高分子物理试题

1)尼龙66;2)聚氨酯热塑弹体;3)丁苯橡胶;4)聚对苯二甲酸乙二醇酯 15. 下列动态力学试验中直接测定储能剪切模量的是( ) 1)超声法;2)单悬臂梁弯曲共振法;3)扭摆法

二、写出下列关系式,并注明公式中各字母代表的意义(10分):

1. 以Tg为参考温度的WLF方程;2. 高分子特性粘数与分子量之间的关系;

3. 高聚物结晶度与密度的关系; 4. 硫化橡胶平衡溶胀比与交联点间分子量的关系; 5. 牛顿流体通过毛细管的体积流率与管壁处切变速率之间的关系。 三、解释下列名词(任选5小题,10分):

1. 溶度参数; 2. 链段; 3. 极限粘度??; 4. 断裂韧性K1C; 5. 临界分子量; 6.哈金斯参数

;7.对数减量; 8.第二维利系数A2。

四、问答题(任选5题,共35分):

1. 说明双轴拉伸定向有机玻璃与普通非定向有机玻璃在模量、强度、韧性上的主要差别并解释原因。

2. 按常识,温度越高,橡皮越软;而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高,高弹平衡模量越高。这两个事实有矛盾吗?为什么?

3. 为什么实际橡胶弹性中带粘性,高聚物粘性熔体又带弹性?列举它们的具体表现形式。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小成型制品中的弹性成分? 4. 为什么用

而不用

来表征高分子链的平衡态柔性?为什么在表征高分子

?已知一根聚乙烯分子链的聚合度为600,在

(设C-C键的键长为0.15nm, 键

链柔性时,要在? 条件下测定高分子链的? 条件下的均方半径

=36nm2,试求该分子链的

角为10928’)。

5. 用注塑成型法分别成型无规立构聚氯乙烯(Tg=80℃,Tf=160℃)和全同立构聚丙烯(Tg=-10℃,Tm=170℃)长条试样,模具温度都是20℃,一个浇口设在试样端部。试估计两种试样凝聚态结构的异同及透明性的差别,解释原因,并设计实验证实你的估计。 6. 试述高聚物平衡高弹性的特点、热力学本质和分子运动机理。 五、从所示曲线计算指定参数值(共11分)

1. 从高聚物的蠕变曲线(图1)求推迟时间η(2分);

2. 从高聚物熔体的流动曲线(图2)求切变速率分别为0.1、10和100s-1时的表观粘度(4)。 3. 从凝胶渗透色谱法得到的折光指数差-分子量关系曲线(图3)求数均分子量和重均分子量(5)。

六、作图(19分,第一题4分,其它各小题3分):

用实线画出下表中的指定关系曲线并在图中标出特征参数,然后在同一图中用虚线示意当指定参数改变时曲线的变化。 30~200℃间不同温度下相同观察时间范尼龙6 参考温度提高时围内(例如100-103秒)的一组应力松弛曲线(Tg=50℃,Tm=250℃) 主曲线的变化 以及转换到参考温度为50℃的主曲线 有机玻璃 -20℃、80℃、150℃的应力-应变曲线 应变速率提高 (Tb=0℃,Tg=100℃,Tf=200) 聚乙烯熔体表观粘度与分子量之间的关系 切变速率提高

(Tg=-80℃,Tm=136℃) 等规立构聚丙烯 比容-温度曲线 升温速率提高 (Tg=-10℃,Tm=176℃) 顺丁橡胶增韧聚苯乙烯 顺丁橡胶:Tg= -100℃; 动态力学性能(储能模量和tg?)-频率谱 试验温度提高 聚苯乙烯:Tg= +100℃ 非晶态聚对苯二甲酸乙二醇酯PET(部分结晶PET的缓慢升温过程中的模量-温度曲线 结晶度很高 Tg=75℃,Tm=230℃) 高分子物理期终考试试题答案 一、选择题(共15分,每小题1分):

4);3);3);2);4);3);2);3);2);3);3);3);2);3);3)

二、写出下列关系式,并注明公式中各字母代表的意义(;写出关系式得1分,注明公式中各字母代表的意义得1分,字母意义注明不全酌情扣分):

1. 2.

; aT :平移因子;T:实验温度;Tg:玻璃化转变温度。 :特性粘度;

:粘均分子量;K、?:常数。

3. ;:高聚物内晶相的体积百分数,即体积结晶度;

? 、?c 、? a 分别为高聚物的密度、高聚物内晶相的密度和高聚物内非晶相的密度; 或:;:高聚物内晶相的质量百分数,即质量结晶度; ?、?c 、? a 分别为高聚物的密度、高聚物内晶相的密度和高聚物内非晶相的密度。

4.

;Q? : 硫化橡胶平衡溶胀比;:交联点间分子量;

?2:交联样品溶胀前的密度;Vm, 1:溶剂的摩尔体积;?1:高分子-溶剂相互作用参数。 5. ;:牛顿流体在管壁处的切变速率;Q: 牛顿流体通过毛细管的体积流率; R:毛细管半径。

三、解释下列名词(任选5小题,共10分,每小题2分): 1. 溶度参数:物质内聚能密度的开方:

,?E:物质内聚能;Vm:摩尔体

积。

2. 链段:高分子链上可以独立运动的最小单元。

3. 极限粘度??:假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度(即在切变速率很高时对应的粘度)。

4. 断裂韧性K1C:表征材料阻止裂纹扩展的能力,是材料抵抗脆性破坏能力的韧性指标,料的弹性模量;

,其中,? b为脆性材料的拉伸强度;C为半裂纹长度;E为材

为单位表面的表面能。

5. 临界分子量:分子链之间开始出现缠结的最低分子量,也是高聚物固体模量-温度曲线上出现高弹平台所需的最低分子量。 6. 哈金斯参数

:高分子-溶剂相互作用参数。

的物理意义是将一个溶剂分子放

进高聚物中所引起的能量变化。

7. 对数减量:相继两个振幅之比的自然对数,即?为对数减量,A为振幅,足标表示自振动开始振幅的序数。 8. 第二维利系数A2:也是表征高分子-溶剂相互作用的参数,即中为溶剂的偏摩尔体积,

为哈金斯参数,

为高聚物溶质的密度。

,其中

,其

四、问答题(任选5题,每小题各7分,共35分):

1.答:主要差别:双轴拉伸定向有机玻璃在取向的x,y方向上的模量、强度提高,韧性也提高,而在垂直于取向的方向上模量和强度比非定向有机玻璃减小。(2分) 解释原因:

1) 取向后,高分子链沿取向方向排列,原子间以化学键结合为主,而未取向方向上原子间以范德华力为主;(2分)

2) 材料在拉伸取向的过程中,能通过链段运动,使局部高应力区发生应力松弛,使材料内的应力分布均化,这也是取向后强度提高的原因之一。(可不答)

3) 取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。因此,当材料的断裂强度随取向程度提高时,材料的脆化温度下降(如图). 未拉伸普通有机玻璃的轴拉伸定向有机玻璃的

在室温附近,而双

低于室温。拉伸度足够高时,可下降到-40℃。因此,在常温下,

双轴拉伸定向有机玻璃处于不脆区,不仅强度比普通有机玻璃的高,而且韧性也好得多。

(3分)

2. 答:按常识,温度越高,橡皮越软;而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高,高弹平衡模量越高。这两个事实不矛盾。(1分)

原因:1),T升高,高分子热运动加剧,分子链趋于卷曲构象的倾向更大,回缩力更大,故高弹平衡模量越高;(3分)

2) 实际形变为非理想弹性形变,形变的发展需要一定是松弛时间,这个松弛过程在高温时比较快,而低温时较慢,松弛时间较长,如图。按常识观察到的温度越高,橡皮越软就发生在非平衡态,即t

3.答:实际橡胶弹性中带粘性的原因:构象改变时需克服摩擦力;(1分)

高聚物粘性熔体又带弹性的原因:分子链质心的迁移是通过链段的分段运动实现的;链段的运动会带来构象的变化;(1分)

列举它们的具体表现形式:橡胶拉伸断裂后有永久残余应变;橡胶快速拉伸会放热;挤出胀大等。(2分)

减少橡胶的粘性:适度交联;(1分)

在挤出成型中减小成型制品中的弹性成分:提高熔体温度;降低挤出速率;增加口模长径比;降低分子量,特别要减少分子量分布中的高分子量尾端。(2分)

4. 答:原因:1) 消除分子量的影响;(2分)

2) 在? 条件下测定高分子链的原因:? 条件下分子链尺寸既不扩张也不收缩;(2分) 3) 计算:=216nm2,=54nm2, =2。(3分)

5. 答:说明异同及透明性的差别并解释原因得3分,设计实验得4分。 1) PVC为非晶态,高取向皮层和低取向芯层;

2) iPP为结晶态,高取向、高结晶皮层(串晶和柱晶等)和低取向、低结晶芯层(球晶);

3) PVC透明性好于iPP;

设计实验:取向度-广角X射线、双折射、声波传播等; 结晶度-X射线、DSC等;

球晶尺寸及形貌-POM、TEM等。(均需说明实验原理及结果)

6. 答:1) 弹性应变大;2) 弹性模量低;3) T升高,高弹平衡模量增加;4) 快速拉伸,温度升高。(4分)

热力学本质:熵弹性;(1分)

分子运动机理:链段运动从卷曲构象转变为伸展的构象。(2分) 五、从所示曲线计算指定参数值(共11分) 1.推迟时间η=10s (2分);

2.切变速率分别为0.1、10和100s-1时的表观粘度分别为20、2、0.4MPa?s (可以直接作图得,也可以由切应力与切变速率之比计算得到,4分)。

3. 数均分子量=4434,重均分子量=5059(将曲线等分得1分,写出计算公式得1分,共5分)。

六、作图(19分,第一题4分,其它各小题3分;正确标出特征参数得1分,正确画出虚线得1分):

用实线画出下表中的指定关系曲线并在图中标出特征参数,然后在同一图中用虚线示意当指定参数改变时曲线的变化。 有机玻璃-20℃、80℃、150℃尼龙6(Tg=50℃,Tm=250℃) 的应力-应变曲线 聚乙烯熔体表观粘度与分子量等规立构聚丙烯比容-温度曲之间的关系 线 顺丁橡胶增韧聚苯乙烯动态力 非晶态聚对苯二甲酸乙二醇学性能(储能模量和tg?)-频率酯PET缓慢升温过程中的模量-谱(顺丁橡胶:Tg= -100℃;聚温度曲线 苯乙烯:Tg= +100℃)

联系客服:779662525#qq.com(#替换为@)