高分子物理课后习题答案详解Word格式文档下载.docx
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答
(1)由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小,产生排斥作用,使平面锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满足晶体分子链构象能最低原则。
(2)由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开,相互间距离比范德华半径大,所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性?
如何表征?
(1)空间位阻参数(或称刚性因子),值愈大,柔顺性愈差;
(2)特征比Cn,Cn值越小,链的柔顺性越好;
(3)连段长度b,b值愈小,链愈柔顺。
5.聚乙烯分子链上没有侧基,内旋转位能不大,柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶?
这是由于聚乙烯分子对称性好,容易结晶,从而失去弹性,因而在室温下为塑料而不是橡胶。
6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:
(1)聚丙烯睛与碳纤维;
(2)无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯;
(3)顺式聚1,4-异戊二烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊二烯(杜仲橡胶)。
(4)高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。
(1)线性高分子梯形高分子
(2非晶高分子结晶性高分子
(3)柔性
(4)高密度聚乙烯为平面锯齿状链,为线型分子,模量高,渗透性小,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15~35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结构,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链的柔顺性并简要加以解释。
解:
极性取代基在主链分布,有对称性的比不对称的柔性好
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?
(假定该分子链为自由旋转链。
)
81.6倍
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)δ=1.76,试计算其等效自由连接链长度b(已知碳—碳键长为0.154nm,键角为109.5°
)。
b=1.17nm
10.某聚苯乙烯试样的分子量为416000,试估算其无扰链的均方末端距(已知特征比Cn=12)。
均方末端距为2276.8nm2。
第2章
聚合物的凝聚态结构
1.名词解释
凝聚态,内聚能密度,晶系,结晶度,取向,高分子合金的相容性。
凝聚态:
为物质的物理状态,是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的,通常包括固体、液体和气体。
内聚能密度:
CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量,单位:
晶系:
根据晶体的特征对称元素所进行的分类。
结晶度:
试样中的结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度)。
取向:
聚合物的取向是指在某种外力作用下,分子链或其他结构单元沿着外力作用方向的择优排列。
高分子合金的相容性:
两种或两种以上高分子,通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所具有的亲和性。
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?
(1)内聚能密度:
(2)内聚能密度在300以下的聚合物,分子间作用力主要是色散力;
内聚能密度在400以上的聚合物,分子链上有强的极性基团或者分子间能形成氢键;
内聚能密度在300-400之间的聚合物,分子间相互作用居中。
3.聚合物在不同条件下结晶时,可能得到哪几种主要的结晶形态?
各种结晶形态的特征是什么?
(1)可能得到的结晶形态:
单晶、树枝晶、球晶、纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体;
(2)形态特征:
单晶:
分子链垂直于片晶平面排列,晶片厚度一般只有10nm左右;
树枝晶:
许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状;
球晶:
呈圆球状,在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光,有些出现同心环;
纤维状晶:
晶体呈纤维状,长度大大超过高分子链的长度;
串晶:
在电子显微镜下,串晶形如串珠;
柱晶:
中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶,呈柱状;
伸直链晶体:
高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当。
4.测定聚合物的结晶度的方法有哪几种?
简述其基本原理。
不同方法测得的结晶度是否相同?
(1)密度法,X射线衍射法,量热法;
(2)密度法的依据:
分子链在晶区规整堆砌,故晶区密度大于非晶区密度;
X射线衍射法的依据:
总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和;
量热法的依据:
根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。
(3)不同,因为结晶度的概念缺乏明确的物理意义,晶区和非晶区的界限很不明确,无法准确测定结晶部分的量,所以其数值随测定方法不同而不同。
5.高分子液晶的分子结构有何特点?
根据分子排列有序性的不同,液晶可以分为哪几种晶型?
(1)高分子液晶分子结构特点:
1.分子主干部分是棒状(筷形),平面状(碟形)或曲面片状(碗形)的刚性结构,以细长棒状最为常见;
b.分子中含有对位苯撑,强极性基团,可高度极化或可形成氢键的基团,因而在液态下具有维持分子作某种有序排列所需要的凝聚力;
c.分子上可能含有一定的柔性结构。
(2)液晶晶型:
a.完全没有平移有序—向列相即N相,用单位矢量表示;
b.一维平移有序(层状液晶)—近晶A()和近晶C();
c.手征性液晶,包括胆甾相(Ch)和手征性近晶相;
d.盘状液晶相。
(3)液晶态的表征一般为:
a.偏光显微镜下用平行光系统观察;
b.热分析法;
c.X射线衍射;
d.电子衍射;
e.核磁共振;
f.电子自旋共振;
g.流变学;
h.流变光学。
6.简述液晶高分子的研究现状,举例说明其应用价值。
液晶高分子被用于制造防弹衣,缆绳及航空航天器大型结构部件,可用于新型的分子及原子复合材料,适用于光导纤维的被覆,微波炉件,显示器件信息传递变电检测
7.取向度的测定方法有哪几种?
举例说明聚合物取向的实际意义。
(1)用光学显微镜测定双折射来计算;
(2)用声速法测定;
(3)广角X射线衍射法;
(4)红外二向色性;
(5)偏正荧光法。
8.某结晶聚合物的注射制品中,靠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察发现有Maltese黑十字,并且越靠近制品芯部,Maltese黑十字越大。
试解释产生上述现象的原因。
如果降低模具的温度,皮层厚度将如何变化?
(1)由于形成球晶,球晶具有双折射现象,自然光经过偏振片变为偏振光,通过球晶发生双折射,分成两束振动方向垂直的偏振光,两束偏振光在与检偏镜平行方向上存在分量,分量速度不同,产生相位差而干涉,使呈现黑十字消光图像,制品外部与模具接触,冷却速度快,球晶来不及生长而成多层片晶或小球晶,而制品芯部温度高,结晶时间充分,生长为大球晶,因此消光图像更大。
(2)降低温度会增加过冷度,缩短结晶时间,因而皮层厚度增加。
9.采用“共聚”和“共混”方法进行聚合物改性有何异同点?
略。
10.简述提高高分子合金相容性的手段
提高高分子合金的相容性一般用加入第三组分增溶剂的方法。
增溶剂可以是与A、B两种高分子化学组成相同的嵌段或接枝共聚物,也可以是与A、B的化学组成不同但能分别与之相容的嵌段或接枝共聚物。
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0.854g/cm3,现知该聚合物的实际密度为0.900g/cm3,试问其体积结晶度应为多少?
(体积结晶度为0.561)
12.已知聚乙烯晶体属斜方晶系,其晶胞参数a=0.738nm,b=0.495nm,c=0.254nm.
(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ρa=0.83g/cm3,试计算密度ρ=0.97g/cm3聚乙烯试样的质量结晶度。
13.用声波传播测定拉伸涤纶纤维的取向度。
若试验得到分子链在纤维轴方向的平均取向角为30。
,试问该试样的取向度为多少?
第3章
高分子溶液
1.溶度参数的含义是什么?
“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物溶解能力的依据是什么?
(1)溶度参数:
是指内聚能密度的平方根;
(2)依据是:
,因为溶解过程>
0,要使<
0,越小越好,又因为?
,所以与越相近就越小,所以可用“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物的溶解能力。
2.什么叫高分子θ溶液?
它与理想溶液有何本质区别?
(1)高分子θ溶液:
是指高分子稀溶液在θ温度下(Flory温度),分子链段间的作用力,分子链段与溶剂分子间的作用力,溶剂分子间的作用力恰好相互抵消,形成无扰状态的溶液。
此时高分子—溶剂相互作用参数为1/2,内聚能密度为0.
(2)理想溶液三个作用力都为0,而θ溶液三个作用力都不为0,只是合力为0.
3.Flory-Huggins晶格模型理论推导高分子溶液混合熵时作了哪些假定?
混合热表达式中Huggins参数的物理意义是什么?
(1)假定:
a.溶液中分子排列也像晶体中一样,为一种晶格排列;
b.高分子链是柔性的,所有构象具有相同的能量;
c.溶液中高分子“链段”是均匀分布的,即“链段”占有任一格子的几率相同。
(2)物理意义:
反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。
4.什么叫排斥体积效应?
Flory-Kingbuam稀溶液理论较之晶格模型理论有何进展?
(1)排斥体积效应:
在高分子稀溶液中,“链段”的分布实际上是不均匀的,高分子链以一个被溶剂化了的松懈的链球散布在纯溶剂中,每个链球都占有一定的体积,它不能被其他分子的“链段”占有。
(2)进展:
把“链段”间的排斥体积考虑进去,更符合实际。
5.高分子合金相分离机理有哪两种?
比较其异同点。
6.苯乙烯-丁二烯共聚物(δ=16.7)难溶于戊烷(δ=14.4)和醋酸乙烯(δ=17.8)。
若选用上述两种溶剂的混合物,什么配比时对共聚物的溶解能力最佳?
7.计算下列三种情况下溶液的混合熵,讨论所得结果的意义。
(1)99e12个小分子A与1e8个小分子B相混合(假定为理想溶液);
(2)99e12个小分子A与1e8个小分子B(设每个大分子“链段”数x=1e4)相混合(假定符合均匀场理论);
(3)99e12个小分子A与1e12个小分子B相混合(假定为理想溶液)。
(1);
(2);
(3).
结果说明,绝大多数高分子溶液,即使在浓度小时,性质也不服从理想溶液的规律,混合熵
比小分子要大十几倍到数十倍,一个高分子在溶液中可以起到许多个小分子的作用,高分子溶液性质与理想溶液性质偏差的原因在于分子量大,分子链具有
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