高分子物理习题参考答案16.docx

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高分子物理习题参考答案16

《高分子物理》标准化作业本

参考答案

沈阳化工学院材料科学与工程学院

《高分子物理》课程组

2014.3

第一章高分子链的结构

一、概念

1、构型：

分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

2、由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫构象。

3、均方末端距：

高分子链的两个末端的直线距离的平方的平均值。

4、链段：

链段是由若干个键组成的一段链作为一个独立动动的单元，是高分子链中能够独立运动的最小单位。

5、全同立构：

取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。

6、无规立构：

当取代基在主链平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构体单元完全无规键接而成。

二、选择答案

1、高分子科学诺贝尔奖获得者中，（A）首先把“高分子”这个概念引进科学领域。

A、H.Staudinger,B、K.Ziegler,G.Natta,C、P.J.Flory,D、H.Shirakawa

2、下列聚合物中，（A）是聚异戊二烯（PI）。

A、

B、

C、

D、

3、下列聚合物中，不属于碳链高分子的是（D）。

A、聚甲基丙烯酸甲酯，B、聚氯乙烯，C、聚乙烯，D、聚酰胺

4、下列四种聚合物中，不存在旋光异构和几何异构的为（B）。

A、聚丙烯，B、聚异丁烯，C、聚丁二烯，D、聚苯乙烯

5、下列说法，表述正确的是（A）。

A、工程塑料ABS树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。

B、ABS树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀，可提高制品拉伸强度和硬度。

C、ABS树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性，可改善冲击强度。

D、ABS树脂中丙烯腈组分利于高温流动性，便于加工。

6、下列四种聚合物中，链柔顺性最好的是（C）。

A、聚氯乙烯，B、聚氯丁二烯，C、顺式聚丁二烯，D、反式聚丁二烯

7、在下列四种聚合物的晶体结构中，其分子链构象为H31螺旋构象为（B）。

A、聚乙烯，B、聚丙烯，C、聚甲醛，D、聚四氟乙烯

8、如果不考虑键接顺序，线性聚异戊二烯的异构体种类数为（C）。

A、6B、7C、8D、11

9、自由基聚合制得的聚丙烯酸为（B）聚合物。

A、全同立构，B、无规立构，C、间同立构，D、旋光

10、热塑性弹性体SBS是苯乙烯和丁二烯的（C）。

A、无规共聚物，B、交替共聚物，C、嵌段共聚物，D、接枝共聚物

11、下列四种聚合物中，链柔顺性最差的是（C）。

A、

，B、

，C、

，D、

12、高分子在稀溶液中或高分子熔体中呈现（C）。

A、平面锯齿形构象B、H31螺旋构象C、无规线团构象D、双螺旋构象

13、高分子科学领域诺贝尔奖获得者中，（C）把研究重点转移到高分子物理方面，逐渐阐明高分子材料结构与性能之间的关系。

A、H.Staudinger,B、K.Ziegler，G.Natta,C、P.J.Flory,D、H.Shirakawa

14、高分子链的构象属于聚合物结构层次中的（B）

A、一级结构B、二级结构C、三级结构D、高级结构

15、下列说法，表述正确的是（D）。

A、自由连接链为真实存在，以化学键为研究对象。

B、自由旋转链为理想模型，以链段为研究对象。

C、等效自由连接链为理想模型，以化学键为研究对象。

D、高斯链真实存在，以链段为研究对象。

16、聚乙烯树脂中，（B）是支化高分子。

A、LLDPE，B、LDPE，C、HDPE，D、交联聚乙烯

17、下列四种聚合物中，链柔顺性最差的是（D）。

A聚乙烯，B聚丙烯，C顺式聚1,4-丁二烯，D聚苯乙烯

18、若聚合度增加一倍，则自由连接链的均方末端距变为原值的（C）倍。

A、0.5B、1.414C、2D、4

19、在下列四种聚合物的晶体结构中，其分子链构象为平面锯齿型的为（A）。

A、聚乙烯，B、聚丙烯，C、聚甲醛，D、全同立构聚苯乙烯

20、下列高分子中，（B）可以进行重新熔融，二次加工制成新的制品。

A、交联聚乙烯，B、线性低密度聚乙烯LLDPE，C、硫化橡胶，D、热固性塑料

21、下列聚合物中不具有旋光异构的是（D）

A、聚丙烯B、聚苯乙烯C、聚氯乙烯D、聚偏氯乙烯

三、填空题

1、高分子共聚物的序列结构指两种或两种以上共聚单体在分子中的排列，二元共聚物可以分为无规型、交替型、嵌段型和接枝型共聚物。

2、结晶聚乙烯（PE）的链构象为平面锯齿型构象，聚丙烯PP的链构象为H31螺旋构象，而柔性链高分子在溶液中均呈无规线团构象。

3、构造是指聚合物分子的形状，例如线形高分子，支化高分子，星型高分子，梯形高分子和交联高分子等。

4、构型是指分子中原子在空间的排列，高分子链的构型包括旋光异构、几何异构和链接异构。

5、随着聚合物的柔顺性增加，链段长度变小、刚性因子值变小、无扰尺寸变小、特征比变小

6、高分子共聚物的序列结构是指两种或两种以上共聚单体在分子链中的排列方式，如SBS为嵌段共聚物，HIPS为接枝共聚物。

7、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，如天然橡胶和古塔波胶（反式异戊二烯）为几何异构，全同聚丙烯和无规聚丙烯为旋光异构。

8、构造是指聚合物分子的形状，如高密度聚乙烯HDPE是线形高分子，低密度聚乙烯LDPE是支化高分子，而硫化橡胶是交联高分子。

四、判断题

1、通过高分子主链单键内旋转可改变聚合物的等规度。

（×）

2、实际高分子链可以看作等效自由连接链。

（√）

3、高分子链段可以自由旋转无规取向，是高分子链中能够独立运动的最小单位。

（√）

4、不同聚合物分子链的均方末端距越短，表示分子链的柔顺性越好。

（×）

四、回答下列问题

1丙烯中碳－碳单链是可以转动的，通过单键的转动能否把全同立构的聚丙烯变为“间同立构”的聚丙烯？

说明理由。

答：

不能。

全同立构和间同立构是两种不同的立体构型。

构型是分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。

单键的内旋转只能改变构象而不能改变构型。

所以通过单键的转动不能把全同立构的聚丙烯变为“间同立构”的聚丙烯。

2、从链结构和聚集态结构的角度，说明为什么SBS具有热塑性弹性体的性质？

若三嵌段结构为BSB，能否成为热塑性弹性体？

答：

SBS树脂是用阴离子聚合法制得的苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。

其分子链的中段是聚丁二烯，两端是聚苯乙烯，SBS具有两相结构，橡胶相PB连续相，为柔性链段的软区，PS形成微区分散在橡胶相中，PS是具有刚性链段的硬区，起物理交联作用。

SBS在常温为橡胶高弹性、高温下又能塑化成型的高分子材料。

它是不需要硫化的橡胶，是一种热塑性弹性体。

BSB不是一种热塑性弹性体。

因为虽然它也三嵌段共聚物，但其分子链的中段是聚苯乙烯硬段，两端是聚丁二烯软段，相当于橡胶链的一端被固定在交联点上，另一端是自由活动的链端，而不是一个交联网。

由于端链对弹性没有贡献，所以不能成为热塑性弹性体。

五、计算题

1、某单烯类聚合物的聚合度为4×104，试计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）

已知DP＝4×104，化学键数：

n=2DP=8×104

自由旋转链：

hmax/

=

/

=

=

=163倍

2、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）σ=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：

3、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（已知特性比Cn=12）

解：

DP=416000/104=4000

n≈2DP=8000

=8000×0.1542×12=2.28×103（nm2）

第二章聚合物的凝聚态结构

一、概念

1、内聚能密度（cohesive energy density ,CED）：

单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。

　　式中：

Vm－摩尔体积，△E－内聚能。

2、结晶度：

实际晶态聚合物，是晶区和非晶区同时存在的。

结晶度即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）。

3、液晶：

兼具晶体的光学性质和液晶流动性质，是某些物质在熔融态或在溶液状态下所形成的有序流体的总称。

4、取向态结构：

大分子链、链段或微晶在某些外场（如拉伸应力或剪切应力）作用下，可以沿着外场方向有序排列，这种有序的平行排列称为取向，所形成的聚集态结构，称为取向态结构。

二、选择答案

1、下列四种聚合物中，内聚能密度最大的为（D）。

A、聚丙烯，B、聚异丁烯，C、聚丁二烯，D、聚氯乙烯

2、关于聚合物球晶描述错误的是（B）。

A、球晶是聚合结晶的一种常见的结晶形态。

B、当从浓溶液析出或由熔体冷结晶时，在存在应力或流动的情况下形成球晶。

C、球晶外形呈圆球形，直径0.5～100微米数量级。

D、球晶在正交偏光显微镜下可呈现特有的黑十字消光图像和消光同心环现象。

3、液晶纺丝技术是利用（B）液晶的流变特性进行的。

A、热致向列相，B、溶致向列相，C、热致胆甾相，D、溶致胆甾相

4、（A）是有序性最低的液晶晶型。

A、向列型，B、近晶A型，C、近晶C型，D、胆甾型

5、关于聚合物片晶描述错误的是（D）。

A、在极稀（浓度约0.01%）的聚合物溶液中，极缓慢冷却生成

B、具有规则外形的、在电镜下可观察到的片晶，并呈现出单晶特有的电子衍射图

C、聚合物单晶的横向尺寸几微米到几十微米，厚度10nm左右

D、高分子链规则地近邻折叠形成片晶，高分子链平行于晶面

6、下列四种研究方法中，最适合鉴别球晶的为（C）。

A、DSC，B、X-射线衍射，C、偏光显微镜，D、电子显微镜

7、纹影织构是（A）液晶高分子的典型织构。

A、向列型，B、近晶A型，C、近晶C型，D、胆甾型

8、聚合物可以取向的结构单元（D）。

A、只有分子链B、只有链段C、只有分子链和链段D、有分子链、链段、微晶

9、总体上，下列三类聚合物内聚能密度大小顺序为：

（A）＞（C）＞（B）

A、合成纤维；B、合成橡胶；C、合成塑料

10、下列四种实验方法中，除了（D），其余方法能测定聚合物的结晶度。

A、密度法，B、广角X射线衍射法，C、DSC法，D、偏光显微镜法

11、下列模型中，（D）是描述聚合物非晶态结构的局部有序模型。

A、40年代Bryant提出缨状胶束模型

B、50年代英籍犹太人Keller提出的折叠链结构模型

C、50年代Flory提出无规线团模型

D、70年代美籍华人Yeh提出两相球粒模型

12、（B）是聚合物最常见的结晶形态。

A、折叠链片晶，B、球晶，C、纤维状晶，D、伸直链晶体

13、（D）是手性分子的典型液晶晶型。

A、向列型，B、近晶A型，C、近晶C型，D、胆甾型

14、高分子合金的制备方法中，成本最低且较常用的共混方法是（A）。

A、机械共混B、溶液共混C、接枝共聚D、嵌段共聚

15、下列四种研究方法中，不能测定聚合物结晶度的是（D）。

A、DSC，B、广角X-射线衍射，C、密度法，D、小角X-射线衍射

16、在热塑性弹性体SBS的相态结构中，其相分离结构为（B）。

A、PS－连续相，PB－分散相；B、PB－连续相，PS－分散相；

B、PS和PB均为连续相；D、PS和PB均为分散相

17、下列说法，表述错误的是（B）。

A、HIPS树脂具有“海岛结构”。

B、SBS具有两相结构，PS相起化学交联作用。

C、HIPS基体是塑料，分散相是橡胶。

D、SBS具有两相结构，橡胶相为连续相。

18、下列聚合物内聚能密度最大的是（D）。

A、1,4－聚丁二烯，B、聚苯乙烯，C、聚氯乙烯，D、聚丙烯腈

19、下列模型中，用来描述聚合物非晶态结构模型的是（D）。

A、缨状微束模型，B、折叠链模型，C、插线板模型，D、无规线团模型

20、某结晶性聚合物在偏光显微镜下呈现黑十字消光图案，则其结晶形态是（C）。

A、单晶，B、串晶，C、球晶，D、片晶

三、判断题

1.1957年Keller等人首次发现了聚乙烯的片状单晶，证明了单晶的分子链垂直于晶面。

（√）

2.当从浓溶液析出或由熔体冷结晶时，在存在应力或流动的情况下形成球晶。

（×）

3.球晶较大的聚合物，其透光性均较高。

（×）

四、填空题

1、测定结晶聚合物的结晶度较为常用的测定方法有密度法、广角X射线衍射法和DSC法等。

2、高分子液晶的晶型有向列相N相、近晶相和胆甾相等。

按液晶的形成条件可分为液晶高分子和溶致液晶高分子。

3、研究聚合物的凝聚态结构的常用方法有X-射线衍射、DSC、电子衍射（ED）、原子力显微镜（AFM）和偏光显微镜（PLM）等。

4、聚合物随取向条件的不同，取向单元也不同，取向结构单元包括链段和分子链取向，对于结晶聚合物还可能有微晶的取向。

四、回答下列问题

1、述聚合物片状单晶和球晶的形成条件及结构特点。

答：

单晶：

在极稀（浓度约0.01%）的聚合物溶液中，极缓慢冷却时生成具有规则外形的、在电镜下可观察到的片状晶体，并呈现出单晶特有的电子衍射图。

聚合物单晶的横向尺寸几微米到几十微米，厚度10nm左右。

单晶中高分子链规则地近邻折叠形成片晶。

球晶：

当结晶聚合物从浓溶液析出或从熔体冷结晶时，在不存在应力或流动的情况下形成球晶。

外形呈圆球形，直径0.5～100微米数量级。

由从中心往外辐射生长晶片组成，在球晶中分子链通常总是沿垂直于半径的方向排列的，在正交偏光显微镜下可呈现特有的黑十字消光图像和消光同心环现象。

2、有两种乙烯和丙稀的共聚物，其组成相同，其中一种在室温时是橡胶状的，一直到温度降低到-70℃时才变硬；另一种在室温时却是硬而韧又不透明的材料，试解释它们内在结构上的差别。

答：

这是由于两种乙烯和丙稀的共聚物的共聚方式不同。

第一种是乙烯和丙稀的无规共聚物，也就是分子链上乙烯单元和丙烯单元无规分布的，破坏了分子链的规整性，使其不能结晶，聚乙烯和聚丙烯的内聚能密度都较低，所以其无规共聚物的分子链较柔顺,常温下处于高弹态，为橡胶状。

第二种情况是乙烯和丙烯的嵌段共聚物，聚乙烯部分和全同立构聚丙烯部分都各成一相，基本保持聚乙烯和全同立构聚丙烯均聚物原有的性能，可以结晶，宏观上材料就是由无数细小晶区组成的多相结构,这种结晶结构使之硬而韧，多相结构状态使之不透明。

五、计算题

1、已知全同立构聚丙烯完全结晶时的密度为0.936g/cm3，完全非晶态的密度为0.854g/cm3，现有该聚合物试样一块，体积为1.42×2.96×0.51cm3，重量1.94g，计算其体积结晶度。

解：

密度

体积结晶度

2、用声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ө为30℃，试问该试样的取向度为多少？

解：

f=0.625

第三章高分子溶液

一、判断题

1.交联聚合物的交联度越大，其溶胀度越大。

（×）

2.理想溶液的混合热小于零。

（×）

3.对于非极性高聚物，溶剂的溶度参数δ1与高聚物的δ2越接近，则溶剂越优良。

（）

4.θ条件下，高分子溶液为真实的理想溶液。

（×）

5.增塑聚合物属于高分子浓溶液的范畴。

（）

6.高分子晶格模型中高分子链段均匀分布的假定对高分子稀溶液是合理的。

（×）

7.高分子溶液在θ温度时，△μ1E＝0，说明高分子溶液是一种真的理想溶液。

（×）

8.非极性增塑剂使非极性聚合物的玻璃化温度降低的数值正比于增塑剂的体积分数（）

9．高分子溶液温度愈高，溶剂化作用愈强，高分子链愈伸展。

（）

10．Hiderbrand溶度公式适用于各种聚合物溶液的混合热的计算。

（×）

11.任何结晶高聚物不用加热，都可溶于其良溶剂中。

（×）

二、选择答案

1、下列四种聚合物在各自的良溶剂中，常温下不能溶解的为（A）。

A、聚乙烯，B、聚甲基丙烯酸甲酯，C、无规立构聚丙烯，D、聚氯乙烯

2、高分子溶液与小分子理想溶液比较，说法正确的是（C）。

A、高分子溶液在浓度很小时，是理想溶液。

B、高分子溶液在θ温度时，△μ1E＝0，说明高分子溶液是一种真的理想溶液。

C、高分子溶液在θ条件时，△HM和△SM都不是理想值，不是理想溶液。

D、高分子溶液在θ条件时，高分子链段间与高分子链段和溶剂分子间相互作用不等。

3、聚合物溶度参数一般与其（A）无关。

A、分子量B、极性大小C、分子间力D、内聚能密度

4、Huggins参数1在θ温度下的数值等于（B）

A、0.0，B、0.5，C、1.0，D、2.0

5、溶剂对聚合物溶解能力的判定原则，说法错误的是（B）。

A、“极性相近”原则B、“高分子溶剂相互作用参数χ1大于0.5”原则

C、“内聚能密度或溶度参数相近”原则D、“第二维修系数A2大于0”原则

6、下列四种溶剂（室温下Huggings相互作用参数）中，室温能溶解聚氯乙烯的为（A）。

A、四氢呋喃（1＝0.14）B、二氧六环（0.52）C、丙酮（0.63），D、丁酮（1.74）

7、下列四种溶剂中，对PVC树脂溶解性最好的是（A）。

A环己酮，B苯，C氯仿，D二氯乙烷

8、同一种聚合物在（A）中，其分子链的均方末端距最大。

A、良溶剂，B、浓溶液，C、熔体，D、θ溶液

9、下列关于冻胶的描述中不正确的是（A）。

A、冻胶加热不能溶解和熔融B、分子内交联的冻胶可得到黏度小浓度大的浓溶液

C、冻胶属于高分子浓溶液范畴D、分子内交联的冻胶对纺丝不利

10、高分子溶解在良溶剂中，则（D）。

A、χ1＞1/2,Δμ1E＞0；B、χ1＞1/2,Δμ1E＜0，

C、χ1＜1/2,Δμ1E＞0，D、χ1＜1/2,Δμ1E＜0

三、填空题

1、Huggins参数和第二维利系数都表征了高分子“链段”与溶剂分子间之间的相互作用。

2、判定溶剂对聚合物溶解力的原则有

（1）极性相近原则、

（2）溶度参数相近原则和（3）1<1/2。

3、在高分子的θ溶液中，Huggins参数1＝1/2，第二维列系数A2＝0，此时高分子链段间的相互作用力等于高分子链段与溶剂分子间的作用力。

四、回答下列问题

1、为何称高分子链在其θ溶液中处于无扰状态？

θ溶液与理想溶液有何本质区别？

答：

选择合适的溶剂和温度，△μ1E＝0，这样的条件称为θ条件，在θ条件下，高分子链段间的相互作用等于链段与溶剂分子间的相互作用，可以认为溶剂分子对高分子构象不产生的干扰，故称高分子链在其θ溶液中处于无扰状态，测定的高分子尺寸称为无扰尺寸。

无扰尺寸是高分子本身的结构的反映。

在θ溶液中，△μ1E=0，但△HM≠0，△SM不是理想值，只是两者的效应相互抵消。

说明高分子溶液是一种假的理想溶液。

2、什么是溶度参数？

聚合物的溶度参数可以通过什么方法进行测定或计算？

答：

内聚能密度的平方根定义为溶度参数δ

（1）黏度法，使高分子溶液有最大特性黏数的溶剂的

对应于高分子的

。

（2）溶胀度法，将高分子适度交联后，达到平衡溶胀时有最大溶胀度的溶剂的

为高分子的

。

（3）基团加和法估算，以下是Small等提出的摩尔基团加和法的计算式：

＝

式中：

是基团对

的贡献，

为链节中该基团的数目，

为聚合物摩尔体积，

为链节摩尔质量。

3、试判断下列体系的相溶性好坏，并说明原因。

a）聚苯乙烯（δ=18.6）与苯（δ=18.7）

b）聚丙烯腈（δ=26.2）与二甲基甲酰胺（δ=24.8）

c）聚丙烯（δ=18.2）与甲醇（δ=29.7）

答：

a）相溶，非极性聚合物，溶度参数相近。

b）相溶，极性相似，溶度参数相近，溶剂化作用强。

C）不相溶，极性和溶度参数都不相近。

五、计算题

1、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）99×1012个小分子A与108个小分子B相混合（假设为理想溶液）；

（2）99×1012个小分子A与108个大分子B（设每个大分子“链段”数x=104）相混合（假设符合均匀场理论）；

（3）99×1012个小分子A与1012个小分子B相混合（假设为理想溶液）。

解：

（1）摩尔分数：

（2）体积分数

（3）摩尔分数

，

由计算结果可见：

因为高分子的一个链节体积相当于一个溶剂分子，但它们之间毕竟有化学键，所以其构象数目，虽比按一个小分子计算时的理想溶液混合熵大得多，但小于按104个完全独立的小分子的构象数。

2、在20℃将10-5mol的聚甲基丙烯酸甲酯（Mn=105，ρ=1.20g/cm3）溶于179g氯仿（=1.49g/cm3）中，试计算溶液的混合熵、混合热和混合自由能。

（已知χ1=0.377）

解：

n2=10-5

第四章聚合物的分子量和分子量分布

一、概念

1、特性粘度:

表示在浓度c→0的情况下，单位浓度的增加对溶液增比粘度或相对粘度自然对数的贡献，其值不随浓度而变。

特性粘度的单位是浓度单位的倒数，即dl/g或ml/g。

•2、普适校正曲线：

由弗洛利的特性粘数理论知道，[]M即为溶液中高分子的流体力学体积。

以lg[]M对Ve作图，对不同的高聚物试样所得的校正曲线是重合的，称为普适校正曲线。

二、选择题

1、（D）可以快速、自动测定聚合物的平均分子量和分子量分布。

A、粘度法，B、滲透压法，C、光散射法，D、凝胶渗透色谱（GPC）法

2、下列四种方法中，（C）可以测定聚合物的重均分子量。

A、粘度法，B、滲透压法，C、光散射法，D、沸点升高法

3、特性粘度[η]的表达式正确的是（C）。

A、

B、

C、

D、

4、两试样的凝胶渗透色谱的淋出体积相等，则它们的下列参数相等的是（D）。

A、相对分子质量，B、特性黏数，C、Huggins参数，D、流体力学体积

5、光散射法不可测量的是（A）。

A、数均分子量，B、重均分子量，C、第二维利系数，D、均方末端距

6、下列参数中，（C）不可以用GPC测定的有：

A、聚合物的数均分子量，B、聚合物的重均分子量，

C、聚合物内聚能，D、聚合物的分子量分布；

7、分别用下列方法测量同一高分子样品，测得的平均分子量大小顺序为：

（C）＞（A）＞（B）

A、粘度法；B、蒸气压渗透法；C、光散射法

8、下列有关高分子结构的叙述不正确的是（C）。

A、高分子是由许多结构单元组成的B、高分子链具有一定的内旋转自由度

C、结晶性的高分子中不存在非晶态D、高分子是一系列同系物的混合物

三、填空题

1