B ）。 A．整链运动 B．链段运动 C．链节运动 2．下列一组高聚物分子中，柔性最大的是（ A ）。 A.聚氯丁二烯 B.聚氯乙烯 C.聚苯乙烯 3. 下列一组高聚物中，最容易结晶的是( A ). A.聚对苯二甲酸乙二酯 B. 聚邻苯二甲酸乙二酯 C. 聚间苯二甲酸乙二酯4．模拟线性聚合物的蠕变全过程可采用（ C ）模型。 A.Maxwell B. Kelvin C. 四元件 5.在半晶态聚合物中，发生下列转变时，判别熵值变大的是（ A ）。 （1）熔融（2）拉伸取向（3）结晶（4）高弹态转变为玻璃态 6.下列一组高聚物分子中，按分子刚性的大小从小到大的顺序是（ ADBFC ）。 A.聚甲醛； B.聚氯乙烯； C.聚苯乙烯； D. 聚乙烯；F. 聚苯醚 7．.假塑性流体的特征是（ B ）。 A．剪切增稠 B．剪切变稀 C．粘度仅与分子结构和温度有关 8.热力学上最稳定的高分子晶体是（ B ）。 A．球晶 B．伸直链晶体 C．枝晶 9.下列高聚物中，只发生溶胀而不能溶解的是（ B ）。 A. 高交联酚醛树脂； B. 低交联酚醛树脂； C.聚甲基丙稀酸甲脂 10.高分子-溶剂相互作用参数χ1（ A ）聚合物能溶解在所给定的溶剂中 A. χ1<1/2 B. χ1>1/2 C. χ1=1/2 11.判断下列叙述中不正确的是（ C ）。 A．结晶温度越低，体系中晶核的密度越大，所得球晶越小； B．所有热固性塑料都是非晶态高聚物； C．在注射成型中，高聚物受到一定的应力场的作用，结果常常得到伸直链晶体。 12. 判断下列叙述中不正确的是（ C ）。 A．高聚物的取向状态是热力学上一种非平衡态； B．结晶高聚物中晶片的取向在热力学上是稳定的； C．取向使材料的力学、光学、热性能各向同性。 13.关于高聚物和小分子物质的区别，下列( D )说法正确 ⑴高聚物的力学性质是固体弹性和液体粘性的综合； ⑵高聚物在溶剂中能表现出溶胀特性，并形成居于固体和液体的一系列中间体系； ⑶高分子会出现高度的各向异性。 A. ⑴⑵对 B. ⑵⑶对 C. ⑴⑶对 D.全对
高分子物理第六章溶液部分 3-1简述聚合物的溶解过程，并解释为什么大多聚合物的溶解速度很慢？解：因为聚合物分子与溶剂分子的大小相差悬殊，两者的分子运动速度差别很大，溶剂分子能比较快地渗透进入高聚物，而高分子向溶剂地扩散却非常慢。这样，高聚物地溶解过程要经过两个阶段，先是溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体积膨胀，称为“溶胀”，然后才是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解地分子分散的均相体系。整个过程往往需要较长的时间。高聚物的聚集态又有非晶态和晶态之分。非晶态高聚物的分子堆砌比较松散，分子间的相互作用较弱，因而溶剂分子比较容易渗入高聚物内部使之溶胀和溶解。晶态高聚物由于分子排列规整，堆砌紧密，分子间相互作用力很强，以致溶剂分子渗入高聚物内部非常困难，因此晶态高聚物的溶解要困难得多。非极性的晶态高聚物（如PE）在室温很难溶解，往往要升温至其熔点附近，待晶态转变为非晶态后才可溶；而极性的晶态高聚物在室温就能溶解在极性溶剂中。 例3-2.用热力学原理解释溶解和溶胀。解：（1）溶解：若高聚物自发地溶于溶剂中，则必须符合：ΔG=ΔH.TΔS≤0上式表明溶解的可能性取决于两个因素：焓的因素（ΔH）和熵的因素（ΔS）。焓的因素取决于溶剂对高聚物溶剂化作用，熵的因素决定于高聚物与溶剂体系的无序度。对于极性高聚物前者说影响较大，对于非极性高聚物后者影响较大。但一般来说，高聚物的溶解过
程ΔS都是增加的，即ΔS>0。显然，要使ΔG<0，则要求ΔH 越小越好，最好为负值或较小的正值。极性高聚物溶于极性溶剂，常因溶剂化作用而放热。因此，ΔH总小于零，即ΔG<0，溶解过程自发进行。根据晶格理论得ΔH＝χ1KTN1φ2（3-1）式中χ1称为Huggins参数，它反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。χ1KT的物理意义表示当一个溶剂分子放到高聚物中去时所引起的能量变化（因为N1=1,φ1≈1,ΔH≈χ1KT）。而非极性高聚物溶于非极性溶剂，假定溶解过程没有体积的变化（即ΔV=0），其ΔH的计算可用Hildebrand的溶度公式：ΔH＝Vφ1φ2(δ1.δ2)2（3-2）式中φ是体积分数，δ是溶度参数，下标1和2分别表示溶剂和溶质，V是溶液的总体积。从式中可知ΔH 总是正的，当δ1..→δ2时，ΔH..→0。一般要求δ1与δ2的差不超过1.7～2。综上所述，便知选择溶剂时要求χ1越小或δ1和δ2相差越小越好的道理。注意：①Hildebrand公式中δ仅适用于非晶态、非极性的聚合物，仅考虑结构单元之间的色散力，因此用δ相近原则选择溶剂时有例外。δ相近原则只是必要条件，充分条件还应有溶剂与溶质的极性和形成的氢键程度要大致相等，即当考虑结构单元间除有色散力外，还有偶极力和氢键作用时，则有ΔH=Vφφ[()(pp)()22122122121hhddδδδδδδ.+.+.]式中d、p、h分别代表色散力、偶极力和氢键的贡献，这样计算的δ就有广义性。②对高度结晶的聚合物，应把熔化热ΔHm和熔化熵ΔSm包括到自由能中，即ΔG=(ΔH+ΔHm).T(ΔS+ΔSm)当
高分子物理学思考题及习题 第1章 思考题 1-1 重要概念：高分子化合物；高分子材料（聚合物）；天然高分子材料；人工合成高分子材料；塑料；橡胶；纤维；功能高分子；结构单元；聚合度；线形分子链（线形高分子）；支化分子链（支化高分子）；交联网络（交联高分子）。 1-2 了解高分子材料的分类法和命名法。 1-3 与小分子化合物和小分子材料相比，高分子化合物与高分子材料的结构有哪些重要特点使之具有独特的性能？将这些特点牢记在心。 1-4 仔细阅读关于高分子材料的“多分散性和多尺度性”、“软物质性”及“标度性”的说明，理解其意义。 1-5 了解高分子物理学的核心内容和主要学习线索，体会“高分子物理学是研究高分子材料结构、分子运动与性能的关系的学说”。 1-6 阅读“高分子物理学发展简史及研究热点”一节，了解当前高分子物理学的热点问题和发展方向。 1-7 根据生活经验，列举一些适合用作塑料、橡胶或纤维的聚合物名称。 1-8 下列一些聚合物（我国的商品名称）：丁苯橡胶，氯丁橡胶，硅橡胶，环氧树脂，脲醛树脂，聚氯乙烯，聚碳酸脂，涤纶，锦纶，腈纶。试分别写出各自结构单元的化学结构式及合成所需单体的化学结构式。 第一章习题可能与高分子化学学习内容重复，可不做。 第2章 思考题及习题 2-1重要概念：近程结构；远程结构；构型；构象；无规线团；内旋转；内旋转
势垒；分子链柔顺性（静态和动态）；链段；均方末端距；均方旋转半径；自由连接链；自由旋转链；等效自由连接链；Kuhn等效链段；高斯链；θ条件/θ状态；Flory特征比（刚性因子）。 （1）近程结构：包括构造和构型。构造是指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列顺序，支链的类型和长度等。构型是指由化学键所固定的链中原子或基团在空间的排列。 注意：近程结构相当于“链的细节”。构造着重于链上的原子的种类、数目比例、相互连接关系。构型涉及空间立体异构（顺反异构、旋光异构）。 （2）远程结构：包括分子的大小、构象和形态，链的柔顺性。 注意：因为高分子的长链形状，才产生了如此多的结构层次。 （3）无规线团：高斯链的空间形态。换言之，无规蜷曲的柔性链的空间形态。（4）内旋转：sigma键的电子云轴对称，因此形成sigma键的两个原子可以绕键对称轴旋转。 注意：无论高分子或小分子，只要是sigma键就可内旋转。小分子的三维尺寸差不多，内旋转意义不大；而高分子的长短与粗细相差悬殊，故内旋转能导致高分子链出现天文数字的空间形态。我们一般只关注“主链上单键的内旋转”，不太关心侧基上单键。 （5）内旋转势垒：顺式构象与反式构象的位能差。 注意：参考图2-5。相当于内旋转活化能，内旋转势能峰高度。是ΔE而不是Δε。 （6）柔顺性：大分子链通过主链上单键的内旋转可以改变构象和形态的性质。（7）链段：大分子链上由相邻几个单键组成的能够自由取向的最小单位。 注意：链段实际上不存在，是一个人为的划分。很多时候算出来的链段长度是个非整数（譬如聚乙烯，le=8.28倍单键投影长度）。但是链段有明确的物理意义，即链越柔顺，le越小。 （8）均方末端距：末端距平方的平均值。 注意：如何理解“平均值”？有两种“平均”方法，（1）可只对一个链进行时间平均；（2）也可对所有链（某一时刻）作平均。根据统计力学原理，二者的结果相同。
第一章 高分子链的结构 1.解释名词、概念 等效自由连接链 均方末端距. 链段 均方旋转半径 构象 构型 2．已知两种聚合物都是PE ，如何鉴别哪一种是HDPE ，哪一种是LDPE ？举出三种方法并说 明其依据。 3．某聚α-烯烃的平均聚合度为500，均方末端距为625 nm2，求：（1）表征大分子链旋转受阻的刚性因子σ。（2）作为大分子独立运动的单元—链段长b 。（3）一个大分子含有的链段数Z 。（4）每个链段中结构单元的数目。 4．假定PP 的平均聚合度为2000，键长为 1.54?，键角为109.5o，θ溶剂中 2 5 20 101.1A ?=h ，求等效自由连接链的链段长b 。 5．写出聚异戊二烯德各种可能构型（不包含键接异构）。 6．什么叫做链的构型？全同立构聚丙烯能否通过化学键（C-C 单键）内旋转把〝全同〞变为〝间同〞，为什么？ 7．天然橡胶和古塔玻胶在结构上有何不同？ 画出示性结构式。 8. 欲使某自由连接链（单烯类）均方末端距增加10倍，试问其聚合度必须增加多少倍？ 9．大分子链柔顺性最根本的原因是什么？表征高分子链柔顺性的物理参数有哪些？它们是如何定义的？ ① 11. PE 、PS ②PP 、PAN 、PVC ③PP 、PIB （聚异丁烯） ④PE 与顺1，4聚丁二烯 ⑤聚己二酸乙二醇酯 聚丙烯（全同） 聚二甲基硅氧烷 10 假定PP 于30℃甲苯溶液中，测得无扰尺寸（h 02 /M ）=8.35×10-4 nm, σ=(h 02 /h fr 2 )?=1.76,试求：（1）此聚丙烯的等效自由取向链的链段长。 （2）当聚合度为1000时的链段数。
高分子物理习题集-答案 第一章高聚物的结构 4、高分子的构型和构象有何区别？如果聚丙烯的规整度不高，是否可以通过单键的内旋转提高它的规整度？ 答：构型：分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。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：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。构象的改变速率很快，构象时刻在变，很不稳定，一般不能用化学方法来分离。 不能。提高聚丙烯的等规度须改变构型，而改变构型与改变构象的方法根本不同。构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化，改变构象只需克服单键内旋转位垒即可实现，而且分子中的单键内旋转是随时发生的，构象瞬息万变，不会出现因构象改变而使间同PP（全同PP）变成全同PP（间同PP）；而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。 5、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。 答：按照IUPAC有机命名法中的最小原则，CH 3 在2位上，而不是3位上，即异戊二烯应写成 CH2C 3CH CH2 1234 （一）键接异构：主要包括1，4-加成、1，2-加成、3，4-加成三种键接异构体。 CH2 n C 3 CH CH2 1,4-加成CH2 n C 3 CH CH2 1，2-加成 CH2 n C CH3 CH CH2 3，4-加成 （二）不同的键接异构体可能还存在下列6中有规立构体。 ①顺式1，4-加成
CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C CH 3 C H CH 3 C C H ②反式1，4-加成 2 CH 2CH 2 CH 2C CH 3 C H CH 3 C C H ③ 1，2-加成全同立构 CH 2 C C 3 C C H H H H CH CH 2CH CH 3 C C H CH 2CH CH 3 ④1，2-加成间同立构 C C 3 C C H H H H CH 3C C H CH 3 R R R R=CH CH 2 ⑤3， 4-加成全同立构 CH 2C CH 3C C C C H H H H C C H H CH 2C CH 3CH 2 C CH 3 H H ⑥3，4- 加成间同立构 C C C C H H H H C C H H R R R R= CH 2 H H C CH 3
第8章答案 1.答： 脆-韧转变点：同一聚合物材料表现为脆性或韧性同温度和应变速率有关，低应变速率（高温）下韧性的材料，高应变速率（低温）时会发生脆性断裂，断裂应力、屈服应力与应变速率（温度）关系曲线的交点即为脆韧转变点。 细颈：材料拉伸到达屈服点时，因发生强迫高弹形变，出现试样截面突然变细的现象，称为“纫颈” 剪切带：韧性高聚物拉伸至屈眼点时，因斜截面上的最大切应力首先达到材料的抗剪强度，因此试样上出现与拉仲方向成45（135）度角的剪切滑移变形带或互相交义的剪切滑移变形带（可用双折射或二色性实验观察） 银纹：在张应力作用下，聚合物材料某些薄弱部分出现应力集中而产生局部的塑性形变和取向，以致在材料表面或内部垂直应力方向上出现长度约100μm、宽度约10 μm、厚度约1 μm的微细凹槽，拉伸断裂前在弯曲范围内观察到应力发白现象,即产生了大量银纹 应力集中：如果材料存在缺陷（裂缝、宅隙、缺口、银纹和杂质等），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增加，远远超过应力平均值．这种现象称为应力集中。疲劳：疲劳是材料或构件在低于屈服应力或断裂应力的周期应力作用下，因材料内部或其表面应力集中处引发裂纹并促使裂纹传播，从而导致最终的破坏断裂或失效的现象，是材科在实际使用中常见的破坏形式。强迫高弹形变 Tg以下拉伸时，过屈服点后，材料中少数链段在应力作用下运动，本质同高弹形变，但由于分子运动被冻结，故高弹形变被固定成永久形变，但若温度提高到Tg附近，此形变可恢复。高弹形变 Tg以上，施加外力时链段运动，发生大的形变，外力除去后形变可恢复的现象。 2答：（略，见讲义） 3．答：需画图说明 T1
第一章 1. 1 高分子链的近程结构 1.1.1 结构单元的化学组成 例1－1以下化合物，哪些是天然高分子化合物，哪些是合成高分子化合物 （1）蛋白质，（2）PVC，（3）酚醛树脂，（4）淀粉，（5）纤维素，（6）石墨，（7）尼龙66， （8）PVAc，（9）丝，（10）PS，（11）维尼纶，（12）天然橡胶，（13）聚氯丁二烯，（14）纸浆，（15）环氧树脂解：天然（1）（4）（5）（6）（9）（12）（14），合成（2）（3）（7）（8）（10）（11）（13）（15） 1.1.2 构型 例1－2试讨论线形聚异戊二烯可能有哪些不同的构型，假定不考虑键接结构（画出结构示意图）。 解：聚异戊二烯可能有6种有规立构体，它们是： 常见错误分析：本题常见的错误如下： （1）将1,2加成与3,4加成写反了。 按IUPAC有机命名法中的最小原则，聚异戊二烯应写成
而不是 即CH3在2位上，而不是在3位上。 （2）“顺1,4加成又分成全同和间同两种，反1,4加成也分成全同和间同两种。”顺1,4或 反1,4结构中没有不对称碳原子，没有旋光异构体。甲基与双键成120°角，同在一个平面上。 例1－3 环氧丙烷经开环聚合后，可得到不同立构的聚合物（无规、全同、间同）， 试写出它们的立构上的不同，并大致预计它们对聚合物性能各带来怎样的影响？ 解：聚环氧丙烷的结构式如下： 存在一个不对称碳原子（有星号的），因而有以下全同、间同和无规立构体。 性能的影响是：全同或间同立构易结晶，熔点高，材料有一定强度；其中全同立构的结晶度、 熔点、强度会比间同立构略高一点。无规立构不结晶或结晶度低，强度差。 常见错误分析：“只存在间同立构，不存在全同立构。” 以上写法省略了H，根据上述结构式，似乎只存在间同不存在全同。这是一种误解， 实际上碳的四个价键为四面体结构，三个价键不会在一个平面上。而在平面上表示的只是一个示意，全同与间同的真正区别在于CH3是全在纸平面之上（或之下），或间隔地在纸平面之上和之下。 例1－4 试述下列烯类高聚物的构型特点及其名称。式中D表示链节结构是D构型，L是L构型。 1.－D－D－D－D－D－D－D－ 2.－L－L－L－L－L－L－L－
《高分子物理》标准化作业本 参考答案 沈阳化工学院材料科学与工程学院《高分子物理》课程组
第一章 高分子链的结构 一、 概念 1、构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。 2、由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫构象。 3、均方末端距：高分子链的两个末端的直线距离的平方的平均值。 4、链段：链段是由若干个键组成的一段链作为一个独立动动的单元，是高分子链中能够独立运动的最小单位。 5、全同立构：取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。 6、无规立构：当取代基在主链平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构体单元完全无规键接而成。 二、选择答案 1、高分子科学诺贝尔奖获得者中，（ A ）首先把“高分子”这个概念引进科学领域。 A 、H. Staudinger, B 、, , C 、P. J. Flory, D 、H. Shirakawa 2、下列聚合物中，（ A ）是聚异戊二烯(PI)。 A 、 C CH 2n CH CH 23 B 、 O C NH O C NH C 6H 4C 6H 4n C 、 CH Cl CH 2n D 、O C CH 2CH 2O O n O C 3、下列聚合物中，不属于碳链高分子的是（ D ）。 A 、聚甲基丙烯酸甲酯， B 、聚氯乙烯， C 、聚乙烯， D 、聚酰胺 4、下列四种聚合物中，不存在旋光异构和几何异构的为（ B ）。 A 、聚丙烯， B 、聚异丁烯， C 、聚丁二烯， D 、聚苯乙烯 5、下列说法，表述正确的是（ A ）。 A 、工程塑料ABS 树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。 B 、ABS 树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀，可提高制品拉伸强度和硬度。 C 、ABS 树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性，可改善冲击强度。 D 、ABS 树脂中丙烯腈组分利于高温流动性，便于加工。 6、下列四种聚合物中，链柔顺性最好的是（ C ）。 A 、聚氯乙烯， B 、聚氯丁二烯， C 、顺式聚丁二烯， D 、反式聚丁二烯
第八章 8.1 黏弹性现象与力学模型 8.1.1 黏弹性与松弛 例8－1 根据下表数据，表中ν为松弛过程的频率，绘图并求出这一过程的活化能。 T(℃) -32 -11 5 21 44 63 85 ν 1.9 4.0 7.1 15 21 28 57 (104S-1) 解：Arrhénius方程可以写作： ν=1/τ=ν0exp[-E/(RT)] 因而lnν=lnν0-E/(RT) E/R=2453K E=2453×8.31J·mol-1＝2.04KJ·mol-1 图8－9 从lnν～1/T曲线求松弛过程的活化能 8.1.2 静态黏弹性与相关力学模型 例8－2 讨论下述因素对蠕变实验的影响。 1.相对分子质量；b.交联；c.缠结数 解：a.相对分子质量：低于Tg时，非晶聚合物的蠕变行为与相对分子质量无关，高于Tg时，非晶或未交联的高聚物的蠕变受相对分子质量影响很大，这是因为蠕变速率首先决定于聚合物的黏度，而黏度又决定于相对分子质量。根据3.4次规律，聚合物的平衡零剪切黏度随重均相对分子质量的3.4次方增加。于是平衡流动区的斜率随相对分子质量增加而大为减少，另一方面永久形变量也因此减少。相对分子质量较大（黏度较大）蠕变速率较小（图8－10）。 b．交联：低于Tg时，链的运动很小，交联对蠕变性能的影响很小，除非交联度很高。但是，高于Tg时交联极大地影响蠕变，交联能使聚合物从黏稠液体变为弹性体。对于理想的弹性体，当加负荷时马上伸长一定量，而且伸长率不随时间而变化，当负荷移去后，该聚合物能迅速回复到原来长度。当交联度增
加，聚合物表现出低的“蠕变”（图8－10）。轻度交联的影响就好像相对分子质量无限增加的影响，分子链不能相互滑移，所以变成无穷大，而且永久形变也消失了。进一步交联，材料的模量增加，很高度交联时，材料成为玻璃态，在外力下行为就像虎克弹簧。 c. 缠结数：已发现低于一定相对分子质量时，黏度与相对分子质量成比例。因为这一相对分子质量相应的分子链长已足以使聚合物产生缠结。这种缠结如同暂时交联，使聚合物具有一定弹性。因此相对分子质量增加时，缠结数增加，弹性和可回复蠕变量也增加。但必须指出聚合物受拉伸，缠结减少，因此实验时间愈长则可回复蠕变愈小。 图8－10 相对分子质量和交联对蠕变的影响 例8－3 一块橡胶，直径60mm，长度200mm，当作用力施加于橡胶下部，半个小时后拉长至300％(最大伸长600％)。问：(1)松弛时间? (2)如果伸长至400％，需多长时间? 解：（1）（蠕变方程） 已知 （注意：ε为应变，而非伸长率λ，ε＝λ－1） ∴ （2） 例8－4 有一未硫化生胶，已知其η=1010泊，E＝109达因／厘米2，作应力松弛实验，当所加的原始应力为100达因／cm2时，求此试验开始后5秒钟时的残余应力。 解：∵ ∴
1．叙述下列概念的区别： （1）高分子溶液与胶体溶液； （2）溶解与溶胀； （3）有限溶胀与无限溶胀； （4）溶度参数与Huggins参数； （5）内增塑与外增塑； （6）扩张因子与第二维利系数； （7）θ溶剂与θ温度； （8）相对粘度、增比粘度、比浓粘度与特性粘度； （9）分子量的多分散性与多分散性系数； （10）数均分子量、重均分子量与粘均分子量； （11）凝胶与冻胶 2．判断下列聚合物体系能否溶解？说明原因： （1）高密度聚乙烯+石蜡（70℃）； （2）PMMA+二氯乙烷； （3）PV A+水 （4）纤维素+水 （5）聚乙烯缩甲醛（缩醛化程度较高）+水 3．试述χ1、θ、A2、α（扩张因子）等参数的名称及物理意义，如何用它们来判断聚合物溶解的程度和溶剂的优劣？提出测试该参数的一种实验方法（原理、公式和主要仪器）。 4．简要回答下列问题： （1）为何非晶态的聚苯乙烯在室温下可溶于苯中，而低密度聚乙烯要在70℃下才能溶于石蜡油中？ （2）同是结晶聚合物，为何HDPE要在120℃下溶于四氢萘中；而PA-66在室温下就可以溶在苯酚或甲酚中？ （3）为何聚乙烯醇和纤维素分子链上均有大量羟基（-OH），然而前者能溶于水，后者则不能？ （4）为何PTFE至今还没有找到合适的溶剂？ 5．同一天然橡胶试样25℃时在四氯化碳、苯、乙酸戊酯和乙醚中，测得的A2分别为1.89x10-3、8.15x10-4、0、-5.80x10-4。试问在相同的温度和浓度下，以上溶液的渗透（π）和特性常数（α）的大小顺序如何？高分子在溶液中的形态如何？溶剂的优良程度如何？ 6．试计算下列三种情况的△Sm，其结果说明什么问题？（不必将K的具体数值代入） （1）99x104个小分子A和一个小分子B混合； （2）99x104个小分子A和一个大分子B（x=104）混合； （3）99x104个小分子A和104个小分子B混合。 7．聚苯乙烯-甲苯溶液在25℃时测得不同浓度的渗透压为： Cx103（g/cm3） 1.55 2.56 2.93 3.80 5.38 7.80 8.68 π（g/cm3）0.16 0.28 0.32 0.47 0.77 1.36 1.60 试求聚苯乙烯的Mn和该溶液的A2、χ1值（ρ1=0.862g/cm3，ρ2=1.054g/cm3）
智慧树知到《高分子物理》章节题目答案 智慧树知到《高分子物理》章节测试答案 第一章 1、高分子科学的3个组成部分是 A:高分子化学 B:高分子物理学 C:聚合反应工程 D:高分子工程学 正确答案：高分子化学,高分子物理学,高分子工程学 2、聚合物的定义有如下几个含义 A:其来源既有天然的，也有人工合成的 B:分子量很大 C:由几种重复单元构成 D:重复单元之间由共价键连接 正确答案：分子量很大,由几种重复单元构成,重复单元之间由共价键连接 3、以下橡胶品种之中全世界产量居前2位的是 A:天然橡胶 B:聚氨酯弹性体 C:乙丙橡胶 D:丁腈橡胶
正确答案：天然橡胶,乙丙橡胶 4、以下聚合物品种可作塑料的是 A:EPDM B:聚丙烯 C:氯化聚乙烯 D:尼龙 正确答案：聚丙烯,尼龙 5、聚乙烯的品种主要有 A:LDPE B:EPDM C:LLDPE D:HDPE 正确答案：LDPE,LLDPE,HDPE 6、高分子材料的结构特点是 A:分子量很大且有多分散性 B:分子间作用力对性能有重要影响 C:刺激响应性 D:长链具有柔顺性 正确答案：分子量很大且有多分散性,分子间作用力对性能有重要影响,长链具有柔顺性 7、以下属于碳链高分子的是
B:聚甲醛 C:聚酯 D:有机玻璃 正确答案：有机玻璃 8、因高分子科学研究获得Nobel奖的有 A:P. J. Flory B:Maxwell C:牛顿 D:Ziegler 正确答案：P. J. Flory,Ziegler 9、常见的纤维材料有 A:聚氯乙烯 B:聚苯乙烯 C:尼龙 D:聚丙烯 正确答案：尼龙,聚丙烯 10、以下哪些是杂链高分子 A:聚乙烯 B:聚氨酯 C:氯化聚乙烯
第八章 填空 1、聚合物的分子运动与小分子相比有明显不同，其运动单元具有多重性。在高 分子的多种运动方式中， 是高分子化合物所独有的。 2、松弛过程的统计力学方法推导出△X （t ）与△X 0的关系式为 。 其中松弛时间τ为 。 3、判断一个过程是否为松弛过程与实验观察时间有很大关系。 ①松弛时间远小于实验观察时间，过程可以看作是 。 ②松弛时间与实验观察时间接近时，过程可以看作是 。 ③松弛时间远大于实验观察时间，则认为在有限的观察时间内， 。 4、一般情况下，松弛时间与温度的关系符合速率过程理论， 。由 链段运动所引起的松弛过程符合一个半经验公式， 。 5、 和 ，对于观察同一个松弛过程来说是等效的。 6、如果非晶聚合物的玻璃化转变温度高于室温，一般它可以作 使用， 其使用 为Tg ，提高Tg 温度可以改善塑料的 。如果非 晶聚合物的玻璃化转变温度低于室温，它可作为 使用，其使 用 为Tg ，降低Tg 温度可以改善橡胶的 。 7、聚合物的玻璃态可以看作是等自由体积状态，多数高聚物Tg 时的自由体积 分数均接近 ，这就是等自由体积理论。 8、真正的热力学二级转变温度T 2可以借助于WLF 方程求得 。 9、等粘态理论所定义的Tg 是 。 10、比较下列聚合物玻璃化转变温度的高低。 (1) C H 3 C H 3S i O n C H 2O n C H 2C H 2n (2) C H 2C H n C N C H 2C H n C l C H 2C H n C l C l (3) C H 2C H 2n C H 2C H n C H 3 C H C H 2n 11、分子量与Tg 的关系可以用如下方程表示 。 12、Tg 随支化度增加而 ，交联使Tg ，结晶 了非晶 区的Tg 。 13、共聚对Tg 的影响取决于共聚物的组成和结构，无规共聚物Tg 与共聚组成
高分子物理课后答案,何曼君,第三版第三章 高分子的溶解过程与小分子相比有什么不同？ 高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊，两者运动分子运动速度差别很大，现是溶剂分子渗入高聚物内部，是高聚体膨胀，称为“溶胀”，然后高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系。对于交联的高分子只停留在溶胀阶段，不会溶解。 第二维里系数A2的物理意义？ 第二维利系数的物理意义是高分子链段和链段间的内排斥与高分子链段和溶剂分子间能量上相互作用、两者相互竞争的一个量度。它与溶剂化作用和高分子在溶液里的形态有密切关系。良溶剂中，高分子链由于溶剂化作业而扩张，高分子线团伸展，A2是正值；温度下降或在非良溶剂，高分子线团收缩，A2是负值；当链段与链段、溶剂与高分子链段相互作业想等时，高分子溶液符合理想溶液的性质，A2为零，相当于高分子链处于无扰状态。 高分子的理想链和真实链有哪些区别？ ①理想链是一种理论模型，认为化学键不占体积，自由旋转，没有键角和位垒的限制，而真实链有键角限制和位垒的限制。 ②理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用，而真实链要考虑链节与链节之间的体积排除和链与周围环境的相互作用以及链与链之间的相互作用等。 高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质的区别？ 三种溶液最本质的区别体现在溶液中和高分子无规线团之间的相互作用和无规线团的形态结构不同： ① 稀溶液：高分子线团是相互分离的，溶液中高分子链段的分布也是不均一的；线团 之间的相互作用可以忽略。 ②浓溶液：大分子链之间发生相互穿插和缠结，溶液中链段的空间密度分布趋于均一。② 亚浓溶液：亚浓溶液介于稀溶液和浓溶液之间，高分子线团开始相互穿插交叠，整 个溶液中链段的分布趋于均一；高分子线团与临近线团开始相互作用。 第四章一般共混物的相分离与嵌段共聚物的微相分离在本质上有何差别？ 由于嵌段共聚物的嵌段间不相容而发生相分离，平均相结构微区的大小只有几十到几百纳米，即微相分离，两相之间的作用力是化学键。两种聚合物共混时，由于混合熵很小，混合晗决定于聚合物之间的相互作用，通常较小，所以两种聚合物混合自由能通常大于零，是分相的。而一般共混物两相界面之间的作用力是分子间作用力或氢键，其分相可能是宏观可见的，添加增容剂后，并经强烈的机械混合，增容剂提高了两相界面之间的相互作用，可形成稳定的微相分离结构
第八章 聚合物的屈服和断裂 1．概念 ①．强度：在较大外力的持续作用或强大外力的短期作用下，材料将发生大形变直至宏 观破坏或断裂，对这种破坏或断裂的抵抗能力称为强度。 ②．脆性断裂：与材料的弹性响应相联系，在断裂前试样断裂均匀，断裂时，裂纹迅速 垂直于应力方向，断裂面不显出明显的推迟形变，σ－ε曲线是线性的， ε<5%,断裂能小，由张应力引起的－是键长变化的结果。 ③．韧性断裂：屈服点以后的断裂，产生大形变，断面显示外延形变（缩颈的结果）， σ－ε曲线是非线性的，ε>5%，由剪切应力引起的－链段运动的结果。 * 材料断裂的方式与其形变性质有着密切的联系。例如，脆性断裂是缺陷快速扩展的结 果，而韧性断裂是屈服后的断裂。高分子材料的屈 服实际上是材料在外力作用下产生的塑料形变。 2．图—应力-应变曲线图 非结晶聚合物形变经历了普弹形变、应变软化（屈服）、塑性形变（强迫高弹形变）、应变硬化四个阶段 材料在屈服点之前发生的断裂称为脆性断裂；在屈服点后发生的断裂称为韧性断裂 A.从曲线上可得评价聚合物性能的力学参数: Y ：屈服点 σy ：屈服强度 εy ：屈服伸长率 B ：:断裂点 σb ：断裂强度 ε：断裂伸长率 拉伸强度σi （ σy ，σb ） 杨氏模量 断裂能:OYB 面积 B.从分子运动解释非结晶聚合物应力－应变曲线 I: 普弹形变 小尺寸运动单元的运动引起键长键角变化。形变小可回复 A Y B A σY σB σ应变软化 塑性形变 N D
II ：强迫高弹形变 在大外力作用下冻结的链段沿外力方向取向 III ：粘流形变 在分子链伸展后继续拉伸整链取向排列， 使材料的强度进一步提高。形变不可回复 C.强迫高弹形变的定义 处于玻璃态的非晶聚合物在拉伸过程中屈服点后产生的较大应变，移去外力后形变不能回复。若将试样温度升到其Tg 附近，该形变则可完全回复，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。 这种形变称为强迫高弹形变 D.晶态聚合物在单向拉伸时典型的应力-应变曲线如下图： OA-普弹形变 YN －屈服，缩颈（应变变大，应力下降） ND －强迫高弹形变 DB-细颈化试样重新被均匀拉伸， 应变随应力增加－应变硬化 3．图：----温度的影响 非晶聚合物在不同温度下的σ-ε曲线如图8： T 第一章： 一、名词解释 构型 构象 均方末端距 链段 全同立构 无规立构 二、选择答案 1、高分子科学诺贝尔奖获得者中，（ A ）首先把“高分子”这个概念引进科学领域。 A 、H. Staudinger, B 、K.Ziegler, G .Natta, C 、P. J. Flory, D 、H. Shirakawa 3、链段是高分子物理学中的一个重要概念，下列有关链段的描述，错误的是（C ）。 A 、高分子链段可以自由旋转无规取向，是高分子链中能够独立运动的最小单位。 B 、玻璃化转变温度是高分子链段开始运动的温度。 C 、在θ条件时，高分子“链段”间的相互作用等于溶剂分子间的相互作用。 D 、聚合物熔体的流动不是高分子链之间的简单滑移，而是链段依次跃迁的结果。 θ条件：选择合适的溶剂和温度，可以使溶剂分子对高分子构象所产生的干扰不计，此时 高分子链段间的相互作用等于链段与溶剂分子间的相互作用，这样的条件称为θ条件，其中溶剂称为q 溶剂，温度称为q 温度. 4、下列四种聚合物中，不存在旋光异构或几何异构的为（B ）。 A 、聚丙烯， B 、聚异丁烯， C 、聚丁二烯， D 、聚苯乙烯 5、下列说法，表述正确的是（ A ）。 A 、工程塑料ABS 树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。 B 、ABS 树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀，可提高制品拉伸强度和硬度。 C 、ABS 树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性，可改善冲击强度。 D 、ABS 树脂中丙烯腈组分利于高温流动性，便于加工。 6、下列四种聚合物中，链柔顺性最好的是（ C ）。 A 、聚氯乙烯， B 、聚氯丁二烯， C 、顺式聚丁二烯， D 、反式聚丁二烯 8、在热塑性弹性体SBS 的相态结构中，其相分离结构为（ B ）。 A 、 PS －连续相，P B －分散相； B 、PB －连续相，PS －分散相； B 、 P S 和PB 均为连续相； D 、PS 和PB 均为分散相 9、自由基聚合制得的聚丙烯酸为（ B ）聚合物。 A 、全同立构， B 、无规立构， C 、间同立构， D 、旋光 10、热塑性弹性体SBS 是苯乙烯和丁二烯的（ C ）。 A 、无规共聚物， B 、交替共聚物， C 、嵌段共聚物， D 、接枝共聚物 11、下列四种聚合物中，链柔顺性最差的是（C ）。 A 、CH 2CH 2n ， B 、CH 2CH n Cl ， C 、 CH 2n CH CN ， D 、 CH 2n CH CH 3 12、高分子在稀溶液中或高分子熔体中呈现（ C ）。 A 、平面锯齿形构象 B 、H 31螺旋构象 C 、无规线团构象 D 、双螺旋构象 13、高分子科学领域诺贝尔奖获得者中，（ C ）把研究重点转移到高分子物理方面，逐渐阐明高分子材料结构与性能之间的关系。 A 、H. Staudinger, B 、K. Ziegler ，G. Natta, C 、P. J. Flory, D 、H. Shirakawa 14、下列聚合物中，（ B ）是尼龙。 A 、 C CH 2n CH CH 2CH 3 B 、 O C NH O C NH C 6H 4C 6H 4n C 、 CH Cl CH 2n D 、O C CH 2CH 2O O n O C高分子物理复习 第一章 高分子链结构
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