高分子物理期末考试试题
一、名词解释（每题2分，共10分）：
1、等效自由连接链：将含有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的链段组成的可以自由旋转的链，称为等效自由连接链。
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、泊松比：材料拉伸时横向应变与纵向应变比值之负数，是一个反映材料性质的重要参数。
5、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，十分钟内挤出的聚合物的质量克数。
二、简答题（可任选答8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；（2.5 分）
涤纶树脂结构中不含强极性取代基，分子间作用力小，熔点较低，所以可用熔融法纺丝。（2.5 分）
2、试述高聚物平衡高弹性的特点、热力学本质和分子运动机理。
答：高聚物平衡高弹性的特点：1) 弹性应变大；2) 弹性模量低；
3) T升高，高弹平衡模量增加；4) 快速拉伸，温度升高。（2分）
热力学本质：熵弹性；（1分）
分子运动机理：链段运动从卷曲构象转变为伸展的构象。（2分）
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。（1分）
溶解是高聚物分子扩散到溶剂中与溶剂分子相互混合的过程。（1分）
线型高聚物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。（3分）
4、.根据对材料的使用要求，有哪些途径可改变聚合物的T g？
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T g；（1分）
（2）加入增塑剂；（1分）
（3）控制分子量；（1分）
（4）适度交联；（1分）
（5）共聚-内增塑作用(或共混等) 。（1分）
5、解释下列实验事实：（1）聚对苯二甲酸乙二酯（PET）熔体迅速冷却，得到透明材料；（2）结晶聚合物在熔融过程中出现熔限。
答：（1）熔体迅速冷却，来不及结晶，获得无定形材料；（3 分）（2）晶格完善程度不同。（2 分）
６、比较分子链的柔顺性，并说明原因：(A)聚氯乙烯 (B)聚乙烯 (C)聚丙烯。
答：分子链的柔顺性：B＞C＞A （2 分）
原因：A的侧链中含有极性很强的氯原子，故柔性最差；（1 分）
B的主链结构对称，没有体积大的取代基，在碳链高聚物中柔性很好；（1 分）
C的侧链中含有极性很弱的甲基取代基，同A比较，柔性比A好。（1 分）
7、试述高聚物耐热性的指标，及提高耐热性的途径。
解：高聚物的耐热性对塑料来说，一般指它的T g（非晶态）和T m（晶态）；对橡胶来说，一般是指它的T f。对加工来说，一般是指T ox（氧化分解温度）或T d（分解温度）。（2分）提高耐热性的主要途径如下：
（1）增加聚合物分子间的作用力，如交联、形成氢健或引入极性基团等。（1 分）
（2）增加大分子链的僵硬性，如在主链中引入环状结构，如苯等大的侧基或共轭双键等。（1 分）
（3）提高聚合物的结晶度或加入填充剂、增强剂等。（1 分）
8、说明聚合物的蠕变和内耗现象。并简要说明为什么聚合物具有这些现象？
答：蠕变是指在一定的温度和较小的恒定应力作用下，材料的应变随时间的增加而增大的现象；（1.5 分）由于发生滞后现象，在每一循环变化中，作为热损耗掉的能量称为力学损耗。（1.5 分）由于高分子链可以通过链段运动使分子链进行重排或质心滑移，从而使应力松弛，因此聚合物可以出现蠕变现象；在交变应力作用下，因为链段的运动受阻于内摩擦力，因此会出现滞后和内耗现象。（2 分）
9、为改善聚丙烯的冲击性能，作为材料工程师的你需要选择一种合适的橡胶来进行增韧，目前可供使用的有三元乙丙橡胶与氯丁橡胶，请做出你的选择，简要说明原因，并简述其增韧机理。
答：应选三元乙丙橡胶，与PP 极性相近，具有较好的相容性。银纹-剪切带增韧机理。（选择正确1 分，原因阐述正确2 分，增韧机理论述正确2 分。）
PMMA 在523K 和503K 时的粘度；（2）说明链结构对聚合物粘度的影响；（3）说明温度对不同结构聚合物粘度的影响。（文献查得T g （PE ）=193K ，T g （PMMA ）=378K ）
解：（1）现求的粘度均在T g +100K 以上，故用Arrhenius 公式 （6
分）
)(490)51315031(31.8103.192200lg 303.2)(84)513
15231(31.8103.192200lg 303.2)(114)473
14631(31.8108.4191lg 303.2)(71)473
14831(31.8108.4191lg 303.2)11(lg 303.25033503523352346334634833483
2
121/s Pa s Pa PMMA s Pa s Pa PE T T R E T T Ae RT E ?=-?=?=-?=?=-?=?=-?=-?==?ηηηηηηηηηηηηη所以所以所以所以或 （2）刚性链（PMMA ）比柔性链（PE ）的粘度大。 （2分）
（3）刚性链的粘度比柔性链的粘度受温度的影响大。 （2分）
3、用平衡溶胀法可测定丁苯橡胶的交联度。试由下列数据计算该试样中有效链的平均分子量Mc 。所用溶剂为苯，温度为25℃，干胶重0.1273克，溶胀体重2.116克，干胶密度为0.941克/毫升，苯的密度为0.8685克/毫升，χ1=0.398。
解：平衡溶胀比Q=(v 1+ v 2)/v 2=[(w 1/ρ1) +(w 2/ρ2)]/(w 2/ρ2) =[(2.1160.1273)/0.8685+0.1273/0.941]/(0.1273/0.941)
=17.93 （4分）
下式中的v1为溶剂的摩尔体积，v1= M1/ρ1(苯) （1分）由[Mc/（ρ2 v1）]（0.5-χ1）=Q5/3 得（2分）
Mc =ρ2 v1 Q5/3/（0.5-χ1）=ρ2 （M1/ρ1）Q5/3/（0.5-χ1）
=[0.941×（78/0.8685）×17.92645/3]/（0.5-0.398）
=101700 （3分）