《纤维化学与物理》练习题

10、说明温度对结晶速度的影响并解释原因。

答:聚合物的结晶速度-温度曲线是一具有极大值的单峰曲线,即在某一恰当温度下,结晶速度出现极大值。结晶速度与温度的这种关系,是其成核速度和晶体生长速度对温度的依赖性不同造成的。在高温时,晶核形成慢,晶体生长速度快;而在低温时,晶核形成快,生长速度慢。到某一适当温度时,晶核形成和晶体生长都有较大的速度,结晶速度出现极大值。

11、试述一种测聚合物玻璃化温度方法的原理。为什么在玻璃化温度附近,聚合物的应力松弛现象最明显?

答:玻璃化温度的测量可利用玻璃化转变过程中,聚合物某些物理性质突变来测量。如DSC利用比热的突变;膨胀计法利用体积(比容)的突变。解释之。

温度比玻璃化温度低,如常温下的塑料,由于链段运动的内摩擦力阻力很大, 链段运动的能力很弱,应力松弛极慢,不易察觉。

温度比玻璃化温度高,如常温下的橡胶,链段运动时受到的内摩擦阻力很小,链段运动的能力很强,应力松弛极快,不易察觉。

只有在玻璃化转变区域,链段运动时受到的内摩擦力阻力较适中,链段运动能力较适中,应力松弛最为明显。

12、影响聚合物实际强度的因素有那些?

答:1)聚合物的化学结构:如氢键、极性基团、交联、结晶、取向都可提高强度;

2 )聚合物的分子量:在一定范围内分子量增加,强度增加;3)应力集中:如高分子制品的微小裂缝、切口、空穴等能引起应力集中,使制品中的局部破裂扩大,进而断裂;4)温度:温度改变,强度也变化;5)外力作用速度:处于R 以上的线型聚合物,快速受力对此慢速受力时强度要大;6)外力作用时间:外力作用时间越长,断裂所需的应力越小;7)增塑剂:增塑剂减小了高分子链间的作用力,因而强度降低;8)填料:影响复杂,在薄膜包衣时,加大适量滑石粉作为填料,能提高强度;9)机械加工等外界因素。

13、简述膜渗透压法测定聚合物分子量的实验方法。

答:在一定温度下,分别测定几个不同浓度的高分子稀溶液的渗透压π,以π/C对C作图得一直线,将直线外推至C=0处得直线截距 (π/C)C→ ,即可根据下式求出分子量M:

limcC?0??RT M14、简述频率和温度对内耗的影响

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答:当频率很低或很高时,内耗都很小,内耗在一定的频率范围出现一个极大值。当温度低于或高于Tg 时,内耗也都很小,在玻璃化温度附近的区域出现一个内耗的极大值,当温度高于粘流温度时,内耗急剧增加。

15、何谓聚合物的取向?取向对聚合物的性能有何影响。

答:聚合物在外力作用下,分子链、链段和结晶聚合物中的晶粒等结构单元沿着外力方向择优排列,称为取向。

取向对高分子的力学强度有显著的影响:(1)对高分子的拉伸强度:与取向轴平行方向的拉伸强度大为增强,而与取向轴垂直方向的拉伸强度有所减弱。原因有三:一是取向后分子链更加协同地抵御外力的破坏;二是取向使材料结构有序化;三是取向可以阻止裂缝向纵深发展。

(2)使材料具有各向异性。(3)对其他性能有一定影响,如取向可以提高聚合物的玻璃化温度,改变聚合物的回缩或热收缩,改变线膨胀系数以及材料的模量等。

16、试解释下列各组聚合物玻璃化温度差异的原因。 (1)聚乙烯(约150K)和聚丙烯(约250 K); (2)聚氯乙稀(354K)和聚偏二氯乙烯(227K); (3)聚丙烯酸甲酯(约280K)和聚丙烯酸乙酯(249K); (4)顺式1,4-聚丁二烯(165K)和1,2-聚丁二烯(全同269K)

答:(1)聚乙烯主链上不带侧基,单键内旋转的位垒低,聚丙烯带有侧基(—CH3),分子内旋转位阻增加,Tg升高。

(2)聚氯乙烯是单取代,分子极性大,分子间作用力强,内旋转困难;而聚偏氯乙烯是对称双取代,分子极性减小,主链内旋转位垒降低,Tg下降。

(3)由于聚丙烯酸酯类的侧基是柔性的,侧基越大,则柔性也越大,故前者Tg高。 (4)顺式1,4聚丁二烯含有孤立双键,主链单键旋转位垒很低,Tg较低。而1,2-聚丁二烯的主链由饱和C-C单键组成,且带有较大的侧基,柔性下降,Tg升高。

17、根据对材料的使用要求,有哪些途径可改变聚合物的Tg。

答:(1)改变主链或取代基的组成。主链中引入芳杂环或极性侧基均可提高Tg;(2)加入增塑剂;(3)控制分子量;(4)适度交联;(5)共聚-内增塑作用;(6)共混等。

18、聚合物分子量分布的测定方法

答:(1) 利用聚合物溶解度的分子量依赖性,将试样分成分子量不同的级分,从而得到试样的分子量分布,如沉淀分级、梯度淋洗分级等。

(2) 利用高分子在溶液中的分子运动性质,得到试样的分子量分布,如超速离心沉降速度法。

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(3) 利用高分子颗粒大小的不同,得到试样的分子量分布,如凝胶渗透色谱法、透析法以及电子显微镜法等。

19、如何用试验测定一未知单体的聚合反应是以逐步聚合还是连锁聚合机理进行的。 答:一般可以测定聚合物相对分子量或单体转化率与反应时间的关系来鉴定。随反应时间的延长,相对分子质量逐渐增大的聚合反应属于逐步聚合。聚合很短时间后相对分子量就不随反应时间的延长而增大的聚合反应属于连锁反应。相反,单体转化率随聚合时间的延长而逐渐增大的聚合反应属于连锁反应,单体迅速转化,而转化率基本与聚合时间无关的属逐步聚合。 20、何谓玻璃化转变温度?简述一种测量聚合物玻璃化温度的方法。

答:聚合物玻璃态与高弹态之间的转变称为玻璃化转变,对应的转变温度为玻璃化转变温度。 玻璃化转变温度可以用膨胀计法测定,即直接测量高聚物的体积或比容随温度的变化。从体积或比容对温度曲线两端的直线部分外推,其交点对应的温度作为Tg;

Tg也可以用差热分析测量,其基本原理是在等速升温的条件下,连续测定被测试样与惰性基准物之间的温度差△T,并以△T对试样T作图,即得差热曲线,曲线上出现一台阶,台阶处所对应的温度即为Tg。

21、苯乙烯一丁二烯共聚物(δ=16.5)不溶于戊烷(δ=14.5)也不溶于乙酸乙酯(δ=18.6),但是可溶于以上两溶剂1:1的混合体系里,为什么?

答: 根据内聚能密度相近原则,当两者的溶度参数值相差小于1.7时,可以溶解,而差值大于2,一般都不溶解。而戊烷(δ=14.5)和乙酸乙酯(δ=18.6)的溶度参数与苯乙烯一丁二烯共聚物(δ=16.5)的溶度参数值相差分别为2和2.1,相差较大,所以不能溶解。当两种溶剂1:1的混后,混合溶剂的溶度参数为:(14.5+18.6)/2=16.55,与苯乙烯—丁二烯共聚物(δ=16.5)的溶度参数值相差仅为0.05,所以能够溶解在混合溶剂里。

22、举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。

答:合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。

聚合物中具有与单体相同化学组成而不同电子结构的单元称为单体单元。构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合称为结构单元。聚合物中化学组成相同的最小单位称为重复单元。

在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但

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电子结构却有变化。在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。

聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达10-10的同系物的混合物。

聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值,以均值,以

表示。

表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平

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23、举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。

答:合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。聚合物(polymer)可以看作是高分子(macromolecule)的同义词,也曾使用large or big molecule的术语。

从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。 根据分子量或聚合度大小的不同,聚合物中又有低聚物和高聚物之分,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。多数场合,聚合物就代表高聚 物,不再标明“高”字。

齐聚物指聚合度只有几-几十的聚合物,属于低聚物的范畴。低聚物的含义更广泛一些。 24、写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66和聚丁二烯的结构式(重复单元)。根据其常用分子量,计算聚合度。 聚合物 聚氯乙烯 聚苯乙烯 涤纶

分子量/万 5-15 10-30 1.8-2.3

结构单元分子量 结构式(重复单元) 62.5 104 192 226 54

-[-CH2CHCl-]- n -[-CH2CH(C6H5)-]n -[-OCH2CH2O-OCC6H4CO-]n

DP=n 800-2400 962-2885 94-120

尼龙66(聚酰胺-66) 1.2-1.8 聚丁二烯

25-30

-[-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-]n 53-80 -[-CH2CH=CHCH2 -]n

4630-5556

25、锦纶 6 与锦纶66 都是聚酰胺纤维,分子结构十分相似,但熔点相差很大,为什么? 答:锦纶6与锦纶66的分子结构十分相似,化学组成可以认为完全相同,但锦纶66的熔点比锦纶6 高40℃,通常测得的聚己内酰胺的熔点为215℃-220℃,聚己二酰己二胺的熔点为250℃-265℃。这是由于锦纶66的氢键密度比锦纶6高得多。锦纶6是由偶数碳原子的基本键节组成的,

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