高分子物理期末复习

高分子物理期末复习1、银纹：聚合物在张应力的作用下，在材料某些薄弱的地方出现应力集中而产生的局部的塑性形变和取向，以至于在材料的表面或者内部垂直于应力方向出现微细凹槽的现象2、脆性断裂一一屈服前的断裂，拉伸中试片均匀形变，断面较平整。3、熔限一一高聚物熔融开始至终了的温度区间。4、时温等效原理一一升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子a T将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。5、应力松弛：在恒定温度和形变标尺不变的情况下，聚合物内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象、某一结构对称的结晶聚合物，其Tm=210,其结晶速度最快的温度在OA.170 B.1152.比较结晶难易程度：l.P E、PP、PVC、PS(PE>PP>PVC>；PS)3、比较下列聚合物的玻璃化温度:聚乙烯聚二甲基硅氧烷聚对苯二甲酸乙二 醇 酯 聚 碳 酸 酯（聚碳酸酯>聚对苯二甲酸乙二醇酯>聚乙烯>聚二甲基硅氧烷）画出非晶态聚合物在适宜的拉伸速率下，在玻璃化转变温度以下30度时的应力一应变曲线，并指出从该曲线所能获得的信息。（10）从该图可以获得的信息有：聚合物的屈服强度（Y 点强度）聚合物的杨氏模量（OA段斜率）聚 合 物 的 断 裂 强 度（B 点强度）聚合物的断裂伸长率（B 点伸长率）聚合物的断裂韧性（曲线下面积）玻璃化转变温度由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫玻璃化转变区，玻璃态开始向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度。聚合物在玻璃化转变时，除了力学性能外，许多物理性质如比体积、膨胀系数、比热、导热系数、密度、折光率、介电常数等，也都有很大变化。它是塑料使用的上限温度，橡胶使用的下限温度。蠕变蠕变是指在一定的温度和较小的恒定应力作用下，材料的应变随时间的增加而增大的现象。蠕变与温度高低和外力大小有关。聚合物蠕变性能反映了材料的尺寸稳定性和长期负载能力，有重要的实用性。34）应力松弛在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。线型聚合物产生应力松弛的原因，可理解为试样所承受的应力逐渐消耗于克服链段及分子链运动的内摩擦阻力上。具体说，在外力作用下，高分子链段沿外力方向被迫舒展，因而产生内部应力，以与外力相抗衡。但是，通过链段热运动调整分子构象，以致缠结点散开，分子链产生相对滑移，逐渐恢复其蜷曲的原状，内应力逐渐消除，与之相平衡的外力当然也逐渐衰减，以维持恒定的形变。交联聚合物整个分子不能产生质心位移的运动，故应力只能松弛到平衡值。35）滞后在一定温度和循环（交变）应力作用下，试样应变滞后于应力变化的滞后现象。由于发生滞后现象，在每一循环变化中，都要以热的形式损耗掉的能量。材料疲劳材料或构件在周期应力作用下断裂或失效的现象，是材料在实际使用中常见的破坏形式。在低于屈服应力或断裂应力的周期应力作用下，材料内部或其表面应力集中处引发裂纹并促使裂纹传播，从而导致最终的破坏。挤出胀大挤出胀大现象又称巴拉斯效应，是指熔体出模孔后，挤出物的截面积比模孔截面积大的现象。挤出物胀大现象也是聚合物熔体弹性的表现。至少有两方面因素引起。其一是聚合物熔体在外力作用下进入模孔，入口处流线收敛，在流动方向上产生速度梯度，因而分子受到拉伸力产生拉伸弹性形变，这部分形变一般在经过模孔的时间内还来不及完全松弛，出模孔之后，外力对分子链的作用解除，高分子链就会由伸展状态重新回缩为蜷曲状态，形变回复，发生出口膨胀。另一个原因是聚合物在模孔内流动时由于切应力的作用，表现出法向应力效应，法向应力差所产生的弹性形变在出模孔后回复，因而挤出物直径胀大。简述聚合物分子的运动及其特点。答案要点:（1）运动单元的多重性，包括：高分子链的整体运动，链段运动，链节、支链、侧基的运动，晶区内分子运动。（2）分子运动的时间依赖性。原因在于不同的运动单元的运动均需要克服摩擦力，不可能瞬时完成。（3）分子运动的温度依赖性。不同温度下表现出不同的运动特征。玻璃态：分子运动限于振动和短程的旋转运动；玻璃一橡胶转变区：模量下降很多，链段为运动；橡胶流动区：既呈现橡胶弹性又呈现流动性;液体流动区，整个分子链成为运动单元。1 8.简述高分子聚合物玻璃化转变的自由体积理论。答案要点：玻璃化转变是高分子链段运动的松驰过程。自由体积理论认为，液体或固体，它的整个体积包括两部分：一部分是分子本身占据的，称为占有体积；另一部分是分子间的空隙，称为自由体积，它以大小不等的空穴无规分布在聚合物中，提供了分子运动的空间，是分子链可能通过转动而调节构象。在玻璃化温度以下，链段运动被冻结，自由体积也处于冻结状态，其空穴尺寸和分布基本上固定。聚合物在玻璃化温度下，自由体积提供的空间不足以使聚合物链发生构象调整，随温度升高，聚合物体积膨胀只是由于分子振动、键长的变化，即分子占有体积的膨胀。而在玻璃化温度以上，自由体积开始膨胀，为链段运动提供保证，链段由冻结进入运动状态。19.影响Tg的因素是什么？通过什么手段可以调节聚合物的Tg?影响Tg的因素：（1）主链的柔顺性；（2）取代基；（3）构型；（4）分子量；（5）链间相互作用；（6）作用力；（7）实验速度。调节手段：（1）增 塑 降 低Tg。（2）共聚取决于共聚方法，共聚组成及共聚单体的化学结构。（3）交 联 提 高Tg。（4）共混由共混物的相容性决定。如果热力学互容，则共混物的Tg与相同组分无规共聚物的Tg相同，即介于相应聚合物的Tg之间。20.聚合物结晶的必要条件是什么？如何影响聚合物的结晶？答案要点:聚合物结晶的必要条件是分子结构的对称性和规整性，这也是影响其结晶能力、结晶速度主要结构因素。此外，结晶还需要温度和时间。影响因素：（1）链的对称性和规整性：分子链的对称性和规整性越高，越易于结晶。（2）分子量：分子量大，熔体粘度增大，链运动能力降低，限制了链段向晶核的扩散排列，聚合物结晶速度变慢。（3）共聚物：与共聚单体的结构、共聚物组成、共聚物分子链对称性和规整性均有关。无规共聚物结晶能力降低。如果两种共聚物的均聚物结晶结构相同，这种共聚物也可以结晶。嵌段聚合物的各个嵌段基本保持基本保持相对独立性，其中能结晶的嵌段将形成自己的晶区。.简述聚合物粘弹性现象。答案要点：高分子材料的力学行为在通常情况下总是或多或少表现为弹性与粘性相结合的特性，而且弹性与粘性的贡献随外力作用的时间而异,这种特性称之为粘弹性。粘弹性的本质是由于聚合物分子运动具有松弛特性。包括：（1）蠕变 指在一定温度、一定应力的作用下，聚合物的形变随时间的变化称为蠕变。（2）应力松弛 在一定温度、恒定应变的条件下，试样内的应力随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。（3）滞后现象在一定温度和交变应力的作用下，试样应变滞后于应力变化的现象。其中，蠕变、应力松弛属于静态粘弹性，滞后属于动态粘弹性。简述时温等效原理答案要点:从分子运动的松弛性质可以知道，同一个力学松弛现象，即可在较高温度下、较短的时间内观察到，也可以在较低温度下、较长时间内观察到。因此，升高温度与延长时间对分子运动是等效的，对聚合物的粘弹性为业是等效的。这就是时温等效原理。26.简述脆性断裂和韧性断裂的区别及相互关系。答案要点:断裂试样不显示有明显的推迟形变，断裂面光滑，相应的应力一应变关系是线性的或很接近线性，断裂应变值低于5%,且所需能量也不大。而所谓韧性，通常有大得多的形变，且形变在试样方向可以是不均匀的，如发生断裂，试样断面粗糙，常显示有外延的形变，应力一应变关系非线性，消耗能量很大。27.影响聚合物强度的主要因素是什么？如何影响与改变强度？答案要点:主要影响因素：（1）高分子材料强度上限取决于主链化学键力和分子间作用力。故一般情况下，增加分子极性或形成氢键可以提高强度。主链含有芳杂环的聚合物，其强度和模量比脂肪族的高。分子链支化程度增加，分子间距离增加，作用力减小，聚合物拉伸强度降低。（2）适度交联可有效增加分子链间联系，使分子链间不易滑移。适度交联，材料强度增高；过度交联，强度反而下降。(3)结晶度升高，强度增加，但太高，材料将发脆。球晶的结构对强度影响较大。取向可大幅提高材料强度。(4)增塑剂的加入降低强度。此外，低温和高应变速率下，聚合物倾向脆性断裂。温度越低，应变速率越高，断裂强度越大。增强途径：如在聚合物基体中加入第二种物质，形成复合材料，显著提高材料力学强度，称 为“增强”作用，能提高聚合物基体力学强度的物质称为增强剂或活性填料。按填料的形态，可分为粉状和纤维状两种。增强机理：填料与高分子链间的较强相互作用。298K时聚苯乙烯的剪切模量为1.25X109N?m-2,泊松比为0.35,求其拉伸模量(E)和本体模量(B)是多少？并比较三种模量的数值大小。99?2E?2G(l?)?2?1,25?10(l?0.35)?3.38?10N?m 解：E3.38?109B?3.75?109N?m?23(l?2?)3(l?2?0.35)，本体模量(B)>拉伸模量(E)>剪切模量(G)有三种材料的应力-应变曲线如图所示。(1)哪种材料的弹性模量最高？(2)哪种材料的伸长率最大？(3)哪种材料的韧性最高？(4)哪种材料的在断裂前没有明显的塑性变形？(5)判断顺丁橡胶、尼 龙6、酚醛塑料分别对应哪种材料的曲线？答：材 料I；(2)材料III；(3)材料II;(4)材 料I；(5)顺丁橡胶对应材料I I I,尼 龙6对应材料II；酚醛塑料对应材料I o试以松弛的观点解释为什么聚合物的Tg会随升降温速度的提高而升高？答：玻璃化转变不是热力学上的相转变，而是一个松弛过程，即Tg与测量过程有关。当温度变化过快时，聚合物链的运动跟不上温度变化，出现滞后现象，从而造成测得的玻璃化温度随升降温速度的提高而升高。Avrami 指数?位移因子？应力松弛：在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。.玻璃化温度：玻璃态与高弹态之间的转变即玻璃化转变，所对应的转变温度。泊松比：材料横向单位宽度的减少与纵向单位长度的增加之比值。6.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。熔限：结晶高聚物有一个较宽的熔融温度范围，这个温度范围就叫熔限。5.熔点：高聚物结晶部分完全熔化的温度。6,剪切粘度：液体内部反抗在切应力作用系发生薄层流动的内摩擦力，称为剪切粘度。7.高聚物的屈服：聚合物在外力作用下产生的塑性变形。滞后现象：高聚物在交变应力作用下，形变落后于应力变化的现象。4.内耗：如果形变的变化落后于应力的变化，发生之后现象，则每一循环变化中就要消耗功，称为内耗。应力松弛：在恒定温度和形变标尺不变的情况下，聚合物内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。冷拉：结晶高聚物和玻璃态聚合物的拉伸过程都经历弹性变形，屈服,发展大形变以及应变硬化等阶段，拉伸的后阶段都呈现强烈的各向异性,断裂前的大形变在室温下都不能自发回复，而加热后却都能回复原状，因而本质上两种拉伸过程造成的大形变都是高弹形变，通常把它们统称为冷拉。5.假塑性流体：流变行为与时间无关，粘度随剪切速率的增加而减小的流体。6.蠕变：就是指在一定的温度和较小的恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。松弛过程：在一定的外界条件下，高聚物从一种平衡状态通过分子热运动，达到与外界条件相适应的新的平衡态，由于分子运动时运动单元所受到的摩擦力一般很大，此过程通常是缓慢完成的，称为松弛过程。软化点：塑料的最高使用温度。挤出胀大（离模膨胀，巴拉斯效应）：当高聚物熔体从小孔，毛细管或狭缝挤出时，挤出物的直径或厚度会明显地大于模口的尺寸的现象应变：当材料受到外力作用时；而所处的条件不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为应变。61.应力：单位面积上的附加应力。62.机械强度：材料抵抗外力破坏的能力。63.拉伸强度：在规定的试验温度，湿度和试验速度下，在标准试样上沿轴向施加载荷，直到试样被拉断为止，断裂前试样承