高分子物理金日光课后习题答案

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1、第1章 高分子链的构造1. 写出聚氯丁二烯的多种也许构型。 略2. 构型与构象有何区别？聚丙烯分子链中碳碳单键是可以旋转的，通过单建的内旋转与否可以使全同立构的聚丙烯变为间同立构的聚丙烯？为什么?答：构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。构象：由于分子中的单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。全同立构聚丙烯与间同立聚丙烯是两种不同构型，必须有化学键的断裂和重排。3. 为什么等规立构聚苯乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象，而间规立构聚氯乙稀分子链在晶体中呈平面锯齿构象？答：由于等规PS上的苯基基团队积较大，为了使体积较大的侧基互不干扰，必须通过CC键的旋转加大苯基之间的距离，才干

2、满足晶体中分子链构象能量最低原则；对于间规PVC而言，由于氢原子体积小，原子间二级近程排斥力小，因此，晶体中分子链呈全反式平面锯齿构象时能量最低。4. 哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答： 空间位阻参数 越大,柔顺性越差；越小，柔顺性越好；特性比Cn 对于自由连接链 cn=1对于完全伸直链cn=n，当n时，cn可定义为c，c越小，柔顺性越好。链段长度b：链段逾短，柔顺性逾好。5. 聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺型好。该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？答：由于聚乙烯构造规整，易结晶，故具有了塑料的性质，室温下聚乙烯为塑料而不是橡胶。6. 从构造出发，简述下列各组聚合

3、物的性能差别：(1) 聚丙烯腈与碳纤维； 线性高分子 梯形高分子(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；非晶高分子 结晶性高分子(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯;柔性(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。高密度聚乙烯为平面锯齿状链，为线型分子，模量高，渗入性小，结晶度高，具有好的拉伸强度、劲度、耐久性、韧性；低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯（每1000个主链C原子中约含1535个短支链），结晶度较低，具有一定的韧性，放水和隔热性能较好；交联聚乙烯形成了立体网状的构造，因此在韧性、强度、耐热性等方面都较高密度聚乙烯和低密度聚乙烯要好。7.比较下列四组高分子

4、链的柔顺性并简要加以解释。解：（1）PEPVCPAN主链均为CC构造，取代基极性CNCl，因此，聚丙烯腈的柔顺性较聚氯乙烯差；（2）213 1与3中都具有芳杂环，不能内旋转；3中全为芳环，柔顺性最差；主链中-O-会增长链的柔顺性；（3）321 由于1中取代基的比例较大，沿分子链排布距离小，数量多，分子链内旋转困难；2和3中均具有孤立双键，易内旋转，故柔顺性较好。 （4）213 2中取代基对称排列，分子偶极矩极小，易内旋转；3中极性取代基较中比例大，分子内旋转困难，故柔顺性最差。8. 某单烯类聚合物的聚合度为104，试估算分子链完全伸展时的长度是其均方根末端距的多少倍？(假定该分子链为自内旋转链

5、)。单烯类 完全伸展链 自由旋转链 9. 无规聚丙烯在环己烷或甲苯中、30时测得的空间位阻参数(即刚性因子)1.76，试计算其等效自由连接链的链段长度b(已知碳碳键长为0.154nm，键角为109.5。)。解： 又 10. 某聚苯乙烯试样的分子量为416000，试计算其无扰链的均方末端距(已知特性cn12)。解： 第2章 聚合物的凝聚态构造1. 名词解释凝聚态：物质的物理状态，是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的体现来辨别的，一般涉及固体、液体和气体。高分子的凝聚态是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态，涉及固体和液体。内聚能密度：单位体积的内聚能，CED = E/Vm。内聚能是克服分子间作用

6、力，把1mol液体或固体分子移至分子引力范畴之外所需的能量。 结晶度：试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度xcm)或者体积分数(体积结晶度xcv)。取向：聚合物取向是指在某种外力作用下，分子链或其她构造单元沿着外力作用方向择优排列。高分子合金的相容性：高分子共混物中分子间分子水平的互容限度。2. 什么叫内聚能密度？它与分子间作用力的关系如何？如何测定聚合物的内聚能密度?答：内聚能密度是指单位体积的内聚能 ；CED = E/Vm。内聚能是克服分子间作用力，把1mol液体或固体分子移至分子引力范畴之外所需的能量，CED420 J/cm3的高聚物，由于分子链上有强极性基因，或者分子间能形成氢键，

7、分子间作用力大，因而有较好的机械强度和耐热性，再加上分子构造比较规整，易于结晶，取向，使强度更高，可成为优良的纤维材料或工程塑料。CED290420 J/cm3的高聚物，分子间作用力居中，适合于作塑料使用。内聚能密度的测试措施重要有：最大溶胀比法、最大特性粘数法。3. 聚合物在不同条件下结晶时，也许得到哪几种重要的结晶形态？多种结晶形态的特性是什么？单晶：形成条件：0.01%0.1%PE溶液中极缓慢冷却结晶或较高压力下100MP）熔体结晶而成。构造特点：棱片状，其链长数百纳米，厚度为10nm，晶片厚度与分子量无关，分子链总是垂直于截面。树枝晶：形成条件：浓度较高、或温度较低、或聚合物分子量太大

8、时，高分子不再形成单晶片，而是倾向于生成树枝晶；构造特点：单晶的汇集体，多晶构造。球晶：形成条件： 1%的浓溶液 熔体冷却结晶构造特点：球晶分子链总是垂直于径向，单晶片的变形汇集体；有黑十字消光现象， 双折射现象伸展链晶： 形成条件：高温高压 熔体附近缓慢结晶 高拉伸取向构造特点：分子链完全伸展，平行排列 单向强度大串晶：形成条件：应力（溶液结晶时边缓慢搅拌边结晶）；拉伸挤出时有（双向）应力场作用。构造特点：折叠链与伸直链不可分离 双向强度高柱晶：形成条件：应力作用下冷却结晶。构造特点：沿应力方向成行地形成晶核，再向四周生长成折叠链晶片单向强度大。纤维晶：形成条件：溶液流动，搅拌下结晶；熔体拉

9、伸、剪切。构造特点：交错连接的微晶和韧性分子链相连构成。4. 测定聚合物结晶度的措施有哪儿种？简述其基本原理。不同措施测得的结晶度与否相似？为什么？答：聚合物结晶度的测定措施有如下几种：密度法根据：分子链在品区规整堆砌，故晶区密度(c)不小于非晶区密度(a)，或者说，晶区比体积(Vc )不不小于非晶区比体积(Vc )，部分结晶聚合物的密度介于c 和a 之间；X射线衍射法根据：总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和；量热法根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度；由于部分结晶聚合物中，晶区与非晶区的界线很不明确，无法精确测定结晶部分的量，因此，结晶度的概念缺少明确的物理意义，其数值随测

10、定措施不同而不同。5. 高分子液晶的分子构造有何特点？根据分子排列有序性的不同，液晶可以分为哪几种晶型？如何表征？答：构造特点：一般为刚性分子；具有较长的长径比，一般长径比6.4；有一定的分子间作用力。根据分子排列有序性的不同，液晶可以分为四种晶型：向列型（N相）：一维有序，完全没有平移有序 近晶型：最接近于晶体的类型，一维平移有序手征性液晶：依托端基的互相作用，彼此平行排列成层状，每层旋转一种角度，有螺矩的存在，层层累加盘状液晶相表征：（1）偏光显微镜 （2）热分析 （3）X射线衍射 6. 简述液晶高分子的研究现状，举例阐明其应用价值。1.液晶显示技术向列型：敏捷的电响应信号和光学特性 电压

11、的变化引起颜色变化2分析测量技术胆甾型：光学性质好，可发生白光色散，透射光偏振旋转，可感受0.1的温度变化，可以做痕量分析剂、显色剂等3液晶纺丝技术晶体的加工能力较差，液晶可纺丝成纤维，较低的牵伸率减少内应力和损伤。4原位复合技术与一般热塑性高分子共混，形成很细的刚性纤维，其细度优于加入的纤维，可获得力学性能很强的材料。7. 取向度的测定措施有哪几种？举例阐明聚合物取向的实际意义。答：取向度的测定措施重要有：声速传播法：可反映整个分子链的取向，能较好的阐明聚合物构造与力学强度的关系光学双折射：反映非晶区的链段取向广角X射线衍射：测得晶区的取向度小角激光光散射法 、收缩率表征法等 取向构造对材料

12、的力学、光学、热性能影响明显。例如：尼龙等合成纤维生产中广泛采用牵伸工艺来大幅度提高其拉伸强度；照相胶片片基、录音录像磁带等薄膜材料实际使用强度和耐折性大大提高，寄存时不会发生不均匀收缩。 取向一般还使材料的玻璃化温度提高；对于晶态聚合物，其密度和结晶度提高，材料的使用温度提高。8. 某结晶聚合物的注射制品中，接近模具的皮层具有双折射现象，而制品内部用偏光显微镜观测发既有Maltese黑十字，并且越接近制品芯部Maltese黑十字越大。试解释产生上述现象的因素。如果减少模具的温度，皮层厚度将如何变化？答：浮现上述现象的因素在于：皮层具有双折射现象是形成了柱晶；制品内部用偏光显微镜观测发既有Ma

13、ltese黑十字，阐明有球晶产生；越接近制品芯部，Maltese黑十字越大，阐明越接近芯部，球晶越完整；若减少模具的温度，熔体冷却速度加快，受表层的应力作用增大，皮层厚度将增长。9. 采用“共聚”和“共混”措施进行聚合物改性有何异同点？答：相似点：两者都可形成两相构造。不同：“共聚”的高分子合金在相界面处，存在化学键，“共混”的高分子合金在相界面处几乎不存在化学键。10. 简述提高高分子合金相容性的手段。答：a. 在物理共混中，加入第三组分增容剂； b. 在不同聚合物的分子之间引入多种特殊的互相作用。11. 某一聚合物完全结晶时的密度为0.936g/cm3，完全非晶态的密度为0.854 g/c

14、m3，现知该聚合物的实际密度为0.900 g/cm3，试问其体积结晶度为多少?解：12已知聚乙烯晶体属斜方晶系，其晶胞参数a0.738nm，b0.495nm，c0.254nm。 (1)根据晶胞参数，验证聚乙烯分子链在晶体中为平面锯齿形构象； (2)若聚乙烯无定形部分的密度a0.83 g/cm3，试计算密度0.97聚乙烯试样的质量结晶度。解：（1）与实际测得的聚乙烯密度颇为一致。（2）13. 用声波波传播法测定拉伸涤纶纤维的取向度。若实验得到分子链在纤维轴方向的平均取向角为30度，试问该试样的取向度为多少? 解： 第三章 高分子溶液1. 溶度参数的含义是什么？“溶度参数相近原则”鉴定溶剂对聚合物溶解能力的根据是什么？答：溶度参数：内聚能密度的平方根为溶度参数。根据： 2. 什么叫高分子溶液？它与抱负溶液有何区别？溶液：u1E =0，“链段”间与“链段”和溶剂间互相作用抵消，无扰状态，排斥体积为0。区别：溶液：u1E =0，“链段”间与“链段”和溶剂间互相作用抵消，无扰状态，排斥体积为0抱负溶液：不存在u1E3. FloryHuggins晶格模型理论推导高分子溶液混合熵时作了哪些假定？