高分子物理模拟试卷(四)

高分子物理模拟试卷(四)

一、名词解释(2分/名词)

等效自由结合链    取向度    溶解度参数      溶剂化作用   次级松弛

非牛顿性指数      粘弹性    Boltzmann叠加原理    银纹    表观粘度

二、填空(2分/题)

1.柔顺性的大小可以用_______、________、________、来表征。

2.轻度交联可使材料拉伸强度___、弹性___、蠕变____、应力松弛___。

3.高聚物的单晶一般只能在_____生成,而在熔体或浓溶液中外力较小时形成_____它在偏光显微镜下具有____现象。

4.通常[h]=K×a中的a值在0.5-1之间,故同一样品的nwhz值的大小顺序是__。

5.GPC法是根据____对高分子进行分离的,从色谱柱最先分离出来的是__。

6.____现象可用聚合物存在链段运动来解释:a.聚合物泡在溶剂中有溶胀;b.聚合物受力可发生大弹性变形;c.聚合物熔体粘度很大。

7.高密度聚乙烯与低密度聚乙烯相比其支化度___、结晶度___、熔点____、拉伸强度___。

8.通常来说,Tg是塑料使用的___,橡胶使用的___,而几乎所有的塑料都是在___温度区间进行加工。

9.单向外力能够促使___,从而使Tg___;而提高升温速率会使Tg___。

10.在(a.聚苯醚,b.聚二甲基硅氧烷,c.聚乙烯,d.聚环氧乙烷)中,___的柔顺性最好;____的柔顺性最差。

11.q溶液中, Dm1E ___,A2 ___,c1 ___,高分子链处于___状态。

12.橡胶产生高弹性的主要原因是拉伸过程中___。a.内能的变化;b.熵的变化;c.体积的变化

13.从分子结构来说,____的内耗最大(a.顺丁橡胶;b.丁苯橡胶;c.丁腈橡胶;d.丁基橡胶),这是因为____。

14.可以用时温等效原理研究聚合物的粘弹性,是因为高聚物的分子运动是一个与____有关的____过程。

15.玻璃态高聚物发生冷拉的温度区间是___,而结晶聚合物的冷拉温度区间是___。

三、问答题(每题10分)

1.何谓结晶度?试述具有高结晶度材料的分子链结构特点。

2.请画出下列曲线:

1)   结晶聚合物熔融过程体积-温度曲线,标出熔点和熔限;

2)   低结晶度聚合物的温度-形变曲线,注明转变温度并考虑分子量的影响;

3)   线型和交联聚合物的应力松弛曲线;

4)   等规聚丙稀和增韧聚氯乙烯在室温下的应力-应变曲线。

3.试设计适当的实验测定以下物理量,并简要叙述实验原理:

1) 交联聚合物的溶度参数d2

2) 理想橡胶材料在外力拉伸时,熵随着伸长l的变化值,即

4.画出能反映交联聚合物蠕变过程的力学模型,并分别给出蠕变过程和蠕变回复过程方程。试结合以上方程式说明该模型为何适用于描述交联聚合物而不适用于描述线型聚合物的蠕变过程。

5.用平衡溶胀法测定硫化丁苯橡胶的交联度,试验数据如下:试验温度为25℃,干胶重0.1273g,溶胀后重2.116g,干胶密度0.941g/cm3,所用溶剂苯的密度为0.8685g/ml,体系的c1=0.398。请计算出该交联SBR橡胶的杨氏模量E。

高分子物理模拟试卷(四)参考答案

一、名词解释(每题2分,共20分)

1.等效自由结合链:由若干个化学键组成的一段链可作为一个能独立运动的单元,称为链段,令链段与链段自由结合,并且无规取向,称为等效自由结合链。

2.取向度:是材料取向程度的衡量指标,一般可用取向函数F来表示F=式中q为分子链主轴与取向方向间的夹角。

3.溶解度参数:通常将内聚能密度的平方根定义为溶解度参数d(d=),溶质和溶剂的溶解度参数愈接近,两者愈能相互溶解。

4.溶剂化作用:又称广义酸碱作用,是指溶质和溶剂分子间的作用力大于溶质分子间的作用力,而使溶质分子彼此分离而溶解于溶剂中。

5.次级松弛:在Tg(非晶和低结晶聚合物)或Tm(高结晶聚合物)以下,小尺寸运动单元从运动到冻结或从冻结到运动的变化过程称为次级松弛。

6.非牛顿性指数:幂律公式中的n是表征流体偏离牛顿流动的程度的指数,称为非牛顿指数。

7.粘弹性:外力作用下,高聚物材料的形变行为兼有液体粘性和固体弹性的双重特性,其力学性质随时间变化而呈现出不同的力学松弛现象的特性称为粘弹性。

8.Boltzmann叠加原理:高聚物的力学松弛行为表现为历史上各松弛过程的线性加和。

9.银纹:又称裂纹,是高聚物受应力、环境影响而在表面出现的银白色条纹。

10.表观粘度:与牛顿粘度定义相类比,将非牛顿流体的粘度定义为剪切应力与剪切速率之比,其值称为表观粘度,即

二、填空(每题2分,共30分)

1.空间位阻参数,无扰尺寸(链段长度),极限特征比   2.提高,增大,减少,加快

3.极稀的溶液中,球晶,黑十字消光图像     4.n<h£w<z

5.体积排除机理,分子量大的高分子  6. B   7.小,高,高,高 

8.上限温度,下陷温度,Tf-Td    9.链段运动,偏低,偏高

10. b,a   11. =0,=0,=0.5,自由无扰

12. b  13. d,丁基橡胶的侧基数最多从而导致分子链间内摩擦阻力最大

14.时间和温度,松弛    15.Tb-Tg,Tg-Tm

三、问答题(每题10分,共50分)

1.结晶度:结晶高聚物中结晶部分含量的量度,通常以重量百分数()或体积百分数来表示,其中W表示质量,V表示体积,下标c和a表示结晶和非晶。(2分)

高结晶度高分子材料的结构特点:链的对称性好有利(2分);链的规整性好有利(2分);柔顺性好有利(2分);分子间能形成氢键有利(2分)。

2.

1)结晶聚合物熔融过程体积-温度曲线,标出熔点和熔限;(2.5分)

2)低结晶度聚合物的温度-形变曲线,注明转变温度并考虑分子量的影响;(2.5分)

3)线型和交联聚合物的应力松弛曲线;(2.5分)

4)等规聚丙稀和增韧聚氯乙稀在室温下的应力-应变曲线。(2.5分)

3.

1) 交联聚合物的溶度参数d2

实验设计:将交联聚合物置于一系列溶度参数不同的溶剂中,在一定温度下测其平衡溶胀比Q,Q值最大的溶剂的溶度参数可作为该交联聚合物的溶度参数。(2.5分)

实验原理:只有在溶剂的溶度参数和交联聚合物的溶度参数相等时,交联聚合物的溶胀性能才最好。(2.5分)

2) 理想橡胶材料在外力拉伸时,熵随着伸长l的变化值,即

实验设计:将理想橡胶材料在等温下拉伸到一定长度l,然后测试其在不同温度下的张力f。以张力f对绝对温度T作图,当拉伸比e不太大时可得到一条直线,由橡胶的热力学方程式可知该直线的斜率为(。(2.5分)

实验原理:根据橡胶的两个热力学方程式可知(。(2.5分)

4.

1)交联聚合物蠕变过程的力学模型(2分)

2)蠕变过程方程 是t®µ时的平衡形变,t为推迟时间(3分)

3)蠕变回复过程方程(2分)

4)由蠕变回复过程方程可知t®µ时,®0,即无永久形变。故该模型只适用于模拟交联聚合物而不适用于模拟线型聚合物的蠕变过程。(3分)

5.

1)(3分)

2)Q=[0.1273/0.941+(2.116-0.1273)/0.8685]/[0.1273/0.941]=17.92

V1=78/0.8685=89.81ml/mol

1.03´105g/mol(2分)

3)E=3NokT=3RT(3分)

E=6.8´104Pa (2分)

 

第二篇:高分子物理试卷三doc

高分子物理试卷三

一、单项选择题(10分)

1. 如果不考虑键接顺序,线形聚异戊二烯的异构种类数为( C )。

  (A)6            (B)7             (C)8

2. 全同聚乙烯醇的分子链所采取的构象是( A )。

  (A)平面锯齿链   (B)扭曲的锯齿链  (C)螺旋链

3. 下列聚合物中,不存在旋光异构体的是( B )。

  (A)PP           (B)PIB           (C)聚异戊二烯

4. 高聚物的黏流温度随相对分子质量的增大而( B )。

  (A)保持不变     (B)上升          (C)下降       (D)先上升然后保持不变

5. 在聚合物的黏流温度以下,描述高聚物的表观黏度与温度之间关系的方程式是( B )。

  (A)Arrhenius方程(B)WLF方程     (C)Avrami方程

6. 高聚物的流动模式是( B )。

  (A)分子链的整体迁移                (B)链段的跃迁

  (C)端基的运动

7. 同一聚合物的下列三种不同的黏度,最大的是( A )。

  (A)零剪切黏度  (B)表观黏度       (C)无穷剪切黏度

8. 两试样的凝胶渗透色谱的淋出体积相等,则它们的下列参数相等的是( D )。

  (A)相对分子质量(B)特性黏数       (C)Huggins参数(D)流体力学体积

9. 下列实验方法,可以测量聚合物损耗模量的是( B )。

  (A) DSC       (B) DMA         (C) 拉伸实验

10. Maxwell模型可以用来描述( C )。

  (A) 蠕变过程                       (B) 交联高聚物的应力松弛过程     

  (C)线形高聚物的应力松弛

二、多项选择题(20分)

1. 下面能作为塑料使用的聚二丁烯有( ABD )。

 (A)全同1,2-丁二烯                   (B)间同聚1,2-丁二烯

 (C)顺式聚1,4-丁二烯                 (D)反式聚1,4-丁二烯

2.高分子的二级结构包括( AC )。

 (A)构象                              (B)晶态结构    

 (C)相对分子质量及其分布              (D)键接方式

3.高分子的三级结构包括( ABD )。

 (A)晶态结构   (B)取向结构       (C)多相结构    (D)液晶态结构

4.凝聚态结构可以采用哪些方法进行表征( BCD )。

   (A)广角X射线衍射                    (B)红外光谱

   (C)电子显微镜                         (D)小角X射线衍射

5.下列实验方法,可以用来测定玻璃化转变温度的是( ABC )。

 (A)膨胀计法                            (B)DSC法

 (C)DMA法                             (D)解偏振光强度法

 (E)偏光显微镜法

6.下列有关熔融指数的叙述,正确的是( ABD )。

 (A)可作为流动性好坏的指标              (B)单位为克

 (C)单位与黏度单位相同                  (D)熔融指数越大,流动性越好

 (D)就是熔体黏度

7.用WLF方程计算聚合物的黏度时,其适用范围为( E )。

 (A)以上     (B)以下   (C)以下     (D)以上   (E)以下,~ +100

8.用膜渗透压法测定某聚合物的相对分子质量,以对c作图,得一直线,下列情况中直线斜率变大的有( AE )。

 (A)升高温度         (B)降低温度      (C)相对分子质量增大

 (D)相对分子质量减小 (E)Huggins参数减小

9.凝胶渗透色谱测定中,可作为浓度检测器的有( AB )。

 (A)示差折光指数检测器                 (B)紫外检测器

 (C)光散射检测器                       (D)毛细管黏度检测器

10.下列有关内耗现象的描述,正确的是( ABCE )。

 (A)由滞后现象引起的功的消耗

 (B)如果形变与应力同步,则没有内耗

 (C)内耗随频率的变化出现极大值

 (D)内耗随温度的升高而增大

 (E)滞后现象越严重,内耗越大

三、选择填空题(15分)

1. 当主链由下列饱和单键组成时,其柔顺性的顺序为( B )>( A )>( C )。

 (A)—C—O—     (B)—Si—O—    (C)—C—C—

2. 下列高分子链的柔性顺序正确的是( B )>( A )>( C )>( D )

 (A)PP            (B)PE          (C)PVC          (D)PAN

3. 下列高分子结晶能力的强弱顺序是( A )>( C )>( B )

 (A)PE            (B)PVC        (C)PVDC

4. 处于高弹态下的聚合物,可以运动的单元有( ABDE )。

 (A)链段      (B)链节       (C)整个分子链        (D)侧基            (E)短支链

5. 下列高分子运动单元所对应的转变温度的大小顺序为( A )>( C )>( B )。

 (A)高分子链       (B)侧基         (C)链段

6. 有某聚合物三个试样,相对分子质量分别为,若,在相同条件下,用膜渗透压法分别测定它们的相对分子质量,以对c作图,得到的直线的截距分别为截距1,截距2,截距3,则截距的大小顺序为( C )>( B )>( A )。

 (A)截距1                (B)截距2             (C)截距3

7. 下列聚丙烯酸钠溶液中,聚丙烯酸钠分子链的尺寸大小顺序为( A )>( B )>( C )。

 (A)0.1%的水溶液   (B)0.3%的水溶液 (C)加有氯化钠0.3%的水溶液

8. 同一聚合物以相同浓度溶于同温度下的不同溶剂中,渗透压为( A )>( C )>( B )。

 (A)良溶剂             (B)不良溶剂          (C)溶剂

9. 聚乙烯在三种不同的拉伸速度下进行拉伸,其杨氏模量的大小顺序为( A )>( C )>( B )。

 (A)1000 mm/min   (B)10mm/min     (C)100mm/min

10. 已知PS-环己烷体系(I)、聚二甲基硅烷-乙酸乙酯体系(II)及聚异丁烯-苯体系(III)的温度分别为35、18和24,那么于24下测得这三个体系的相互作用参数,其大小顺序为( A )>( C )>( B )。(A)(I)                     (B)(II)              (C)(III)

五、简答题(12分)

1. 高分子的构型和构象有什么不同?等规聚丙烯晶体中的螺旋链属于构型范畴还是构象范畴?

答:构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。高分子链的构型是在合成过程中形成的,它不能被任何物理方法改变。而构象是围绕单键内旋转而形成的分子中的原子的各种空间排列的形态。等规聚丙烯晶体中的螺旋链属于构象范畴。

2.将聚乙烯进行氯化,随着氯化度的增加,氯化聚乙烯的玻璃化温度上升,但当氯化度增加到一定程度后,玻璃化温度反而随着氯化度的增加而降低,为什么?

答:聚乙烯分子是非极性的,通过氯化引入氯原子后,变成了极性分子。氯化反应主要是氯原子取代氢原子的取代反应。在氯化初期,主要是发生一取代反应。随着取代的氯原子数目的增多,分子的极性增强,分子之间的相互作用也增强。同时随着取代氯原子的增多,空间位阻效应也越来越明显,阻碍分子链的内旋转。因此分子链的刚性增大,玻璃化温度升高。但是当氯化达到一定程度后,就会发生二取代反应,即已经发生一取代的叔碳原子上的氢原子再被氯原子取代。如果两个氯原子在同一碳原子上对称取代,则分子极性会部分抵消,而且分子链之间的距离也会增大,导致分子间力下降,分子链柔顺性反而上升。随着氯化反应的进行,氯原子在分子链上对称分布的比例增加,导致分子链柔性增大,玻璃化温度反而下降。

3.通常情况下,为什么非晶态聚合物比晶态聚合物的溶解容易?

答:因为非晶态聚合物的分子堆砌比较松散,分子间的相互作用较弱,因此,溶剂分子比较容易渗入聚合物内部使之溶胀和溶解;而晶态聚合物由于分子排列规整,堆砌紧密,分子间相互作用强,因此,溶剂分子深入聚合物内部很困难,加热到熔点附近才能溶解。所以,通常非晶态聚合物比晶态聚合物的溶解容易。

六、图示题(8分)

1. 在同一坐标上画出牛顿流体、假塑性流体、膨胀性流体的表观黏度与剪切速率之间的关系曲线。

              

            图1                                  图2

见图1说明:牛顿流体的黏度不随剪切速率而发生变化,为一常数,在黏度-剪切速率图上为一平行于剪切速率轴的直线;假塑性非牛顿流体的黏度随剪切速率的增大而降低;膨胀性流体的黏度随剪切速率的增大而增大。

2. 画出结晶聚合物拉伸至断裂时的应力-应变曲线,标明屈服强度、屈服伸长率、断裂强度和断裂伸长率,并标出开始产生细颈的位置。

解:图2中::断裂强度;  :屈服强度;  :断裂伸长率;   :屈服伸长率;

    A点:开始产生细颈的位置。

七、说明题(10分)

1. 聚苯乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化转变温度相近,但在温度-形变曲线上,聚苯乙烯的高弹区温度范围却比聚甲基丙烯酸甲脂的窄,为什么?

答:聚苯乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度相近,说明它们的温度-形变曲线在相同的温度区域里经历玻璃化转变。但是聚甲基丙烯酸甲酯的极性比聚苯乙烯大,因此聚甲基丙烯酸甲酯分子之间的相互作用较强,其流动温度要比聚苯乙烯高,其温度-形变曲线在更高的温度下才发生流动转变,所以聚甲基丙烯酸甲酯的高弹区范围比聚苯乙烯宽。

2. 如果某种聚合物的玻璃化温度低于室温,通常可用作橡胶,而聚乙烯的玻璃化转变温度接近零下70,却只能用作塑料,为什么?

答:具有较低的玻璃化转变温度只是聚合物用作橡胶材料的结构特征之一,而要能够产生橡胶高弹性必须具备的另一结构特征,就是在常温下不易结晶。聚乙烯由于分子结构简单、对称性高、分子柔性好,常温下极易结晶,而且结晶度又较高。虽然其玻璃化转变温度很低,常温下非晶区处于高弹态,但是在晶格的束缚下,链段难以运动,在外力作用下呈现不出高弹形变,因此也就不能用作橡胶。正是由于其结晶特性,在其熔点以下均具有较好的力学性能,即较高的模量和强度,因此可用作塑料。

八、计算题(10分)

1. 在25溶剂中,测得浓度为7.36×g/mL的聚氯乙烯溶液的渗透压为0.248,求此试样的相对分子质量和第二维利系数,并指出所得相对分子质量是何种平均值。

解:

溶剂中,=0,则

                 

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