1 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
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。
涂小珍，张波，韦兴文，王维欣 文章编号：１００６—９９４１（２０１ ３）０３—０３０６—０４ ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药高温力学性能 涂小珍 ，张 波 ，韦兴文 ，王维欣 （１．中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳６２１ ９００；２．海军装备部驻重庆地区军事代表局，重庆４０００４２） 摘 要：为分析ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药（ＰＢＸ）在高温状态下的性能变化，对该高聚物粘结炸药在不同温度下的压缩性能、拉伸性 能、蠕变性能及泊松比进行了测试，并采用扫描电子显微镜对其高温蠕变断面形貌进行了观察。结果表明，该高聚物粘结炸药的压 缩强度、拉伸强度、抗蠕变持久应力及持久时间均随温度升高而降低，其泊松比随温度升高无明显变化；在高温７０ ｃＣ、拉伸应力为 ３ ＭＰａ下，该ＰＢＸ拉伸蠕变破坏模式主要为炸药颗粒与粘结剂脱粘，而在相同拉伸应力、温度为５０℃和６Ｏ℃下，其拉伸蠕变破坏 模式还表现为炸药颗粒断裂。 关键词：固体力学；高聚物粘结炸药（ＰＢＸ）；ＴＡＴＢ；力学性能 中图分类号：ＴＪ５５；Ｏ３４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—９９４１．２０１ ３．０３．００６
１ 引 言 １，３，５一三氨基一２，４，６三硝基苯（ＴＡＴＢ）是一种钝 感炸药，机械感度和热感度较低，具有良好的安全性和 稳定性” 。ＴＡＴＢ在温度到达其熔点前才开始升华／ 分解，温度约为２５０℃；而在２００ ｏ（＝以下，ＴＡＴＢ在一 定时间内非常稳定，没有任何分解的迹象 。同时， 因ＴＡＴＢ与高分子粘结剂通过一定工艺压制成型的高 聚物粘结炸药（ｐｏｌｙｍｅｒ ｂｏｎｄｅｄ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ，ＰＢＸ）具有 能量高、感度低、易机械加工等优良的综合性能等，被 广泛应用于各种尖端和常规武器中。但由于ＴＡＴＢ晶 体结构的不对称，在一定温度下，将发生各向异性膨 胀，使成型高聚物粘结炸药尺寸长大、密度降低。因 此，一些研究人员也对ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药的相 关性能开展了研究。如黄奕刚等 对ＴＡＴＢ基ＰＢＸ 在低温下的老化性能研究表明，ＰＢＸ炸药经低温贮存 后分子结构没有发生改变，热稳定性较好。李敬明 等 采用温度循环试验，对ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药 在温度冲击过程中的性能变化进行了研究，结果表明， ＴＡＴＢ基高聚物粘剂炸药经热循环后尺寸出现了长 大，随着循环次数的增加，其尺寸长大的速率明显放 缓，且由于ＴＡＴＢ基与粘结剂界面脱粘，ＰＢＸ模量、强 度和蠕变性能在循环后也出现了一定程度的下降，但 收稿日期：２０１ ２—０４—２５；修回日期：２０１ ２－１ ０—２６ 作者简介：涂小珍（１ ９７６一），女，硕士，主要从事含能材料环境适应性 研究。ｅ—ｍａｉｌ：ｚ—ｘ—ｔｏｅ１ ６３．ＣＯｒｎ 经热循环１ １轮和２０轮后的爆速却无明显变化。韦 兴文等 采用高温加速老化试验，对ＴＡＴＢ基高聚物 粘结炸药经热老化后的力学性能进行了研究，结果表 明，长期高温贮存后，ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药晶体与 粘结剂仍具有良好的粘合界面，其模量、破坏强度、破 坏应变和稳定蠕变速率等力学性能均未发生明显的变 化。这些工作的共同特点均是在室温环境条件下研究 ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药的性能。然而在实际使用过 程中，因受外部环境的影响，炸药温度会升高，其在作 用（或响应）时的温度状态已发生了改变，处于一定的 高温。因此，为了掌握ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药在高 温环境下的性能变化情况及其在高温环境下的适应 性，本论文对某ＴＡＴＢ基高聚物粘结炸药在高温下的 力学性能进行了研究。 ２ 实验部分 ２．１ 样品 压缩试验和拉伸试验用ＴＡＴＢ基ＰＢＸ样品尺寸规 格分别为＠２０ ｍｍ Ｘ２０ ｍｍ药柱和 ２５ ｍｍ Ｘ６５ ｍｍ 哑铃。除蠕变试验样品为每组３发外，其余样品均为 每组５发。 泊松比试验ＴＡＴＢ基ＰＢＸ样品尺寸规格为 ２５ ｍｍ×２５ ｍｍ×６０ ｍｍ药柱，每组样品５发。 ２．２仪器及试验方法 拉伸及压缩应力应变性能测试采用带有温控箱的 ＩＮＳＴＲＯＮ一５５８２电子万能材料试验机，分别参照 含能材料 ＷＷＷ．ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ－
高聚物的结晶态和取向态的差别
标题：高聚物的结晶态与取向态的差异
高聚物是一种重要的聚合物材料，其结晶态和取向态是在其制备和
应用过程中常见的两种不同形态。本文将从结晶程度、分子排列方
式和物性差异等角度，对高聚物的结晶态和取向态进行比较与分
析。
首先，结晶态是高聚物分子在凝固过程中形成的具有规则结构的有
序区域。在结晶态下，高聚物分子通过相互作用方式排列成三维晶
体结构，使得分子间距固定，形成规整的晶格。相比之下，取向态
是高聚物分子在流动或拉伸过程中，分子呈现特定的方向排列。取
向态下的高聚物分子排列方式呈现出一定的有序性，但没有明确的
结晶结构。
其次，结晶态和取向态的分子排列方式不同，导致高聚物物性差
异。在结晶态下，高聚物具有较高的熔点和热稳定性，结晶度较
高，力学性能和刚性较好。这使得结晶态的高聚物在应用中具有优秀的机械性能和耐热性。而取向态下的高聚物，由于其分子排列方
式的特殊性，具有较高的拉伸强度和各向异性。这使得取向态的高
聚物在纤维、薄膜等领域有着广泛的应用。
此外，结晶态和取向态的形成方式也不同。结晶态是通过温度控
制、溶剂选择等方式实现的，需要一定的结晶条件和时间。而取向
态则是通过加工过程中的外力作用，如拉伸、挤压等方法实现的。
在实际应用中，结晶态和取向态的形成方式会影响高聚物的加工工
艺和性能控制。
总的来说，高聚物的结晶态和取向态具有明显的差异。结晶态通过
分子间作用力形成有序结构，具有较高的熔点和热稳定性；而取向
态则是通过外力作用使分子排列呈现特定方向，具有较高的拉伸强
度和各向异性。在聚合物材料的开发和应用过程中，对结晶态和取
向态的理解和控制，对于提高材料性能和扩展应用领域具有重要意
义。
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第十章聚合物材料的力学性能
§10-1聚合物材料的结构与性能特点
分子质量大于1万以上的有机化合物称为高分子材料，是由许多小分子聚合而成，故又
称为聚合物或高聚物。
原子之间由共价键结合，称为主价键；
分子之间由范德瓦尔键连接，称为次价键。
分子间次价键力之和远超过分子中原子间主价键的结合力。拉伸时常常先发生原子键的断裂。
聚合物的小分子化合物称为单体，组成聚合物长链的基本结构单元则称为链节。
聚合物长链的重复链节数目，称为聚合度。
天然的聚合物有 木材、橡胶、棉花、丝、毛发和角等。
人工合成聚合物有 工程塑料、合成纤维、合成橡胶等
一、聚合物的基本结构
1、高分子链的构型 （近程结构）
由化学键所固定的几何形状--指高分子链的化学组成、键接方式和立体构型等。
见图9-1。(图9-2)。
长支链、短支链；线型交联分子链、三维交联分子链。
由两种以上结构单体聚合而成的聚合物称为共聚物。
聚合物的结晶很难完全。
（共聚物的几种形式如图9-3。）
2、高分子链的构象（远程结构）
一根巨分子长链在空间的排布形象，称为巨分子链的构象。
无规则线团链、伸展链、折叠链、螺旋链等构象(图9-5)。
3、聚合物聚集态结构
聚集态结构包括 晶态结构、非晶态结构及取向。
晶区与非晶区共存。结晶度＜98％，微晶尺寸在100A左右。
非晶态结构的高分子链多呈无规则线团形态。
在外力作用下，聚合物的长链沿外力方向排列的形态称为聚合物的取向。
4、高分子材料结构特征归纳：
⑴聚合物为复合物（∵各个巨分子的分子量不一定相同）；
⑵聚合物有构型、构象的变化；
⑶分子之间可以有各种相互排列。
二、性能特点
(1)密度小 ； (2)高弹性； (3)弹性模量小（刚度差）；(4)粘弹性明显。
§10-2线型非晶态聚合物的变形
线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结晶的高分子材料。
随温度不同而变化，可处于玻璃态、高弹态和粘流态三种力学状态(图9-7)
