高分子物理习题解答

hu2/hf2,r＝6.76×(1?cos?)/(1?cos?)=3.38

该比值表示无扰链与自由旋转链的均方末端距之比，是衡量高分子链柔顺性的一个参数。表征了高分子链原子上所带原子或原子团的近程相互作用对单键内旋转阻碍程度的大小，其值越小，高分子链越柔顺。

hf2,r/hf2,j＝(1?cos?)/(1?cos?)＝0.499

该比值表示自由旋转链与自由连接链的均方末端距之比，表征了高分子链键角对单键内旋转阻碍程度的大小，其值越小，高分子链越柔顺。

四.求：（1）聚合度为5×104的线型聚乙烯的均方末端距（作为自由旋转链），用两种方法计算；（2）求这种聚乙烯的最可几末端距；（3）末端距为10?、100?的几率。

2?nl答：（1）h2f,r??(1?cos?)(1?cos?)5

?＝2×5×104×1.542×（1+cos(180-109.5)）/(1-cos(180-109.5))

=4.74×10?2

(2)最可几末端距的径向分布函数只对自由连接链有效，PE为实际高分子，不能计

算。

五.试分析纤维素的分子链为什么是刚性的。

答：纤维素是1，4连接的β型葡萄糖的结合体，其分子式为：

HOHOHHCH2OHOHHHOOHOHHCH2OHOHOHHHHCH2OHOOHHHOHHHOOH2CCH2OHHOHOHHHOHOHOHOO2COHOOOHOOHOH2CHOHOOHOHO

在纤维素的分子主链是由刚性的葡萄糖环与可自由旋转的醚键组成，但因葡萄糖环上有羟基存在，大分子内和分子间的氢键作用，内旋转困难，链段不易活动，为刚性链。

六.一块交联度比较小的橡皮，是软的还是硬的。为什么？

答：是软的。橡胶一般为线性低Tg的高分子材料，主链中往往含有双键，容易发生化学键的内旋转，可呈现大量不同形态的构象，是典型的柔性链。当发生交联后，一部分分子链的内旋转被冻结，使分子链柔顺性降低，随着交联度增大，柔顺性降低，材料变硬。但当交联度较小时，仍有大量化学键可以内旋转，仍表现出高弹性。

七.说说你用过的、见过的高分子制品，各是用什么材料制成的？ 答：

OH 第二章 高分子的聚集态结构 一. 解释名词、概念 1.高分子的聚集态结构

答：大量高分子聚集体中高分子的空间排列方式。

2.结晶性聚合物

答：从化学结构看，具有结晶能力的聚合物。

3.液晶性聚合物

答：高分子中含有液晶基元，能够呈现液晶态的聚合物。

4.球晶

答：自球晶中心出发，沿径向辐射排列的长条扭曲状片晶的微小聚集体构成的微纤束的多晶聚集体。

5.高分子液晶

答：呈现液晶态的聚合物。

6.液晶原（介质）

答：高分子中决定高聚物能呈现液晶态的结构部分，称为液晶原（介原）。

7.内聚能密度

答：单位体积的内聚能。

8.半结晶期

答：结晶完全所需时间的1/2。

9.结晶度

答：结晶高聚物中，结晶部分所占的百分数。

10.结晶聚合物的熔点

答：高聚物熔点是结晶高聚物的结晶发生完全熔融时的温度。根据测定方法不同，其数值也不相同。如用膨胀计法测定熔点，是比容－温度曲线上结晶熔融终了的温度。

11.取向聚合物

答：高分子链、链段或微晶的某一晶轴（或晶面）沿某一方向（或平面）择优排列的聚合物。

12.晶面指数

答：从某方面观察晶体时，晶体中的质点是分布在等间距的平面上，这些平面群就是晶面。晶面在迪卡儿坐标轴（a，b，c）上的截距如果为3,2,1，其倒数则为1/3,1/2,1/1，通分后，为2/6,3/6,6/6，则2，3，6即为该晶面的晶面指数。

13.胆淄型液晶的螺距

答：胆甾型液晶中，扁平状高分子链相互平行排列成层片状，分子链长轴方向平行于层

片平面，不同层片之间高分子长轴取向相互扭转一定角度，层层叠加，长轴扭转360°构成一个周期。相邻的两个分子链长轴取向方向相同的层片之间的距离称为螺距。

二. 高分子聚集态结构包含哪些内容？试述高分子聚集态结构有哪些特点及与成型加工

条件、性能的关系。

答：包含内容：结晶结构、非结晶结构、取向态结构、液晶结构和织态结构。 结晶结构特点：①不是100%的高分子都排入晶格； ②高分子晶体呈现不同的完善程度；

③非晶区中高分子排列的有序程度较大。

结晶聚合物成型加工条件：加工温度要高于聚合物熔点。成型后材料的收缩率一般

较大。成型温度、冷却快慢的材料的结晶结构，从而影响材料性能。

结晶聚合物结构与性能关系：熔点是结晶聚合物作为材料使用的上限温度。对同种

聚合物而言，结晶度大，硬度大；结晶完善程度高，熔点高；结晶尺寸大，结晶度高，则冲击强度低；等等

非结晶结构特点：结构中没有结晶存在。大分子可能是完全无序或局部有序。 非结晶结构与成型加工的关系：粘流温度是成型加工的最低温度。

非结晶结构与性能关系：Tg是作为塑料使用的上限温度；粘流温度Tf是作为塑料使

用的上限温度；一般透光率较高等。

取向态结构特点：高分子链、链段或微晶的某一晶轴（晶面）沿着某一方向（平面）

择优排列。

取向结构与成型加工关系：通过高分子在流动或拉伸形变时形成取向结构。

取向态结构与性能关系：在取向方向上使材料的拉伸强度提高

液晶态结构特点：在熔点温度之上或溶于溶剂中形成溶液，在一定温度范围或一定

浓度范围时，呈现出具有晶体和液体部分性能的独特现象。

液晶结构与成型加工的关系：可以利用液晶特性可以配制高的浓度溶液，在较低的

粘度、不太大的剪切速率下制备高取向度的材料，如Kevlar 纤维。

液晶结构与性能的关系：利用向列型液晶特性制备显示材料；利用胆甾型液晶特性

制备测温传感器；利用胆甾型液晶材料颜色对杂质的敏感型可以在环保方面应用。

三. 列举5种用于聚合物结构研究的近代物理方法。

答：PLM, XRD, NMR, 小角激光光散射, IR，DMA, DSC等

四. 如何从结构上分析某种聚合物属于结晶性聚合物。 答：有以下结构特征的聚合物有结晶能力。

1、均聚物：①不含立体异构中心；②虽然含有立体异构中心，但高分子链是全同、间同、全顺、全反式构型的；③含有立体异构中心又属于无规立构构型时，一般不具有结晶能力，但如果几何对称性好，也可结晶，属于结晶性聚合物，如PVA, 聚三氟氯乙烯等。

2、共聚物：①交替共聚物：不含立体异构中心；②无规共聚物：共聚单元的均聚物是结晶性高聚物且具有相同的结晶结构或虽结晶结构不同，但一种组分占主导。 3、接枝共聚物：主链或枝链组分的均聚物是结晶性聚合物时，共聚物是结晶性聚合物。

4、嵌段共聚物：一些嵌段相应的均聚物是结晶性共聚物。

5、交联高聚物：交联前是结晶性的，轻度交联时，仍可结晶，属于结晶性聚合物。 6、支化聚合物：如果相应的线性聚合物是结晶性聚合物，聚合物也是可结晶

五.以聚乙烯为例，说明在什么条件下可以形成单晶、球晶、串晶、伸直链片晶，这些形

态的晶体特征是什么？为什么聚合物不易形成100%结晶的宏观单晶体。

答：1、在极稀溶液中缓慢结晶可形成单晶。单晶为平面状单层片晶，厚度在10nm左右

链轴垂直于晶片平面；

2、熔体结晶或浓溶液结晶易形成球晶。；熔体或浓溶液结晶时，被搅动或扰动，可形成串晶；聚合物熔体在高温高压下结晶可形成伸直链片晶。

六.在正交偏光显微镜上观察球晶时，可以看到消光黑十字、明暗相间的同心圆环（消光

环，对某些球晶），解释这些现象。 七.选择题

1.通常条件下，本体聚合物的结晶温度为：（1）高于Tm；（2）低于Tg：(3)在Tg~Tm之间

2.熔点最高的聚合物：（1）聚偏二氯乙烯：（2）聚而氟氯乙烯：（3）聚四氟乙烯 3.结晶能力最小的聚合物是（1）PE ；(2) PET；（3）PC 4.熔点最低的是：（1）PA66;(2)PA10;(3)PA1010

八.试述Avrami方程在本体聚合物结晶动力学研究中的意义。 九.最大结晶速度与温度Tmax和Tm的关系如何？

十.如何制得尺寸稳定性好、韧性好、透明性也比较好的均聚聚丙烯注塑制品 十一.温度对本体聚合物结晶速度的影响的规律是什么？解释其原因。

十二.均聚物A是一种结晶聚合物，如若加入10%体积分数的增塑剂（X1=-0.1）或者用

10%摩尔的单体B与单体A进行无规共聚（单体B的均聚物为非结晶性聚合物），增塑均聚物A的熔点与AB无规共聚物的熔点何者高?能从中得到什么规律？

6

十三.今有两种HDPE，其平均分子量为M1=8×104，（Tm为137℃，Tg为-68℃）。M2=4×10

（1）选择一种实验方法，做HDPE结晶速度与温度的关系，简要说明实验方法及作图步骤；（2）两种HDPE的

1t1/2~T曲线的异同点是什么？

十四.两种聚丙烯丝，在纺丝过程中，牵伸比相同，而分别采用冷水冷却和90℃的热水

冷却。将这两种丝加热到90℃何者收缩率大？为什么？

十五.有两种乙烯和丙烯的共聚物，其组成相同，其中一种在室温时是橡胶状的，一直到

温度降低-70℃才变硬；另一种在室温时则是硬而韧又不透明的材料，试解释它们内在结构上的差别。

十六.在聚合物纺丝工艺中，都有牵伸和热定型两道工序，为什么？热定型温度如何选

择？

十七.高分子液晶的结构有几种类型？特征如何？液晶性聚合物溶液的的关系如何？这

些关系的意义如何？

十八.Flory的结晶聚合物、非结晶聚合物的模型的要点是什么？有什么实验事实支持他

的模型？

十九.将氯纶、涤纶同时泡入90℃左右的热水中，现象如何？为什么？

二十.有常用的聚丙烯试样一块，体积为2.14cm3,重量为1.94g。求这一试样的比容、结