高分子物理課后答案_何曼君_第三版和第二版匯總共48頁(yè)

第三章高分子的溶解過(guò)程與小分子相比 有什么不同？高分子與溶劑分子的尺寸相差懸殊，兩者運(yùn)動(dòng)分子運(yùn)動(dòng)速度差別很大，現(xiàn)是溶劑分子滲入高聚物內(nèi)部，是高聚體膨脹，稱為“溶脹”，然后高分子均勻分散在溶劑中，形成完全溶解的分子分散的均相體系。對(duì)于交聯(lián)的高分子只停留在溶脹階段，不會(huì)溶解。第二維里系數(shù)A2的物理意義？第二維利系數(shù)的物理意義是高分子鏈段和鏈段間的內(nèi)排斥與高分子鏈段和溶劑分子間能量上相互作用、兩者相互競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)量度。它與溶劑化作用和高分子在溶液里的形態(tài)有密切關(guān)系。良溶劑中，高分子鏈由于溶劑化作業(yè)而擴(kuò)張，高分子線團(tuán)伸展，A2是正值；溫度下降或在非良溶劑，高分子線團(tuán)收縮，A2是負(fù)值；當(dāng)鏈段與鏈段、溶劑與高分子鏈段相互作業(yè)想等時(shí)，高分子溶液符合理想溶液的性質(zhì)，A2為零，相當(dāng)于高分子鏈處于無(wú)擾狀態(tài)。高分子的理想鏈和真實(shí)鏈有哪些區(qū)別？理想鏈?zhǔn)且环N理論模型，認(rèn)為化學(xué)鍵不占體積，自由旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有鍵角和位壘的限制，而真實(shí)鏈有鍵角限制和位壘的限制。理想鏈沒(méi)有考慮遠(yuǎn)程相互作用和近程相互作用，而真實(shí)鏈要考慮鏈節(jié)與鏈節(jié)之間的體積排除和鏈與周圍環(huán)境的相互作用以及鏈與鏈之間的相互作用等。高分子的稀溶液、亞濃溶液、濃溶液有哪些本質(zhì)的區(qū)別？三種溶液最本質(zhì)的區(qū)別體現(xiàn)在溶液中和高分子無(wú)規(guī)線團(tuán)之間的相互作用和無(wú)規(guī)線團(tuán)的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同： 稀溶液：高分子線團(tuán)是相互分離的，溶液中高分子鏈段的分布也是不均一的；線團(tuán)之間的相互作用可以忽略。濃溶液：大分子鏈之間發(fā)生相互穿插和纏結(jié)，溶液中鏈段的空間密度分布趨于均一。 亞濃溶液：亞濃溶液介于稀溶液和濃溶液之間，高分子線團(tuán)開(kāi)始相互穿插交疊，整個(gè)溶液中鏈段的分布趨于均一；高分子線團(tuán)與臨近線團(tuán)開(kāi)始相互作用。第四章一般共混物的相分離與嵌段共聚物的微相分離在本質(zhì)上有何差別？由于嵌段共聚物的嵌段間不相容而發(fā)生相分離，平均相結(jié)構(gòu)微區(qū)的大小只有幾十到幾百納米，即微相分離，兩相之間的作用力是化學(xué)鍵。兩種聚合物共混時(shí)，由于混合熵很小，混合晗決定于聚合物之間的相互作用，通常較小，所以兩種聚合物混合自由能通常大于零，是分相的。而一般共混物兩相界面之間的作用力是分子間作用力或氫鍵，其分相可能是宏觀可見(jiàn)的，添加增容劑后，并經(jīng)強(qiáng)烈的機(jī)械混合，增容劑提高了兩相界面之間的相互作用，可形成穩(wěn)定的微相分離結(jié)構(gòu)第五章 聚合物的非晶態(tài)3.何謂“松弛”？請(qǐng)舉例說(shuō)明松弛現(xiàn)象。用什么物理量表示松弛過(guò)程的快慢？答：“松弛”過(guò)程是指一個(gè)從非平衡態(tài)到平衡態(tài)進(jìn)行的過(guò)程，它首先是很快地進(jìn)行，然后逐步放慢甚至于時(shí)間達(dá)到無(wú)窮長(zhǎng)。例如，一直桿的長(zhǎng)度比兩剛壁之間的固定距離L稍長(zhǎng)；將直桿強(qiáng)制地裝入兩剛壁之間，在開(kāi)始時(shí)，直桿與剛壁的接觸面之間有相互作用的壓力P，在直桿內(nèi)任一截面上也有內(nèi)壓力P；以后,隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，這些壓力的數(shù)值漸漸減小，而且溫度越高時(shí)減小得越快。巖石和其他材料一樣也會(huì)發(fā)生松弛現(xiàn)象。實(shí)際上，所有固體材料都會(huì)發(fā)生松弛現(xiàn)象，差別只在于有的松弛極慢，有的松弛較快。松弛時(shí)間是用來(lái)描述松弛過(guò)程快慢的。10.請(qǐng)舉兩個(gè)生活中遇到的取向態(tài)聚合物。答：合成纖維、取向薄膜。4用膨脹計(jì)法測(cè)得分子量從3.0*103到3.0*105之間的八個(gè)級(jí)分聚苯乙烯式樣的玻璃化溫度Tg如下：Mn(*103)3.05.010152550100300Tg()4366838993979899試作Tg對(duì)Mn圖和Tg對(duì)1/Mn圖，并從圖上求出方程Tg=Tg()-(K/Mn)中聚苯乙烯的常數(shù)K和分子量無(wú)窮大時(shí)的玻璃化溫度Tg()。答：TgMn圖Tg1/Mn圖得線性方程為y=99.977-170450x，所以Tg()=99.977，K=170450第六章 聚合物的結(jié)晶態(tài)2用差示掃描量熱法研究聚對(duì)苯二甲酸乙二酯在232.4的等溫結(jié)晶過(guò)程，由結(jié)晶放熱峰原始曲線獲得如下數(shù)據(jù)：結(jié)晶時(shí)間t(min) 7.6 11.4 17.4 21.6 25.6 27.6 31.6 35.6 36.6 38.1 3.41 11.5 34.7 54.9 72.7 80.0 91.0 97.3 98.2 99.3其中分別表示t時(shí)間的結(jié)晶度和平衡結(jié)晶度。試以Avrami作圖法求出Avrami指數(shù)n，結(jié)晶速率常數(shù)K，半結(jié)晶期t12和結(jié)晶總速度。答: Avrami方程：=exp(-ktn)，以lg(-ln)=lg(-ln(1-)對(duì)lgt作圖則斜率為n，截距為lgk。得線性方程y=3.0126x-4.1127,則n=3，K=(ln2k)1n=20.75s，結(jié)晶總速率：1 t12=0.0484用密度梯度管測(cè)得某對(duì)苯二甲酸乙二酯試樣的密度為1.40g*cm-3,試計(jì)算其重量結(jié)晶度f(wàn)cw和體積結(jié)晶度f(wàn)cv。答：聚對(duì)苯二甲酸乙二酯c=1.46(g*cm-3)，a=1.33(g*cm-3)，則得：fcw=1/a-(1/)1/a-(1/c)=0.562fcv=-ac-a=1.4-1.331.46-1.33=0.5398.有兩種乙烯和丙烯的共聚物，其組成相同，但其中一種室溫時(shí)是皮革狀的，一直到室溫降至-70攝氏度時(shí)才變硬，另一種室溫時(shí)卻是硬而韌又不透明的材料。試推測(cè)并解釋它們內(nèi)在結(jié)構(gòu)上的差別。答：兩種乙烯、共烯共聚物的共聚方式不同。前一種是無(wú)規(guī)共聚，分子鏈上乙烯單元和丙烯單元無(wú)規(guī)分布的話，破壞了分子鏈的規(guī)整性，不能結(jié)晶。而其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度很低，所以常溫下處于高彈態(tài)，為橡膠狀。所以室溫時(shí)是皮革狀的，一直到室溫降至-70攝氏度時(shí)才變硬。后一種是乙烯和丙烯是嵌段共聚，則聚乙烯部分和聚丙烯部分可單獨(dú)結(jié)晶，宏觀上 材料就是由無(wú)數(shù)細(xì)小晶區(qū)組成的不透明材料。所以，室溫時(shí)是硬而韌不透明的材料第七章1 試比較非晶體態(tài)聚合物的強(qiáng)迫高彈性、結(jié)晶聚合物的冷拉、硬彈性聚合物的拉伸行為和嵌段共聚物的應(yīng)變誘發(fā)塑料橡膠轉(zhuǎn)變，從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)加以分析，并指出其異同點(diǎn)。答：玻璃態(tài)聚合物在大外力的作用下發(fā)生的大形變其本質(zhì)與橡膠的高彈形變一樣，但表現(xiàn)形式卻有差別，此稱為非晶體態(tài)聚合物的強(qiáng)迫高彈性。強(qiáng)迫高彈性主要是由聚合物的結(jié)構(gòu)決定的。強(qiáng)迫高彈性的必要條件是聚合物要具有可運(yùn)動(dòng)的鏈段，通過(guò)鏈段的運(yùn)動(dòng)使鏈的構(gòu)象改變。所以分子鏈不能太柔軟，否則在玻璃態(tài)是由于分子堆砌的很緊密而很難運(yùn)動(dòng)；同時(shí)分子鏈的剛性也不能太大，剛性太大分子鏈不能運(yùn)動(dòng)。：結(jié)晶聚合物的冷拉：第一階段，應(yīng)力隨應(yīng)變線性的增加試樣被均勻的拉長(zhǎng)，到達(dá)一點(diǎn)后，截面突然變得不均勻，出現(xiàn)細(xì)頸。第二階段，細(xì)頸與非細(xì)頸部分的截面積分別維持不變，而細(xì)頸部分不斷擴(kuò)展，非細(xì)頸部分逐漸縮短，直至整個(gè)試樣完全變細(xì)為止。第三階段，成頸后的試樣重新被均勻的拉伸，應(yīng)力又隨應(yīng)變的增加而增加直到斷裂點(diǎn)。在外力的作用下，分子在拉伸方向上開(kāi)始取向，結(jié)晶聚合為中的微晶也進(jìn)行重排，甚至在某些晶體可能破裂成較小的單位，然后再去向的情況下再結(jié)晶。：硬彈性聚合物的拉伸行為：易結(jié)晶的聚合物熔體，在較高的拉伸應(yīng)力場(chǎng)中結(jié)晶時(shí)，可以得到具有很高彈性的纖維或薄膜材料，而其彈性模量比一般橡膠卻要高的多。E. S. Clark提出一種片晶的彈性彎曲機(jī)理。由于在片晶之間存在由系帶分子構(gòu)成的連接點(diǎn)，是使硬彈材料在收到張力時(shí)，內(nèi)部晶片將發(fā)生彎曲和剪切彈性變形，晶片間被拉開(kāi)，形成網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，因而可以發(fā)生較大的形變，而且變形越大，應(yīng)力越高，外力消失后，靠晶片的彈性回復(fù)，網(wǎng)格重新閉合，形變可大部分回復(fù)。：嵌段共聚物的應(yīng)變誘發(fā)塑料橡膠轉(zhuǎn)變：材料在室溫下像塑料，在外力的作用下，能夠發(fā)生很大的形變，移去外力后也能很快的回復(fù)。如果接著進(jìn)行第二次拉伸，則會(huì)像橡膠的拉伸過(guò)程材料呈現(xiàn)高彈性。經(jīng)拉伸變?yōu)橄鹉z的試樣，在室溫下放置較長(zhǎng)的時(shí)間又能回復(fù)拉拉伸前的塑料性質(zhì)。了解形態(tài)變化異同點(diǎn)：玻璃態(tài)聚合物的冷拉溫度范圍是Tb到Tg，而結(jié)晶聚合物是Tg到Tm。玻璃態(tài)聚合物的冷拉只發(fā)生分子鏈的取向，不發(fā)生相變，而結(jié)晶聚合物的拉伸結(jié)晶的破壞、取向和在結(jié)晶的過(guò)程。結(jié)晶聚合物在第二階段應(yīng)力基本不變。硬彈性材料拉伸時(shí)不出現(xiàn)成頸現(xiàn)象，與結(jié)晶聚合物不同。應(yīng)變誘發(fā)塑料橡膠移去外力，便可迅速回復(fù)，不需加熱至Tg或者Tm。2 你見(jiàn)過(guò)塑料的銀紋嗎？銀紋與裂縫有哪些區(qū)別？答：見(jiàn)過(guò)。微裂紋是由沿外力方向高度去想的聚合物微纖及其周圍的空洞組成的因而微裂紋體的質(zhì)量不為零，只是其密度下降，微裂紋體的折光指數(shù)比聚合物本體低。而裂縫處密度為零。微裂紋具有可逆性。4 聚合物的脆性斷裂和韌性斷裂有什么區(qū)別？在什么條件下可以互相轉(zhuǎn)化？答：脆性斷裂發(fā)生在材料屈服之前，形變量小，斷伸率小于5%，斷裂面與拉伸方向相垂直，斷裂面也很光潔，截面積幾乎沒(méi)有什么改變，在拉伸力的作用下，微裂紋會(huì)迅速發(fā)展，導(dǎo)致脆性斷裂。韌性材料發(fā)生在屈服之后，形變量大，斷伸率一般大于10%，斷口不規(guī)則，表面粗糙，截面積縮小，是由于屈服剪切帶的發(fā)展導(dǎo)致的。脆性斷裂和韌性斷裂并沒(méi)有嚴(yán)格的界限。聚合物材料的韌性隨溫度的升高而增大，隨應(yīng)變速率的提高而減小，當(dāng)降低溫度，提高應(yīng)變速率時(shí)，材料從韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔选５诎苏?. 一理想橡膠試樣被從原長(zhǎng)6.00cm拉伸到15.00cm，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力增加1.50105 Pa，同時(shí)溫度升高了5（從27升到32）。如果忽略體積隨溫度的變化，問(wèn)在27下，伸長(zhǎng)1%時(shí)的模量是多少？解： 當(dāng)T=32=305.15K時(shí)，=N0kT(-)1.5*105=N0k(273.15+32)156- N0k=210 當(dāng)T=27=300.15K時(shí)， 2=N0kT(-) =210*300.15*（1.01-） =1872.9Pa E= =1972.90.01=1.87*105 Pa5.一交聯(lián)橡膠試片，長(zhǎng)2.8cm，寬1.0cm，厚0.2cm，重0.518g，于25時(shí)將它拉伸一倍，測(cè)定張力為1.0Kg，估計(jì)試樣的網(wǎng)鏈的平均分子量。解： 由橡膠狀態(tài)方程 =RTMc(-) 得： Mc=RT(-) =fA=1*9.80.2*1*10-4=4.9*105Kg/m3 =mV=0.5182.8*1*0.2*10-6=925 Kg/m3 =2 R=8.314 T=298K (2-)=8.18 Kg/mol7.用寬度為1cm、厚度為0.2cm、長(zhǎng)度為2.8cm的一交聯(lián)橡膠試條，在20是進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到如下結(jié)果：負(fù)荷（g）01002003004005006007008009001000伸長(zhǎng)（cm）00.350.701.21.82.53.24.14.95.76.5如果交聯(lián)橡膠試樣的密度為0.964 g·,試計(jì)算交聯(lián)橡膠試樣網(wǎng)鏈的平均分子量。解： =NkT(-)， N= McNA 得： = McNA kT(-) Mc= NA kT(-)= RT(-)因?yàn)?=0.964,T=293K,R=8.314,=FA, =ll0所以 /(g/cm3)500100015002000250030003500400045005000(-1/2 )0.330.610.941.271.611.922.302.622.933.23M_c*10-71.551.431.471.491.511.501.541.541.531.52 由上表可得： Mc=1.508*1059.某一聚合物可用單一Maxwell模型來(lái)描述，當(dāng)施加外力，使試樣的拉伸應(yīng)力為1.0*103Pa，10s時(shí)，試樣長(zhǎng)度為原長(zhǎng)度的1.15倍，移取外力后，試樣的長(zhǎng)度為原始長(zhǎng)度的1.1倍，問(wèn)Maxwell單元的松弛時(shí)間是多少？解： 由題意可知，在Maxwell模型中，理想彈簧形變1=0.05，=0.1. 對(duì)于理想彈簧，E=； 對(duì)于理想黏壺，=t， 所以， =E= 10000.1*1010000.05=5 s11.一交聯(lián)聚合物的力學(xué)松弛行為可用三個(gè)Maxwell單元并聯(lián)來(lái)描述，其六個(gè)參數(shù)為E1=E2=E3=1.0*105Pa,1=10s,=100s,=。試計(jì)算下面三種情況的應(yīng)力：（1）突然拉伸到原始長(zhǎng)度的兩倍；（2）100s后拉伸到原始長(zhǎng)度的兩倍；（3）105s后拉伸到原始長(zhǎng)度的兩倍。解： (1) =1=2=3， (t)=+ E(t)=(t)=+ =+ =1.0*105*e-010+1.0*105*e-0100+1.0*105* =3*105 =E(t)*=3*105 (2) =1=2=3， (t)=+ E(t)=(t)=+ =+ =1.0*105*e-10010+1.0*105*e-100100+1.0*105* =1.37*105 =E(t)*=1.37*105 (3) =1=2=3， (t)=+ E(t)=(t)=+ =+ =1.0*105*e-10000010+1.0*105*e-100000100+1.0*105* =100000 =E(t)*=10000013.用于模擬某一線形聚合物的蠕變行為的四元件模型的參數(shù)為：E1=5.0*108Pa, E2=1*108Pa, 1=1.0*108Pa·s, 2=5.0*。 蠕變?cè)囼?yàn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)力為0=1.0*108Pa,經(jīng)過(guò)5s后，應(yīng)力增加至兩倍，求10s時(shí)的應(yīng)變值。解：聚合物的總形變(t)=1+2+3=0E1+0E2(1-e-t)+03t =E2 1=1s應(yīng)變可分解為10s、5s疊加的結(jié)果 (5)=+1.0*1081*108(1-e-51)+*5 =1.2033 (10)=+1.0*1081*108(1-e-101)+*10 =1.220 所以： 10秒時(shí)的應(yīng)變值為=(5)+ (10)=2.423314.某試樣長(zhǎng)4cm，寬0.5cm，厚0.125cm，加負(fù)荷10Kg進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，得到數(shù)據(jù)如下：T(min)0.1110100100010000L(cm)4.0334.0494.0764.1104.1394.185試做其蠕變曲線。如果Boltzmann原理有效，在100min時(shí)的負(fù)荷加倍，問(wèn)10000min時(shí)蠕變伸長(zhǎng)是多少？解：蠕變曲線如下圖所示： 對(duì)于第一應(yīng)力所引起形變，當(dāng)t=10000min時(shí)， l=4.185，(10000）=0.04625對(duì)于第二應(yīng)力所引起形變，當(dāng)t=9900min時(shí)， l=4.183, (9900）=0.04575 (t)= (10000）+(9900） =0.04625+0.04575=0.092 所以， 蠕變伸長(zhǎng)為l=l0*(t)+1=4.368cm