高分子物理复习题

第一章书后习题：1；2；6题中的（3）、（4）；7题中的（3）、（4）；补充题：1.假定聚乙烯的聚合度为2000，键角为109.5°，求伸直链的长度Lmax与自由旋转链的根均方末端距之比值。并由分子运动观点解释某些高分子材料在外力作用下可以产生很大变形的原因。2.比较以下三个聚合物的柔顺性，从结构上简要说明原因。3.大分子的结构分几个层次？近程结构和远程结构各包括哪些内容？例1－23假定聚乙烯的聚合度为2000，键角为109.5°，求伸直链的长度Lmax与自由旋转链的根均方末端距之比值。并由分子运动观点解释某些高分子材料在外力作用下可以产生很大变形的原因。解：对于聚乙烯链nlL21max32lnhrf2212,n＝2×2000＝4000（严格地说应为3999）所以5.36340003212,maxnhLrf可见高分子链在一般情况下是相当卷曲的，在外力作用下链段运动的结果是使分子趋于伸展。于是某些高分子材料在外力作用下可以产生很大形变，理论上，聚合度2000的聚乙烯完全伸展可形变36.5倍。第二章作业书上的1，3，5，7，8，11题1由文献查得涤纶树脂的密度ρc=1.50×103kg·m-3，和ρa=1.335×103kg·m-3，内聚能ΔΕ=66.67kJ·mol-1(单元)．今有一块1.42×2.96×0.51×10-6m3的涤纶试样，重量为2.92×10-3kg，试由以上数据计算：(1)涤纶树脂试样的密度和结晶度；(2)涤纶树脂的内聚能密度．2有两种乙烯和丙烯的共聚物，其组成相同（均为65%乙烯和35%丙烯），但其中一种室温时是橡胶状的，一直稳定降至约-70oC时才变硬，另一种室温时却是CHCHCH2CH2nCHCH2CHCH2nCH2CH2CH2CH2n(1)(2)(3)硬而韧又不透明的材料。试解释他们在内在结构上的差别。3将熔融态的聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）淬冷到室温，PE是半透明的，而PET和PS是透明的。为什么？4试推导用密度法求结晶度的公式acacWcf式中ρ为样品密度，ρc为结晶部分密度，ρa为非晶部分密度5解释下列实验：将一个砝码系于聚乙烯醇纤维的一端，把砝码和部分纤维浸入盛有沸水的烧杯中．如果砝码悬浮在水中，则体系是稳定的；如果砝码挨着烧杯底部，则纤维被溶解了．高分子物理第三、四章习题1.聚苯乙烯的δ＝8.6，选用丁酮（δ＝9.04）和环己烷（δ＝7.24）组成混合溶剂。试求混合溶剂中两种溶剂的体积分数。2.试述聚合物的溶解特点3．根据溶剂选择的几个原则，试判断下列聚合物一溶剂体系在常温下哪些可以溶解?哪些容易溶解?哪些难溶或不溶?并简述理由(括号内的数字为其溶度参数)。(1)有机玻璃(18.8)一苯(18.8)(2)涤纶树脂(21.8)一二氧六环(20.8)(3)聚氯乙烯(19.4)一氯仿(19.2)(4)聚四氟乙烯(12.6)一正癸烷(13.1)(5)聚碳酸酯(19.4)一环己酮(20.2)(6)聚乙酸乙烯酯(19.2)一丙酮(20.2)4.测定数均分子量和重均分子量分别有哪些主要方法？它们测量的分子量范围通常是多少？5.将分子量分别为105和104的同种聚合物的两个级分混合时，试求：（1）10g分子量为104的级分与1g分子量为105的级分相混合时，计算nM、wM、zM；（2）10g分子量为105的级分与1g分子量为104的级分相混合时，计算nM、wM、zM；（3）比较上述两种计算结果，可得出什么结论？6.假定A与B两聚合物试样中都含有三个组分，其相对分子质量分别为1万、10万和20万，相应的重量分数分别为：A是0.3、0.4和0.3，B是0.1、0.8和0.1，计算此二试样的nM、wM和zM，并求其分布宽度指数2n、2w和多分散系数d。7.一个聚合物样品由相对分子质量为10000、30000和100000三个单分散组份组成，计算下述混合物的WM和nM(1)每个组份的分子数相等(2)每个组份的重量相等(3)只混合其中的10000和100000两个组份，混合的重量比分别为0.145：0.855；0.5：0.5；0.855：0.145，评价d值.8.两个多分散样品以等重量相混合．样品A000,100nM和000,200WM,样品B有000,200nM和000,400WM推导混合物的nM和WM的表达式，并计算它们的值.第五章书上的1、3、9、11题；补充题：一.聚合物分子运动有哪些特点？二.（1）解释下列聚合物gT温度高低次序的原因：SiOCH3CH3，CH2CCH3CH3，CH2CClCl，CH2OCTg120:CTg70:CTg17:CTg50:(2)预计下列聚合物gT温度高低的次序：CH2CHCH3，CH2CHCl，CH2CH，CH2CHCN，CCH3CH3OOCO，OCH3CH3，三．塑料都是在Tg以下温度使用，纤维的最高使用温度为Tm，这些说法对吗？为什么？四.怎样解释：(1)聚合物Tg开始时随相对分子质量增大而升高，当相对分子质量达到一定值之后，Tg变为与相对分子质量无关的常数；(2)聚合物中加入单体、溶剂、增塑剂等低分子物时导致Tg下降。五.在热机械曲线上，为什么PMMA的高弹区范围比PS的大?(已知PMMA的gT378K，fT433—473K；PS的gT373K，fT383—423K)。六.假如从实验得到如下一些高聚物的热－机械曲线，如图，试问它们各主要适合作什么材料（如塑料、橡胶、纤维等）？为什么？（a）（b）Tε2060100140180ATε-60040B20210TεC80100TεD（a）（b）高聚物的温度-形变曲线七.试指出非晶态热塑性塑料、晶态热塑性塑料、热固性塑料以及硫化橡胶的使用温度范围。6-8章习题书上的第六章第1题，第七章的第1题、第4题第八章的第2题、第4题和第8题补充题1.垂直悬挂一砝码于橡胶带下，使之呈拉伸状态，当环境温度升高时，将观察到什么现象？解释之。2.用长10.16cm，宽1.27cm,厚0.317cm的橡胶试样做拉伸实验，所加负荷为28.35kg，其长度随时间的变化如下表，试画出蠕变—时间曲线。时间/min0110100100010000长度/cm10.24410.28410.35310.36210.41010.6303.解释为什么高速行驶中的汽车内胎易爆破。4.拉伸某试样，给出如下数据：（σ的单位为10-6N/m2）ε×1000110203040506070σ1．723．456．558．6110．110．811．611．4ε×10008090100120150(断)σ10．39．659．549．519．51(断)试作出应力—应变曲线，并求出杨氏模量、屈服应力和屈服时的伸长率及断裂强度。5.高聚物产生银纹的主要原因是什么？银纹有何特征？6.简述银纹与裂缝的差异。7.说明高聚物中两种断裂的特点，并画出两种断裂的应力-应变曲线。第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。等。2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须断裂化学键。（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象，而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？答（1）由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小，产生排斥作用，使平面锯齿形（…ttt…）构象极不稳定，必须通过C-C键的旋转，形成31螺旋构象，才能满足晶体分子链构象能最低原则。（2）由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开，相互间距离比范德华半径大，所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答：（1）空间位阻参数（或称刚性因子），值愈大，柔顺性愈差；（2）特征比Cn，Cn值越小，链的柔顺性越好；（3）连段长度b，b值愈小，链愈柔顺。5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？答：这是由于聚乙烯分子对称性好，容易结晶，从而失去弹性，因而在室温下为塑料而不是橡胶。6.从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异：（1）聚丙烯睛与碳纤维；（2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；（3）顺式聚1，4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊二烯（杜仲橡胶）。（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。7.比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。解：8.某单烯类聚合物的聚合度为104，试估算分子链完全伸展时的长度是其均方根末端距的多少倍？（假定该分子链为自由旋转链。）答：81.6倍9.无规聚丙烯在环己烷或甲苯中、30℃时测得的空间位阻参数（即刚性因子）δ=1.76,试计算其等效自由连接链长度b（已知碳—碳键长为0.154nm,键角为109.5°）。解：b=1.17nm10.某聚苯乙烯试样的分子量为416000，试估算其无扰链的均方末端距（已知特征比Cn=12）。答：均方末端距为2276.8nm2。第2章聚合物的凝聚态结构1.名词解释凝聚态，内聚能密度，晶系，结晶度，取向，高分子合金的相容性。凝聚态：为物质的物理状态，是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的，通常包括固体、液体和气体。内聚能密度：CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位：晶系：根据晶体的特征对称元素所进行的分类。结晶度：试样中的结晶部分所占的质量分数（质量结晶度）或者体积分数（体积结晶度）。取向：聚合物的取向是指在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向的择优排列。高分子合金的相容性：两种或两种以上高分子，通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所具有的亲和性。2.什么叫内聚能密度？它与分子间作用力的关系如何？如何测定聚合物的内聚能密度？答：（1）内聚能密度：CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位：（2）内聚能密度在300以下的聚合物，分子间作用力主要是色散力；内聚能密度在400以上的聚合物，分子链上有强的极性基团或者分子间能形成氢键；内聚能密度在300-400之间的聚合物，分子间相互作用居中。3.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？各种结晶形态的特征是什么？答：（1）可能得到的结晶形态：单晶、树枝晶、球晶、纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体；（2）形态特征：单晶：分子链垂直于片晶平面排列，晶片厚度一般只有10nm左右；树枝晶：许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状；球晶：呈圆球状，在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光，有些出现同心环；纤维状晶：晶体呈纤维状，长度大大超过高分子链的长度；串晶：在电子显微镜下，串晶形如串珠；柱晶：中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶，呈柱状；伸直链晶体：高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当。4.测定聚合物的结晶度的方法有哪几种？简述其基本原理。不同方法测得的结晶度是否相同？为什么？答：（1）密度法，X射线衍射法，量热法；（2）密度法的依据：分子链在晶区规整堆砌，故晶区密度大于非晶区密度；X射线衍射法的依据：总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和；量热法的依据：根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。（3）不同，因为结晶度的概念缺乏明确的物理意义，晶区和非晶区的界限很不明确，无法准确测定结晶部分的量，所以其数值随测定方法不同而不同。5.高分子液晶的分子结构有何特点？根据分子排列有序性的不同，液晶可以分为哪几种晶型？如何表征？答：（1）高分子液晶分子结构特点：1.分子主干部分是棒状（筷形），平面状（碟形）或曲面片状（碗形）的刚性结构，以细长棒状