高分子材料基础大纲
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第1章材料科学概述1 简要说明材料与物质的区别。
2 举例说明材料的主要类别。
3 举例说明功能材料与结构材料。
4 举例说明材料的特征性能与功能物性。
5 简要说明相变及其类型。
6 举例简要说明材料的性能—结构—加工工艺之间的相互关系。
7 简要说明金属材料的塑性形变与位错及滑移运动间的关系。
8 写出锗、碳和氧原子的电子结构。
9 假设晶体的格点是等体积硬球,试证明体心结构和面心立方结构的堆砌因子分别为0.68及0.74。
10 证明滑移形变时的分剪切应力τ1遵从Schmid定律：τ1=σcosφcosλ,且在λ=45o的方向上τ1最大,式中为滑移方向与作用力之间的夹角, 为滑移面法线和作用力之间的夹角。
第2章高分子材料的制备反应1 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯和尼龙-6,6的分子式。
2 写出以下单体的聚合方式,并写出单体和聚合物的名称(1) CH2=CHCl(2) CH2=C(CH3)2(3) HO(CH2)5COOH(4) NH2(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH3 下列烯类单体适于何种聚合：自由基聚合、阳离子聚合或阴离子聚合？并说明理由。
(1) CH2=CHCl(2) CH2=CCl2(3) CH2=CHCN(4) CH2=C(CN)2(5) CH2=CHCH3(6) CH2=C(CH3)2(7) CH2=CHC6H5(8) CF2=CF2(9) CH2=C(CH3)—CH=CH24 以偶氮二异丁腈为引发剂,写出氯乙烯聚合历程中各基元反应式。
5 对于双基终止的自由基聚合,设每一大分子含有1.30个引发剂残基,假定无链转移反应,试计算歧化终止和偶合终止的相对量。
6 用过氧化二苯甲酰为引发剂,苯乙烯聚合时各基元反应活化能分别为Ed=125.6 kJ•mol-1、Ep=32.6 kJ•mol-1、Et=10 kJ•mol-1,试比较反应温度从50oC增至60oC以及从80oC增至90oC,总反应速率常数和聚合度变化的情况；光引发时的情况又如何？7 何谓链转移反应？有几种形式？对聚合速率和产物分子量有何影响？什么是链转移常数？8 聚氯乙烯的分子量为什么与引发剂浓度基本上无关,而仅取决于温度？氯乙烯单体链转移常数CM与温度的关系如下：CM=12.5exp(30.5/RT),试求40oC、50oC、55oC及60oC下,聚氯乙烯的平均聚合度。
9 试述单体进行自由基聚合时诱导期产生的原因。
10 推导二元共聚物组成的微分方程式。
11 当竞聚率r1=r2=1；r1=r2=0；r1>0,r2=0；r1r2=1等特殊情况下,二元共聚物组成变化的情况如何？12 试分析温度、溶剂对自由基共聚竞聚率的影响。
13 在离子型聚合反应中,活性中心离子和反离子之间的结合有几种形式？其存在形式受哪些因素影响？不同的存在形式对单体的聚合能力有何影响。
14 试述离子型反应中,控制聚合速率和产物分子量的主要方法。
15 简述乳液聚合中,单体、乳化剂和引发剂存在的场所,引发、增长和终止反应的场所和特征,胶束、乳胶粒、单体液滴和聚合速率的变化规律。
16 计算苯乙烯乳液聚合速率和聚合度。
设聚合温度为60oC,此时,kp=176 l•mol-1•s-1,[M]=5.0mol•l-1,N=3.2×1014 ml-1,ρ=1.1×1012个分子•ml-1•s-1。
17 定量比较苯乙烯在60oC下本体聚合及乳液聚合的速率和聚合度。
设：乳胶粒子数=1.0×1015 ml-1,[M]=5.0 mol•l-1,ρ=5.0×1012个分子•ml-1•s-1,两个体系的速率常数相同：kp=176 l•mol-1•s-1,kt=3.6×107 l•mol-1•s-1。
18 以如下配方在60oC下制备聚丙烯酸酯乳液：丙烯酸乙酯 + 共聚单体 100水 133过硫酸钾 1十二烷基硫酸钠 3焦磷酸钠（pH缓冲剂） 0.7聚合时间8小时,转化率100%。
试问下列各组分变动时,第二阶段的聚合速率有何变化？(1) 用6份十二烷基硫酸钠；(2) 用2份过硫酸钾；(3) 用6份十二烷基硫酸钠和2份过硫酸钾；(4) 添加0.1份十二烷基硫醇（链转移剂）。
19 聚合物的立体规整性的含义是什么？20 下列单体进行配位聚合后,写出可能的立体规整聚合物的结构式：(1) CH2=CH-CH3(2) CH2=CH-CH=CH2(3) CH2=CH-CH=CH-CH321 试讨论丙烯进行自由基、离子及配位阴离子聚合时,能否形成高分子聚合物？分析其原因。
22 写出下列单体的缩聚反应和所形成的聚酯结构。
(1) HO-R-COOH(2) HOOC-R-COOH + HO-R’-OH(3) HOOC-R-COOH + R’(OH)3(4) HOOC-R-COOH + HO-R’-OH + R’’(OH)323 等摩尔己二胺与己二酸进行缩聚反应,试求反应程度p为0.50、0.90、0.99及0.995时聚合物的平均聚合度。
24 等摩尔丁二醇与己二酸进行缩聚反应,制得的聚酯产物 ,求缩聚终止时的反应程度；若在缩聚过程中有0.5mol%丁二醇因脱水而损失掉,求达到同一反应程度的；如何补偿丁二醇的脱水损失才能获得同一的聚酯？25 由己二胺和己二酸合成聚酰胺,反应程度p=0.995,分子量为15,000,试计算初始单体配料比。
26 试写出聚氨酯的制备反应。
27 解释如下术语：(1) 微悬浮聚合(2) 微乳液聚合(3) 分散聚合(4) 种子乳液聚合(5) 无皂乳液聚合28 简要说明如下几种新型聚合反应：(1) 基团转移聚合(2) 开环易位聚合(3) 原子转移自由基聚合(4) 变换聚合反应第3章高分子材料的结构与性能1 什么是高分子的构型与构象？能否用改变构象的办法提高聚合物的等规度？2 假定聚乙烯的聚合度为2,000,C-C键角为109.5o,求伸直链的长度与自由旋转链均方末端距之比值。
3 某聚α-烯烃,聚合度为1,000,C-C长度为0.154nm,C-C键角为109.5o,试计算：(1) 完全伸直时大分子链的理论长度；(2) 全反式构象时大分子链的长度；(3) 看作高斯链时的均方末端距；(4) 看作自由内旋转链的均方末端距；(5) 此种聚合物的理论弹性限度。
4 解释如下术语：(1) 立体规整聚合物(2) 间规立构(3) 全同立构(4) 共聚物的序列结构5 求下列同系聚合物混合物的数均聚合度、重均聚合度和多分散性指数。
组分1：质量分数=0.5,分子量=1×104组分2：质量分数=0.4,分子量=1×105组分3：质量分数=0.1,分子量=1×1066 聚乙烯分子链上无侧基,内旋转位能不大,柔顺性好,为什么聚乙烯在室温下是塑料而不是橡胶？7 聚合物在不同条件下结晶时,可能得到哪几种主要的结晶形态？8 天然橡胶的松弛活化能近似为1.05kJ/结构单元,试估算由27oC升温至127oC时,其松弛时间缩短几倍？9 简要阐述聚合物的玻璃化转变及玻璃化转变温度以下的次级转变。
10 用膨胀计法测定聚合物玻璃化转变温度时,为什么冷却速度越快,测得的Tg越高？11 比较下列各组聚合物Tg的高低并说明其原因：(1) 聚甲基硅氧烷,顺式-聚1,4-丁二烯(2) 聚丙烯,聚4-甲基-1-戊烯(3) 聚氯乙烯,聚偏二氯乙烯12 简要阐述对于松弛过程时温等效的基本思想。
13 从自由体积概念出发,推导出WLF方程。
14 举例说明聚合物的蠕变、应力松弛、滞后和内耗现象。
15 什么是松弛时间？为什么外场作用时间与松弛时间相当时,松弛现象才能被明显地观察到？16 以某种聚合物材料作为两根管子接口法兰德密封垫圈。
若该材料的力学行为可用Maxwell模型描述,已知此垫圈压缩形变为0.2,初始模量为3×106 N•m-2,材料的应力松弛时间为300天,管内流体压力为0.3×106 N•m-2,试问多少天后接口处将发生泄漏？17 试述聚合物具有高弹性的必要和充分条件。
18 利用橡胶弹性理论,计算交联点间平均分子量为5,000,密度为0.925 g•cm-3的弹性体在23oC时的拉伸模量和剪切模量(R=8.314 J•k-1•mol-1)。
若考虑自由末端校正,模量怎样改变？(已知 =10万)19 什么是假塑性流体？20 简要阐述聚合物粘性流动的特点及与分子量及其分布的影响。
21 为什么聚合物的粘流活化能与分子量无关？22 分析温度、切变速率对聚合物熔体粘度的影响规律,并举例说明此规律在聚合物材料成型加工中的应用。
23 解释如下术语：(1) 溶解度参数(2) 高分子θ溶液(3) 体积排斥效应(4) 第二维利系数24 甲苯的Tg(s)=113K,PS的Tg(p)=373K,以甲苯增塑PS,当甲苯用量为20%体积时,PS的玻璃化温度是多少？25 某橡胶样品的密度为9.5×103 Kg•m-3,起始平均分子量为105,交联后网链分子量为5×103,试计算室温下(300K)的剪切模量。
答案：G=4.3×105 N•m-2。
26 苯乙烯-丁二烯共聚物(δ=16.7)难溶于戊烷(δ=14.4)和乙酸乙酯(δ=17.8),若选用上述两种溶剂的混合物,什么体积配比时对共聚物的溶解能力最好？27 35oC时,环己烷为聚苯乙烯的θ溶剂。
现将300mg聚苯乙烯(ρ=1.05g/cm3, =1.5×105)于35oC下溶于150ml环乙烷中,试计算：(1) 第二维利系数A2；(2) 溶液的渗透压。
28 根据聚苯乙烯试样的动态力学实验,当频率为1Hz时,125oC出现内耗峰。
试计算频率为1000Hz时,出现内耗峰的温度。
(聚苯乙烯的Tg=100oC)29 何谓聚合物的强度？为什么理论强度要比实际强度高许多倍？30 简要阐述聚合物的摩擦与磨耗特性。
31 如何表征聚合物的疲劳强度？它与聚合物的分子量有何关系？32 试述聚合物力学屈服现象、本质和特点。
33 简要分析聚合物热性能及电性能特点。
34 298K时,PS的剪切模量为1.25×109N•m-2,泊松比为0.35,求其拉伸模量(E)和本体模量(B)。
35 简要阐述聚合物介电损耗性能并与其力学损耗现象进行分析、对比。
36 试述聚合物材料的静电现象及其消除方法。
37 解释如下术语：(1) 聚合物驻极体和热释电流(2) 聚合物材料的老化(3) 氧指数(4) 聚合物阻燃剂38 简要阐述聚合物材料的力化学特性并举例说明此种特性在聚合物成型加工及聚合物改性方面的应用。
39 为了减轻桥梁的震动,常在桥梁的支点处垫上衬垫,当货车的轮距为10米,以每小时60公里的车速通过桥梁时,欲缓冲其震动,今有三种高分子抗震材料可供选择：(1) η1=109 Pa •s,E1=2×107 N•m-2；(2) η2=107 Pa•s,E2=2×107 N•m-2；(3) η3=105 Pa•s,E3=2×107 N•m-2。
