高 分 子 物 理 习 题

绪论

1. 举例说明聚合物在人类生活中所起的作用。

答：衣食住行、工业、农业、国防、尖端科技等（略）

2. 用作材料的物质应具备怎样的基本特性？举出人类历史上具有划时代意义的几种材料。

答：①具有可使用的基本特性——如力学机械性能、或电性能、热性能、光学性能等等；

（普通材料或一般材料——满足力学特性；功能材料——满足功能特性）。 具有可成型加工性——能按照使用要求加工成为一定的外形。 ②例如：旧石器时代——石头、陨石；

新石器时代——石头、陶、瓷； 铜器时代——青铜、紫铜； 铁器时代——铁及其合金；

高分子时代——高分子材料及其复合材料。

3. 什么是高聚物？高聚物在结构、性能及应用上各有哪些特点(分别与同系物小分子及其他材料相比较)？

答：由大量结构单元通过共价键连接而成的具有一定力学性质的高分子量物质称为高聚物。

高聚物在结构上和性能上的特点可用下表表示： 结构与性能特点 种类 总述 一次化学结构 二次结构 聚集态结构 结构层一次结构为共价键连二次结构使聚合由于组成高分子的单元数很次多而接，与小分子同系物物具有不同的构大，所受到的分子间作用力也复杂。相仿，区别在于其重 象异构体，由于十分显著，对一条高分子链而 复单元很大，导致整聚合物单键数目言，其分子间力的总和比化学体分子间作用力增非常庞大，因此键高，使得聚合物在气化前就大，其熔点或流动温其可取的构象数被分解，导致聚合物没有气度比同系小分子高很也非常庞大，单态。同时其结晶态受分子链太高分子材料 多，且与分子量的关键内旋转使聚合长的影响，结晶度不高，结晶系不大；而与金属等物的构象间可以的完善程度也不高，导致聚合其他材料相比，由于相互转化，从而物晶体熔融时有熔限。在结晶分子链间为分子间作使聚合物表现出与非晶之间还存在着一维或用力，比金属、陶瓷独有的高弹性和二维的有序性（取向态结构）。的金属键或离子键小粘弹性特征，具而分子间作用力大使得聚合很多，因此其熔点或有很好的柔性。物具有很高的力学强度， 非晶流动温度又很低。 部分又提供了相当好的韧性。 结构相共价键连接，分子间单键内旋转对性聚集态结构有气液固三态。固对简单作用力小。熔点、沸 能影响不大。是态结构简单。脆性大，不具有小分子同系物 点很低，并随分子量较为刚性的物一般的力学性能。 的增加而显著增加。质。 结构相金属键、离子键连接。整体非共价键连有液固二态。固态或为晶体，其他材料（金对简单键能很高。使熔点很 接，不能内旋转。或为非晶，形式简单。力学性属、陶瓷等） 高。 缺乏柔性。 能上，缺乏韧性。加工也较为困难。

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综上所述，尽管高分子化学组成与同系物小分子相仿，但无论从一次、二次还是高次结构上看，它们对性能的影响与小分子不同，而最终使聚合物具有优良的力学与加工性能的最主要的原因，即在于其以共价单键连接的结构单元数目庞大，分子量高。

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4. 高分子物理的研究内容是什么？研究目的何在？

答：高分子物理的研究内容是：运用分子运动的观点通过对具有多分散性的高分子链进行统计分析，来研究高分子结构与其性能间的关系。

研究的目的在于一方面使现有的高分子能够找到其更加合适的应用场合，同时也为一些特殊的应用场合设计新的高分子结构提供理论依据。

5. 请从Chemical Abstracts或有关高分子杂志上摘录5篇近期高分子物理学的研究论文摘要。从中你看出人们在研究哪些高分子物理学问题？ 答：（摘录CA：36类Physical Properties of synthetic high polymers. 略）

高分子物理的研究内容非常广泛，包括结构（一次结构的表征、构象的统计计算及其分析、聚合物结晶形态、种类、结晶及熔融过程热力学与动力学等、液晶、取向等）、溶液性能（包括溶液热力学、溶解过程动力学等）、力学性能（硬材料和弹性材料的力学性能特点、力学松弛及其物理化学原理）、电性能（极化、介电松弛、电气绝缘特性等）、热性能（热转变、松弛及其机理等）及光学性能（包括透明性、折射率及双折射等）的研究。

6. Name six polymers that you encounter daily and draw their structures.

答：塑料：PS——聚苯乙烯toy；PVC——聚氯乙烯pipe；PMMA——聚甲基丙烯酸甲酯glass；PE——聚乙烯membrane；PP——聚丙烯bumper ；PEO——聚氧乙烯electrolyte；POM——聚甲醛bearing ；PTFE——聚四氟乙烯coating；ABS——case of electrical appliances

橡胶：PBD——聚丁二烯；PIP——聚异戊二烯（天然橡胶）；EPR——乙丙橡胶；SBS——丁苯热塑弹性体；BSR——丁苯橡胶； BAR——丁腈橡胶；PDMS——聚二甲基硅氧烷（硅橡胶）；等 纤维：PET——聚对苯二甲酸乙二醇酯（涤纶）；Nylon610——聚癸二酰己二胺（尼龙610）；PAN——聚丙烯腈（腈纶，奥纶）；Vinylon ——聚乙烯醇缩醛（维尼纶）；Spandex fibre——氨纶；等。

7. What are the relationships between polymer physics and other aspects of polymer subject such as polymer chemistry, molecular designing, polymer molding processing and the application of the polymers?

答：高分子物理与高分子化学：为高分子应用搭桥（了解性能，判定优劣，扬长避短）；

高分子物理与高分子加工：是成型理论的基础（加工条件的选择——加工性能互有影响）

高分子物理与高分子材料应用：是合理应用高分子的保证（了解特点，合理应用） 高分子物理与分子设计：是分子设计的理论依据（为应用寻找和设计高分子）

8. Which would be more likely to be softened by heat?① unvulcanized rubber or ebonite; ② A-stage or C-stage resole; ③ cellulose or cellulose acetate? 答：①unvulcanized rubber——未硫化橡胶；

②A-stage resole——A阶段酚醛树脂； ③cellulose acetate——醋酸纤维素。

9. What is the principle difference between rayon and cellophane?

答：其化学组成是一致的，都是粘胶纤维，为再生纤维素，前者称人造丝，后者为玻璃纸，二者仅有物理形态上的差别。其合成方法为：

[C6H7O2(OH)3]n + nNaOH + nCS2 [NaS-CS-O-C6H7O2(OH)2]n + nH2O

合成的产物称cellulose xanthate，它可溶于NaOH中形成粘胶溶液。通过细孔（喷丝

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头）喷射，则成为rayon；而通过一个窄形出口，则可成为cellophane。

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