东华大学《高分子物理》07年正考试卷

东华大学2009----2010学年第1学期期末试题踏实学习，弘扬正气；诚信做人，诚实考试；作弊可耻，后果自负。课程名称高分子物理使用专业07级复合材料、高分子材料班级___________________姓名_______________学号_____________试题得分一二三四五六七八九十总分(请将答案全部写在答题纸上!)一、解释下列物理概念（写出必要的表达式）：（30分，每题3分）1.等同周期；2.链段；3.半结晶期；4.第二位力系数A2；5.球晶6.力学三态；7.取向因子；8.冷拉；9.贮能模量；10.特性粘度[η]；二、单项选择题：（10分，每题1分）1.不对称的单烯类单体在聚合时可以头-尾键接和头-头(或尾-尾)键接方式，它们被称为：(a)旋光异构体(b)顺序异构体(c)几何异构体(d)空间立构体2.PTFE（聚四氟乙烯）分子链在晶体中采取的构象是：(a)平面锯齿链(b)扭曲的锯齿链(c)螺旋链(d)无规线团3.采用下列哪种测定分子量的方法，可以同时测定均方旋转半径：（a）端基分析法（b）稀溶液粘度法（c）膜渗透压法（d）光散射法4.若C-C键长为0.154nm,则聚合度为1000的聚乙烯自由旋转链的均方末端距为：(a)47.4nm2(b)71.1nm2(c)94.8nm2(d)142.2nm25.聚合物在高温高压下可以形成:（a）单晶（b）串晶（c）树枝晶（d）伸直链晶6.用硬PVC做成的雨衣长时间悬挂后会变形，这种现象称为：（a）蠕变（b）应力松弛（c）内耗（d）滞后7.剪切粘度随剪切速率的增大而减小的流体属于:（a）牛顿流体（b）假塑性流体（c）胀塑性流体（d）宾汉流体8.采用以下哪种方法可以测定纤维非晶区取向：(a)双折射法(b)x-衍射法(c)染色二色性法(d)声速法9.在良溶剂中Huggins参数:(a)大于0(b)小于0(c)大于1/2(d)小于1/210.通过拉伸试验得到的应力-应变曲线中，不能获得的物理量为：(a)断裂强度(b)断裂伸长率(c)冲击强度(d)杨氏模量三、判断对错题（10分，每题1分）1.分子链柔性增加会使其熔点提高。2.高分子结晶和晶体熔融均为热力学一级相变过程。3.主链上含有芳杂环结构的聚合物柔性较大。4.玻璃化转变是真正的热力学二级转变。5.聚合物的流动是通过分子链的整体跃迁来实现的。6.形成氢键或结晶都会使聚合物的玻璃化温度升高。7.高分子液晶溶液具有高浓度、低粘度、低剪切速率下高取向的性质。8.聚合物的结晶温度越高，其结晶速率越快。9.聚合物在受到拉伸应力时产生的银纹，其本质就是裂纹。10.Maxwell模型可以用来描述聚合物的蠕变过程。四、回答问题（50分）1．为什么小分子没有柔性,而聚合物却能表现出很好的柔性？写出三个表征高分子链柔性的物理量。(6分)2．在塑料的加工中常使用结晶成核剂，请说明结晶成核剂对聚合物的结晶速度、球晶的尺寸、产物的透明性、断裂强度和韧性的影响。（5分）3．聚合物在熔融时为什么会出现熔限？（5分）4．高聚物粘性流动有哪些特点？影响粘流温度Tf有哪些主要因素？(10分)5．画出玻璃态聚合物在Tg以下几十度范围内的应力－应变曲线，并在图上标明各段的名称。说明非晶态聚合物普通高弹性与强迫高弹性有哪些异同？（10分）6．我们常常使用粘度法测聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的分子量，采用端基分析测定尼龙6的分子量，这两种方法分别测定的是什么分子量？是相对方法还是绝对方法？为什么不能采用以上两种方法测定等规PP分子量？（8分）7．计算题：(6分)某聚合物在0℃时的粘度为103Pa⋅s，在Tg时的粘度为1012Pa⋅s，请利用WLF方程计算其在25℃时的粘度。答案一、解释下列物理概念（写出必要的表达式）：（30分，每题3分）1.等同周期：高分子晶体中，在c轴方向化学结构和几何结构重复单元的距离。2.链段：高分子链上能独立运动的最小单元。3.半结晶期：聚合物结晶时体积收缩到一半所需要的时间,衡量聚合物的结晶速度。4.第二位力系数A2：，表征高分子链段与溶剂分子之间的相互作用。5.球晶：从熔体冷却结晶或从浓溶液中析出，在不存在应力或流动的情况下形成的球状晶体。6.力学三态：非结晶聚合物随温度升高依次出现玻璃态、高弹态、粘流态，称为力学三态。7.取向因子：，其大小反映了取向单元对参考方向平行排列的程度。8.冷拉：玻璃态聚合物拉伸与结晶聚合物拉伸过程均经历弹性变形、屈服、发展大形变以及应变硬化等阶段，其中大形变在室温时都不能自发回复，而加热后则产生回复，故本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形变。该现象通常称为“冷拉”9.贮能模量：在形变过程中由于弹性形变而储存的能量。10.特性粘度[η]：表示在无限稀释的溶液中，溶质分子对溶剂分子的流动所产生的扰乱程度。二、单项选择题：（10分，每题1分）1.(b)；2.(c)；3.(d)；4.(c)；5.(d)；6.(a)；7.(b)；8.(c)；9.(d)；10.(c)三、判断对错题（10分，每题1分）1.×；2.√；3.×；4.×；5.×；6.√；7.√；8.×；9.×；10.×四、回答问题（50分）1、为什么小分子没有柔性,而聚合物却能表现出很好的柔性？写出三个表征高分子链柔性的物理量。(6分)答：柔性是指高分子长链能发生不同程度卷曲的特性，高分子链中许多原子或基团可以围绕共价键进行内旋转，在在空间产生不同的构象。所以高分子呈直线构象的几率极小，而呈卷曲构象的几率极大，因而高分子在无外力作用下总是自发地取卷曲的形态，这是高分子长链柔性的实质。而小分子由于可采取的构象数很少，不能表现出柔性。表征链的柔性的参数：1.空间位阻参数；2.分子无扰的尺寸；3.链段长度；4.极限特征比2、在塑料的加工中常使用结晶成核剂，请说明结晶成核剂对聚合物的结晶速度、球晶的尺寸、产物的透明性、断裂强度和韧性的影响。（5分）答：加入成核剂使：结晶速率提高、球晶的尺寸减小、透明性增加、断裂强度提高、韧性提高。3、聚合物在熔融时为什么会出现熔限？（5分）答：结晶聚合物出现熔限是由于含有完善程度不同的晶体之故。聚合物的结晶过程中，随着温度降低，熔体粘度迅速增加，分子链的活动性减小，在砌入晶格时来不及作充分的位置调整，而使形成的晶体停留在不同的阶段上。在熔融过程中，则比较不完善的晶体将在较低的温度下熔融，较完善的晶体需在较高的温度下才能熔融，从而在通常的升温速度下，呈现一个较宽的熔融温度范围。4、高聚物粘性流动有哪些特点？影响粘流温度Tf有哪些主要因素？(10分)答：粘性流动的特点：（1）.高分子流动是通过链段的位移运动来完成的；（2）.高分子流动不符合牛顿流体的流动规律；（3）.高分子流动时伴有高弹形变。)1cos3(sincos2212212f影响Tf的主要因素：（1）.分子链越柔顺，粘流温度越低；而分子链越刚性，粘流温度越高。（2）.分子间作用力大，则粘流温度高。（3）.分子量愈大，愈不易进行位移运动，Tf越高。（4）.粘流温度与外力大小和外力作用的时间增大，Tf下降。5、画出玻璃态聚合物在Tg以下几十度范围内的应力－应变曲线，并在图上标明各段的名称。说明非晶态聚合物普通高弹性与强迫高弹性有哪些异同？（10分）答：相同点：分子机理都是高分子链段运动，都是在应力变化不大时产生大形变。不同点：普通高弹性产生的温度范围是在Tg以上，移去外力后，试样能逐渐回复原状；而强迫高弹性产生的温度范围是在Tb----Tg之间，除去外力，试样已发生的大形变无法恢复，只有让温度升到Tg附近，形变方可回复。6、我们常常使用粘度法测聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的分子量，采用端基分析测定尼龙6的分子量，这两种方法分别测定的是什么分子量？是相对方法还是绝对方法？为什么不能采用以上两种方法测定等规PP分子量？（8分）答：端基分析法：数均分子量，绝对方法粘度法：粘均分子量，相对方法端基分析测定的聚合物，其分子链端需带有可供定量化学分析的基团，而PP没有可供定量化学分析的基团。粘度法测定分子量需要将其溶解在适当的溶剂中，配成稀溶液。而等规聚丙烯为非极性结晶聚合物，溶解往往需要将体系加热到熔点附近时才能发生，等规PP要在130℃溶解在十氢萘中，溶解条件苛刻，因此往往不通过粘度法测定分子量。7．计算题：(6分)某聚合物在0℃时的粘度为103Pa⋅s，在Tg时的粘度为1012Pa⋅s，请利用WLF方程计算其在25℃时的粘度。