高分子物理期终试题及答案

高分子物理期终试题及答案

高分子物理期终考试试题

姓名＿＿＿学号＿＿＿＿＿得分＿＿＿＿

一、选择题(共15分，每小题1分)：

1. 下列三类物质中，具有粘弹性的是（ ）

1). 硬塑料；2). 硫化橡胶；3) 聚合物熔体；4)三者都有。

2. 大多数聚合物流体属于（ ）

1). 膨胀型流体(

3). 假塑性流体(，n>1) 2). 牛顿流体(，n>1) 4). 宾哈流体(，n=1) )

3. 在注射成型中能最有效改善聚甲醛熔体流动性的方法是（ ）

1). 增大分子量；2) 提高加工温度；3). 提高注射速率

4. 下列方法中，能提高聚合物模量的是（ ）

1). 提高支化程度；2). 提高结晶度；3). 加入增塑剂；4). 与橡胶共混

5. 下列方法中，可以降低熔点的是 ）

1). 主链上引入芳杂环；2). 降低结晶度；3). 提高分子量；4). 加入增塑剂

6. 下列方法中，不能测定聚合物熔体粘度的是（ ）

1). 毛细管粘度计；2). 旋转粘度计；3). 乌氏粘度计；4). 落球粘度计

7. 下列通用塑料中，使用温度上限为Tm的是 ( )

1)聚苯乙烯；2)聚甲醛；3)聚氯乙烯；4)有机玻璃

8. 下列高聚物中，使用温度下限为Tg的是( )

1)聚乙烯；2)聚四氟乙烯；3)聚二甲基硅氧烷；4)环氧塑料

9. 当高分子溶液从凝胶渗透色谱柱中被淋洗出来时，溶液中的分子的分离按 ( )

1)分子量；2)分子流体力学；3)分子链柔性；4)分子间相互作用能的大小

10.下列高聚物-溶剂对中，在室温下可溶解的是 ( )

1)聚乙烯-甲苯；2)聚丙烯塑料-四氢萘；3)尼龙-甲酰胺；4)丁腈橡胶-汽油

11.分别将下列高聚物熔体在冰水中淬火，所得固体试样中透明度最高的是 ( )

1)全同立构聚丙烯；2)聚乙烯；3)聚对苯二甲酸丁二醇酯；4)ABS

12.下列高聚物中，在室温下容易发生屈服冷拉的是 ( )

1)有机玻璃2)酚醛塑料3)聚乙烯4)天然橡胶

13.将有机玻璃板材用高弹真空成型法成型为飞机座舱盖时，成型温度为( )

1)Tb-Tg之间，2)Tg-Tf之间3)Tf-Td之间(Tb、Tg、Tf、Td分别为脆化温度、玻璃化转 变温度、流动温度和分解温度)

14. 下列高聚物中属无规共聚物的是 ( )

1)尼龙66；2)聚氨酯热塑弹体；3)丁苯橡胶；4)聚对苯二甲酸乙二醇酯

15. 下列动态力学试验中直接测定储能剪切模量的是( )

1)超声法；2)单悬臂梁弯曲共振法；3)扭摆法

二、写出下列关系式，并注明公式中各字母代表的意义(10分)：

1. 以Tg为参考温度的WLF方程；2. 高分子特性粘数与分子量之间的关系；

3. 高聚物结晶度与密度的关系； 4. 硫化橡胶平衡溶胀比与交联点间分子量的关系；

5. 牛顿流体通过毛细管的体积流率与管壁处切变速率之间的关系。

三、解释下列名词(任选5小题，10分)：

1. 溶度参数； 2. 链段； 3. 极限粘度 ； 4. 断裂韧性K1C；

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5. 临界分子量； 6.哈金斯参数；7.对数减量； 8.第二维利系数A2。

四、问答题（任选5题，共35分）：

1. 说明双轴拉伸定向有机玻璃与普通非定向有机玻璃在模量、强度、韧性上的主要差别并解释原因。

2. 按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越高。这两个事实有矛盾吗？为什么？

3. 为什么实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体又带弹性？列举它们的具体表现形式。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小成型制品中的弹性成分？

4. 为什么用而不用来表征高分子链的平衡态柔性？为什么在表征高分

？已知一根聚乙烯分子链的聚合度为600，

(设C－C键的键长为0.15nm, 子链柔性时，要在 条件下测定高分子链的在 条件下的均方半径2=36nm,试求该分子链的

键角为10928’)。

5. 用注塑成型法分别成型无规立构聚氯乙烯(Tg=80℃,Tf=160℃)和全同立构聚丙烯(Tg=-10℃,Tm=170℃)长条试样,模具温度都是20℃，一个浇口设在试样端部。试估计两种试样凝聚态结构的异同及透明性的差别，解释原因，并设计实验证实你的估计。

6. 试述高聚物平衡高弹性的特点、热力学本质和分子运动机理。

五、从所示曲线计算指定参数值（共11分）

1. 从高聚物的蠕变曲线(图1)求推迟时间τ(2分)；

－12. 从高聚物熔体的流动曲线(图2)求切变速率分别为0.1、10和100s时的表观粘度(4)。

3. 从凝胶渗透色谱法得到的折光指数差-分子量关系曲线(图3)求数均分子量和重均分子量(5)。

六、作图(19分，第一题4分，其它各小题3分):

用实线画出下表中的指定关系曲线并在图中标出特征参数，然后在同一图中用虚线示意当指定参数改变时曲线的变化。

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一、选择题(共15分，每小题1分)：

4)；3)；3)；2)；4)；3)；2)；3)；2)；3)；3)；3)；2)；3)；3)

二、写出下列关系式，并注明公式中各字母代表的意义(；写出关系式得1分，注明公式中各字母代表的意义得1分，字母意义注明不全酌情扣分)：

1.

2. ；； aT ：平移因子；T：实验温度；Tg：玻璃化转变温度。 ：特性粘度；：粘均分子量；K、 ：常数。

3. ；：高聚物内晶相的体积百分数，即体积结晶度；

、 c 、 a 分别为高聚物的密度、高聚物内晶相的密度和高聚物内非晶相的密度； 或：；：高聚物内晶相的质量百分数，即质量结晶度； 、 c 、 a 分别为高聚物的密度、高聚物内晶相的密度和高聚物内非晶相的密度。

4. ；Q : 硫化橡胶平衡溶胀比；：交联点间分子量； 2：交联样品溶胀前的密度；Vm, 1：溶剂的摩尔体积； 1：高分子-溶剂相互作用参数。

5. ；：牛顿流体在管壁处的切变速率；Q: 牛顿流体通过毛细管的体积流率； R：毛细管半径。

三、解释下列名词(任选5小题，共10分，每小题2分)：

1. 溶度参数：物质内聚能密度的开方：， E：物质内聚能；Vm：摩尔体积。

2. 链段：高分子链上可以独立运动的最小单元。

3. 极限粘度 ：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。

4. 断裂韧性K1C：表征材料阻止裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性破坏能力的韧性指标，

料的弹性模量；，其中， b为脆性材料的拉伸强度；C为半裂纹长度；E为材为单位表面的表面能。

5. 临界分子量：分子链之间开始出现缠结的最低分子量，也是高聚物固体模量-温度曲线上出现高弹平台所需的最低分子量。

6. 哈金斯参数：高分子-溶剂相互作用参数。的物理意义是将一个溶剂分子放进高聚物中所引起的能量变化。

7. 对数减量：相继两个振幅之比的自然对数，即

其中 为对数减量，A为振幅，足标表示自振动开始振幅的序数。 ，

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8. 第二维利系数A2：也是表征高分子-溶剂相互作用的参数，即

其中为溶剂的偏摩尔体积，为哈金斯参数，为高聚物溶质的密度。 ，

四、问答题（任选5题，每小题各7分，共35分）：

1.答：主要差别：双轴拉伸定向有机玻璃在取向的x,y方向上的模量、强度提高，韧性也提高，而在垂直于取向的方向上模量和强度比非定向有机玻璃减小。（2分）

解释原因：

1) 取向后，高分子链沿取向方向排列，原子间以化学键结合为主，而未取向方向上原子间以范德华力为主；（2分）

2) 材料在拉伸取向的过程中，能通过链段运动，使局部高应力区发生应力松弛，使材料内的应力分布均化，这也是取向后强度提高的原因之一。(可不答)

3) 取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。因此，当材料的断裂强度随取向程度提高时，材料的脆化温度下降(如图). 未拉伸普通有机玻璃的

拉伸定向有机玻璃的低于室温。拉伸度足够高时，在室温附近，而双轴可下降到-40℃。因此，在常温下，双轴拉伸定向有机玻璃处于不脆区，不仅强度比普通有机玻璃的高，而且韧性也好得多。（3分）

2. 答：按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越高。这两个事实不矛盾。（1分）

原因：1),T升高，高分子热运动加剧，分子链趋于卷曲构象的倾向更大，回缩力更大，故高弹平衡模量越高；（3分）

2) 实际形变为非理想弹性形变，形变的发展需要一定是松弛时间，这个松弛过程在高温时比较快，而低温时较慢，松弛时间较长，如图。按常识观察到的温度越高，橡皮越软就发生在非平衡态，即t<t0时。（3分）

3.答：实际橡胶弹性中带粘性的原因：构象改变时需克服摩擦力；（1分）

高聚物粘性熔体又带弹性的原因：分子链质心的迁移是通过链段的分段运动实现的；链段的运动会带来构象的变化；（1分）

列举它们的具体表现形式：橡胶拉伸断裂后有永久残余应变；橡胶快速拉伸会放热；挤出胀大等。（2分）

减少橡胶的粘性:适度交联；（1分）

在挤出成型中减小成型制品中的弹性成分：提高熔体温度；降低挤出速率；增加口模长径比；降低分子量，特别要减少分子量分布中的高分子量尾端。（2分）

4. 答：原因：1) 消除分子量的影响；（2分）

2) 在 条件下测定高分子链的原因： 条件下分子链尺寸既不扩张也不收缩；（2分）

223) 计算：＝216nm，＝54nm， =2。（3分）

5. 答：说明异同及透明性的差别并解释原因得3分，设计实验得4分。

1) PVC为非晶态，高取向皮层和低取向芯层；

2) iPP为结晶态，高取向、高结晶皮层（串晶和柱晶等）和低取向、低结晶芯层（球晶）；

3) PVC透明性好于iPP；

设计实验：取向度－广角X射线、双折射、声波传播等；

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结晶度－X射线、DSC等；

球晶尺寸及形貌－POM、TEM等。（均需说明实验原理及结果）

6. 答：1) 弹性应变大；2) 弹性模量低；3) T升高，高弹平衡模量增加；4) 快速拉伸，温度升高。（4分）

热力学本质：熵弹性；（1分）

分子运动机理：链段运动从卷曲构象转变为伸展的构象。（2分）

五、从所示曲线计算指定参数值（共11分）

1.推迟时间τ=10s (2分)；

－12.切变速率分别为0.1、10和100s时的表观粘度分别为20、2、0.4MPa s (可以直接作图

得，也可以由切应力与切变速率之比计算得到，4分)。

3. 数均分子量＝4434，重均分子量＝5059(将曲线等分得1分，写出计算公式得1分，共5分)。

六、作图(19分，第一题4分，其它各小题3分；正确标出特征参数得1分，正确画出虚线得1分):

用实线画出下表中的指定关系曲线并在图中标出特征参数，然后在同一图中用虚线示意当指

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