高分子物理思考题

高分子物理思考题/习题集

北京航空航天大学
2003年

第一章

1定义下列术语：
1)内氢键;2)内聚能密度;3)构型与构象;4)无规线团;5)热塑弹体; 6)分子链的最可几末端距、平均末端距和均方末端距;7)链段;8）分子链的均方半径;9)分子链的平衡态柔性和动态柔性。
2 如何测定低分子物质的内聚能密度？能否用同样的方法测定高聚物的内聚能密度？
3 指出塑料、橡胶和纤维的内聚能密度的大致范围。为什么聚乙烯的内聚能密度较低但能成为塑料?
4 写出聚1,2丁二烯和聚1,2异戊二烯可能的键接方式与构型。
5 1,2二氯乙烷有几种稳定的内旋转异构体？
6 间同立构聚丙烯是否能通过内旋转转化为全同立构聚丙烯？
7 设1个高分子主链由100个单键组成，每个单键相对于前一个键可以在空间采取2种可能的位置,试计算该高分子链在空间可能采取的构象数。
8将苯乙烯(S)与顺式1,4丁二烯(B)按20∶80的重量比合成的无规共聚物和SBS三嵌段共聚物在性能上可能有什么区别？
9 SBS热塑弹体与硫化橡胶在溶解性与热行为上有什么区别？
10为什么只有柔性高分子链才适合作橡胶？金属材料能否出现高达百分之几十至几百的弹性大形变？
11写出下列各组高聚物的结构单元，比较各组内几种高分子链的柔性大小并说明理由:
1)聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯；
2)聚乙烯，聚乙炔，顺式1,4聚丁二烯；
3)聚丙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈；
4)聚丙烯，聚异丁稀；
5)聚氯乙烯，聚偏氯乙烯；
6)聚乙烯，聚乙烯基咔唑，聚乙烯基叔丁烷；
7)聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸丙脂，聚丙酸戌酯；
8)聚酰胺6.6，聚对苯二甲酰对苯二胺；
9)聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯。
12一种聚丙烯高分子链的聚合度为600，在外力作用下最大的拉伸比为10，求该高分子链的均方未端距与之比。已知C-C键的键长＝0.154nm，键角＝109°28'。
13测得聚丁烯-1分子链的均方半径＝36nm2，分子量＝33600, 求该分子链最大伸长比。已知C-C键的键长＝0.154nm,键角＝109°28'。

第二章

1定义下列术语：
1)晶态、液态、气态、玻璃态、液晶态、取向态；2)分子晶体、原子晶体、离子晶体；3)七个晶系：立方、六方、四方、菱方、正交、单斜、三斜；4)单晶、多晶；同素异晶；5)折叠键晶片、伸直键晶体；6)球晶、串晶、纤维状晶体；7)结晶度、晶片厚度、长周期；8)阿芙拉密指数，9)结晶速率，10)单轴取向、双轴取向、取向函数、双折射度；11)熔点、玻璃化转变温度；12)界面。
2 聚乙烯晶胞中含几个链节？
3 球晶、串晶、伸直链晶体分别在什么条件下形成？
4 如何制备密度梯度管？如何用密度法测定高聚物的结晶度？
5 为什么高分子不可能百分之百地结晶？高分子晶体中常见的缺陷有哪些？
6 在高分子晶体中，分子链构象能否通过内旋转任意改变？
★7写出下列高聚物的结构单元，并估计它们有无结晶能力：
1)聚四氟乙烯，2)聚甲醛，3)聚碳酸酯，4)尼龙，5)聚对苯二甲酸乙二醇酯，6)轻度交联天然橡胶，7)已固化酚醛塑料，8)聚三氟氯乙烯，9)无规立构聚甲基丙烯酸甲酯，10)全同立构聚丙烯，11)间同立构聚氯乙烯,12)低密度聚乙烯。
★8试设计一个具体的实验方案，使所得试样在偏光显微镜下呈如题2-8图所示的形貌：小球晶基体中嵌有若干个大球晶。实验用高聚物：全同立构聚丙烯。
★9 用模压成型法制得一块5cm见方、1cm厚的全同立构聚丁烯-1试样(制备方法：将颗粒原料置于模具中加热熔化,压制成型，然后迅速冷却，脱模取出试样。)试估计该试样在厚度方向上的密度(g/cm3)分布和球晶直径分布趋势,并说明理由。
10为什么天然橡胶在室温下是柔软而富有弹性的高弹体，但当拉伸比(λ)较大时其模量会急剧增加而失去高弹性？
★11试写出下列塑料的最高使用温度？（指出是Tg还是Tm即可）。
1)无规立构聚氯乙烯,2)间同立构聚氯乙烯,3)无规立构聚甲基丙烯酸甲酯,4)全同立构聚甲基丙烯酸甲酯,5)聚乙烯,6)全同立构聚丙烯,7)全同立构聚丁烯-1,8)聚丙烯腈,9)尼龙6,6,10)聚对苯二甲酰对苯二胺
★12 将3片1cm见方的全同立构聚丙烯薄膜分别置于载玻片与盖玻片之间。将它们在热台上加热到200℃，然后将它们分别投入液氮、置于室温铜板上和在150℃热台上恒温处理，问3片试样最终在正交偏光显微镜下所显示的形貌上有什么差别？为什么?
★13将2片1cm见方的全同立构聚丙烯薄膜分别置于载玻片与盖玻片之间。将其中1片试样在230℃的热台上恒温处理10min,然后转移到100℃的热台上处理5min。将另一块试样在190℃的热台上恒温到试样刚见透明即转移到100℃的热台上处理5 min。问2片试样中的结晶度是否相同？为什么？
14如何测定结晶高聚物在一定温度下的结晶速率常数k和阿芙拉密指数n,后者的物理意义是什么？
15高聚物的取向态是否是热力学稳定状态?
16普通有机玻璃在常温下基本上是脆性材料。当它受冲击作用时，可能象普通
无机玻璃一样破碎。而双轴拉伸定向有机玻璃座舱受到子弹射击时，可能在子弹穿透处呈空洞，而不发生座舱的爆破。试从普通有机玻璃和双轴拉伸定向有机玻璃在聚集态结构上的差别来分析它们力学性能不同的原因。
★17将尼龙6，聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）注射成型为如题2-17图所示的长条试样（成型中，模具温度均为20℃),发现各试样都有一层透明度较高的表皮层。试分析为什么？
★18将无规立构聚苯乙烯(Tg =100℃，＝180℃)和等规立构聚丙烯（Tg＝-10℃，＝176℃）分别注射成型为如题2-17图所示的长条试样（成型中，模具温度均为20℃），试分析两种试样皮-芯结构上的异同点、阐明原因并设计必要的实验证明你的分析。
★19 将高密度聚乙烯（Tg＝-80℃，＝136℃）注射成型为如题2-17图所示的长条状试样，分析试样密度、取向度和熔点沿厚度方向的变化。
20 为什么以中心浇口注塑成型的圆片容易出现荷叶状翘曲？
21 高聚物-高聚物中的界面与高聚物-无机填料或增强材料中的界面有什么不同？
22 3＃有机玻璃的韧性不能满足高性能战斗机座舱玻璃的要求，是否可以用与橡胶共混的方法来改进其韧性？为什么？

题2－8图题2－17图

第三章
1定义下列术语：
1)松弛过程，松弛时间、松弛时间谱；2)高弹态；3)熔点与玻璃化转变温度，4)自由体积；5)分段流动与化学流动；6)主转变与次级转变；7)反增塑。
2为什么可以认为“实际上高聚物总处于非平衡态”？
3运动单元运动的松弛时间与哪些因素有关？
4怎样区分塑料和橡胶？
5 和在本质上有什么差别？升温速率、外力作用速度、作用力的大小和流体静压力等如何影响Tg的测试值？
6高聚物的比容、弹性模量、折光指数与介电系数在玻璃化转变前后如何变化？
★ 7画出下列高聚物的1)形变-温度曲线；2)模量-温度曲线以及3) 比容-温度曲线示意图、标出特征温度和不同温度范围内的力学状态并示意当升温速率改变时上述曲线的变化趋势：1)无规立构聚苯乙烯，2) 全同立构聚丙烯，3) 硫化天然橡胶，4) 固化酚醛塑料，5) SBS热塑弹体，6) ABS工程塑料。
8画出一组分子量不同的苯乙烯同系线形聚合物的模量-温度示意图，标出特征温度。
9 画出一组分子量不同的同系线形聚乙烯的模量-温度示意图，标出特征温度。
★10画出硫化橡胶与热固性环氧塑料的模量-温度曲线，标出特征温度和不同温度范围内的力学状态。
★11 画出1)未增强尼龙6, 2)玻璃纤维增强尼龙6（）和3）碳纤维增强尼龙6（）的模量-温度示意图，标出特征温度。其中为纤维的体积分数。
★12 Fox-Flory和Simha-Borer定义的自由体积有什么不同？根据这两个自由体积定义推出的非晶态高聚物在下的自由体积分数分别是多少？
13 为什么教材中表2-7中某些高聚物的有两个值？
14 试用影响高分子链柔性的因素分析表2-7中各高聚物的。
15 交联密度怎样影响交联高聚物的？
16为什么当分子量足够大时，高聚物的流动活化能与分子量无关？
17在热塑性塑料的模压成型、挤出成型、吹塑成型与注射成型中，以哪一种流动为主？在橡胶素炼时，以哪一种流动为主。
★18 现有3种ABS，每一种都有两个值：
1) ＝-80℃ ＝100℃
2) -40℃ 100℃
3) 0℃ 100℃
试估计这三种ABS在-20℃时的韧性大小。
★19为什么优质热塑性工程塑料（如聚碳酯（PC）、聚砜、聚苯醚等）的高分子主链上都有苯环或杂环？
20试述提高塑料耐热性的途径。这些途径是否能用来提高橡胶的耐热性？

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