高分子物理课后答案-何曼君-第三版.doc

高分子物理课后答案,何曼君,第三版
  第三章
  高分子得溶解过程与小分子相比 有什么不同？
  高分子与溶剂分子得尺寸相差悬殊,两者运动分子运动速度差别很大,现就是溶剂分子渗入高聚物内部,就是高聚体膨胀,称为“溶胀”,然后高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解得分子分散得均相体系。对于交联得高分子只停留在溶胀阶段,不会溶解。
  第二维里系数A2得物理意义？
  第二维利系数得物理意义就是高分子链段与链段间得内排斥与高分子链段与溶剂分子间能量上相互作用、两者相互竞争得一个量度。它与溶剂化作用与高分子在溶液里得形态有密切关系。良溶剂中,高分子链由于溶剂化作业而扩张,高分子线团伸展,A2就是正值;温度下降或在非良溶剂,高分子线团收缩,A2就是负值;当链段与链段、溶剂与高分子链段相互作业想等时,高分子溶液符合理想溶液得性质,A2为零,相当于高分子链处于无扰状态。
  高分子得理想链与真实链有哪些区别？
  ①理想链就是一种理论模型,认为化学键不占体积,自由旋转,没有键角与位垒得限制,而真实链有键角限制与位垒得限制。
  ②理想链没有考虑远程相互作用与近程相互作用,而真实链要考虑链节与链节之间得体积排除与链与周围环境得相互作用以及链与链之间得相互作用等。
  高分子得稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质得区别？
  三种溶液最本质得区别体现在溶液中与高分子无规线团之间得相互作用与无规线团得形态结构不同:
  ① 稀溶液:高分子线团就是相互分离得,溶液中高分子链段得分布也就是不均一得;线团
  之间得相互作用可以忽略。
  ②浓溶液:大分子链之间发生相互穿插与缠结,溶液中链段得空间密度分布趋于均一。 ② 亚浓溶液:亚浓溶液介于稀溶液与浓溶液之间,高分子线团开始相互穿插交叠,整
  个溶液中链段得分布趋于均一;高分子线团与临近线团开始相互作用。
  第四章 一般共混物得相分离与嵌段共聚物得微相分离在本质上有何差别？
  由于嵌段共聚物得嵌段间不相容而发生相分离,平均相结构微区得大小只有几十到几百纳米,即微相分离,两相之间得作用力就是化学键。两种聚合物共混时,由于混合熵很小,混合晗决定于聚合物之间得相互作用,通常较小,所以两种聚合物混合自由能通常大于零,就是分相得。而一般共混物两相界面之间得作用力就是分子间作用力或氢键,其分相可能就是宏观可见得,添加增容剂后,并经强烈得机械混合,增容剂提高了两相界面之间得相互作用,可形成稳定得微相分离结构
  第五章 聚合物得非晶态
  3、何谓“松弛”？请举例说明松弛现象。用什么物理量表示松弛过程得快慢？
  答:“松弛”过程就是指一个从非平衡态到平衡态进行得过程,它首先就是很快地进行,然后逐步放慢甚至于时间达到无穷长。√
  例如,一直杆得长度比两刚壁之间得固定距离L稍长;将直杆强制地装入两刚壁之间,在开始时,直杆与刚壁得接触面之间有相互作用得压力P,在直杆内任一截面上也有内压力P;以后,随着时间得增长,这些压力得数值渐渐减小,而且温度越高时减小得越快。岩石与其她材料一样也会发生松弛现象。实际上,所有固体材料都会发生松弛现象,差别只在于有得松弛极慢,有得松弛较快。松弛时间就是用来描述松弛过程快慢得。√
  10、请举两个生活中遇到得取向态聚合物。
  答:合成纤维、取向薄膜。√
  4.用膨胀计法测得分子量从3、0*103到3、0*105之间得八个级分聚苯乙烯式样得玻璃化温度Tg如下:
  Mn(*
  103)
  Tg(℃) 43 66 83 89 93 97 98 99 试作Tg对Mn图与Tg对1/Mn图,并从图上求出方程Tg=Tg(∞)(K/Mn)中聚苯乙烯得常数K与分子量无穷大时得玻璃化温度Tg(∞)。
  答:Tg——
  Mn图 3、0 5、0 10 15 25 50 100 300
  Tg——
  1/Mn图
  得线性方程为y=99、977170450x,所以Tg(∞)=99、977℃,K=170450√第六章 聚合物得结晶态
  2.用差示扫描量热法研究聚对苯二甲酸乙二酯在232、4℃得等温结晶过程,由结晶放热峰原始曲线获得如下数据:
  结晶时间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 其中分别表示t时间得结晶度与平衡结晶度。试以Avrami作图法求出Avrami指数n,
  与结晶总速度。 结晶速率常数K,半结晶期
  答: Avrami方程:=exp(k),以lg(ln)=lg(ln(1))对lgt作图则斜率为n,截距为lgk。
  得线性方程y=3、0126x4、1127,则n=3,
  K===20、75s,结晶总速率
  :
  =0、048√
  4.用密度梯度管测得某对苯二甲酸乙二酯试样得密度为1、40g*cm3,试计算其重量结晶度与体积结晶度。 =1、46(g*cm3)
  ,=1、33(g*cm3),则得:
  答:聚对苯二甲酸乙二酯
  ===0、562√ ===0、539√
  8、有两种乙烯与丙烯得共聚物,其组成相同,但其中一种室温时就是皮革状得,一直到室温降至70摄氏度时才变硬,另一种室温时却就是硬而韧又不透明得材料。试推测并解释它们内在结构上得差别。
  答:两种乙烯、共烯共聚物得共聚方式不同。前一种就是无规共聚,分子链上乙烯单元与丙烯单元无规分布得话,破坏了分子链得规整性,不能结晶。而其玻璃化转变温度很低,所以常温下处于高弹态,为橡胶状。所以室温时就是皮革状得,一直到室温降至70摄氏度时才变硬。后一种就是乙烯与丙烯就是嵌段共聚,则聚乙烯部分与聚丙烯部分可单独结晶,宏观上 材料就就是由无数细小晶区组成得不透明材料。所以,室温时就是硬而韧不透明得材料√
  第七章
  1 试比较非晶体态聚合物得强迫高弹性、结晶聚合物得冷拉、硬弹性聚合物得拉伸行为与嵌段共聚物得应变诱发塑料—橡胶转变,从结构观点加以分析,并指出其异同点。
  答:Ⅰ:玻璃态聚合物在大外力得作用下发生得大形变其本质与橡胶得高弹形变一样,但表现形式却有差别,此称为非晶体态聚合物得强迫高弹性。强迫高弹性主要就是由聚合物得结构决定得。强迫高弹性得必要条件就是聚合物要具有可运动得链段,通过链段得运动使链得构象改变。所以分子链不能太柔软,否则在玻璃态就是由于分子堆砌得很紧密而很难运动;同时分子链得刚性也不能太大,刚性太大分子链不能运动。
  Ⅱ:结晶聚合物得冷拉:第一阶段,应力随应变线性得增加试样被均匀得拉长,到达一点后,截面突然变得不均匀,出现细颈。第二阶段,细颈与非细颈部分得截面积分别维持不变,而细颈部分不断扩展,非细颈部分逐渐缩短,直至整个试样完全变细为止。第三阶段,成颈后得试样重新被均匀得拉伸,应力又随应变得增加而增加直到断裂点。在外力得作用下,分子在拉伸方向上开始取向,结晶聚合为中得微晶也进行重排,甚至在某些晶体可能破裂成较小得单位,然后再去向得情况下再结晶。
  Ⅲ:硬弹性聚合物得拉伸行为:易结晶得聚合物熔体,在较高得拉伸应力场中结晶时,可以得到具有很高弹性得纤维或薄膜材料,而其弹性模量比一般橡胶却要高得多。E、 S、 Clark提出一种片晶得弹性弯曲机理。由于在片晶之间存在由系带分子构成得连接点,就是使硬弹材料在收到张力时,内部晶片将发生弯曲与剪切弹性变形,晶片间被拉开,形成网格状得结构,因而可以发生较大得形变,而且变形越大,应力越高,外力消失后,靠晶片得弹性回复,网格重新闭合,形变可大部分回复。
  Ⅳ:嵌段共聚物得应变诱发塑料—橡胶转变:材料在室温下像塑料,在外力得作用下,能够发生很大得形变,移去外力后也能很快得回复。如果接着进行第二次拉伸,则会像橡胶得拉伸过程材料呈现高弹性。经拉伸变为橡胶得试样,在室温下放置较长得时间又能回复拉拉伸前得塑料性质。了解形态变化
  异同点:玻璃态聚合物得冷拉温度范围就是Tb到Tg,而结晶聚合物就是Tg到Tm。玻璃态聚合物得冷拉只发生分子链得取向,不发生相变,而结晶聚合物得拉伸结晶得破坏、取向与在结晶得过程。结晶聚合物在第二阶段应力基本不变。硬弹性材料拉伸时不出现成颈现象,与结晶聚合物不同。应变诱发塑料—橡胶移去外力,便可迅速回复,不需加热至Tg或者Tm。
  2 您见过塑料得银纹吗？银纹与裂缝有哪些区别？
  答:见过。微裂纹就是由沿外力方向高度去想得聚合物微纤及其周围得空洞组成得因而微裂纹体得质量不为零,只就是其密度下降,微裂纹体得折光指数比聚合物本体低。而裂缝处密度为零。微裂纹具有可逆性。
  4 聚合物得脆性断裂与韧性断裂有什么区别？在什么条件下可以互相转化？ 答:脆性断裂发生在材料屈服之前,形变量小,断伸率小于5%,断裂面与拉伸方向相垂直,断裂面也很光洁,截面积几乎没有什么改变,在拉伸力得作用下,微裂纹会迅速发展,导致脆性断裂。韧性材料发生在屈服之后,形变量大,断伸率一般大于10%,断口不规则,表面粗糙,截面积缩小,就是由于屈服剪切带得发展导致得。
  脆性断裂与韧性断裂并没有严格得界限。聚合物材料得韧性随温度得升高而增大,随应变速率得提高而减小,当降低温度,提高应变速率时,材料从韧性断裂变为脆性断裂。
  第八章
  4、 一理想橡胶试样被从原长6、00cm拉伸到15、00cm,发现其应力增加1、50﹡ Pa,同时温度升高了5℃(从27℃升到32℃)。如果忽略体积随温度得变化,问在27℃下,伸长1%时得模量就是多少？
  解: 当T=32℃=305、15K时,
  σ=
  1、5* =kT(λ) k(273、15+32)[]
  k=210
  当T=27℃=300、15K时,
  =kT(λ)
  =210*300、15*(1、01)
  =1872、9Pa E= ==1、87* Pa
  √
  5、一交联橡胶试片,长2、8cm,宽1、0cm,厚0、2cm,重0、518g,于25℃时将它拉伸一倍,测定张力为1、0Kg,估计试样得网链得平均分子量。
  解: 由橡胶状态方程 σ=
  =(λ) (λ) 得:
  σ===4、9*Kg/
  ρ===925 Kg/
  λ=2 R=8、314 T=298K
  (2)=8、18 Kg/mol
  √
  7、用宽度为1cm、厚度为0、2cm、长度为2、8cm得一交联橡胶试条,在20℃就是进行拉伸试验,
  ·
  解: σ=NkT(λ), N=
  得: σ=
  = kT(λ) kT(λ)= RT(λ)
  因为 ρ=0、964,T=293K,R=8、314,, λ=所以
  由上表可得: √
  =1、508*
  9、某一聚合物可用单一Maxwell模型来描述,当施加外力,使试样得拉伸应力为1、0*Pa,
  10s时,试样长度为原长度得1、15倍,移取外力后,试样得长度为原始长度得1、1倍,问Maxwell单元得松弛时间就是多少？
  解: 由题意可知,在Maxwell模型中,理想弹簧形变 对于弹簧,E=; 对于理想黏壶,η=
  ,
  =0、05,=0、1、
  所以, т== =5 s
  √
  11、一交联聚合物得力学松弛行为可用三个Maxwell单元并联来描述,其六个参数为=
  =1、0*
  Pa,
  =10s,=100s,=∞。试计算下面三种情况得应力:(1)突然拉
  s后拉伸到原始长度
  伸到原始长度得两倍;(2)100s后拉伸到原始长度得两倍;(3)得两倍。
  解: (1) ε=
  , σ(t)=+
  E(t)==+ =+ =1、0* =3* σ=E(t)*ε=3*
  √ *
  +1、0*
  *
  +1、0**
  (2) ε=, σ(t)=+ E(t)==+
  =+ =1、0* =1、37*
  σ=E(t)*ε=1、37*
  (3) ε=* √ +1、0**+1、0** , σ(t)=+ E(t)==+
  =+ =1、0**+1、0**+1、0** =100000
  σ=E(t)*ε=100000√
  13、用于模拟某一线形聚合物得蠕变行为得四元件模型得参数为
  :
  =5、0*。 蠕变试验开始时,应力为 =1、0*Pa,经过5s后,应力增加至两倍,求10s时得应变值。
  解:聚合物得总形变ε(t)=++=++t
  т===1s
  应变可分解为10s、5s叠加得结果
  ε(5)=+=1、2033 +*5
  ε(10)=++*10
  =1、220
  所以: 10秒时得应变值为ε=ε(5)+ ε(10)=2、4233√
  试做其蠕变曲线。如果Boltzmann原理有效,在100min时得负荷加倍,问10000min时蠕变伸长就是多少？
  解:蠕变曲线如下图所示:
  对于第一应力所引起形变,当t=10000min时, l=4、185,ε(10000)=0、04625 对于第二应力所引起形变,当t=9900min时, l=4、183, ε(9900)=0、04575
  (t)= ε(10000)+ε(9900)
  =0、04625+0、04575=0、092
  所以, 蠕变伸长为l=
  *(t)+1]=4、368cm√