1、高分子物理A卷答案（2010年1月）一.名詞解釋(每題3分，共30分)1.等效自由連接鏈：鏈段與鏈段內旋轉自由，無規取向，這種鏈稱為等效自由連接鏈。2.柔性：高分子鏈能夠改變其構象的性質。3.高分子的凝聚態結構：高分子鏈之間的幾何排列和堆砌狀態，包括固體和液體。4.力學松弛：聚合物的力學性質隨時間的變化統稱為力學松弛。 5.高分子溶液: 是指高分子稀溶液在溫度下（Flory溫度），分子鏈段間的作用力，分子鏈段與溶劑分子間的作用力，溶劑分子間的作用力恰好相互抵消，形成無擾狀態的溶液。 6.熱塑性彈性體：由于物理交聯點的存在，室溫具有彈性，高溫具有流動加工性的聚合物。7.假塑性流體：黏度隨切變速率

2、增加而降低的流體稱為假塑性流體，其流動指數n1。8. 橡膠的熵彈性:橡膠的高彈性主要是橡膠內部熵的貢獻，所以這種高彈性也叫橡膠的熵彈性。9.銀紋：聚合物在張應力作用下，于材料某些薄弱部位出現應力集中而產生局部的塑性形變和取向，以至在材料表面或內部出現的微細凹槽或“裂紋”。10.時溫等效：升高溫度與延長時間對分子運動是等效的，對聚合物的粘彈行為也是等效的。二.請回答以下問題(共52分)1. 聚乙烯分子鏈上沒有側基，內旋轉位能不大，柔性好。該聚合物為什么室溫下為塑料而不是橡膠？（4分）答：這是由于聚乙烯分子對稱性好，容易結晶，從而失去彈性，因而在室溫下為塑料而不是橡膠。2. 能否用蒸餾的方法提純高

3、分子，為什么？（4分）答：不能，聚合物不存在氣態，這是因為高分子的分子量很大，分子鏈很長，分子間作用力很大，超過了組成它的化學鍵的鍵能。3請簡要敘述高聚物晶態的折疊鏈結構模型的要點，或者畫出示意圖。(4分)答：（1）晶區中分子鏈在片晶內呈規則近鄰折疊。(2分)（2）夾在片晶之間的不規則排列鏈段形成非晶區。(2分)4假如從實驗得到如下一些高聚物的熱機械曲線（溫度單位為oC），如圖1，試問它們主要適合作什么材料（如塑料、橡膠、纖維等）？為什么？（6分）T-60040BT2060100140180A （a） （b）20210TC （c） 圖1 高聚物的溫度-形變曲線答：(a)塑料，由于其室溫為玻璃態

4、，Tg遠高于室溫。（2分）(b)橡膠，由于室溫為高彈態，而且高彈區很寬。（2分）(c)纖維，由于是結晶高分子，熔點在210左右。(當然大多數用作纖維的高分子也可作為塑料)（2分）5. 試從化學結構來討論影響聚合物玻璃化轉變溫度的因素。（8分）答：（1）主鏈的柔性，主鏈柔性越好，玻璃化溫度越低。（2）取代基，側基的極性越強，Tg越高。（3）構型，一般全同立構的Tg較低，間同立構的Tg較高。（4）分子量，Tg隨分子量增加而增加，分子量超過一定值后，Tg將不再依賴于分子量。（5）鏈間的相互作用，高分子鏈間相互作用降低了鏈的活動性，因而Tg增高。（每對一個得2分，答對四個得7分）6. 試敘述聚合物的內

5、耗與溫度及作用力頻率的關系。(6分)（1）內耗與溫度的關系：Tg以下，聚合物的應變僅為鍵長的改變，應變量很小，幾乎同應力同步進行，內耗很小。溫度升高，有玻璃態區向橡膠平臺區過渡時，由于鏈段開始運動，運動時受到的摩擦阻力大，內耗較大，出現內耗峰。溫度進一步升高，雖然應變值較大，但鏈段運動阻力減小，內耗減小。(3分)（2）內耗與作用力頻率的關系：外力作用頻率較大時，運動單元基本上來不及跟隨交變的外力發生運動，內耗較小。若外力作用頻率很小時，運動單元的運動完全跟得上作用力的變化，內耗也較小。只有當外力作用頻率接近于鏈段運動松弛時間的倒數時，運動單元運動跟上但又不能完全跟上外加應力的變化，內耗較大，出

6、現內耗峰。（3分）7. 請分別簡述溫度、應變速率、結晶度和取向對聚合物的應力-應變行為的影響。（8分）(1)溫度升高，材料變得軟而韌，斷裂強度下降，斷裂伸長率增加；（2分）（2）隨著應變速率增大，聚合物的模量增加，屈服應力、斷裂強度，斷裂伸長率減小，這與降低溫度的效應是相似的。（2分）（3）結晶度增加，屈服應力、強度、模量等提高，斷裂伸長率、沖擊烯能等則下降。（2分）（4）聚合物材料在取向方向的強度隨取向程度的增加而很快增大。（2分）8. 簡述聚合物粘性流動的特征。(6分)(1)聚合物流動是通過鏈段的相繼躍遷完成的。聚合物流動單元不是整個分子鏈而是鏈段。（2分）（2）流動粘度大。高分子鏈較長，

7、熔體內部能形成一種類似網狀的纏結結構，使得整個分子的相對位移比較困難。（2分）（3）流動中伴隨高彈形變。聚合物流動過程中并不是高分子鏈之間簡單相對滑移，而是各個鏈段分段運動的結果。在外力作用下，高聚物粘性流動的同時，必伴隨一定量的高彈形變。（2分）9用一個典型可結晶高聚物樣品經驟冷得到過冷的非晶態樣品A，試簡要畫出樣品A的DSC熱分析圖（升溫降溫升溫，測試溫度范圍T1(T1Tg)至T2(TmT2Tf)且緩慢升降溫）（6分）答：第一次升溫，應該畫出玻璃化轉變區，結晶峰，熔融峰。（3分）降溫，應該畫出結晶峰，玻璃化轉變區。（2分）第二次升溫，應該畫出玻璃化轉變區，熔融峰。（1分）三計算題(共18分

8、)1. 假設一種線型聚乙烯高分子鏈的聚合度為2000，鍵角為109.5，C-C鍵長為1.54，求：（1）若按自由連接鏈處理，？（2）若按自由旋轉鏈處理，？（3）若在無擾條件下的溶液中測得高分子鏈的=6.76nl2，該高分子鏈中含有多少個鏈段？鏈段的平均長度是多少？(8分)(1) nl2=20001.541.54 2=4.7103 2 （2分） (2) 2 nl2=220001.541.54 2=4.7103 2（2分）(3 hmax=nl=20001.54=Zb (Z為鏈段個數，b為鏈段的平均長度)=6.76nl2=Zb2聯立上面兩方程，得b=6.76l=6.761.54 =10.4 Z=2000/6.76=296 （4分）2