《高分子物理課后答案_何曼君_第三版和第二版匯總共48頁》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高分子物理課后答案_何曼君_第三版和第二版匯總共48頁（9頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第三章 高分子的溶解過程與小分子相比 有什么不同？ 高分子與溶劑分子的尺寸相差懸殊，兩者運動分子運動速度差別很大，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。對于交聯(lián)的高分子只停留在溶脹階段，不會溶解。 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、兩者相互競爭的一個量度。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；

2、當(dāng)鏈段與鏈段、溶劑與高分子鏈段相互作業(yè)想等時，高分子溶液符合理想溶液的性質(zhì)，A2為零，相當(dāng)于高分子鏈處于無擾狀態(tài)。 高分子的理想鏈和真實鏈有哪些區(qū)別？ ①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)，沒有鍵角和位壘的限制，而真實鏈有鍵角限制和位壘的限制。 ②理想鏈沒有考慮遠(yuǎn)程相互作用和近程相互作用，而真實鏈要考慮鏈節(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規(guī)線團(tuán)之間的相互作用和無規(guī)線團(tuán)的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同： ① 稀溶液：高分子線團(tuán)是相互分離的，溶液

3、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。 ②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。 ② 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)開始相互穿插交疊，整個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，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

4、。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的，添加增容劑后，并經(jīng)強烈的機械混合，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”？請舉例說明松弛現(xiàn)象。用什么物理量表示松弛過程的快慢？ 答：“松弛”過程是指一個從非平衡態(tài)到平衡態(tài)進(jìn)行的過程，它首先是很快地進(jìn)行，然后逐步放慢甚至于時間達(dá)到無窮長。√ 例如，一直桿的長度比兩剛壁之間的固定距離L稍長；將直桿強制地裝入兩剛壁之間，在開始時，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,隨著時間的增長，這些壓力的數(shù)值漸漸

5、減小，而且溫度越高時減小得越快。巖石和其他材料一樣也會發(fā)生松弛現(xiàn)象。實際上，所有固體材料都會發(fā)生松弛現(xiàn)象，差別只在于有的松弛極慢，有的松弛較快。松弛時間是用來描述松弛過程快慢的?！? 10.請舉兩個生活中遇到的取向態(tài)聚合物。 答：合成纖維、取向薄膜?！? 4．用膨脹計法測得分子量從3.0*103到3.0*105之間的八個級分聚苯乙烯式樣的玻璃化溫度Tg如下： Mn(*103) 3.0 5.0 10 15 25 50 100 300 Tg(℃) 43 66 83 89 93 97 98 99 試作Tg對Mn圖和Tg對1/Mn圖，并從圖上求出方程Tg=T

6、g(∞)-(K/Mn)中聚苯乙烯的常數(shù)K和分子量無窮大時的玻璃化溫度Tg(∞)。 答：Tg——Mn圖 Tg——1/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苯二甲酸乙二酯在232.4℃的等溫結(jié)晶過程，由結(jié)晶放熱峰原始曲線獲得如下數(shù)據(jù)： 結(jié)晶時間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、.7 54.9 72.7 80.0 91.0 97.3 98.2 99.3 其中分別表示t時間的結(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=0.048√ 4．用密度梯度管測得某對苯二甲酸乙二酯試樣的密度為1.40g*cm-3,試計算其重量結(jié)晶度f

8、cw和體積結(jié)晶度fcv。 答：聚對苯二甲酸乙二酯ρc=1.46(g*cm-3)，ρa=1.33(g*cm-3)，則得： fcw=1/ρa-(1/ρ)1/ρa-(1/ρc)==0.562√ fcv=ρ-ρaρc-ρa=1.4-1.331.46-1.33=0.539√ 8.有兩種乙烯和丙烯的共聚物，其組成相同，但其中一種室溫時是皮革狀的，一直到室溫降至-70攝氏度時才變硬，另一種室溫時卻是硬而韌又不透明的材料。試推測并解釋它們內(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。前一種是無規(guī)共聚，分子鏈上乙烯單元和丙烯單元無規(guī)分布的話，破壞了分子鏈的規(guī)整性，不能結(jié)晶。而其玻

9、璃化轉(zhuǎn)變溫度很低，所以常溫下處于高彈態(tài)，為橡膠狀。所以室溫時是皮革狀的，一直到室溫降至-70攝氏度時才變硬。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結(jié)晶，宏觀上 材料就是由無數(shù)細(xì)小晶區(qū)組成的不透明材料。所以，室溫時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)觀點加以分析，并指出其異同點。 答：Ⅰ：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)聚合物的強迫高彈性。強迫高彈性主要是由聚合物的結(jié)構(gòu)決定的。強迫高

10、彈性的必要條件是聚合物要具有可運動的鏈段，通過鏈段的運動使鏈的構(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動；同時分子鏈的剛性也不能太大，剛性太大分子鏈不能運動。 Ⅱ：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，到達(dá)一點后，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。在外力的作用下，分子在拉伸方向上開始取向，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

11、單位，然后再去向的情況下再結(jié)晶。 Ⅲ：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)力場中結(jié)晶時，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理。由于在片晶之間存在由系帶分子構(gòu)成的連接點，是使硬彈材料在收到張力時，內(nèi)部晶片將發(fā)生彎曲和剪切彈性變形，晶片間被拉開，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)。 Ⅳ：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

12、復(fù)。如果接著進(jìn)行第二次拉伸，則會像橡膠的拉伸過程材料呈現(xiàn)高彈性。經(jīng)拉伸變?yōu)橄鹉z的試樣，在室溫下放置較長的時間又能回復(fù)拉拉伸前的塑料性質(zhì)。了解形態(tài)變化 異同點：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 你見過塑料的銀紋嗎？銀紋與裂縫有哪些區(qū)別？ 答：見過。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

13、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，截面積幾乎沒有什么改變，在拉伸力的作用下，微裂紋會迅速發(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，

14、提高應(yīng)變速率時，材料從韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔选? 第八章 4. 一理想橡膠試樣被從原長6.00cm拉伸到15.00cm，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力增加1.50﹡105 Pa，同時溫度升高了5℃（從27℃升到32℃）。如果忽略體積隨溫度的變化，問在27℃下，伸長1%時的模量是多少？ 解： 當(dāng)T=32℃=305.15K時， σ=N0kT(λ-) 1.5*105=N0k(273.15+32)[156-] N0k=210 當(dāng)T=27℃=300.15K時， σ2=N0kT(λ-) =210*300.15*（1.01-

15、） =1872.9Pa E=σε =1972.90.01=1.87*105 Pa √ 5.一交聯(lián)橡膠試片，長2.8cm，寬1.0cm，厚0.2cm，重0.518g，于25℃時將它拉伸一倍，測定張力為1.0Kg，估計試樣的網(wǎng)鏈的平均分子量。 解： 由橡膠狀態(tài)方程 σ=ρRTMc(λ-) 得： Mc=ρRTσ(λ-) σ=fA=1*9.80.2*1*10-4=4.9*105Kg/m3 ρ=mV=0.5182.8*1*

16、0.2*10-6=925 Kg/m3 λ=2 R=8.314 T=298K (2-)=8.18 Kg/mol √ 7.用寬度為1cm、厚度為0.2cm、長度為2.8cm的一交聯(lián)橡膠試條，在20℃是進(jìn)行拉伸試驗，得到如下結(jié)果： 負(fù)荷（g） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 伸長（cm） 0 0.35 0.70 1.2 1.8 2.5 3.2 4.1 4.9 5.7 6.5 如果交聯(lián)橡膠試樣的密度為0.964 g·,試計算

17、交聯(lián)橡膠試樣網(wǎng)鏈的平均分子量。 解： σ=NkT(λ-)， N=ρ McNA 得： σ=ρ McNA kT(λ-) Mc=ρ σNA kT(λ-)= ρ σRT(λ-) 因為 ρ=0.964,T=293K,R=8.314,σ=FA, λ=ll0 所以 σ/(g/cm3) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 (λ-1/λ^2 ) 0.33 0.61 0.94 1.27 1.61 1.92 2.30 2.62 2.93 3.23 M_

18、c*10^-7 1.55 1.43 1.47 1.49 1.51 1.50 1.54 1.54 1.53 1.52 由上表可得： Mc=1.508*105 √ 9.某一聚合物可用單一Maxwell模型來描述，當(dāng)施加外力，使試樣的拉伸應(yīng)力為1.0*103Pa，10s時，試樣長度為原長度的1.15倍，移取外力后，試樣的長度為原始長度的1.1倍，問Maxwell單元的松弛時間是多少？ 解： 由題意可知，在Maxwell模型中，理想彈簧形變ε1=0.05，=0.1. 對于理想彈簧，E=σε；

19、 對于理想黏壺，η=σεt， 所以， т=ηE= 10000.1*1010000.05=5 s √ 11.一交聯(lián)聚合物的力學(xué)松弛行為可用三個Maxwell單元并聯(lián)來描述，其六個參數(shù)為E1=E2=E3=1.0*105Pa,т1=10s,=100s,=∞。試計算下面三種情況的應(yīng)力：（1）突然拉伸到原始長度的兩倍；（2）100s后拉伸到原始長度的兩倍；（3）105s后拉伸到原始長度的兩倍。 解： (1) ε=ε1=ε2=ε3， σ(t)=+ E(t)=σ(t)ε=+ =+

20、 =1.0*105*e-010+1.0*105*e-0100+1.0*105* =3*105 σ=E(t)*ε=3*105√ (2) ε=ε1=ε2=ε3， σ(t)=+ E(t)=σ(t)ε=+ =+ =1.0*105*e-10010+1.0*105*e-100100+1.0*105* =1.37*105

21、 σ=E(t)*ε=1.37*105√ (3) ε=ε1=ε2=ε3， σ(t)=+ E(t)=σ(t)ε=+ =+ =1.0*105*e-10000010+1.0*105*e-100000100+1.0*105* =100000 σ=E(t)*ε=100000√ 13.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,

22、 η1=1.0*108Pa·s, η2=5.0*。 蠕變試驗開始時，應(yīng)力為σ0=1.0*108Pa,經(jīng)過5s后，應(yīng)力增加至兩倍，求10s時的應(yīng)變值。 解：聚合物的總形變ε(t)=ε1+ε2+ε3=σ0E1+σ0E2(1-e-tт)+σ0η3t т=E2 η1==1s 應(yīng)變可分解為10s、5s疊加的結(jié)果 ε(5)=+1.0*1081*108(1-e-51)+*5 =1.2033 ε(10)=+1.0*1081*108(1-e-10

23、1)+*10 =1.220 所以： 10秒時的應(yīng)變值為ε=ε(5)+ ε(10)=2.4233√ 14.某試樣長4cm，寬0.5cm，厚0.125cm，加負(fù)荷10Kg進(jìn)行蠕變試驗，得到數(shù)據(jù)如下： T(min) 0.1 1 10 100 1000 10000 L(cm) 4.033 4.049 4.076 4.110 4.139 4.185 試做其蠕變曲線。如果Boltzmann原理有效，在100min時的負(fù)荷加倍，問10000min時蠕變伸長是多少？ 解：蠕變曲線如下圖所示： 對于第一應(yīng)力所引起形變，當(dāng)t=10000min時， l=4.185，ε(10000）=0.04625 對于第二應(yīng)力所引起形變，當(dāng)t=9900min時， l=4.183, ε(9900）=0.04575 (t)= ε(10000）+ε(9900） =0.04625+0.04575=0.092 所以， 蠕變伸長為l=l0*(t)+1]=4.368cm√