高分子物理第四章习 题及解答
第四章 4.1 高聚物相对分子质量的统计意义 4.1.1 利用定义式计算相对分子质量 例4－1 假定A与B两聚合物试样中都含有三个组分，其相对分子质量分别为1万、10万和20万，相应的重量分数分别为：A是0.3、0.4和0.3，B是0.1、0.8和0.1，计算此二试样的、和，并求其分布宽度指数、和多分散系数d。 解：（1）对于A （2）对于B
例4－2 假定某聚合物试样中含有三个组分，其相对分子质量分别为1万、2万和3万，今测得该试样的数均相对分子质量为2万、重均相对分子质量为2.3万，试计算此试样中各组分的摩尔分数和重量分数。 解：（1） 解得，， （2） 解得，， 例4－3 假定PMMA样品由相对分子质量100，000和400，000两个单分散级分以1：2的重量比组成
，求它的,和，(假定a＝0.5)并比较它们的大小． 解： 可见 例4－4 一个聚合物样品由相对分子质量为10000、30000和100000三个单分散组份组成，计算下述混合物的和 (1)每个组份的分子数相等
(2)每个组份的重量相等 (3)只混合其中的10000和100000两个组份，混合的重量比分别为0.145：0.855：0.5：0.5：0.855：0.145，评价值. 解：（1） （2） （3）当比例为0.145:0.855时 ，， 当比例为0.5:0.5时， ，， 当比例为0.855:0.145时， ，， 可见，组成接近时d值较大。故用d值衡量是合理的。
例4-5假定某一聚合物由单分散组分A和B组成，A和B的相对分子质量分别为100, 000和400,000。问分别以（1）A∶B＝1∶2（重量比）；（2）A∶B＝2∶1混合样品， 混合物的和为多少？（3）A∶B＝1∶2，a＝0.72，计算， 并比较、、的大小。 解：（1）＝1/100,000＝1×10-5 =2/400,000＝0.5×10-5 =2.0×10-5 （2）＝2/100,000＝2×10-5 =1/400,000＝0.25×10-5
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
高分子物理第五章习 题与解答
一．选择题 1.聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）三种聚合物的结 晶能力的强弱顺序为（） （a）PE＞PVC＞PVDC （b）PVDC＞PE＞PVC （c）PE＞PVDC＞PVC （d）PVDC＞PVC＞PE 2.退火处理使得聚合物的结晶度（） （a）增加（b）减小（c）不变 3.聚丙烯的熔融过程和聚苯乙烯的玻璃化转变过程分别是：（）。 A. 都是力学状态转变过程； B. 都是热力学相变过程； C. 前 者是热力学相变过程，后者是力学状态转变过程 4. 聚合物的玻璃化转变温度不能用以下哪个方法测定？（） A.差示量热扫描仪； B. 膨胀计； C. 熔融指数仪 5.玻璃态高聚物和结晶高聚物的拉伸情况的区别在于：（） A.前者只发生分子链的取向，不发生相变；而后者还包含有结晶的破坏、取 向和再结晶等过程； B.两者都只发生分子链的取向，不发生相变； C.两者都发生结晶的破坏、取向和再结晶等过程 6.结晶高聚物的熔点与其结晶温度的关系是（） A. 在越低温度下结晶，熔点越低，而且熔限越窄； B. 在越低温度下结晶，熔点越高，而且熔限越宽； C. 在越高温度下结晶，熔点越高，而且熔限越窄; 7.共聚物的玻璃化转变温度通常是（）
A.低； B.高； C.介于两者之间 8.下列聚合物结晶能力从大到小的顺序是：（） A．高密度聚乙烯＞聚异丁烯＞自由基聚合得到的聚苯乙烯 B．自由基聚合得到的聚苯乙烯＞聚异丁烯＞高密度聚乙烯 C．聚异丁烯＞高密度聚乙烯＞自由基聚合得到的聚苯乙烯 9.下列聚合物的玻璃化转变温度从高到低的顺序是：（） A．聚甲基丙烯酸甲酯＞聚丙烯酸丁酯＞聚丙烯酸甲酯 B．聚丙烯酸丁酯＞聚丙烯酸甲酯＞聚甲基丙烯酸甲酯 C．聚甲基丙烯酸甲酯＞聚丙烯酸甲酯＞聚丙烯酸丁酯 10.聚合物在结晶过程中，体积（） A.变大 B.变小 C.不变 11.下列方法中不能测定玻璃化温度的是：（） A．体膨胀计B. 差示扫描量热法C. 动态机械分析仪D. X 射线衍射仪 12.下列聚合物中，熔点最高的是（） A.尼龙10 B.尼龙11 C.尼龙12 13.下列聚合物中，玻璃化温度最高的是（） A.PDMS B.PE C.PS D.PP 14.测定熔点的方法有（） A.偏光显微镜 B.DSC C.DMA D.密度法 15.非晶态聚合物的玻璃化转变即玻璃－橡胶转变，下列说法正确的是（）。 A、T g是塑料的最低使用温度，又是橡胶的最高使用温度。
第五章聚合物的转变与松弛 1．以分子运动观点和分子间物理缠结概念说明非晶态聚合物随着温度升高粘弹行为的5个区域．并讨论分子量对应力松弛模量—温度曲线的影响规律。 (1)玻璃态区类似玻璃，脆性，如：室温下的PS、PMMA。 温度不足以克服内旋转位垒，链段以上运动“冻结”，分子运动主要限于振动和短程的旋转运动 (2)玻璃—橡胶转变区远程、协同分子运动的开始。链段(约10—50个主链原子)获得了足够的热能开始以协同方式运动，不断改变构象 (3)橡胶-弹性平台区分子间存在物理缠结，聚合物呈现远程橡胶弹性（蜷曲链受力扩张，产生大形变外力除去后，自发地回复到蜷曲形态） (4) 粘弹转变区分子链发生解缠作用，导致由链段运动向整个分子滑移运动过渡。 (5) 粘流区聚合物容易流动，类似糖浆；热运动能量足以使分子链解缠蠕动，导致整链运 动。 2. 讨论结晶、交联聚合物的模量－温度曲线和结晶度、交联度对曲线的影响规律。 答：在轻度结晶的高聚物中，微晶体起着类似交联点的作用，这种试样仍然存在明显的玻璃化转变，随着结晶度的增加，相当于交联度的增加，非晶部分处在高弹态的结晶高聚物的硬度将逐渐增加，到结晶度大于40%后，微晶体彼此衔接，形成贯穿整个材料的连续晶相，宏观上不易察觉明显的玻璃化转变，其曲线在熔点以前不出现明显的转折。 交联聚合物，不存在(4)（5）区，因为交联阻止了滑移运动，在达到聚合物的分解温度之前，一直保持在③区状态。 结晶聚合物 1.处于晶态
a.轻度结晶 微晶体起着类似交联点的作用，存在明显的玻璃化转变， 形变小于非晶 b.结晶度大于40％时，无玻璃化转变，在熔点以前不出现明显的转折。 ?分子量不太大，T f
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
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。
第二章 一．解释名词、概念 1.高分子的聚集态结构 2.结晶性聚合物 3.液晶性聚合物 4.球晶 5.高分子液晶 6.液晶原（介原） 7.内聚能密度 8.结晶度 9.结晶聚合物的熔点10.取向聚 合物11.晶面指数 二．高分子聚集态结构包括哪些内容？试述高分子聚集态结构有哪些特点及与成型加工条件、性能的关系。 四．如何从结构上分析某种聚合物属于结晶性聚合物？ 五．以聚乙烯为例，说明在什么条件下可以形成单晶、球晶、串晶、伸直链片晶，这些形态的晶体特征是什么？为什么在聚合物不易形成100％结晶的宏观单晶体？ 六．在正交偏光显微镜上观察球晶时，可以看到消光黒十字、明暗相间的同心圆环（消光环，对某些球晶），解释这些现象。 七．将下列三组聚合物的结晶难易程度排列成序，并说明原因 (1)PE，PP，PVC，PS，PAN； (2)聚对苯二甲酸乙二酯，聚间苯二甲酸乙二酯，聚己二酸乙二酯； (3)PA 66，PA 1010． 八．试述Avrami方程在本体聚合物结晶动力学研究中的意义。 九．已知聚乙烯、聚偏氯乙烯，全同聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度分别为－80℃，－18℃和45℃，其熔点分别为141℃、198℃和160℃，试用经验方法估算： (1)它们最大结晶速度时的温度Tc max； (2)找出Tc max／Tm比例的经验规律． 十．温度对本体聚合物结晶速度影响的规律是什么？解释其原因。
十一．均聚物A是一种结晶聚合物，若加入10％体积分数的增塑剂（x1=-0.1）或者用10％摩尔的单体B与单体A进行无规共聚（单体B的均聚物为非结晶性聚合物），增塑均聚物A的熔点与AB无规共聚物的熔点何者高？ 能从中得到什么规律？ 十二．两种聚丙烯丝，在纺丝过程中，牵伸比相同，而分别采用冰水冷却和90℃热水冷却。将这两种丝加热到90℃，何者收缩率大？为什么？ 十三．有两种乙烯和丙稀的共聚物，其组成相同，其中一种在室温时是橡胶状的，一直到温度降低到-70℃时才变硬；另一种在室温时却是硬而韧又不透明的材料，试解释它们内在结构上的差别。 十四．在聚合物纺丝工艺中，都有牵伸和热定型两道工序，为什么？热定型温度如何选择？ 十五．高分子液晶的结构有几种类型？特征如何？液晶性聚合物溶液的η-C、η-T、η-τ的关系如何？这些关系的意义如何？ 十六．Flory的结晶聚合物、非结晶聚合物结构模型的要点是什么？有什么实验事实支持他的模型？ 十七.（1）将熔融态的聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）淬冷到室温，PE是半透明的，而PET和PS是透明的。为什么？ （2）将上述的PET透明试样，在接近玻璃化温度下进行拉伸，发现试样外观由透明变为混浊，试从热力学观点来解释这一现象。 十八. 由文献查得涤纶树脂的密度ρc=1.50×103kg·m-3，和ρa=1.335×103kg·m-3，内聚能ΔΕ=66.67kJ·mol-1(单元)．今有一块1.42×2.96×0.51×10-6m3的涤纶试样，重量为2.92×10-3kg，试由以上数据计算： (1)涤纶树脂试样的密度和结晶度； (2)涤纶树脂的内聚能密度．
第一章 习题答案 一、 概念 1、构象：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。而构型指 2、构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。 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 、K.Ziegler, G .Natta, 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 O O n O C 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。 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。
第四章 4.1 高聚物相对分子质量的统计意义 4.1.1 利用定义式计算相对分子质量 例4－1 假定A与B两聚合物试样中都含有三个组分，其相对分子质量分别为1万、10万和20万，相应的重量分数分别为：A是0.3、0.4和0.3，B是0.1、0.8 和0.1，计算此二试样的、和，并求其分布宽度指数、和多分散系数d。 解：（1）对于A （2）对于B 例4－2 假定某聚合物试样中含有三个组分，其相对分子质量分别为1万、2万和3万，今测得该试样的数均相对分子质量为2万、重均相对分子质量为2.3万，试计算此试样中各组分的摩尔分数和重量分数。 解：（1）
解得，， （2） 解得，， 例4－3 假定PMMA样品由相对分子质量100，000和400，000两个单分散级分以1：2的重量比组成，求它的,和，(假定a＝0.5)并比较它们的大小． 解：
可见 例4－4 一个聚合物样品由相对分子质量为10000、30000和100000三个单分散组份组成， 计算下述混合物的和 (1)每个组份的分子数相等 (2)每个组份的重量相等 (3)只混合其中的10000和100000两个组份，混合的重量比分别为 0.145：0.855：0.5：0.5：0.855：0.145，评价值. 解：（1） （2） （3）当比例为0.145:0.855时 ，， 当比例为0.5:0.5时， ，， 当比例为0.855:0.145时， ，，
可见，组成接近时d值较大。故用d值衡量是合理的。 例4-5假定某一聚合物由单分散组分A和B组成，A和B的相对分子质量分别为100, 000和400,000。问分别以（1）A∶B＝1∶2（重量比）；（2）A∶B＝2∶1混合样品， 混合物的和为多少？（3）A∶B＝1∶2，a＝0.72，计算， 并比较、、的大小。 解：（1）＝1/100,000＝1×10-5 =2/400,000＝0.5×10-5 =2.0×10-5 （2）＝2/100,000＝2×10-5 =1/400,000＝0.25×10-5 （3） 所以，<< *例4-6两种多分散样品等重量混合，样品A有＝100,000，＝200,000。
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－
第一章：高分子链的结构一、根据化学组成不同，高分子可分为哪几类？ （1、分子主链全部由碳原子以共价键相连接的碳链高分子2、分子主链除含碳外，还有氧、氮、硫等两种或两种以上的原子以共价键相连接的杂链高分子3、主链中含有硅、硼、磷、铝、钛、砷、锑等元素的高分子称为元素高分子 4、分子主链不含碳，且没有有机取代基） 二、什么是构型，不同构型分别影响分子的什么性能？ （构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何构型；1、旋光异构影响旋光性 2、几何 异构影响弹性 3、键接异构对化学性能有很大影响） 三、什么是构造，分子构造对高分子的性能有什么影响？ （分子构造是指聚合物分子的各种形状，线性聚合物分子间没有化学键结构，可以在适当溶剂 中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型。支化聚合物的化学性质与线形聚合物相似，但其物 理机械性能、加工流动性能等受支化的影响显着。树枝链聚合物的物理化学性能独特，其溶液 黏度随分子量增加出现极大值。） 四、二元共聚物可分为哪几种类型？ （嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、统计共聚物） 五、什么是构象？什么是链段？分子结构对旋转位垒有什么影响？ （构象表示原子基团围绕单元链内旋转而产生的空间排布。把若干个链组成的一段链作为一个 独立运动的单元，称为链段。位垒：1、取代基的基团越多，位垒越大 2、如果分子中存在着双 键或三键，则邻近双键或三键的单键的内旋转位垒有较大下降。） 六、什么是平衡态柔性？什么是动态柔性？影响高分子链柔性的因素有哪些？ （平衡态柔性是指热力学平衡条件下的柔性，取决于反式与旁式构象之间的能量差。动态柔性 是指外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度，转变速度取决于 位能曲线上反式与旁式构象之间转变位垒与外场作用能之间的联系。影响因素：一、分子结构：1、主链结构 2、取代基 3、支化交联 4、分子链的长链二、外界因素：温度、外力、溶剂） 七、自由连接链？自由旋转链？等效自由连接链？等效自由旋转链？蠕虫状链？ （自由连接链：即键长l 固定，键角⊙不固定，内旋转自由的理想化模型。自由旋转链：即键 长l 固定（l=），键角⊙（=°）内旋转自由的长链分子模型。等效自由连接链：实际高分子链不 是自由连接链，而且，内旋转也不是完全自由的，为此，将一个原来含有几个键长为l ，键角 ⊙固定，旋转不自由的键组成的链视为一个含有Z 个长度为b 的链组成的“等效自由连接链”。 蠕虫状链：由几个长度为b ，键角为π-a 并可进行自由旋转的想象键组成的链状分子，在保持
第二章高分子的凝聚态结构 8.某结晶聚合物的注射制品中，靠近模具的皮层具有双折射现象，而制品内部用偏光显微镜观察发现有Maltese黑十字，并且越靠近制品芯部，Maltese黑十字越大。试解释产生上述现象的原因。如果降低模具的温度，皮层厚度将如何变化。 答：（1）由于形成球晶，球晶具有双折射现象，自然光经过偏振片变为偏振光，通过球晶发生双折射，分成两束振动方向垂直的偏振光，两束偏振光在与检偏镜平行方向上存在分量，分量速度不同，产生相位差而干涉，使呈现黑十字消光图像，制品外部与模具接触，冷却速度快，球晶来不及生长而成多层片晶或小球晶，而制品芯部温度高，结晶时间充分，生长为大球晶，因此消光图像更大。 （2）降低温度会增加过冷度，缩短结晶时间，因而会使皮层厚度增加。 9.采用“共聚”和“共混”方法进行聚合物改性有何异同点？ 答：相同点：二者改性后都使新生成或新混合体的性能优于原先任何一种单组份的性能，实现了高模量与韧性、韧性与耐热性的结合，具有重要的实用价值。特别是均相高分子合金，更是具有很多优点，通过改变两组份的相对组成，可获得性能不同的系列产品。 不同点：从概念来说，共聚是指共聚合，是一种化学方法，有几种单体进行共同的聚合反应得到特殊结构和性能的聚合物；共混是指共同混合，是一种物理方法，使几种材料均匀混合，以提高材料性能的方法，工业上橡胶材料和塑料材料进行共混是典型的例子，也可以在聚合物中加入某些特殊性能的成分以改变聚合物的性能，如导电性能等。 第四章聚合物的分子量和分子量分布 6.某聚苯乙烯试样经分级后得到5个级分。用光散射法测定了各级分的重均分子 试计算Mark-Houwink方程[η]=? KM中的两个参数K和α.
第二章 2.1聚合物的晶态和非晶态结构 2.1.1内聚能密度 例2－1 根据高聚物的分子结构和分子间作用能，定性地讨论表2-3中所列各高聚物的性能。表2-3线形高聚物的内聚能密度 高聚物 内聚能密度 兆焦/米3 卡/厘米3 聚乙烯259 62 聚异丁烯272 65 天然橡胶280 67 聚丁二烯276 66 丁苯橡胶276 66 聚苯乙烯305 73 高聚物 内聚能密度 兆焦/米3 卡/厘米3 聚甲基丙烯酸甲酯347 83 聚醋酸乙烯酯368 88 聚氯乙烯381 91 聚对苯二甲酸乙二酯477 114 尼龙66 774 185 聚丙烯腈992 237 解：（1）聚乙烯、聚异丁烯、天然橡胶、聚丁二烯和丁苯橡胶都有较好的柔顺性，它们适合于用作弹性体。其中聚乙烯由于结构高度对称性，太易于结晶，从而实际上只能用作塑料，但从纯C－C单键的结构来说本来应当有很好的柔顺性，理应是个橡胶。 （2）聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯和聚氯乙烯的柔顺性适中，适合用作塑料。 （3）聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙66和聚丙烯腈的分子间作用力大，柔顺性较差，刚性和强度较大，宜作纤维。 可见一般规律是内聚能密度<70卡/厘米3的为橡胶；内聚能密度70～100的为塑料；>100的为纤维。 2.1.2 比容、密度、结晶度 例2－2 由文献查得涤纶树脂的密度ρc=1.50×103kg·m-3，和ρa=1.335×103kg·m-3，内聚能ΔΕ=66.67kJ·mol-1(单元)．今有一块1.42×2.96×0.51×10-6m3的涤纶试样，重量为2.92×10-3kg，试由以上数据计算： (1)涤纶树脂试样的密度和结晶度； (2)涤纶树脂的内聚能密度． 解(l) 密度 结晶度 或
1.答： 蠕变：在一定温度、压力和恒定应力作用下，聚合物应变随时间增加而逐渐增大的现象。如软质PVC 丝钩着一定质量的砝码，就会慢慢地伸长；解下砝码后，丝会慢慢地回缩。这就是软质PVC 丝的蠕变和回复现象。坐久了的沙发；晾衣服的塑料绳（尼龙绳）； 应力松弛：在一定温度、压力和恒定应变条件下，观察试样内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。如拉伸一块未交联的橡胶至一定长度，并保持长度不变，随时间增加，橡胶的回弹力逐渐减小到零。例如松紧带；密封件 在受外力时，密封效果逐渐变差（密封的重要问题） 滞后：交变应力作用下，聚合物应变会落后于应力的现象 内耗：交变应力作用下，由于滞后，则每一循环变化中就会产生能量损耗，以热能形式散发，以热耗散的能量与最大储能模量之比ψ=2πtg δ来表征。如高速行驶的汽车轮胎会发热。 原因：聚合物是具有一定柔性的长链分子的聚集体，在外力作用下，聚合物的链段会发生运动而改变构象，但由于链段运动的摩擦力很大，而使形变具有时间依赖性。 蠕变现象会影响受力材料的长期尺寸稳定性，应力松弛会使弹性材料的受力能力随时间变差。而内耗现象则会使高速行驶的汽车轮胎发热而爆胎，但也可利用内耗来制成吸音防震材料。 2答： 频率的影响：. ?频率很高，内耗小 运动单元基本上来不及跟随交变外力而发生运动 ?频率很低，内耗小 运动单元的运动完全跟得上作用力的变化 ?一定频率范围，接1/τ 时，内耗大，会出现极值 运动单元运动跟上、但又不能完全跟上外加应力的变化 温度的影响 T 第一章 1.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CH 3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。 2C C CH 2CH 2CH 3H C C C C C C R R R 33 CH 3H H H H H H (R =CH CH 2)C C C C C C R R R H H H H H H H H H (R =C(CH 3)CH 2)C C C C C C R R 3CH 3CH 3 H H H H H H (R =CH CH 2)C C C C C C R R R H H H H H H H H H (R =C(CH 3)CH 2) ② 反1,4加成 ④ 3,4加成全同立构 ③ 1,2加成全同立构 ⑤ 1,2加成间同立构 ⑥ 3,4加成间同立构 CH CH 3CH 2CH 2n 1234CH CH 3 CH 2CH 2n 1234 2.以聚丁二烯为例，说明一次结构（近程结构）对聚合物性能的影响？ 解：单体丁二烯进行配位聚合，由于1,2加成与1,4加成的能量差不多，所以可得到两类聚合物。一类是聚1,2-丁二烯，通式是；另一类是聚1,4-丁二烯，通式是 。每一类都可能存在立体异构，如 由于一次结构不同，导致聚集态结构不同，因此性能不同。其中顺式聚1,4-丁二烯规整性差，不易结晶，常温下是无定形的弹性体，可作橡胶用。其余三种，由于结构规整易结晶，使聚合物弹性变差或失去弹性，不易作橡胶用，其性能之差详见表1-1。 表1-1聚丁二烯的物理性质 异构高分子熔点（℃）密度 （g/cm3） 溶解性（烃类溶 剂） 一般物性（常 温） 回弹性 20℃90℃ 全同聚1,2-丁二烯120～125 0.96 难硬，韧，结晶 性 45～55 90～92 间同聚1,2-丁二烯154～155 0.96 难硬，韧，结晶 性 顺式聚1,4-丁二烯4 1.01 易无定形 硬弹性 88～90 92～95 反式聚1,4-丁二烯135～148 1.02 难硬，韧，结晶 性 75～80 90～93 例1 根据高聚物的分子结构和分子间作用能，定性地讨论表2-1中所列各高聚物的性能。 解：（1）聚乙烯、聚异丁烯、天然橡胶、聚丁二烯和丁苯橡胶都有较好的柔顺性，它们适合于用作弹性体。其中聚乙烯由于结构高度对称性，太易于结晶，从而实际上只能用作塑料，但从纯C－C单键的结构来说本来应当有很好的柔顺性，理应是个橡胶。 （2）聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯和聚氯乙烯的柔顺性适中，适合用作塑料。 （3）聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙66和聚丙烯腈的分子间作用力大，柔顺性较差，刚性和强度较大，宜作纤维。 可见一般规律是内聚能密度<70卡/厘米3的为橡胶；内聚能密度70～100的为塑料；>100的为纤维。 例 2 由文献查得涤纶树脂的密度ρc =1.50×103 kg ·m -3 ，和ρa =1.335×103 kg ·m -3 ，内聚能ΔΕ=66.67kJ ·mol -1(单元)．今有一块1.42×2.96×0.51×10-6m 3的涤纶试样，重量为2.92×10-3kg ，试由以上数据计算： (1) 涤纶树脂试样的密度和结晶度； (2) 涤纶树脂的内聚能密度． 解 (l) 密度 )(10362.110 )51.096.242.1(1092.23363 ---??=???==m kg V W ρ 结晶度 %8.21335 .150.1335.1362.1=--=--=a c a V c f ρρρρ 或 % 3.23=--?=a c a c W c f ρρρρρρ (2) 内聚能密度 )(473192 )10362.1/1(1067.663 3 3 0-?=???=??=cm J M V E CED 文献值CED ＝476(J ·cm -3) 例3 已知聚丙烯的熔点T m =176℃，结构单元熔化热ΔH u =8.36kJ ·mol -1 ，试计算：（类似于本章17题） (1) 平均聚合度分别为=DP 6、10、30、1000的情况下，由于链端效应引起的T m 下降为多大? (2) 若用第二组分和它共聚，且第二组分不进入晶格，试估计第二组分占10％摩尔分数时共聚物的熔点为多少? 解 (1) DP H R T T u m m ??=-2110 第一章高分子链的结构 全同立构：高分子链全部由一种旋光异构单元键接而成 间同立构：高分子链由两种旋光异构单元交替键接而成 构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，这种排列是热力学稳定的，要改变构型必需经过化学键的断裂与重组 分子构造（Architecture）：指聚合物分子的各种形状，一般高分子链的形状为线形，还有支化或交联结构的高分子链，支化高分子根据支链的长短可以分为短支链支化和长支链支化两种类型 共聚物的序列结构：是指共聚物根据单体的连接方式不同所形成的结构，共聚物的序列结构分为四类：无规共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、接枝共聚物 接枝共聚物：由两种或多种单体经接枝共聚而成的产物，兼有主链和支链的性能。 嵌段共聚物（block copolymer）：又称镶嵌共聚物，是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物。 环形聚合物：它的所有结构单元在物理性质和化学性质上都是等同的 超支化聚合物：是在聚合物科学领域引起人们广泛兴趣的一种具有特殊大分子结构的聚合物 构象：由于σ单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。 链段：高分子链上划分出的可以任意取向的最小单元或高分子链上能够独立运动的最小单元称为链段。 链柔性：是指高分子链在绕单键内旋转自由度，内旋转可导致高分子链构象的变化， 因为伴随着状态熵增大，自发地趋向于蜷曲状态的特性。 近程相互作用：是指同一条链上的原子或基团之间，沿着链的方向，因为距离相近而产生相互作用 远程相互作用：因柔性高分子链弯曲所导致的沿分子链远距离的原子或基团之间的空间相互作用。远程相互作用可表现为斥力或引力，无论是斥力还是引力都使内旋转受阻，构想数减少，柔性下降，末端距变大。 自由连接链：假定分子是由足够多的不占体积的化学键自由结合而成，内旋转时没有键角限制和位垒障碍，其中每个键在任何方向取向的几率都相同。（极端理想化假设） 自由旋转链：假定链中每一个键都可以在键角所允许的方向自由转动，不考虑空间位阻对转动的影响 等效自由连接链：若干个键组成的一链段算作一个独立的单元，称之为“链段”，链段间自由结合，无规取向，这种链的均方末端距与自由连接链的计算方式等效。 高斯链：将一个原来含有n个键长为l、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链，视为一个含有Z个长度为b的链段组成的等效自由连接链，其（末端距）分布符合高斯分布函数，故称作这种高分子链称为“高斯链”。（末端距分布符合高斯分布函数的高分子链称为“高斯链”）。 无扰尺寸&无扰链：在θ条件下测得的高分子尺寸称为无扰尺寸（单位分子量均方末端距的平方根称为分子无扰尺寸），这时的高分子链称为无扰链 极性特征比：无扰链与自由连接链均方末端距的比值。 持续长度：无限长高分子链的末端距在第一个键方向上投影的平均值，可以表征高分子链的刚性程度，值越大，刚性越大。 平面锯齿构象：单体分子在同一空间平面内排列成锯齿状的空间形态 第4章 聚合物的分子量与分子量分布 1.统计平均分子量 由于聚合物分子量具有两个特点，一是其分子量比分子大几个数量级，二是除了有限的几种蛋白质高分子外，分子量都不是均一的，都具有多分散性。 因此，聚合物的分子量只有统计意义，用实验方法测定的分子量只是具有统计意义的平均值。 2.微分分子量的分布函数 0000 ()()()1()1 n M dM n m M dM m x M dM w M dM ∞ ∞ ∞ ∞ ====???? 以上是具有连续性的分子量分布曲线 3.分子量分布宽度 实验中各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值 4.多分散系数α 表征聚合物式样的多分散性。w n M M α=或z w M M α= 5. Tung (董履和)分布函数 表征聚合物的分子量分布，是一种理论分布函数，在处理聚合物分级数据时十分有用。 6.散射介质的Rayleigh 比 表征小粒子所产生的散射光强与散射角之间的关系，公式为2 (,) i I r R I θθγ= 7.散射因子()P θ 表征散射光的不对称性参数，()P θ是粒子尺寸和散射角的函数。具体公式如下： 222216()1sin 3()2 P S πθ θλ-=-' 注：n λ λ'= ，2 S --均方旋转半径，λ'-入射光在溶液中的波长 8.特性粘数[]η 表示高分子溶液0c →时，单位浓度的增加对溶液比黏度或相对黏度对数的贡献，具体公式 如下： 0ln []lim lim sp r c c c c ηηη→→== 9.膨胀因子χ χ维溶胀因子，在Flory 特性黏数理论中应用方式为; 2220 h h χ= 10. SEC 校正曲线和普适校正曲线 (1) SEC 校正曲线：选用一组已知分子量的单分散标准样品在相同的测试条件下做一系列的色谱图。 (2) 普适校正曲线： 322 () []h M φη= 以lg[]M η对e V 作图，对不同的聚合物试样，所得的校正曲线是重合的。 第5章 聚合物的分子运动和转变 1.玻璃-橡胶转变(玻璃化转变) 非晶态聚合物的玻璃化转变即玻璃-橡胶转变，对于晶态聚合物是指其中的非晶部分的这种转变。 2.晶态-熔融转变 半晶态聚合物的主转变，熔融转变实质为整链运动的热力学相变 3.松弛过程 高分子链由伸直状态逐渐过渡到卷曲状态的过程 4.松弛时间(I ) 橡皮由()x t (除去外力后t 时间橡皮长度的增量)变到(0)x (外力作用下橡皮长度的增量)的 1 e 倍时所需要的时间。 5.玻璃化转变温度(g T ) 杨氏模量下降速度最大处的温度 6.自由体积理论(P143) 液体与固体中，一部分空间是分子本身，一部分空间是分子空隙。当自由体积减少到一定程度时，它不在能够在容纳链段的运动，链段运动的冻结导致玻璃化转变发生。聚合物的玻璃化温度为自由体积降至最低值的临界温度。在此温度下自由体积提供的空间已经不足以使聚合物分子链发生构象调整 7.次级转变(P151) 聚合物分子链在g T 温度以下，链段运动被冻结，但还存在着需要能量更小的小尺寸运动单元的运动，这种运动称之为次级转变 8.结晶速度(P152) 结晶过程进行到一半所需时间的倒数，由成核速率和晶粒成长速率决定 9.主期结晶(P156)高分子物理作业(带答案)
高分子物理习题课-第二章
高分子物理名词解释
高分子物理习题答案(名词解释4-9章)
相关主题
文本预览