非晶态聚合物的力学状态.

第一章1、晶体一般的特点是什么?点阵和晶体的结构有何关系？答：（1）晶体的一般特点是：a 、均匀性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质c 、自范性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性（2）晶体结构中的每个结构基元可抽象成一个点，将这些点按照周期性重复的方式排列就构成了点阵。

点阵是反映点阵结构周期性的科学抽象，点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象，它们之间存在这样一个关系：点阵结构＝点阵＋结构基元点阵＝点阵结构－结构基元2、什么是同质多晶？什么是类质同晶？一些组成固定的化合物，由于其内部微粒可以以不同的方式堆积，因而产生不同种类的晶体，我们把这种同一化合组成存在两种或两种以上晶体结构形式的现象为同质多晶现象。

在两个或多个化合物中，如果化学式相似，晶体结构形式相同，并能互相置换的现象，我们称之为类质同晶现象。

3、产生晶体缺陷的原因是什么？晶体缺陷对晶体的物理化学性质的影响如何？答：晶体产生缺陷的原因主要有：（1）实际晶体中的微粒总是有限的；（2）存在着表面效应；（3）存在着表面效应；（4）粒子热运动；（5）存在着杂质。

在实际晶体中缺陷和畸变的存在使正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或扰乱，对晶体的生长，晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等到都有很大的影响，在生产和科研中非常重要，是固体物理、固体化学和材料科学等领域的重要内容。

第二章１、晶体的结构特性是什么？这些特性是什么原因引起的？（1）晶体的均匀性：晶体的均匀性是焓因素决定的；非晶体的均匀性是由熵因素引起的。

（2）晶体的各向异性：由于晶体在各个方向上的点阵向量不同，导致了晶体在不同方向上具有不同的物理性质（3）晶体的自范性：在适宜的外界条件下，晶体能自发生长出晶面，晶棱等几何元素所转成的凸多面体，晶体的这一性质即为晶体的自范性。

高分子材料基础复习题答案-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1高分子复习一、名词解释1、单体单元：与单体分子的原子种类和各种原子的个数完全相同、仅电子结构有所改变的结构单元。

2、重复单元：重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。

也称重复单元、链节。

3、构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。

4、构象：是指分子中的原子或原子团由于C－C单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态)，是物理结构。

5、柔顺性：高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。

6、熔体纺丝：是将聚合物加热熔融，通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的化学纤维纺丝方法。

7、胶粘剂：它是一种能够把两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。

8、生胶：没有加入配合剂且尚未交联的橡胶，一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。

9、硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。

一般不溶于溶剂。

10、应变：材料在外力作用下，其几何形状和尺寸所发生的变化称应变或形变，通常以单位长度（面积、体积）所发生的变化来表征。

11、弹性模量：是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。

是材料刚性的一种表征。

12、塑料：塑料是以聚合物为主要成分，在一定条件（温度、压力等）下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。

13、功能高分子材料：具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物。

14、复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法组合起来，而得到的具有复合效应的多相固体材料。

15、缩聚反应：通过单体分子中的某些官能团之间的缩合聚合成高分子的反应。

16、结构单元：聚合物分子结构中出现的以单体结构为基础的原子团。

17、单体:二、判断正误，正确的√，错误的×。

非晶态聚合物是一种具有高度无序结构的材料，其力学性能取决于材料的微观结构和分子链的排列方式。

非晶态聚合物的力学状态通常可以分为三种：玻璃态、高弹态和黏流态。

玻璃态是非晶态聚合物在低温下的一种力学状态，此时分子链之间的运动受到限制，材料表现出高硬度和脆性。

玻璃态的非晶态聚合物在受到外力作用时容易发生断裂，因此不适合作为结构材料。

然而，玻璃态聚合物在光学和电子领域具有广泛的应用，例如制作光学纤维和液晶显示器等。

高弹态是非晶态聚合物在较高温度下的一种力学状态，此时分子链之间的运动较为活跃，材料表现出高弹性和韧性。

高弹态的非晶态聚合物在受到外力作用时能够发生较大形变，并且能够在外力消失后恢复原状。

因此，高弹态聚合物广泛应用于制造橡胶制品、弹性体和减震材料等领域。

黏流态是非晶态聚合物在高温下的一种力学状态，此时分子链之间的运动非常活跃，材料表现出类似流体的性质。

黏流态的非晶态聚合物在受到外力作用时能够发生流动，并且能够在外力消失后保持变形后的形状。

因此，黏流态聚合物广泛应用于制造塑料制品、薄膜和涂层等领域。

非晶态聚合物的力学状态与其微观结构和分子链的排列方式密切相关。

通过改变材料的化学成分、分子量和加工条件等参数，可以调节非晶态聚合物的力学状态，从而满足不同应用场景的需求。

此外，非晶态聚合物的力学状态也与材料的老化和降解过程密切相关，因此需要关注材料的储存和使用条件，以确保材料的性能和寿命。

非晶聚合物的三种力学状态说到非晶聚合物，很多人可能会觉得这个词听起来很高大上，有点遥不可及。

其实，非晶聚合物就像我们生活中随处可见的小玩意儿，像塑料袋、手机壳这些，都是它的身影。

今天，我们就来聊聊非晶聚合物的三种力学状态，轻松愉快地了解它们的特点和应用。

1. 玻璃态1.1 玻璃态的基本特征好，首先我们得从“玻璃态”开始。

这个状态听起来是不是有点像我们平时喝水时看到的玻璃杯？其实，玻璃态就像那种状态下的聚合物，既坚硬又脆弱，外观看上去平平无奇，实际上却蕴藏着不少玄机。

它的分子链就像一个个小小的迷宫，杂乱无章地聚在一起，不像结晶态那样规规矩矩。

你想啊，碰到这种状态的聚合物，打个比方，就像是在一场迷雾中摸索，没个章法。

1.2 玻璃态的应用场景在日常生活中，玻璃态的聚合物可不是“好吃懒做”，它可是有着相当多的应用。

比如说，你的手机壳，正是因为它是玻璃态，才能在保护手机的同时，保持轻便和灵活。

再比如说，很多电子产品的外壳也都采用这种材料，既坚固又美观，简直就是为“颜值与实力并存”的产品量身定制的。

2. 橡胶态2.1 橡胶态的基本特征接下来，我们得聊聊“橡胶态”。

这个名字一听就让人联想到那种弹性十足的感觉，没错，橡胶态的聚合物就像那种可以拉伸、变形的橡胶一样。

它的分子链比较松散，可以随意扭动，就像孩子在玩泥巴，随心所欲。

这种状态的聚合物，虽然柔软，但绝对不怕摔，能承受很大的拉力，简直是力大无比的“小钢炮”。

2.2 橡胶态的应用场景那么，橡胶态的聚合物都有什么用呢？说到这，我就不得不提到轮胎了。

没错，轮胎里就有着大量的橡胶态聚合物。

它们让车子在行驶时既能保持抓地力，又能吸收路面的震动，简直是个“万金油”。

此外，运动鞋的底部、各种密封圈、软管等也都离不开这个状态的聚合物，真是生活中无处不在的好帮手。

3. 流体态3.1 流体态的基本特征最后，我们要讲的是流体态。

这种状态的聚合物就像一池温水，流动自如，几乎没有固定的形状。

名词解释：配位数：一个原子具有的第一邻近（原子或离子）数。

费米能级：费米能级表示的是金属在绝对零度时的最高填充能级。

能带：许多原子聚集，由许多分子轨道组成的近乎连续的能级带。

价带(Valence band)：价电子能级展宽成的能带(可满可不满)满带(Filled band)：添满电子的价带空带(Empty band)：价电子能级以上的空能级展宽成的能带导带(Conduction band)：0 K 时最低的可接受被激发电子的空带禁带(Band Gaps)：两分离能带间的能量间隔，又称为能隙（Δ Eg）固溶体(Solid Solution)：杂质原子（或离子、分子）均匀分布（溶）于基质晶格中的固体。

点缺陷(Point Defect)：任何方向尺寸都远小于晶体线度的缺陷区线缺陷(位错Dislocation)：仅一维尺寸可与晶体线度比拟的缺陷一或数列原子发生有规则的错排弛豫：偏离了原平衡态或亚稳态的体系回复到原状态的过程 .相数 p：系统内性质相同且均匀部分的种类数独立组分数C：平衡系统中各相组成的最少纯物质数，等于纯物质数减去独立化学反应数。

自由度数 F：相平衡系统中可独立改变而不引起相变的变量数共晶：共晶是指凝固时由一个液相同时生成两个不同的固相。

共析：即两种以上的固相新相，从同一固相母相中一起析出，而发生的相变。

包晶：在结晶过程先析出相进行到一定温度后新产生的固相大多包围在已有的旧固相周围生成。

表面张力：扩张表面时单位长度上所需要的力。

表面能：增加单位面积的表面所需要做的功。

构象：高分子链由于单键内旋转形成的不同空间排列方式。

内聚能： 1 摩尔分子聚集在一起的总能量，或1 摩尔液体蒸发，或 1 摩尔固体气化的总能量。

表面(Surface)：固体与气体或液体的界面取向：链段、大分子链、晶粒（取向单元）在外力作用下，沿一定方向排列聚合物合金：两种或两种以上聚合物通过物理的或化学的方法共同混合而成的宏观上均匀、连续的高分子材料。

第5章聚合物的非晶态5.1复习笔记一、高分子的凝聚态结构高分子的凝聚态结构：分子链之间的几何排列和堆砌结构，包括非晶态结构、晶态结构、液晶态结构、取向态结构和共混聚合物的织态结构等。

高分子链结构是决定聚合物基本性质的内在因素，凝聚态结构随着形成条件的变化而变化，是直接决定聚合物本体性质的关键因素。

二、非晶态聚合物的结构模型目前对非晶态高聚物结构的争论交点，主要集中在完全无序还是局部有序。

1．无规线团模型（1）1949年，Flory从统计热力学理论出发推导出“无规线团模型”。

该模型认为：在非晶态聚合物中，高分子链无论在 溶剂或者是本体中，均具有相同的旋转半径，呈现无扰的高斯线团状态。

（2）实验证据①橡胶弹性理论；②在非晶聚合物的本体和溶液中，分别用高能辐射使高分子发生交联。

未发现本体体系中发生分子内交联的倾向比溶液中大；③用X光小角散射测定含有标记分子的聚苯乙烯本体试样中聚苯乙烯分子的旋转半径，与在溶液中聚苯乙烯分子的回转半径相近。

2．两相球粒模型（1）1972年，Yeh 提出两相球粒模型。

该模型认为：非晶态聚合物存在着一定程度的局部有序。

包含粒子相和粒间相两个部分，一根分子链可以通过几个粒子和粒间相。

（2）支持该模型的事实①橡胶弹性的回缩力；②聚合物的非晶和结晶密度比为96.0~85.0/≈c a ρρ，按分子链成无规线团形态的完全无序的模型计算65.0/<c a ρρ，实际密度比偏高；③聚合物结晶速度很快；④某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度增加，球粒增大。

二、非晶态聚合物的力学状态和热转变图5-1非晶态聚合物温度形变曲线“三态两区”：玻璃态、高弹态、黏流态、玻璃化转变（玻璃态与高弹态之间的转变）、粘流转变（高弹态与黏流态之间的转变）。

玻璃态：键长和键角的运动，形变小，模量大。

外力除去后，形变立刻回复，是普弹性。

玻璃化转变：链段开始发生运动，模量下降。

对应的转变温度T g为玻璃化温度。

非晶态高聚物的三种力学状态
非晶态高聚物在力学状态上有三种表现形式：弹性、塑性和粘弹性。

1. 弹性：在受力作用下，非晶态高聚物可以表现出弹性变形，即当外力作用结束后，其形状可以恢复到原来的状态。

这是由于聚合物链的柔性和高分子间能量的弱相互作用所导致的。

而非晶态高聚物的弹性和形变量大小与外力大小以及高聚物分子量、结构、交联等因素有关。

2. 塑性：当外力作用超过一定阈值时，在弹性变形达到一定范围后，非晶态高聚物会出现塑性变形，即形状难以恢复到原来的状态。

这是由于高分子链之间的摩擦力和链的主链和侧链间的结合力所导致的。

因此，非晶态高聚物的塑性取决于所施加的外力大小、形状、作用时间等因素。

3. 粘弹性：当外力作用不断变化时，非晶态高聚物会表现出粘弹性。

具体表现为当外力作用的频率较高时，非晶态高聚物会呈现出更为粘性的特性；而当外力作用频率较低时，又会表现出更为弹性的特性。

这是由于高聚物链的摩擦力和惯性作用所导致的。

因此，非晶态高聚物的粘弹特性主要取决于高聚物结构、聚合物链的长度、分子量等因素。

高分子物理课内实践——聚合物的高弹性和黏弹性一、高弹性：非晶态聚合物在玻璃化温度以上时处于高弹态。

高弹态的高分子链段有足够的自由体积可以活动，当它们受到外力后，柔性的高分子链可以伸展或蜷曲，能产生很大的形变，甚至超过百分之几百，但不是所有的聚合物都如此。

如果将高弹态的聚合物进行化学交联，形成交联网络，它的特点是受外力后能产生很大的形变，但不导致高分子链之间产生滑移，因此外力除去后形变会完全回复，这种大形变的可逆性称为高弹性。

它是相对于普弹性而言的。

所谓普弹性就是金属或其他无机材料的属性，即在力场作用下，应力与应变成正比，服从胡克定律，且形变量甚小，仅为千分之几或更小。

高弹态高聚物的弹性形变则数值很大，可达百分之几或更大，在绝热拉伸或压缩过程中，处于高弹态的高聚物（如橡胶）的温度能上升，金属的温度则下降。

在平衡状态时，橡胶的弹性模量与温度成正比，而金属的模量则与温度成反比。

高弹态是聚合物特有的基于链段运动的一种力学状态，高弹性是高分子材料极其重要的性能，其中尤以橡胶类物质的弹性最大。

它有如下特征：1.弹性模量很小而形变量很大。

由于热运动的作用，这种分子会不断的改变着自己的形状，就会显示出形变量比较大的特点，当外力作用对抗回缩力的时候形变就会自发回复，造成形变的可逆性，由于回缩力不大，在外力不大的时候就会可能发生比较大的形变，所以其弹性的模量表现比较小;2.弹性模量随温度的升高而增加。

在外力的作用下，这种回缩力与温度也有很大关系，会随着温度的升高，分子的热运动就会出现加强，回缩力也就会增大，弹性模量也就出现增加，弹性形变就会变小；3.泊松比大；4.形变需要时间。

由于在受到压力压缩的时候，形变就会总是随着时间的发展达到最大，随着压力的下降而消失。

不管是克服分子之间的作用力以及内摩擦力，还是从一种平衡的状态过渡到外力相适应的平衡状态，形变都是在外力作用之后所引起的，所以发生形变是需要时间的；5.形变时有热效应。

高分子物理作业-2-答案聚合物的力学状态及转变1. 解释名词：（1）聚合物的力学状态及转变由于高分子链之间的作用力大于主链的价键力，所以聚合物只具有固态和液态力学状态。

随着温度的升高，分子热运动能量逐渐增加，当达到某一温度时，即可发生两相间的转变。

（2）松弛过程与松弛时间松弛过程：在一定温度和外场（力场、电场、磁场等）作用下，聚合物由一种平衡态通过分子运动过渡到另一种与外界条件相适应的、新的平衡态，这个过程是一个速度过程。

松弛时间τ是用来描述松弛快慢的物理理。

在高聚物的松弛曲线上，∆x t ()变到等于∆x o 的1/e 倍时所需要的时间，即松弛时间。

（3）自由体积与等自由体积状态 分子中未被占据的体积为自由体积；在玻璃态下，由于链段运动被冻结晶，自由体积也被冻结，并保持一恒定值，自由体积“孔穴”的大小及其分布也将基本上维持固定。

因此，对任何高聚物，玻璃温度就是自由体积达到某一临界值的温度，在这临界值以下，已经没有足够的窨进行分子链的构象调整了。

因而高聚物的玻璃态可视为等自由体积状态。

（4）玻璃态与皮革态当非晶态高聚物在较低的温度下受到外力时，由于链段运动被冻结，只能使主链的键长和键角有微小的改变，因此从宏观上来说，高聚物受力变形是很小的，形变与受力和大小成正比，当外力除去后形变能立刻回复。

这种力学性质称为普弹性，非晶态高聚物处于具有普弹性的状态，称为玻璃态；部分结晶聚合物，存在玻璃化转变与高弹态，但由于晶区链段不能运动，此时玻璃化转变不再具有很大弹性的高弹态，而表现为具有一定高弹性、韧而硬的皮革态，即皮革态。

2. 试定性地绘出下列聚合物的形变—温度曲线（画在一张图上）1) 低分子玻璃态物质 2) 线性非晶态聚合物（1M ）3) 线性非晶态聚合物（212,M M M 〉212,M M M 〉>1M ） 4) 晶态聚合物（1M ）5) 晶态聚合物（212,M M M 〉212,M M M 〉>1M ） 6) 交联聚合物（交联度较小） 7) 交联聚合物（交联度较大）3. 判断下列聚合物（写出分子式）的Tg 的高低，阐述其理由：1) 聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯、聚二甲基硅氧烷 2) 聚氯乙烯、聚氯丁二烯、聚偏二氯乙烯、顺式1，4聚丁二烯 3) 聚乙烯、聚异丁烯、聚苯乙烯、聚乙烯基咔锉 4) 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈5) 聚甲基乙烯基醚、聚乙基乙烯基醚、聚正丙基乙烯基醚、聚正丁基乙烯基醚1) 聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯、聚二甲基硅氧烷CH 2CH 2n聚乙烯CO C OO CH 2CH 2On聚对苯二甲酸乙二酯n聚苯Si CH 33On聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷<聚乙烯<聚对苯二甲酸乙二酯<聚苯理由：当主链中引入苯基、联苯基、萘基和均苯甲酸二酰胺基等芳杂环以一，链上可以内旋转的单键比例相对减少，分子链的刚性增大，因此有利于玻璃化温度的提高。