高分子物理期终考试试题

高分子物理期终考试试题姓名＿＿＿学号＿＿＿＿＿得分＿＿＿＿一、选择题(共15分，每小题1分)：1.下列三类物质中，具有粘弹性的是（）1).硬塑料；2).硫化橡胶；3)聚合物熔体；4)三者都有。2.大多数聚合物流体属于（）1).膨胀型流体(，n1)2).牛顿流体(，n=1)3).假塑性流体(，n1)4).宾哈流体()3.在注射成型中能最有效改善聚甲醛熔体流动性的方法是（）1).增大分子量；2)提高加工温度；3).提高注射速率4.下列方法中，能提高聚合物模量的是（）1).提高支化程度；2).提高结晶度；3).加入增塑剂；4).与橡胶共混5.下列方法中，可以降低熔点的是1).主链上引入芳杂环；2).降低结晶度；3).提高分子量；4).加入增塑剂6.下列方法中，不能测定聚合物熔体粘度的是（）1).毛细管粘度计；2).旋转粘度计；3).乌氏粘度计；4).落球粘度计7.下列通用塑料中，使用温度上限为Tm的是()1)聚苯乙烯；2)聚甲醛；3)聚氯乙烯；4)有机玻璃8.下列高聚物中，使用温度下限为Tg的是()1)聚乙烯；2)聚四氟乙烯；3)聚二甲基硅氧烷；4)环氧塑料9.当高分子溶液从凝胶渗透色谱柱中被淋洗出来时，溶液中的分子的分离按()1)分子量；2)分子流体力学；3)分子链柔性；4)分子间相互作用能的大小10.下列高聚物-溶剂对中，在室温下可溶解的是()1)聚乙烯-甲苯；2)聚丙烯塑料-四氢萘；3)尼龙-甲酰胺；4)丁腈橡胶-汽油11.分别将下列高聚物熔体在冰水中淬火，所得固体试样中透明度最高的是()1)全同立构聚丙烯；2)聚乙烯；3)聚对苯二甲酸丁二醇酯；4)ABS12.下列高聚物中，在室温下容易发生屈服冷拉的是()1)有机玻璃2)酚醛塑料3)聚乙烯4)天然橡胶13.将有机玻璃板材用高弹真空成型法成型为飞机座舱盖时，成型温度为()1)Tb-Tg之间，2)Tg-Tf之间3)Tf-Td之间(Tb、Tg、Tf、Td分别为脆化温度、玻璃化转变温度、流动温度和分解温度)14.下列高聚物中属无规共聚物的是()1)尼龙66；2)聚氨酯热塑弹体；3)丁苯橡胶；4)聚对苯二甲酸乙二醇酯15.下列动态力学试验中直接测定储能剪切模量的是()1)超声法；2)单悬臂梁弯曲共振法；3)扭摆法二、写出下列关系式，并注明公式中各字母代表的意义(10分)：1.以Tg为参考温度的WLF方程；2.高分子特性粘数与分子量之间的关系；3.高聚物结晶度与密度的关系；4.硫化橡胶平衡溶胀比与交联点间分子量的关系；5.牛顿流体通过毛细管的体积流率与管壁处切变速率之间的关系。三、解释下列名词(任选5小题，10分)：1.溶度参数；2.链段；3.极限粘度5.临界分子量；6.哈金斯参数；7.对数减量；8.第二维利系数A2。四、问答题（任选5题，共35分）：1.说明双轴拉伸定向有机玻璃与普通非定向有机玻璃在模量、强度、韧性上的主要差别并解释原因。2.按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越高。这两个事实有矛盾吗？为什么？3.为什么实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体又带弹性？列举它们的具体表现形式。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小成型制品中的弹性成分？4.为什么用而不用来表征高分子链的平衡态柔性？为什么在表征高分子链柔性时，要在条件下测定高分子链的？已知一根聚乙烯分子链的聚合度为600，在条件下的均方半径=36nm2,试求该分子链的(设C－C键的键长为0.15nm,键角为10928’)。5.用注塑成型法分别成型无规立构聚氯乙烯(Tg=80℃,Tf=160℃)和全同立构聚丙烯(Tg=-10℃,Tm=170℃)长条试样,模具温度都是20℃，一个浇口设在试样端部。试估计两种试样凝聚态结构的异同及透明性的差别，解释原因，并设计实验证实你的估计。6.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。五、从所示曲线计算指定参数值（共11分）1.从高聚物的蠕变曲线(图1)求推迟时间τ(2分)；2.从高聚物熔体的流动曲线(图2)求切变速率分别为0.1、10和100s－1时的表观粘度(4)。3.从凝胶渗透色谱法得到的折光指数差-分子量关系曲线(图3)求数均分子量和重均分子量(5)。六、作图(19分，第一题4分，其它各小题3分):用实线画出下表中的指定关系曲线并在图中标出特征参数，然后在同一图中用虚线示意当指定参数改变时曲线的变化。尼龙6(Tg=50℃,Tm=250℃)30～200℃间不同温度下相同观察时间范围内(例如100-103秒)的一组应力松弛曲线以及转换到参考温度为50℃的主曲线参考温度提高时主曲线的变化有机玻璃(Tb=0℃,Tg=100℃,Tf=200)-20℃、80℃、150℃的应力-应变曲线应变速率提高聚乙烯(Tg=-80℃,Tm=136℃)熔体表观粘度与分子量之间的关系切变速率提高等规立构聚丙烯(Tg=-10℃，Tm=176℃)比容-温度曲线升温速率提高顺丁橡胶增韧聚苯乙烯顺丁橡胶：Tg=-100℃;聚苯乙烯：Tg=＋100℃动态力学性能(储能模量和-频率谱试验温度提高非晶态聚对苯二甲酸乙二醇酯PET(部分结晶PET的Tg=75℃,Tm=230℃)缓慢升温过程中的模量-温度曲线结晶度很高高分子物理期终考试试题答案一、选择题(共15分，每小题1分)：4)；3)；3)；2)；4)；3)；2)；3)；2)；3)；3)；3)；2)；3)；3)二、写出下列关系式，并注明公式中各字母代表的意义(；写出关系式得1分，注明公式中各字母代表的意义得1分，字母意义注明不全酌情扣分)：1.；aT：平移因子；T：实验温度；Tg：玻璃化转变温度。2.；：特性粘度；：粘均分子量；K、：常数。3.；：高聚物内晶相的体积百分数，即体积结晶度；、、分别为高聚物的密度、高聚物内晶相的密度和高聚物内非晶相的密度；或：；：高聚物内晶相的质量百分数，即质量结晶度；、、分别为高聚物的密度、高聚物内晶相的密度和高聚物内非晶相的密度。4.；硫化橡胶平衡溶胀比；：交联点间分子量；：交联样品溶胀前的密度；Vm,1：溶剂的摩尔体积；：高分子-溶剂相互作用参数。5.；：牛顿流体在管壁处的切变速率；Q:牛顿流体通过毛细管的体积流率；R：毛细管半径。三、解释下列名词(任选5小题，共10分，每小题2分)：1.溶度参数：物质内聚能密度的开方：，：物质内聚能；Vm：摩尔体积。2.链段：高分子链上可以独立运动的最小单元。3.极限粘度：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。4.断裂韧性K1C：表征材料阻止裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性破坏能力的韧性指标，，其中，为脆性材料的拉伸强度；C为半裂纹长度；E为材料的弹性模量；为单位表面的表面能。5.临界分子量：分子链之间开始出现缠结的最低分子量，也是高聚物固体模量-温度曲线上出现高弹平台所需的最低分子量。6.哈金斯参数：高分子-溶剂相互作用参数。的物理意义是将一个溶剂分子放进高聚物中所引起的能量变化。7.对数减量：相继两个振幅之比的自然对数，即，其中为对数减量，A为振幅，足标表示自振动开始振幅的序数。8.第二维利系数A2：也是表征高分子-溶剂相互作用的参数，即，其中为溶剂的偏摩尔体积，为哈金斯参数，为高聚物溶质的密度。四、问答题（任选5题，每小题各7分，共35分）：1.答：主要差别：双轴拉伸定向有机玻璃在取向的x,y方向上的模量、强度提高，韧性也提高，而在垂直于取向的方向上模量和强度比非定向有机玻璃减小。（2分）解释原因：1)取向后，高分子链沿取向方向排列，原子间以化学键结合为主，而未取向方向上原子间以范德华力为主；（2分）2)材料在拉伸取向的过程中，能通过链段运动，使局部高应力区发生应力松弛，使材料内的应力分布均化，这也是取向后强度提高的原因之一。(可不答)3)取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。因此，当材料的断裂强度随取向程度提高时，材料的脆化温度下降(如图).未拉伸普通有机玻璃的在室温附近，而双轴拉伸定向有机玻璃的低于室温。拉伸度足够高时，可下降到-40℃。因此，在常温下，双轴拉伸定向有机玻璃处于不脆区，不仅强度比普通有机玻璃的高，而且韧性也好得多。（3分）2.答：按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越高。这两个事实不矛盾。（1分）原因：1),T升高，高分子热运动加剧，分子链趋于卷曲构象的倾向更大，回缩力更大，故高弹平衡模量越高；（3分）2)实际形变为非理想弹性形变，形变的发展需要一定是松弛时间，这个松弛过程在高温时比较快，而低温时较慢，松弛时间较长，如图。按常识观察到的温度越高，橡皮越软就发生在非平衡态，即tt0时。（3分）3.答：实际橡胶弹性中带粘性的原因：构象改变时需克服摩擦力；（1分）高聚物粘性熔体又带弹性的原因：分子链质心的迁移是通过链段的分段运动实现的；链段的运动会带来构象的变化；（1分）列举它们的具体表现形式：橡胶拉伸断裂后有永久残余应变；橡胶快速拉伸会放热；挤出胀大等。（2分）减少橡胶的粘性:适度交联；（1分）在挤出成型中减小成型制品中的弹性成分：提高熔体温度；降低挤出速率；增加口模长径比；降低分子量，特别要减少分子量分布中的高分子量尾端。（2分）4.答：原因：1)消除分子量的影响；（2分）2)在条件下测定高分子链的原因：条件下分子链尺寸既不扩张也不收缩；（2分）3)计算：＝216nm2，＝54nm2，=2。（3分）5.答：说明异同及透明性的差别并解释原因得3分，设计实验得4分。1)PVC为非晶态，高取向皮层和低取向芯层；2)iPP为结晶态，高取向、高结晶皮层（串晶和柱晶等）和低取向、低结晶芯层（球晶）；3)PVC透明性好于iPP；设计实验：取向度－广角X射线、双折射、声波传播等；结晶度－X射线、DSC等；球晶尺寸及形貌－POM、TEM等。（均需说明实验原理及结果）6.答：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。（4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）五、从所示曲线计算指定参数值（共11分）1.推迟时间τ=10s(2分)；2.切变速率分别为0.1、10和100s－1时的表观粘度分别为20、2、可以直接作图得，也可以由切应力与切变速率之比计算得到，4分)。3.数均分子量＝4434，重均分子量＝5059(将曲线等分得1分，写出计算公式得1分，共5分)。六、作图(19分，第一题4分，其它各小题3分；正确标出特征参数得1分，正确画出虚线得1分):用实线画出下表中的指定关系曲线并在图中标出特征参数，然后在同一图中用虚线示意当指定参数改变时曲线的变化。尼龙6(Tg=50℃,Tm=250℃)有机玻璃-20℃、80℃、150℃的应力-应变曲线聚乙烯熔体表观粘度与分子量之间的关系等规立构聚丙烯比容-温度曲线顺丁橡胶增韧聚苯乙烯动态力学性能(储能模量和-频率谱（顺丁橡胶：Tg=-100℃;聚苯乙烯：Tg=＋100℃）非晶态聚对苯二甲酸乙二醇酯PET缓慢升温过程中的模量-温度曲线