高分子物理

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几乎不变,直到整个式样变为细颈为止(D)点。 (3),是成颈变细的式样重新被均匀拉伸,它的弹性模量和强度(0.5分)均匀拉伸阶段(DB)

变大,。 (0.5分)应力随应变很快增加,直到断裂点(B)分子机理:(共8分)

结晶会发(0.5分)足以克服其晶格能, (0.5分)拉伸的第二阶段是由于应力σ增加至N点时,

生熔融,(0.5分)同时链段开始运动,(0.5分)并沿外力方向取向。 (0.5分)如果在此温度下,聚合物结晶速度足够大,(0.5分)则沿外力方向取向后,(0.5分)链

段能重新排入晶格而重新结晶;(0.5分)如果结晶速度太低,则会成为非晶态的取向高聚物。(0.5分)由于取向的分子链排列紧密,分子间作用力加大,(0.5分)故强度增大,(0.5分)致使试样不会迅速变细拉断,(0.5分)而是在细颈两端发展,(0.5分)也就是粗细交接处的分子链继续取向,(0.5分)直至细颈发展完全。(0.5分)此后必须进一步增加应力,才能破坏晶格能,或克服链间作用力,(0.5分)使分子发生位移甚至断裂,从而导致材料破坏。

10.聚合物球晶为什么是多晶体? 答:(1)球晶定义:从高聚物(0.5分)浓溶液或(0.5分)熔体冷却结晶时均倾向于生成比单晶更为复杂的(0.5分)多晶聚集体(0.5分),通常为球状,所以叫球晶。(共2分) (2)球晶的制备:(0.5分)从浓溶液中沉析出来,(0.5分)也可以在熔体冷却时得到。(0.5分)当它的生长不受阻碍时,(0.5分)其外形呈球状。(共2分) (3)球晶的生长:(0.5分)以核为起点,(0.5分)向四周呈放射状生长而构成球状。 (4)球晶的基本结构:(1分)球晶由微纤束组成组成,它在生长中,等温下径向生长速度相等。(1分)微纤束由折叠链片晶组成--由分子链折叠排列构成的多层片晶垛在一起构成微纤束。(2分)分子链折叠方向垂直于球晶半径。(共4分) (5)(1分)球晶是结晶聚合物多晶体的一种主要形式。(0.5分)首先生成晶核,微纤束以晶核为出发点,沿径向等速生长。微纤束要分叉(仍是折叠链片),(0.5分)在生长的过程中,(0.5分)在分叉之间以及多层片晶(微纤束)之间存在许多微丝状分子链的非晶体。(0.5分)因此,球晶分子链不一定完全在一个晶片中进行折叠,而是在一个晶片中折叠一部分后,伸出晶面到另一个晶片中参加折叠。(0.5分)在高聚物晶体中,这些连接链就构成了片晶间的非晶区。(0.5分)在晶区内部和折叠表面存在着缺陷。(共4分) (6)(0.5分)球晶由晶体、非晶体、晶体缺陷组成,(0.5分)所以球晶是多晶体。(共1分)

二、简述类题

1,请解释结晶聚合物拉伸( δ-ε )曲线(222页)

答:未取向的晶态聚合物在一定温度,以一定拉伸速度进行单轴拉伸时,其典型的应力---应变曲线和式样外形如图所示,它比非晶态聚合物的典型应力---应变曲线具有更为明显的转折。

整个曲线可化为三段: a,曲线的初始阶段(OY), δ=f(ε)呈直线增加,试样均匀伸长,达到屈服点Y后,试样突然在某处变细出现“细颈”,由此开始拉伸的第二阶段。 b,细颈发展阶段(YND),在此阶段试样不均匀伸长,且伸长不断增加,而应力几乎不变,知道整个试样变为细颈为止-----D点

c,均匀拉伸阶段DB,是成颈变细的试样重新被均匀拉伸,它的弹性模量和强度变大,应力随应变很快增加,直到断裂点B 分子机理

拉伸的第二阶段是由于应力δ增加到N点时,足以克服其晶格能,结晶会发生熔融,同时链段开始运动,并沿外力方向取向。

如果在此温度下,聚合物结晶速度足够大,则沿外力方向取向后,链段能重新排入晶格而重新结晶;如果结晶速度太低,则会成为非晶态的取向高聚物。由于取向的分子链排列紧密,分子间作用力加大,故强度增加,致使试样不会迅速变细拉断,而是在细颈两端发展,就是粗细交界处的分子链继续取向,直至细颈发展完全,此后必须进一步增加应力,才能破坏晶格能或克服链间作用力,使分子发生位移,甚至断裂,从而导致材料破坏。 2,请解释聚合物假塑形熔体的流动特征 答:这种液体是非牛顿液体中最为普通的一种,其流动曲线是非直线的,没有屈服应力存在。液体的表观粘度是随剪切应力的增加而下降。造成聚合物熔体粘度下降的原因,在于其中大分子链之间的彼此缠结。当缠结的大分子承受应力时,缠结点就会被解开,同时还沿着流动方向排列成线型,所以,表观粘度η会下降。(缠结点被解开和大分子排列成线的长度是随应力的增加而增加的)

3、高聚物的球晶为什么是多晶体?

(1)(1分)球晶是结晶聚合物多晶体的一种主要形式。(0.5分)首先生成晶核,微纤束以晶核为出发点,沿径向等速生长。(0.5分)在生长的过程中,微纤束要分叉(仍是折叠链片),(0.5分)在分叉之间以及多层片晶(微纤束)之间存在许多微丝状分子链的非晶体。球晶分子链(0.5分)因此,

不一定完全在一个晶片中进行折叠,而是在一个晶片中折叠一部分后,伸出晶面到另一个晶片中参加折叠。这些(0.5分)在高聚物晶体中,连接链就构成了片晶间的非晶区。在晶区内部和折叠表面存在着(0.5分)缺陷。(共4分) (2)(0.5分)球晶由晶体、非晶体、晶体缺陷组成,(0.5分)所以球晶是多晶体。

4、请解释非晶线性聚合物简单拉伸(σ~e)曲线。 5、选择聚合物溶剂的原则。

5,选择聚合物溶剂的原则 答:(1)有极性相近原则:溶质与溶剂的极性相似者易容

(2)内聚能密度(CED)或溶度参数(δ)相近原则:溶质与溶剂的溶度参数越接近越好,接近越多溶解能力越强。两种物质CED越接近意味着结构相似,分子间作用类型也相同,在混合过程中容易互溶。???d??p??h

高分子--溶剂相互作用参数小于1/2原则:小于1/2,A2>0为良溶剂。

22226、请解释结晶速度的关系曲线。(150页)

答:同种高聚物在不同温度下,有不同的结晶速度,但对所有的高聚物,都是单峰型结晶曲线,如图所示。结晶区上限温度是熔点,结晶区下限温度是玻璃化温度。结晶度区间Tg--Tm并经过一个结晶的最大值。

结晶速度受成核速率和晶体长大速率共同控制。晶体在生长时,首先以晶核为中心进行生长(也是单峰型曲线),高温时有利于晶体生长,但是没有晶核也不能长大,随着温度的降低,均相成核的速率增加,晶体生长过程取决于链段向晶核扩散和规整堆积的速度。并且,随着温度的降低,熔体的粘度增加,链段运动的能力下降,晶体生长

的速度下降。因此,高聚物的结晶速度随着熔体粘度的降低,起先由于晶核生长的速度极小,之后,由于晶核形成速度增加,并且晶体生长速度又很大,结晶速度增大,到某一适当温度时晶核形成和晶体生长都有较大的速度,结晶速度出现极大值,此后,虽然晶核形成速度仍较大,但是由于晶体生长速度逐渐下降,结晶速度也随之下降,在熔体以上晶体被熔化,在玻璃化温度以下链段被冻结。所以Tg到Tm之间高聚物本体结晶才发生。

7、举例说明聚合物简单拉伸(σ~e)曲线的五种类型。(224页)

答:聚合物材料在室温和通常拉伸速度下的应力-应变曲线大致分为五种类型:硬而脆,硬而强,强而韧,软而韧,软而弱,如图所示:

(1)材料硬而脆:具有高模量及抗张强度,断裂伸长率很小,受力时呈脆性断裂。做刚性制品,可承受静压力,不易冲击,如PMMA,酚醛塑料制品。

(2)硬而强材料:具有高模量及抗张强度,断裂伸长率很小,基本无屈服伸长。如硬PVC,高分子量PS,PMMA。

(3)强而韧材料:具有高模量及抗张强度,断裂伸长率较大,有屈服伸长,材料受力时,多为韧性破坏。如PC,PA,聚甲醛。

(4)软而韧材料:低模量,低屈服强度,断裂伸长率较大(200%--1000%)断裂强度高,用做要求形变较大的材料。如硫化橡胶,软PVC

(5)软而弱材料:低模量,低抗张强度,但仍有中等的断裂强度,如为硫化的天然橡胶,柔软的高聚物凝胶。

8、第二维利系数的物理意义。

答:第二维利系数 A2???1?1 表示溶剂化能力,反应了溶质--溶剂亲和力大小。?x1?22V???m,1z第二维利系数的物理意义:

表明高聚物和溶剂相互作用力大小,表征溶剂化能力的一个参数,可作为判断溶剂性质的标志。即A2>0为良溶剂,溶剂-溶质作用力>溶剂-溶剂,溶质-溶质间作用力。A2<0为不良溶剂,溶剂-溶质作用力<溶剂-溶剂,溶质-溶质间作用力。A2=0对稀溶液(接近于理想溶液),其特征是溶剂-溶质间无作用力,A2=0是临界状态称为θ状态。对应的溶剂叫θ溶剂,对应的温度叫θ温度,体系所处的状态叫θ状态。此时,溶剂-溶质,溶剂-溶剂,溶质-溶质间作用力完全相等,是不受约束的自由状态,可以反应高分子链自由状态的构型或构象。 9,玻璃化温度的影响因素

答:从玻璃态向高弹态转变的温度,是属于聚集态的转变温度。升温时,链段开始运动的温度;降温时,链段被“冻结”的温度其影响的因素是:

(1)主链的柔顺性:分子链的柔顺性是决定聚合物玻璃化温度的最重要的因素。主链柔顺性越好,玻璃化温度越低。主链中含有孤立双键的聚合物,虽然双键本身不能内旋转,但双键旁的α单体键更易旋转,所以玻璃化温度都比较低。若双键是共轨双键,如聚乙炔,则分子链不能内旋转,刚性极大。玻璃化温度高,主链中引入苯基,联苯基,萘基等芳杂环后,分子键刚性极大,故玻璃化温度很高。

(2)取代基:旁侧基团的极性越强,玻璃化温度越高。此外增加分子链上极性基团的数量,也能提高聚合物得玻璃化温度。取代基的位阻增加,分子链内旋转受阻程度增加,玻璃化温度升高。应强调指出:侧基的存在并不是使玻璃化温度增大的。

(3)构型:单取代烯类聚合物的玻璃化温度几乎与它们的立构无关,而取代烯类聚合物的玻璃化温度都与立构类型有关。一般,全同立构的玻璃化温度较低,间同立构的玻璃化温度较高。

(4)分子量:当高分子量较低时,聚合物的玻璃化温度随分子量的增加而增加。分子量超过一定值(临界分子量)后,玻璃化温度将不再依赖于分子量了。

(5)链间的相互作用:高分子链间相互作用降低了链的活动性,因而玻璃化温度增高。 (6)作用力:张力可强迫链段沿张力方向运动,聚合物玻璃化温度降低。

(7)实验速率快速冷却得到的玻璃化温度值比缓慢冷却得到的玻璃化温度值高。这是由于一方面温度降低,体系的自由体积减小,同时粘度增大,链段运动的松弛时间增加;另一方面,冷却速率决定了实验的观察时间。而玻璃化温度是链段运动的松弛时间与实验的观察时间相当时的温度,故冷却越快,观察时间越短,测得的玻璃化温度越高。

10、非晶聚合物的形变—温度曲线被玻璃化温度Tg和粘流温度Tf划

分为3个区域,请你用分子运动的观点简述其特征。

11、请解释聚合物熔体挤出物出现胀大现象的原因。

答:挤出物胀大现象又称为巴拉斯效应,是指熔体挤出模孔后,挤出物的截面积比模孔的截面积大的现象。它是聚合物熔体的弹性表现。 引起该现象的原因目前公认的有两种,

其一是聚合物熔体在外力作用下进入模孔,入口处流线收敛,在流动方向上产生速度梯度,因而分子链受到拉伸力产生拉伸弹性形变,这部分形变一般在经过模孔的时间内还来不及完全松弛,出模孔后,外力对分子链的作用解除,高分子链就会由伸展状态重新回缩为蜷曲状态,形变恢复,发生出口膨胀。

12、高分子液晶的流变性与一般高分子溶液体系流变性的差异。

13.简述渗透压法测定聚合物分子量的原理及仪器(不确定)

答:仪器主要是渗透计,渗透计的种类很多,以往使用较多的为改良型Zimm-Meyerson型渗透计,但实验时间较长。20世纪60年代以来,出现了快速膜渗透压计,一般只需1-10min即可达到渗透平衡,并能进行自动记录。 原理:渗透压是指当溶剂池和溶液池被一层只允许溶剂分子渗透的半模隔开时,纯溶剂就透过半模渗入溶液池中,致使溶液池的液面升高,产生液注高差。当液注高差为某一定值时,达到了渗透的平衡,此时溶液、溶剂池的液注高差所产生的压力即为渗透压。

由于聚合物的加入导致液注高度得增加,使溶液的混合自由能发生变化,根据溶液的混

合自由能与溶质的体积分数的关系,经推导可得高聚物的渗透压方程式

?c?RT[1?A2C?A3C2] M该法测定聚合物的分子量时,需要将不同浓度下测定的值向c--0外推,从而得到分子量

(?c)C?0?RT

M由于渗透压法直接得到的是柱液高h,实际计算时,需要溶液初始浓度,溶液密度及液注高差变化。

14、简述聚合物的时温等效原理。

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