东华大学《高分子物理》简答题题库

五、聚合物的高弹态有哪些特点？从热力学定律出发推导外力一部分用于橡胶内能的变化，一部分用于熵的变化。（10分）

答：高弹态有如下特征：

1、高弹态聚合物的弹性模量较低，可以发生很大的弹性形变。 2、除去外力时弹性形变可以恢复。

3、聚合物发生高弹形变时，弹性模量与温度成正比，即温度升高，弹性回力增高。 4、快速拉伸时，橡胶自身温度上升(放热)；反之，压缩时，橡胶自身温度降低(吸热)。 推导:根据热力学第一定律: 体系内能变化等于体系吸收的热量与体系对外做功的差

du=dQ-dW

橡皮被拉长时，体系对外作的功应包括两部： 1. 拉伸过程中体积变化(膨胀)所作的功：pdV 2. 拉伸过程中形状变化所作的功：-f dl dW= pdV-f dl

热力学第二定律：对于等温可逆过程: dQ=TdS

可得到：du= TdS- pdV+f dl

实验证明：橡胶在拉伸过程中体积几乎不变，dV≈0

du= TdS +f dl

可得到： ??u???S?f????T?? ??l?T,V??l?T,V即外力一部分用于橡胶内能的变化，一部分用于熵的变化。

六、聚合物溶解过程有哪些特点？在θ溶剂、良溶剂和不良溶剂中，Huggins参数х1和过量化学位△U1E分别

为何值？（10分）

答：1. 聚合物溶解过程中的特点：

a溶解时间长，分溶胀和溶解两步。

b溶解度与高聚物的分子量有关, 分子量越大，溶解度小。 c结晶聚合物溶解困难，其溶解是先熔融、后溶解。 2. θ溶剂：χ1＝1/2，△U1E=0 良溶剂：χ1＜1/2，△U1E＜0 不良溶剂：χ1＜1/2，△U1E ＜0

七、比较下列聚合物对的Tm高低，并简述理由。（10分） （1） 聚氯乙烯和聚丙烯腈

（2） 聚对苯二甲酸乙二酯和聚间苯二甲酸乙二酯

答：（1）聚氯乙烯<聚丙烯腈

原因：分子链取代基的极性越强，分子间的作用力越大，熔点越高。

（2）聚对苯二甲酸乙二酯>聚间苯二甲酸乙二酯 原因：聚对苯甲酸乙二酯的分子链对称性和规整性比聚间苯二甲酸乙二酯高，对位基团围绕其主链旋转180后

构象几乎不变，即在熔融过程所发生的?S变化较小，故具有较高的熔点。

3

八、已知聚乙烯为斜方晶系，它的晶胞参数为a=0.736nm,b=0.495nm,c=0.254nm,样品的密度为0.97g/cm,求单晶格中所含分子链节数。（10分） ?

o一、试说明分子链结构、分子量、结晶温度、结晶成核剂、压力等因素对聚合物结晶速率的影响。（10分） 答：1. 分子链结构:链的结构越简单，对称性越高，分子链的柔性越大，则结晶速度就越快。 2. 分子量: 同一种聚合物随分子量的增大，熔体的粘度增大，结晶速率降低。 3. 温度: 高温利于结晶生长，低温利于成核，在某一温度，结晶速率最大。 4. 结晶成核剂: 在聚合物中加入结晶成核剂可使结晶速度提高。

5. 压力: 一般结晶性聚合物的熔体在熔点附近是很难发生结晶的，但是如将熔体置于高压下，就会引起结晶。

二、聚合物有哪些取向单元，取向前后哪些性质会发生变化？（10分） 答：聚合物的取向单元有：大分子链、链段和微晶；

未取向：大分子链和链段的排列是随机的, 呈现各向同性；

取向后：取向方向上原子之间的作用力以化学键为主,而与之垂直的方向上,原子之间的作用力以范德华力为主, 呈现各向异性。

力学性能: 抗张强度等在取向方向上大大增加，而与其垂直的方向上降低； 热学性能: Tg增加, 结晶聚合物密度和结晶度增加； 光学性能：出现双折射现象。

三、聚合物分子运动有哪些特点？为什么说高弹性是一种熵弹性？（10分） 答：高弹形变的本质是链段在小范围内绕某链轴的旋转运动，是构象的改变，即分子的伸长、卷曲所产生的形变。链分子愈卷曲，说明可采取的构象数目愈多，体系的熵愈大；反之链愈伸直，说明可采取的构象数目愈少，体系的熵亦小。因此，高弹性是一种熵弹性。

四、画出非晶聚合物和结晶聚合物的温度－形变曲线，并在图上标注出各转变区和力学状态。根据曲线解释为什么聚乙烯和聚丙烯的玻璃化转变温度都比较低（如：聚乙烯为-70℃，聚丙烯为-15℃），但室温下却都可以作为塑料使用（10分）

答：非晶聚合物温度－形变曲线 结晶聚合物的温度－形变曲线

聚乙烯和等规聚丙烯结构规整，容易结晶。当聚合物结晶度高达40％以上时，由于晶区相互连接，贯穿整个材料，聚合物在Tg- Tm之间并不出现高弹态，只有到熔点Tm，结晶瓦解，链段热运动程度迅速增加，模量才迅速下降，即其最高使用温度可提高到接近材料的熔点，因此室温下聚乙烯和等规聚丙烯却都可以作为塑料使用。

六、试说明分子链结构、分子量、结晶温度、结晶成核剂、压力等因素对聚合物结晶速率的影响。（10分） 答：1. 分子链结构:链的结构越简单，对称性越高，分子链的柔性越大，则结晶速度就越快。 2. 分子量: 同一种聚合物随分子量的增大，熔体的粘度增大，结晶速率降低。 3. 温度: 高温利于结晶生长，低温利于成核，在某一温度，结晶速率最大。 4. 结晶成核剂: 在聚合物中加入结晶成核剂可使结晶速度提高。 5. 压力: 一般结晶性聚合物的熔体在熔点附近是很难发生结晶的，但是如将熔体置于高压下，就会引起结晶。（每条2分）

七、聚合物有哪些取向单元，取向前后哪些性质会发生变化？（10分） 答：聚合物取向单元：大分子链、链段或微晶（3分） 未取向：大分子链和链段的排列是随机的,呈现各向同性；

取向后：取向方向上原子之间的作用力以化学键为主,而与之垂直的方向上,原子之间的作用力以范德华力为主, 因而呈现各向异性。

力学性能: 抗张强度及绕曲疲劳强度在取向方向上大大增加，而与其垂直的方向上降低 热学性能: Tg增加, 结晶聚合物密度和结晶度增加 光学性能：双折射现象（7分）

四、聚合物分子运动有哪些特点？为什么说高弹性是一种熵弹性？（10分） 答:聚合物分子运动的主要特点: （5分） 1.运动单元具有多重性；

2.分子运动具有时间依赖性，即弛豫特性；

3.聚合物分子运动具有温度依赖性，观察弛豫现象，升高温度和延长刺激时间是等效的。

链段在小范围内绕某链轴的旋转运动，是构象的改变，即分子的伸长，卷曲所产生的形变。链分子愈卷曲，说明可采取的构象数目愈多，体系的熵愈大；反之链愈伸直，说明可采取的构象数目愈少，体系的熵亦小。因此，高弹性是一种熵弹性。（5分）

六、产生强迫高弹形变的原因是什么？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：产生强迫高弹形变的原因：外力的作用减小高分子链段运动的弛豫时间，使得玻璃态被冻结的链段能越过位

垒而运动。当应力增加到屈服应力以上时，链段运动的弛豫时间减小到与外力作用时间(拉伸速率)相适应时，聚合物就产生强迫高弹形变。 （4分）

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。

七、端基分析法、渗透压、光散射、粘度法等方法分别测定的是什么分子量？除了分子量外还能得到哪些物理量？为什么等规聚丙烯的分子量通常不能用端基分析法和粘度法测定？ 答：1. 端基分析法: 数均分子量

2. 渗透压法：数均分子量，还能得到：第二维利系数A2

3. 光散射法：重均分子量，还能得到：第二维利系数A2、均方旋转半径 4. 粘度法：粘均分子量 （7分） 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。（3分）

八、某聚合物试样在0℃时的粘度为103Pa·s，如果其粘度温度关系服从WLF方程，并假定Tg时的粘度为1.0×1012Pa，问25℃时的粘度是多少？

1. 试说明单晶的形成条件和特征。（7分） 答：形成条件：从极稀溶液中缓慢结晶。

特征：a.整块晶体具有短程和长程有序的单一晶体结构，呈现多面体规整的几何外形。

b.横向尺寸从几微米到几十微米，厚度一般在10nm左右。

c.晶片中的分子链是垂直于晶面的, 高分子链在晶片中以折叠方式规整地排列。

2. 聚合物分子运动有哪些特点？（6分） 答：1.运动单元具有多重性；

2.分子运动具有时间依赖性，即弛豫特性；

3.聚合物分子运动具有温度依赖性，观察弛豫现象，升高温度和延长刺激时间是等效的。

3. 全同聚丙烯和无规聚丙烯在结构上有何差异, 造成其性能上有何不同？（8分） 答：全同聚丙烯结构规整，容易结晶，室温下不软化，可作纤维、塑料。 无规聚丙烯结构不规整，不能结晶，橡胶弹性体

4. 为聚合物选择溶剂要遵循哪些原则? 为什么PET（聚对苯二甲酸二甲酯）在室温下可溶于间甲酚，而间同聚丙烯却要在130℃左右才能溶于十氢萘？（10分） 答：选择溶剂应依据的原则： （1）“极性相近”原则。溶质和溶剂的极性越相近，二者越易溶。 （2）“内聚能密度或溶度参数相近”原则。δ越接近，溶解过程越容易。 （3）溶剂化原则。

尼龙6为极性结晶聚合物，，当它们与极性溶剂相接触时会发生强烈的相互作用，非晶成分放出大量能量使结晶区的部分晶格破坏，成为非结晶区，在适宜的强极性溶剂中往往在室温下即可溶解。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，外界供给能量使体系温度升高。

5. 聚合物熔体为什么会有弹性？（5分）

答：聚合物熔体是一种兼有粘性和弹性的液体，在流动过程中，不仅产生不可逆的塑性形变，同时伴有可逆的高

弹形变，即在流动过程中伴随着构象的改变。受到外力时，分子链由卷曲变成伸展，产生高弹形变，当外力除去时，链分子重新卷曲。

6. 写出三种测定聚合物分子量的方法, 并说明测定的是什么分子量。（6分） 答：端基分析法：数均分子量 渗透压：数均分子量 光散射：重均分子量 粘度法：粘均分子量

7．说明分子链结构、结晶温度、添加剂、应力这些主要因素对聚合物结晶速率的影响。（8分） 答：分子链结构：链的结构越简单，对称性越高，分子链的柔性越大，则结晶速度就越快。

结晶温度：高温利于结晶生长，低温利于成核，在某一温度，结晶速率最大。 添加剂：加入成核剂类的添加剂，使体系中的晶核密度增加，结晶速率提高。 应力：可使结晶速率提高。

1．简述串晶的形成条件和特征。（5分）

答：形成条件：聚合物溶液和熔体在应力作用下或强烈的流动场（剪切场或拉伸场）中形成。 特征：a.具有伸直链结构的中心线，中心线周围间隔地生长着折叠链的片晶。

b.应力越大，伸直链组分越多。

2．纤维经拉伸取向后，其断裂强度明显提高，为什么？（5分）

答：纤维经单轴拉伸后产生大量的取向结构，即大分子链沿纤维轴方向排列，断裂时则需要破坏更多的化学键，

因此其断裂强度明显提高。