高聚物结构与性能

高聚物结构与性能试题参考答案一、名词解释（2.5×12 ＝30分）构型：由化学键决定的原子基团间的空间排列方式分子链柔顺性：高分子链能够改变其构型的性质高斯链：又名高斯线团，是末端距分布符合Gauss分布函数的线团。

熔限：高分子晶体的熔融发生在一个温度范围内，称为熔限。

多分散指数：描述高分子的分子量多分散性大小的参数，通常是Mw/Mn或Mz/Mw取向：高分子的链段、整链或其晶体结构沿外力方向所作的优先排列。

粘弹性：高分子固体的力学性质兼具纯弹性和纯粘性的特征，称为粘弹性。

溶度参数：定义为（CED）1/2，用于指导非极性聚合物的溶剂选择。

冷拉：高分子材料在拉伸条件下，发生应力屈服，出现细颈、细颈扩展所导致的大形变行为。

增韧：即增加聚合物材料韧性，所采用的技术路线有弹性体和刚性粒子增韧力学损耗：高分子材料在动态力学条件下，应力与应变出现滞后所导致的机械能损耗银纹：由于应力或环境因素的影响，聚合物表面所产生的银白色条纹二、简答题（8×5＝40 分）1．分别写出顺丁橡胶、聚丙烯、聚异丁烯、聚甲醛、聚氯乙烯的结构式，比较其玻璃化温度的高低，并说明原因。

2．高聚物熔体的流动机理是什么？其流动行为上有什么特征？答：流动机理：高分子链的重心移动采用高分子链段的协同跃迁的方式完成，通常称为“蠕动”。

熔体流动的特征有三：1，高粘度，缘自高分子巨大的分子量；2，剪切变稀：高分子链受剪切作用时，发生构象变化。

3，弹性效应：高分子流动变形中包含可逆的构象变化，导致其表现出Barus效应、爬杆效应等现象。

3．何为θ溶液？θ条件下，Huggins参数取何值？此时溶液中高分子链的构象有何特征？答：处于θ状态，即高分子链段间作用等于高分子链段与溶剂分子作用的状态的高分子溶液，称为θ溶液。

此时，Huggins参数为1/2；溶液中高分子链的构象与同温度条件下的高聚物本体的非晶区构象相同。

4．请说明聚乙烯、尼龙－66和交联顺丁橡胶溶解行为上的差异。

高聚物结构与性能一、高聚物的分子结构概念：1大分子(macromolecule)；是由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量2聚合物分子(polymer molecule)；也叫高聚物分子，通常简称为高分子，它意味着：(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节)；(2) 并且只有一种或少数几种链节；(3) 这些需要的链节多重重复重现3星形大分子(star macromolecule)；从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)的分子若从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)则称为星型高分子则称为星型高分子4共聚物(copolymer)；由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物5共聚物分子(copolymer molecule)；6构型(configuration)；是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列7构象(conformation)；构象指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子放置所产生的空间排布（由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为~）8链段(macromolecular segments)；高分子链上对应于伸直长度和柔性与该高分子链相同的自由连结链内一个统计单元的一段分子链9高分子链的柔性(flexibility of polymer chain), 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，这种特性就称为高分子链柔性10聚合度(degree of polymerization); 指聚合物大分子中重复结构单元的数目11侧基(side group)；连接在有机物碳链上的取代基12端基(end group)；聚合物分子链端的基团13无规共聚物(random copolymer)；具有Bernoullian序列统计的统计聚合物（聚合物中组成聚合物的结构单元呈无规排列）14嵌段共聚物(block copolymer)；由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的共聚物（聚合物由较长的一种结构单元链段和其它结构单元链段构成）15统计共聚物(statistic copolymer)；通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物分子中的序列16交替共聚物(alternating copolymer)单体单元A和单体单元B在共聚物分子中交替分布二、高聚物的晶态结构概念：1晶胞；与晶格向对应的晶体结构叫晶胞。

高分子聚合物及其结构与性能关系的三个层次姓名：刘灵芝学号：2011020214 高分子聚合物指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达104～106)化合物。

例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元—CH2CHCl—重复连接而成，因此—CH2CHCl—又称为结构单元或链节。

由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体，是合成聚合物的原料。

n代表重复单元数，又称聚合度，聚合度是衡量高分子聚合物的重要指标。

聚合度很低的(1～100)的聚合物称为低聚物，只有当分子量高达104～106(如塑料、橡胶、纤维等)才称为高分子聚合物。

由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，如上述的聚氯乙烯、聚乙烯等。

由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物，如氯乙烯—醋酸乙烯共聚物等。

1. 聚合物的分类聚合物的分类可以从不同的角度对聚合物进行分类，如从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等。

(1)按分子主链的元素结构，可将聚合物分为碳链、杂链和元素有机三类。

碳链聚合物指大分子主链完全由碳原子组成。

杂链聚合物指大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。

元素有机聚合物指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机基团组成，如甲基、乙基、乙烯基等。

有机硅橡胶就是典型的例子。

元素有机又称杂链的半有机高分子，如果主链和侧基均无碳原子，则成为无机高分子。

(2)按材料的性质和用途分类，可将高聚物分为塑料、橡胶和纤维。

橡胶通常是一类线型柔顺高分子聚合物，分子间次价力小，具有典型的高弹性，在很小的作用力下，能产生很大的形变，外力除去后，能恢复原状。

纤维通常是线性结晶聚合物，平均分子量较橡胶和塑料低，纤维不易形变，伸长率小，弹性模量和抗张强度都很高。

塑料通常是以合成或天然聚合物为主要成分，辅以填充剂、增塑剂和其他助剂在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。

“高聚物结构与性能”复习思考题●举例说明高分子体系中的氢键、极性基团之间的相互作用, 如PA，PAN，Cellulose 等.●简述如PS，PV A键接方式的分析测试方法.●写出异戊二烯聚合可能形成的不同高分子链结构.●简述LDPE, HDPE, LLDPE 在链分子结构及性能上的差别.●简述高分子链单键内旋转位垒势能函数U(Φ)的意义及其与链分子静态和动态柔性的联系.●描述高分子链刚柔性的主要参数有哪些?●简述高分子结晶区中链分子构象的择取原则, 举例说明之.●简述高分子在不同的结晶形成条件下可能形成的不同结晶形态,并说明如何表征之.●写出等温结晶的Avrami 方程, 说明在不同温度下结晶的机理有何不同, 以及对聚集态结构的影响.●如何说明在无定形区中随分子量的增大, 高分子链的相互贯穿或缠结的程度也愈大.●说明不同测试方法下得到的取向的不同意义.●简述高分子的分子运动的特点.●Tg 的等自由体积理论的要点是什么?●简述影响Tg 的结构因素.●试比较下列高分子链的刚柔性或Tg 的大小: PE, PP, PVC,cellulose, 甲基纤维素, 聚苯.●简述描述高聚物粘弹性的Boltzmann 线性叠加原理●给出橡胶态下高分子材料的应力-应变关系式.●简述高聚物断裂破坏的二种机理.●为什么通常的PMMA 可以得到透明度很高的塑料制品, 而另一种特殊聚合方法得到的PMMA 却总是不透明的, 解释之.●透明的PET 薄膜接触到有些有机溶剂常常会变为不透明, 请解释之.●简述三维溶解度参数的概念.●写出高分子溶液混合熵的公式, 说明其与理想溶液混合熵公式的差异.●比较同一种高分子链在下列各情况下均方末端距的大小: (1)良溶剂稀溶液下; (2) 良溶液较浓溶液下; (3) θ溶液体系下; (4) 熔体中; (5) 无定形固体中.●为什么说从热力学观点看高分子溶液是真溶液？●为什么PVC很不适合用于食品包装业？●通过哪些实验论证可以较充分地证明冻胶纺超拉伸的高强高模超高分子量聚乙烯纤维具有伸直链结晶结构.●写出顺式聚1，4－丁二烯及反式聚1，4－丁二烯的化学结构式，且从分子链结构的特点来说明它们性能上的主要差异，哪种可作为橡胶材料用？●甲基纤维素的链分子相比纤维素的链分子显现更好的柔性，这是为什么？●有两种乙烯和丙烯的共聚物, 其组成均为65%乙烯和35%丙烯,但其一在室温下为橡胶状, 通常也称为乙丙橡胶, 而另一种则在室温下为不透明的硬质塑料, 试说明它们在结构上的差异。

高聚物结构与性能的关系；1.高聚物的结构；按研究单元的不同分类，高聚物结构可分为两大类：一；1.1高聚物链结构；高聚物的链结构包括近程结构和远程结构；高聚物链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，各种；1.2高聚物的聚集态结构；高聚物的分子聚集态结构包括晶态、非晶态、液晶态、；因此对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，；2.高聚物结构与力学性能的关系；2高聚物结构与性能的关系1. 高聚物的结构按研究单元的不同分类，高聚物结构可分为两大类：一类为高聚物的链结构，即分子内的结构，是研究一个分子链中原子或基团之间的几何排列；另一类为高聚物的分子聚集态结构，即分子间的结构，是研究单位体积内许多分子链之间的几何排列。

对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。

1.1 高聚物链结构高聚物的链结构包括近程结构和远程结构。

近程结构是指结构单元的化学组成、立体异构、连接顺序、以及支化、交联等；远程结构是指高分子链的构象、分子量等。

高聚物链结构是决定高聚物基本性质的主要因素，各种高聚物由于链结构不同其性质则完全不同。

例如，聚乙烯柔软容易结晶，聚苯乙烯硬而脆不能结晶；全同立构聚丙烯在常温下是固休，可以结晶，而无规立构聚丙烯在常温下则为粘稠的液体等。

1.2 高聚物的聚集态结构高聚物的分子聚集态结构包括晶态、非晶态、液晶态、取向态等；高聚物的分子聚集态结构是在加工成型过程中形成的，是决定高聚物制品使用性能的主要因素。

即使具有相同链结构的同一种高聚物，由于加工成型条件的不同，其成型品的使用性能就有很大差别。

例如，结晶取向程度不同直接影响纤维和薄膜的力学性能；结晶大小和形态不同可影响塑料制品的耐冲击强度，开裂性能和透明性。

因此对高聚物材料来说，链结构只是间接影响其性能，而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。

研究高聚物分子聚集态结构的意义就在于了解高聚物分子聚集态结构的特征，形成条件及其与材料性能之间的关系，以便人为地控制加工成型条件得到具有预定结构和性能的材料，同时为高聚物材料的物理改性和材料设计建立科学基础。

高聚物结构与性能名词解释第一、二章高分子的链结构链式结构：高分子是由多价原子彼此以共价键结合而成的长链状分子。

构象：由于单键内旋转而产生的分子在不同形态。

构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。

高分子链的构型包括单体单元的键合顺序、空间构型的规整性、支化度、交联度以及共聚物的组成及序列结构。

构造：分子链中原子的种类和排列,包括取代基和端基的种类,结构单元的排列顺序,支链的类型和长短。

高分子的结构包括高分子的链结构与聚集态结构。

高分子的链结构又分近程结构和远程结构。

近程结构属于化学结构，又称一级结构。

远程结构包括分子的大小与形态，链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象，又称二级结构。

聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构以及织态结构，它们是描述高分子聚集体中的分子之间是如何堆砌的，又称三级结构。

织态结构和高分子在生物体中的结构则属于更高级的结构。

高分子链序列结构：共聚物中不同结构单元的交替次数，不同结构单元在分子链中的平均长度。

全同立构：高分子全部由一种旋光异构体键接而成或者高分子主链上的侧基在主链的同侧；间同立构：由两种旋光异构体交替键接而成或者侧基以间隔一定的主链长度在主链两侧出现；等规立构：两种旋光异构体完全无规键接时，则称为无规立构。

全同异构和间同异构。

结构异构：结构不同引起异构，化学性质也截然不同立体异构：结构相似，但由于空间排布的微小偏差导致结构不同；顺反异构：由于正反的差别导致光学异构：构造相同的分子，如使其一平面偏振光向右偏转，另一侧向左。

则两种互为光学异构体。

构象异构：同一种化合物的构象，可通过单键旋转由一种变为另一种，则这两种互为构象异构体。

通常自由基聚合的高聚物大都是无规的，只有用特殊的催化剂才能制得等规立构的高聚物，这种聚合方法称为定向聚合。

等规度: 高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数。