高分子物理试题

高分子物理模拟试卷（一）

一、名词解释（5×3）θ溶剂 等效自由连接链 取向 银纹 特性粘度 二．选择题（10× 2）1．欲使某自由连接链（单烯类）均方末端距增加10倍，其聚合度必

须增加 倍 。 A．10 B．20 C．100 D．50

2．某一结构对称结晶聚合物，Tm=210℃，其结晶速度最快的温度在 ℃。A170 B115 C－25 D210

3．测量重均分子量可选择以下哪种方法： A．粘度法B．端基滴定法C．渗透压法D．光散射法

4．当一聚合物稀溶液从θ温度上升10℃时，其第二维利系数A2： A．< 1/2 B．>1/2 C．>0 D．<0

5．下列那种方法可以降低熔点： A.主链上引入芳环B.降低结晶度C.提高分子量D.加增塑剂。

6. 下列方法可提高聚合物拉伸强度的是 。A.提高支化度B.提高结晶度C.加入增塑剂D.橡胶共混；.

?n,n?1） B．膨胀性流体7．大多数聚合物流体属于 。 A．膨胀性流体（??Krn???Kr,n?1） （

nn????Kr,n?1??Kr,n?1） C．假塑性流体（） D．假塑性流体（

8、用 模型可以用来描述线性聚合物的应力松弛现象。（2.2）

A、粘壶与弹簧串连的kelvin模型 B、粘壶与弹簧串连的maxwell模型 C、粘壶与弹簧并连的kelvin模型D、粘壶与弹簧并连的maxwell模型

9.根据时温等效原理，将曲线从高温移至低温，则曲线应在时间轴上 移。A左 B右 C上D下

10.多分散高聚物下列平均分子量中最小的是 M?

A、Mn B、Mw C、Mz D、

四．填空题：（25 ×1） 1．聚合物在溶液中通常呈（1） 构象，在晶体中呈 （2） 或（3）构象。

2. 高聚物的静态粘弹性行为表现有 （4） 、 （5） 。 3. 高聚物在极高压力下可以得到的晶体类型是（6），在偏光显微镜下可以观察到“黑十字”现象的晶体类型是（7）。 4. 高聚物链段开始运动的温度对应的是该高聚物的 （8） 温度。

5. 橡胶弹性是 （9） 弹性，弹性模量随温度的升高而 （10） ，在拉伸时 (11) 热。

6.相对于脆性断裂，韧性断裂的断裂面较为 (12)，断裂伸长率较 (13)，而且断裂之前存在 (14) 。

7.写出三种测定聚合物结晶度的测定方法: (15) 、 (16) 和 (17 ) 。 8、写出判定聚合物溶解能力的原则中的2个原则： （18） 、 （19） 。 9.凝胶色谱法（GPC）分离不同分子量的样品时，最先流出的是分子量 （20） 的部分，是依据 （21） 机理进行分离的。 10.液晶分子中必须含有 （22） 的结构才能

够称为液晶，其长径比至少为 （23） 才有可能称为液晶，或者为 （24） 状，其轴至多为 （25）。 三．排序题：（3 ×3） 1．比较柔顺性：聚乙烯 聚二甲基硅氧烷 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯

2．比较结晶难易程度： PE、PP、PVC、PS 3、比较下列聚合物的玻璃化温度： 聚乙烯 聚二甲基硅氧烷 聚对苯二甲酸乙二醇酯 聚碳酸酯

五．简答题（5＋5＋5+6）1.构型和构象有何区别？全同立构聚丙烯能否通过化学键（C-C单键）内旋转把〝全同〞变为〝间同〞，为什么？

2. 解释为什么尼龙6在室温下可溶解在某些溶剂中，而线性的聚乙烯在室温下却不能? 3.在用凝胶渗透色谱技术（GPC）测定高聚物分子量分布时，为什么能用一条普适校正曲线将各种不同的高聚物的GPC图转换为分子量分布曲线？

4.下图是平均分子量相同但是分子量分布不同的同种聚合物的粘度与剪切速率的关系示意图，请指出哪条曲线代表分子量分布宽的聚合物，并解释原因。

六. 画出非晶态聚合物在适宜的拉伸速率下，在玻璃化转变温度以下30度时的应力－应变曲线，并指出从该曲线所能获得的信息。（10）

高分子物理模拟试卷（一）参考答案

一、名词解释（每题３分，共１５分）

θ溶剂：在某一温度下聚合物溶于某一溶剂中，其分子链段间的相互吸引力与溶剂化以及排斥体积效应所表现出的相斥力相等，无远程相互作用，高分子处于无扰状态，排斥体积为0，该溶液的行为符合理想溶液行为，此时溶剂的过量化学位为0，此时的溶液称为θ溶液。

等效自由连接链：将含有n个键长为l、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链视为一个含有Z个长度为b的链段组成的可以自由旋转的链，称为等效自由连接链。

取向：在某种外力的作用下，分子链或者其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构。

银纹：聚合物在张应力的作用下，在材料某些薄弱的地方出现应力集中而产生的局部的塑性形变和取向，以至于在材料的表面或者内部垂直于应力方向出现微细凹槽的现象。

特性粘度：高分子在c→0时，单位浓度的增加对溶液的增比浓度或相对粘度对数的贡献。其数值不随溶液浓度的大小而变化，但随浓度的表示方法而异。

二、选择（每题２分，共２０分）

1.A 2.B 3.D 4.C 5.B 6.B 7.D 8.B 9.B 10.A

三、填空（每空１分，共２５分） 1. 无规线团 锯齿形 螺旋形 2. 蠕变 应力松弛

3. 伸直链晶体 球晶 4. 玻璃化转变 5. 熵 增加 放 6. 粗糙 长 屈服

7. X射线衍射 量热法（DSC、DTA） 密度法

8. 极性相近 内聚能密度或者溶解度参数相近原则 溶剂化原则 哈金斯参数小于1/2

9. 大 体积排除机理

10.长棒状 4 盘状 1/4

四、排序题(每题３分，共９分)

1. 聚二甲基硅氧烷>聚乙烯>聚甲基丙烯酸甲酯>聚碳酸酯 2. PE>PP>PVC>PS

3. 聚碳酸酯>聚对苯二甲酸乙二醇酯>聚乙烯>聚二甲基硅氧烷

五、简答题（５＋５＋５+６，共２１分）

1.首先写两者区别，强调构象是由于单键内旋转而引起，而构型是由于化学键所固定的原子在空间的排列。改变构象通过单键的内旋转即可达到，而改变构型需通过化学建的断裂与重组。（2分）

不能。首先指出从全同到间同的变化是构型的变化，必须通过化学建的断裂与重组才能改变构型。而单键内旋转只能改变构象，不能改变构型。（3分）

2.首先说明尼龙和聚乙烯都是结晶性的聚合物，其溶解首先要使晶区熔融才能溶解。（1分）而尼龙是极性的聚合物，如果置于极性溶剂之中，和极性的溶剂作用会放出热量从而使晶区熔融，继而溶解。（2分）聚乙烯是非极性的聚合物，要使其晶区熔融只能升温至其熔点附近，然后溶于适当的溶剂中才能溶解。所以聚乙烯在常温下不能溶解在溶剂之中。（2分）

3.根据溶解度参数相近的原则，只有当两者溶解度参数之值相差小于1.7时，才有可能溶解。而戊烷和乙酸乙酯与苯乙烯一丁二烯共聚物的溶解度参数的差值都大于1.7，所以不溶于戊烷和乙酸乙酯。（2.5分）但是当戊烷和乙酸乙酯的比为1：1混合时，这个混合溶剂的溶度参数为16.55，与苯乙烯一丁二烯共聚物的溶解度参数非常接近，符合溶解度参数相近原则，故可以溶解。（2.5分）

4.曲线2代表分布宽的聚合物。（2分）

当切变速率小时，分布宽的聚合物含有较多特长的分子，形成的缠结的结构也较多，故粘度高。（2分）

当切变速率增大后，分布宽的试样中，由于缠结结构较多，容易被高的切变速率所破坏，出现“切力变稀”的剪切速率较小，而且越长的分子随切变速率的增加而对粘度下降的贡献越大。（2分）

六、（10分）

从该图可以获得的信息有：

聚合物的屈服强度（Y点强度） 聚合物的杨氏模量（OA段斜率） 聚合物的 断裂强度（B点强度） 聚合物的断裂伸长率（B点伸长率） 聚合物的断裂韧性（曲线下面积）

画图：正确画出曲线得2分，并标明A、Y、B三点得3分， 每写出一个信息得1分，共5分

《高分子物理》试题B

一、解释概念（15分，每题3分，要求每个概念回答20字以上） 1. 高斯链 2. 高分子合金 3. 蠕变 4. 熵弹性 5. 特性粘度与切粘度

二、选择答案（25分，每题1分）

1、高分子科学诺贝尔奖获得者中，（ ）首先把“高分子”这个概念引进科学领域。 A、H. Staudinger, B、K.Ziegler, G.Natta, C、P. J. Flory, D、H. Shirakawa 2、下列聚合物中，（ ）是聚异戊二烯(PI)。

CH2CCH3ClCHCH2nOOC6H4OOCOCH2CH2OnA、 C、

CH2 B、

nCCNHC6H4NHn

CH D、

C

3、链段是高分子物理学中的一个重要概念，下列有关链段的描述，错误的是（ ）。 A、高分子链段可以自由旋转无规取向，是高分子链中能够独立运动的最小单位。 B、玻璃化转变温度是高分子链段开始运动的温度。

C、在θ条件时，高分子“链段”间的相互作用等于溶剂分子间的相互作用。 D、聚合物熔体的流动不是高分子链之间的简单滑移，而是链段依次跃迁的结果。 4、下列四种聚合物中，不存在旋光异构和几何异构的为（ ）。 A、聚丙烯，B、聚异丁烯，C、聚丁二烯，D、聚苯乙烯 5、下列说法，表述正确的是（ ）。

A、工程塑料ABS树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。 B、ABS树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀，可提高制品拉伸强度和硬度。 C、ABS树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性，可改善冲击强度。 D、ABS树脂中丙烯腈组分利于高温流动性，便于加工。 6、下列四种聚合物中，链柔顺性最好的是（ ）。

A、聚氯乙烯， B、聚氯丁二烯， C、顺式聚丁二烯， D、反式聚丁二烯 7、在下列四种聚合物的晶体结构中，其分子链构象为H31螺旋构象为（ ）。 A、聚乙烯， B、聚丙烯， C、聚甲醛， D、聚四氟乙烯 8、关于聚合物球晶描述错误的是（ ）。 A、球晶是聚合结晶的一种常见的结晶形态。

B、当从浓溶液析出或由熔体冷结晶时，在存在应力或流动的情况下形成球晶。 C、球晶外形呈圆球形，直径0.5～100微米数量级。

D、球晶在正交偏光显微镜下可呈现特有的黑十字消光图像和消光同心环现象。9、若聚合度增加一倍，则自由连接链的均方末端距变为原值的（ ）倍。

A、0.5 B、1.414 C、2 D、410、（ ）是有序性最低的液晶晶型。 A、向列型， B、近晶A型， C、近晶C型， D、胆甾型 11、提高高分子材料的拉伸强度有效途径为（ ）。

A、提高拉伸速度，B、取向，C、增塑，D、加入碳酸钙 12、下列四种聚合物中，内聚能密度最大的为（ ）。

A、聚丙烯，B、聚异丁烯，C、聚丁二烯，D、聚氯乙烯 13、下列四种聚合物在各自的良溶剂中，常温下不能溶解的为（ ）。

A、 聚乙烯， B、聚甲基丙烯酸甲酯， C、无规立构聚丙烯， D、聚氯乙烯 14、高分子溶液与小分子理想溶液比较，说法正确的是（ ）。 A、高分子溶液在浓度很小时，是理想溶液。

B、高分子溶液在θ温度时，△μ1E＝0，说明高分子溶液是一种真的理想溶液。

C、高分子溶液在θ条件时，△HM和△SM都不是理想值，不是理想溶液。

D、高分子溶液在θ条件时，高分子链段间与高分子链段和溶剂分子间相互作用不等。 15、（ ）可以快速、自动测定聚合物的平均分子量和分子量分布。 A 粘度法， B 滲透压法， C 光散射法， D 凝胶渗透色谱(GPC)法 16、高分子热运动是一个松弛过程，松弛时间的大小取决于（ ）。

A、材料固有性质 B、温度 C、外力大小 D、以上三者都有关系。 17、示差扫描量热仪(DSC)是高分子材料研究中常用的方法，常用来研究（ ）。

⑴Tg， ⑵Tm和平衡熔点， ⑶分解温度Td， ⑷结晶温度Tc， ⑸维卡软化温度， ⑹结晶度， ⑺结晶速度， ⑻结晶动力学

A、⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻ B、⑴⑵⑶⑷⑹⑺⑻ C、⑴⑵⑶⑷⑸ D、⑴⑵⑷⑹ 18、对于同一种聚合物，在相同的条件下，流动性越好，熔融指数MI越（ ）；材料的

耐热性越好，则维卡软化点越（ ）。

A、高、高 B、低、低 C、高、低 D、低、高 19、下列聚合物的结晶能力最强的为（ ）。

A、高密度聚乙烯，B、尼龙66，C、聚异丁烯，D、等规聚苯乙烯 20、你会选（ ）聚合物用作液氮罐的软密封。（液氮沸点为77K）

A、硅橡胶， B、顺丁橡胶，C、天然橡胶， D、丁苯橡胶 21、在高分子材料的拉伸试验中，提高拉伸速率时，则（ ）。

Ａ、ζC、ζ

B升高、εB降低， B升高、εB升高，

B、ζ

B降低、εB升高， B降低、εB降低

Ｄ、ζ

22、粘弹性是高聚物的重要特征，在适当外力作用下，（ ）有明显的粘弹性现象。

A、Tg以下很多 B、Tg附近 C、Tg以上很多 D、Tf附近23、韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到剪切带现象，下列说法错误的是（ ）。 A、与拉伸方向平行 B、有明显的双折射现象

C、分子链高度取向 D、每个剪切带又由若干个细小的不规则微纤构成 24、下列聚合物中，熔体粘度对温度最敏感的是（ ）。 A、PE B、PP C、PC D、PB 25、聚合物溶度参数一般与其（ ）无关。

A、 分子量 B、极性大小 C、分子间力 D、内聚能密度

三、回答下列问题（30分，每题6分）

1、聚丙烯中碳－碳单链是可以转动的，通过单键的转动能否把全同立构的聚丙烯变为“间同立构”的聚丙烯？说明理由。

2、为何称高分子链在其θ溶液中处于无扰状态？θ溶液与理想溶液有何区别？

3、分别示意绘出无规聚甲基丙烯酸甲酯、全同立构聚苯乙烯和交联聚乙烯的温度-形变曲线。并且在图形上标出特征温度，同时写出对应的物理含义。

4、示意画出聚合物动态粘弹性的温度谱，说明温度对聚合物内耗大小的影响。 5、示意绘出聚合物熔体在宽切变速率下的流动曲线，并用缠结理论作出解释。

四、计算题（20分，每题10分）

1． 天然橡胶硫化后，网链平均分子量为6000，密度为0.90g/cm3。如果要把长度10cm，截面积0.26cm2的试样，在25℃下拉长25cm，问需要多大的力？（R=8.314J/Kmol） 2． 聚苯乙烯试样，已知160oC时粘度为103Pa·s，试估算Tg（100oC）时和120oC时的粘度。聚甲基丙烯酸甲酯试样，已知240oC时粘度为200Pa·s，试估算250oC时和230oC时的粘度。（已知聚甲基丙烯酸甲酯的粘流活化能为184kJ/mol，Tg为100oC）

高分子物理试题及标准答案

（2006 —2007学年上学期）

一． 名词解释（15分） 1、链段 ：高分子链上能独立运动（或自由取向）最小单元。 2、溶胀 ：高聚物溶解前吸收溶剂而体积增大的现象。 3、蠕变 ：在应力和温度均一定的条件下，高聚物的形变随时间而增大的现象。 4、介电损耗 ：在交变电场的作用下，电介质由于极化而消耗的电能。 5、构象 ：由于内旋转而产生的高分子链在空间的排列。 二． 选择题（20分） 1． 高聚物玻璃化转变实质是： （B） A、 相变过程，B、松弛过程，C、熔融过程。 2． 下列方法中可测得数均分子量的方法有： （B、C、D） A、 粘度法，B、沸点升高，C、膜渗透压，D、GPC法，E、光散射法。 3． 下列高聚物中，在室温下可以溶解的有： （A、B、D） A、 尼龙-66， B、PET，C、LDPE，D、聚乙酸乙烯酯，E、聚乙烯醇。 4． 结晶高聚物熔点高低与熔限宽窄取决于： （C） A、 退火时间，B、结晶速度，C、结晶温度，D、相变热，E、液压大小。 5． 橡胶产生弹性的原因是拉伸过程中： （C） A、体积变化，B、内能变化，C、熵变。 6． 欲获得介电损耗小的PS产品，应选择： （A） A、本体聚合物， B 、乳液聚合物， C、 定向聚合物， D、 加有增塑剂的聚合物。 7． 下列参数中可作为选择溶剂依据的有： （B、C、D、E） A、 均方末端距，B、溶解度参数δ，C、高聚物-溶剂相互作参数， D、第二维利系数A2，E、特性粘数[η]。 8． 加工聚碳酸酯时，欲获提高流动性最有效的措施是： （E） A、 增加切应力，B、增加分子量，C、采用分子量分布窄的产品，D、降低温度，E、增加温度。 9． 高聚物的结晶度增加，则： （B） A、抗冲击强度增加，B、拉伸强度增加，C、取向度增加，D、透明性增加。 10． 在室温下，加一固定重量的物体于橡皮并保持这一恒定张力，当橡皮受热时，重物的位置将：（B） A、下降， B、上升，C、基本不变，D、无法预测。 三. 根据题意，比较大小（用“>”或“<”排列）（21分） 1．比较玻璃化转变温度Tg的高低： （B>C>A） A、聚己二酸乙二醇酯，B、聚碳酸酯，C、聚氯乙烯。 2．较抗蠕变性的大小： （A>C>B）

A、酚醛塑料，B、聚丙烯，C、聚苯乙烯。 3．比较熔点： （B>C>A） A、聚乙烯，B、聚四氟烯，C、聚甲醛。 4． 比较耐水性：（B>C>A） A、聚乙烯醇，B、聚乙酸乙烯酯，C、维尼纶。 5．比较抗冲击强度：（A

(1.5分) 分子量较低时Tm也低,当分子量升高时，Tm也增高.当分子量再增高时，Tm基本变化不大，甚至无关了。 1/Tm=1/T。m+R/△Hu-2/Xn ——（1.5

分） 分子量增加，Tf增高 （1.5分） ηo=KMw ————1.0_1.6 Mc > Mw ————ηo=KMw 3.4 Mc > Mw （1.5分） (不一定要求公式，叙述清楚就行了) 2．现有四个无标签的样品，它们分别是天然橡胶、聚苯乙烯、尼龙-6和硫化天然橡胶，试用一种物理方法予以鉴别，并简要说明之。 答：利用热机械曲线法就可以鉴别（每条曲线1.5分） ε ε 天然橡胶 聚苯乙烯 Tg Tg T T 天然橡胶：Tg较低于室温，有三聚苯乙烯：Tg高于室温，有三 态 态 ε ε 尼龙-6 硫化天然橡胶 Tm T T 尼龙-6：Tm较高 硫化天然橡胶：Tg较低，只有两 态 3．试画出高聚物熔体的全流动曲线（双对数座标），标出并说明η。、ηa 、η∞的物理意义。

η0 为零切粘度，高聚物熔体处于第一牛顿区。 ηa 为表观粘度，高聚物熔体处于非牛顿区。 η∞ 为无穷数粘度，高聚物熔体处于第二牛顿区。 六．计算题（5分） 现有苯乙烯（S）和甲基丙烯酸甲酯（M）的三嵌段共聚物M-S-M，从实验中测得S段的质量百分数为50%，在苯溶剂中S段的均方根长度为10.2nm。若C-C键角为109°28′ 、键长为0. 15 nm，并假定内旋转不受位垒限制，求出共聚物中S段和M段的聚合度。 解： 因为 内旋转不受位垒限制，又键角为109o28′， __ 所以 均方末端距 h2 = 2 N L2 __ h2 10.22 N = ──── = ────── = 2312 2 L2 2 × 0.152 __ Xn = N / 2 = 2312 / 2 = 1156 -------S段的聚合度 S的分子量为104，M的分子量为100，由题意得 __ 1156 × 104 = 2 Xn′ × 100 __ 1156 × 104 故 Xn′ = ─────── = 601 --------M段的聚合度 200

一、名词解释（每题1.5分，共15分）

键接异构——大分子链结构单元的键接顺序不同所引起的异构体。

双轴取向——取向单元沿两个相互垂直方向的取向，其面积增大，厚度减小。 脆性断裂——屈服前的断裂，拉伸中试片均匀形变，断面较平整。

Boltzmann原理——聚合物的力学松弛行为是其整个受力历史上诸松弛过程的线性加和的

结果。

熔限——高聚物熔融开始至终了的温度区间。

力学状态——高聚物的力学性质随温度变化的特征状态；

时温等效原理——升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一

个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。

银纹质（体）——联系起两银文面的束状或高度取向的聚合物。

柔顺性—高分子链能够不断改变其构象的性质或高分子能够卷曲成无规线团的能力。 零切黏度—— 剪切速率趋向于零时的熔体黏度，即流动曲线的初始斜率。

二、填空（每题3分，共36分）

222

1. 自由结合链的均方末端距fj= nl，自由旋转链的均方末端距fr= nl2(1+coshhθ)/(1-cosθ) ，等效自由结合链均方末端距

h2等效=

nele2 。

2. 一般情况下，高聚物的结晶温度区域为 Tg-Tm_，在此区间较高温度下结晶可使高聚物

的Tm 较高，熔限 较窄，结晶尺寸 较大 。

3. 膜渗透压法测定的是 数均Mn 分子量；凝胶色谱法（GPC）测定可得到 Mn， Mw，

Mz， Mη ， d=Mw/Mn= Mz/ Mw ，从色谱柱中最先分离出来的是 分子量较大的级份 。 4. PE、等规PP的溶解过程为 先熔融 ，后溶胀 ，再溶解，硫化橡胶遇溶剂后 只溶胀 ，不溶解 。

E5. 良溶剂状态时，1 <0 ，12 <1/2 ，A2 >0 。 6. 动态粘弹性一般用 储能模量（E′）， 损耗模量(E”) ，损耗因子（tanδ）等参数来表征；从分子结构来讲，顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、丁基橡胶四种橡胶中内耗最大的是丁基橡胶（IIR）。

7. 大多数聚合物熔体属 假塑性 流体，，其n值为 <1，表明它们具有 剪切变稀

特性。

???8. 橡胶弹性热力学方程为 f???u????2??l?TVC??S?，交联橡胶的状态方程为

?T????l?TV?2??NkT???????RT/M????? ，当温度升高时橡胶弹性模量会

0

增大。

9. 共混高聚物是指 两种或以上的高聚物通过物理或化学方法制备的高分子-高分子混合物，其聚集态特征为 亚微观非均相，宏观均相。

10. 玻璃态高聚物发生冷拉（强迫高弹形变）的温度区间是 Tb~Tg，结晶聚合物的冷拉温度

区间是Tb(Tg)~ Tm 。

11. 顺丁橡胶分子链的结构单元化学组成属 碳链高聚物，键接结构属 1-4键接 ，构型属

顺式构型 。

12. 高密度PE与低密度PE相比，其支化度 低 ，结晶度 高 ，熔点 高 拉伸强度高 ，

冲击强度 低 。

三、问答题（49分）

1、试说明结晶高聚物的微观结构具有哪些特征？高结晶度材料的分子链应具备什么结构特点？（10分）

答：1 ： （5分） 1) 一条大分子穿过数个晶胞；

2) 晶体中分子链取稳定构象，并构象固定； 3) 晶胞的各向异性； 4) 具有同质多晶现象； 5) 结晶的不完善性。

2：链的对称性：高分子链的结构对称性越高，越容易结晶； （2分） 链的规整性：规整性越高，越易结晶，键接顺序应规整，构型应是全同或间同立构；对

于二烯类聚合物，反式的结晶能力大于顺式； （2分）

链的柔顺性应适中：一定的柔顺性是结晶时链段向结晶表面扩散和排列所必需的。 高度结晶材料应同时具备以上三个要求，缺一不可。 （1分）

2、请分别画出低密度PE，轻度交联橡胶的下列曲线，并说明理由。（10分） （1）温度形变曲线 （3分） （2）蠕变及回复曲线 （3分） （3）应力-应变曲线（并标明拉伸强度） （4分） 答：（1）

图中：1为轻度交联橡胶的温度形变曲线；

2为低M低密度PE的温度形变曲线； 3为高M低密度PE的温度形变曲线；

a：低密度PE的Tg ； b：轻度交联橡胶的Tg； c：低密度PE的Tm； d：高分子量低密度PE的Tf。

原因：因为是轻度交联，仍有明显的玻璃化转变，由于交联作用，没有熔融和粘流。 低密度PE由于结晶含量较少，有明显的玻璃化转变和熔融转变，对于低分子量的

PE，其Tf低于Tm，所以熔融后直接进入粘流态；对于高分子量PE，其Tf高于Tm，有明显的粘流转变。

（2）图中：ε1：普弹形变；ε2：高弹形变；ε3：塑性形变。

轻度交联橡胶 低密度PE

原因：轻度交联橡胶因交联键的限制，无明显的塑性形变，但有普弹形变和高弹形变； 低密度PE中的结晶部分类似于交联点，但由于结晶含量较低，所以在外力的作用下，

除发生普弹和高弹形变外，非晶部分仍能发生塑性形变。 （3）

原因：轻度交联橡胶室温拉伸时应力-应变属高弹形变，无屈服和冷拉，一般来说，拉伸强

度等于断裂强度；

低密度PE属低结晶度高聚物，拉伸时有屈服，有时有冷拉（与低密度PE的分子量

大小有关），但应力应变曲线与高结晶度PE明显不同，即低密度PE冷拉不完全，屈服之前有明显的非线性区。

3、写出下列高聚物的结构式，比较Tg的高低，并说明理由。（9分）

（1）顺丁橡胶、聚乙烯、 聚氯乙烯 、 氯丁橡胶、 聚苯乙烯 （3分）

答：分子链的柔顺性愈好，其Tg越低；

（手工画结构式）

从上面的结构式可以看出，BR主链不含侧基，且有孤立双键，所以柔性最好，Tg最低；PE与BR相比缺少孤立双键，柔性次之；CR中虽有孤立双键，但有极性侧基氯原子，柔性降低，Tg升高； PVC中无孤立双键，有极性侧基氯原子，柔性降低；聚苯乙烯中无孤立双键，有刚性侧基苯环，Tg最高 。

既主链连含有孤立双键，柔性增加；侧基体积增大，或极性增大，柔性降低。

Tg：顺丁橡胶<聚乙烯<氯丁橡胶< 聚氯乙烯<聚苯乙烯

（2）聚异丁烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯 （3分） （手工画结构式）

Si-O主链键长键角均大于C-C主链，且O上无取代基，取代基对称，所以柔性最好； 其余三者主链组成相同，侧基都对称，侧基极性甲基小于CL和氟原子，但氟原子体积小于氯原子，所以排列如下：

Tg：聚二甲基硅氧烷<聚异丁烯<聚偏二氟乙烯<聚偏二氯乙烯

（3）聚苯撑、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯 （3分） （手工画结构式）

主链苯环含量增加，Tg增大；酯基含量增加，Tg减小； Tg：聚对苯二甲酸乙二醇酯<聚碳酸酯<聚苯撑

4、画出模拟高聚物应力松弛过程的力学模型，给出应力松弛方程，并说明该模型适合于描述何种高聚物的应力松弛过程，为什么？（10分）

答：Maxwell模型：弹簧串联粘壶； （3分）

10. 高聚物的应力松弛现象，就是随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。( ? ) 四、计算题（每题5分，共15分）

3. 在一次拉伸实验中，试样夹具之间试样的有效尺寸为：长50mm、宽10mm、厚4mm，若试样的杨氏模量为35MPa，问加负荷100N该试样应伸长多少。 解：E=σ/ε, ε=(l-l0)/ l0 , σ=F/A0 , σ=100/(4×10)=2.5Mpa,

ε=σ/E=2.5/35=0.07143, l-l0=50×0.07143=3.57mm

五、问答题 (共35分)

1. 在用凝胶渗透色谱方法测定聚合物分子量时，假如没有该聚合物的标样，但是有其它聚合物的标样，如何对所测聚合物的分子量进行普适标定？需要知道哪些参数？(8分)

参考答案：可以用其它聚合物标样来标定所测聚合物的分子量。当淋洗体积相同时，二者的特性粘数与分子量的乘积相等，即：

log?[η1]M1?=log?[η2]M2? 1?a1K11logM1?log根据Mark-Houwink方程有：logM2? 1+a21+a2K2所以需要知道被测聚合物和标样的K，a值(在GPC实验所用的溶剂中)

2. 聚合物纤维熔融纺丝时，在拉伸和冷却工序之后，通常还有一道热定形工序，从高分子物理的角度谈谈该工序的作用。(8分) 参考答案：

聚合物纺丝时，在拉伸过程中聚合物链产生取向，此时高分子整链和高分子链段都发生取向。但是，由于高分子取向是热力学不稳定状态，在放置过程中聚合物链发生松弛，倾向于发生解取向。聚合物链段的长度远小于整链长度，它的松弛时间也远小于整链长度的松弛时间。因此在放置过程中，聚合物链段的松弛非常容易发生，导致聚合物纤维的外形发生变化。热定形工序就是在一定温度下使聚合物链段发生快速的解取向，使得聚合物纤维在放置和使用过程中不易发生变形。

3. What is the time-temperature superposition principle？What is the significance of the principle? (7分)

参考答案：

对同一个力学松弛现象，既可以在较高温度下、较短时间内观察到，也可以在较低高温度下、较长时间内观察到。因此，升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的。借助转换因子可将在某一温度下测定的力学数据转变成另一温度下的力学数据。

4. 影响聚合物力学内耗的因素是什么？(12分) 参考答案：

内耗的大小与高聚物本身的结构有关：分子链上没有取代基，链段运动的内摩擦阻力较小，内耗较小；有较大或极性的侧基，链段运动的内摩擦阻力较大,内耗较大;侧基数目很多，内耗就更大。

内耗受温度影响较大：Tg以下，高聚物受外力作用形变很小，只有键长和键角变化，速度很快，几乎跟得上应力的变化，内耗很小；温度升高，向高弹态过渡，由于链段开始运动，而体系粘度还很大，链段运动时受到摩擦阻力比较大，因此高弹形变显著落后于应力的变化，内耗也大；温度进一步升高，链段运动比较自由，内耗就变小了，因此在玻璃化转变区域出现内耗峰；温度继续升高，向粘流态过渡时，由于分之间互相滑移，因而内耗急剧增加。

内耗与频率的关系；频率很低时，高分子的链段运动完全跟得上外力的变化，内耗很小，高聚物表现出橡胶的高弹性；在频率很高时，链段运动完全跟不上外力的变化，内耗也很小，高聚物显得刚性，表现出玻璃态的力学性质；在中间区域，链段运动跟不上外力的变化，内耗在一定的频率范围出现极大值，这个区域中，材料的粘弹性表现得很明显。

高分子物理期末考试试题3卷参考答案

一 名词解释（每题2分，共10分）：

1.玻璃化转变：是分子链段获得了足够的能量，以协同方式开始运动，不断改变构象，所导致的一系列物理性质如形变，模量，比体积，比热，密度，粘度，折光指数，介电常数等发生突变或不连续变化的过程。

2．时－温等效原理：升高温度与延长时间对分子运动是等效的，对聚合物的粘弹行为也是等效的。 3．构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列,这种排列是稳定的.要改变构型,必须经过化学键的断裂和重组。

4.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。

5.应力集中:如果材料存在缺陷,受力时材料内部的应力平均分布状态将发生变化,使缺陷附近局部范围内的应力急剧地增加,远远超过应力平均值,这种现象称为应力集中. 二、简答题（每题5分，共40分）：

1.聚丙烯腈只能用溶液纺丝，不能用熔融纺丝，而涤纶树脂可用熔融纺丝。为什么？ 答：聚丙烯腈带有强极性的腈基，分子间作用力极大，熔点极高，以至于高于分解温度，所以不能采用熔融纺丝，而只能进行溶液纺丝；而聚酸结构中不含强极性取代基，分子间作用力小，熔点较低，所以可以用熔融法纺丝。 2．聚合物有哪些层次的结构? 答：高分子链的结构（一级结构）：单个高分子链中原子或基团的几何排列情况。包含一次结构和二次结构。 高分子的聚集态结构（二级结构):指具有一定构象的高分子链通过范德华力或氢键的作用，聚集成一定规则排列的高分子聚集体结构。

高分子的一次结构：研究的范围为高分子的组成和构型，指的是单个高分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构，故又称化学结构或近程结构。

高分子的二次结构：研究的是整个分子的大小和在空间的形态，又称远程结构。 3．什么是溶胀？什么是溶解？试从分子运动的观点说明线型聚合物和交联聚合物溶胀的最终状态的区别。

答：溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体积膨胀称为溶胀。

溶解是溶质分子和溶剂分子相互混合的过程。线型高分子分子溶胀后由于能分散于溶剂中而溶解，而交联高分子因其化学键束缚，不能进一步使交联的分子拆散，只能溶胀，不能溶解。

4.根据对材料的使用要求，有哪些途径可改变聚合物的Tg。

答：(1)改变主链或取代基的组成。主链中引入芳杂环或极性侧基均可提高Tg；（2）加入增塑剂；（3）控制分子量；（4）适度交联；（5）共聚-内增塑作用；（6）共混等。 5.试判别在半晶态聚合物中，发生下列转变时，熵值如何改变？并解释其原因： （1）Tg转变；（2）Tm转变；（3）形成晶体；（4）拉伸取向。 答：（1）Tg转变时熵值增大，因链段运动使大分子链的构象数增加； （2）Tm转变时熵值增大，理由同（1），另外晶格破坏也使分子的混乱度增加； （3）形成结晶时熵值减小，因大分子链规整排列，构象数减少； （4）拉伸取向时熵值减小，理由同（3）。

6．写出三个判别溶剂优劣的参数；并讨论它们分别取何值时，该溶剂分别为聚合物的良溶剂、不良溶剂、θ溶剂。

答： χ1<1/2 ， A2>0 ，溶胀因子α>1为良溶剂；

χ1>1/2 ， A2< 0 α<1为不良溶剂； χ1=1/2 ， A2=0 ，α=1为θ溶剂。

7.聚合物分子量分布的测定方法

答：(1) 利用聚合物溶解度的分子量依赖性，将试样分成分子量不同的级分，从而得到试样的分子量分布，如沉淀分级、柱上溶解分级和梯度淋洗分级。

(2) 利用高分子在溶液中的分子运动性质，得到试样的分子量分布，如超速离心沉降速度法。

(3) 利用高分子颗粒大小的不同，得到试样的分子量分布，如凝胶渗透色谱法、扩散速度法、热扩散法、区域熔融法、透析法以及电子显微镜法等。

8.如何判别高分子的相容性？ 答：（1）观察共混体系的透光率，相容的均相体系是透明的；非均相体系呈现浑浊。但如两种聚合物的折光率相同或微区尺寸远小于可见光波长，即使是不相容的分相体系，表现上却仍然为透明的。

（2）共混聚合物的玻璃化温度Tg是判断相容性的最通用和最有效的方法。a，完全相容的共混体系只有一个Tg，且介于两个共混聚合物各自的Tg1和Tg2之间。b、相分离的非均相体系则有两个Tg。要的能

三、选择题（在下列各小题的备选答案中，请把你认为正确答案的题号填入题干的括号内。少选、多选不给分。每题1.5分，共15分） 1．结晶型聚合物的结晶温度范围是 c 。

A．Tb～Tg； B．Tm～Td； C．Tg～Tm； D．Tg～Td 2．结晶聚合物在结晶过程中 B 。

A．体积增大； B．体积缩小； C．体积不变

3.（ C ）是指熔融成型或浓溶液成型中，高聚物的分子链段或其他添加剂沿剪切流动的运动方向排列。

A、拉伸取向 B、双轴取向 C、流动取向 D、单轴取向 4.下列哪种结晶形态具有黑十字消光图像的（ B ）。

A、纤维状晶 B、球晶 C、单晶 D、树枝晶

5．结晶聚合物随着结晶度增加，其 a 、c 、 d 、g 是增大的，而 b 、 e 降低。 A．比重； B．伸长率； C．熔点； D．抗冲击强度； E．抗拉强度； F．硬度； G．刚度

6.制备纺丝溶液时，对所用溶剂的要求：(A B C D)

A 溶剂必须是聚合物的良溶剂，以便配成任意浓度的溶液。 B 溶剂有适宜的沸点，这对于干法纺丝尤为重要。 C 尽量避免采用易燃，易爆和毒性大的溶剂。

D 溶剂来源丰富，价格低廉，回收简单，在回收过程中不分解变质。7

7.Tg温度标志着塑料使用的 B 和橡胶使用的 A 。前者常表征塑料的 C ，后者表征橡胶的 D 。

A.最低温度 B.最高温度 C.耐热性 D.耐寒性.

8.在聚合物的力学松弛现象中，A和D属于静态粘弹性，B和 C属于动态粘弹性。

A.蠕变 B.力学损耗 C.滞后 D.应力松弛 9.Tg是链段开始“解冻“的温度，因此凡是使链段的柔性__A___，使分子间作用力 A 的结构因素均使Tg下降。

A：增加 降低 B：增加 上升 C: 减少 上升 D：减少 降低

10.下列哪种力学模型可以模拟交联高聚物的蠕变过程 B 。 A. MAXWELL模型 B . VOINT模型 C. 四元件模型 D. 多元件模型 四、填空题（每空1分，共15分）

1．运动单元具有多重性: 侧基 ， 支链 ， 链节 ， 链段和整个分子 等。

2 .按照制备方法，液晶可分为 溶致型 和 热致型 。 3. 一硫化橡胶试样在周期性交变拉伸作用下，应变落后于应力变化的现象称为 滞后 现象，对应于同一应力值，回缩时的应变 大于 拉伸时的应变；拉伸曲线下的面积表示 外力做的功 ，回缩曲线下的面积表示 回缩力 ，两个面积之差表示 力学损耗 。

4．分子量的分级方法 逐步降温分级法 ， 逐步沉淀分级法 ， 溶解分级法 ， 梯度淋洗法 等。

一、选择题(多选题，每题2分，共20分)

1. Among following four polymers, which is the most rigid? ( B )。 (A) poly (dimethyle siloxane) (B) polyacrylonitrile (C) polystyrene (D) polyethylene

2. Among following methods, which can be used to measure crystallinity of polymers? ( A, B, C, D )。

(A) Density method (B) WAXD (C) DSC (D) IR

5. 下列相同分子量的聚合物，在相同条件下用稀溶液粘度法测得的特性粘数最大的为( D )

(A)高支化度聚合物 (B)中支化度聚合物 (C)低支化度聚合物 (D)线性聚合物 4. For a solution under ? condition, which parameters are correct? ( B, C, D )

(A) ?1=0 (B) ??E=0 (C) A2=0 (D) u(exclusive volume)=0 5. 下面有关玻璃化转变的描述，正确的是( A, B, D, E)

(A)聚合物玻璃态与高弹态之间的转变 (B)链段由运动到冻结的转变 (C)分子链由冻结到运动的转变 (D)自由体积由随温度下降而减少到不随温度发生变化的转变 (E)链段由冻结到运动的转变

6．韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到剪切带现象，下列说法正确的是（B, C, D ）。 (A) 与拉伸方向平行 (B) 有明显的双折射现象

(C) 分子链沿外力作用方向高度取向 (D) 剪切带内部没有空隙 7. 聚合物加工中的挤出胀大（巴拉斯效应）现象是由于（C, D ） (A) 高分子熔体热胀冷缩

(B) 高弹形变的储能超过克服粘滞阻力的流动能量时产生的不稳定流动 (C) 流动时有法向应力差，由此产生的弹性形变在出口模后要回复 (D) 高分子熔体在拉力下产生拉伸弹性形变，来不及完全松弛掉要回复

8. When a polymer is stressed in tension, the ( A ) with the stretch rate increases。 (A) σB increases and εB decrease; (B) σB decrease and εB increase; (C) σB increase and εB increase; (D) σB decrease and εB decrease

9. 粘弹性是高聚物的重要特征，在适当外力作用下，（ C ）有明显的粘弹性现象。 (A) Tg以下很多 (B) Tg附近 (C) Tg以上很多 (D) Tf以上

10. Which are correct about Polystyrene-b-polybutadiene-b-polystyrene (SBS) （A, B, D）:

(A) SBS is a thermoplastic elastomers (B) SBS is a block copolymer (C) SBS is a alternative copolymer

(D) SBS is obviously two-phase structure, as the continuous phase PB, PS of the dispersed phase.

二、判断题(每题1.5分，共15分)

1. 聚丙烯分子链中碳－碳键是可以旋转的，因此可以通过单键的内旋转使全同立构聚丙

烯转变为间同立构聚丙烯。( ? )

2. Based on Avrami equation, when polymer forms spherulites (three-dimensional growth of the

crystals) with a heterogeneous nucleation mechanism, the Avrami exponent (n) should be 3. ( ? )

3. For polymer blends with a UCST diagram, phase separation will take place when

temperature is below the UCST at any composition. ( ? )

4. For a polymer, the viscosity-average molecular mass is larger than its weight-average

molecular mass. ( ? )

5. 聚合物的取向态是一种热力学稳定状态。( ? )

6. The Maxwell element is good at predicting stress relaxation behavior of linear polymer.

( ? )

7. 应力－应变曲线下的面积，反映材料的拉伸断裂韧性大小。( ? ) 8. WLF方程的适用温度范围为Tg～Tg＋50℃。( ? )

9. 橡胶试样快速拉伸，由于熵减小放热等原因导致温度升高。 ( ? )

10. 高聚物的应力松弛现象，就是随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。( ? )

三、将下列英文名词翻译成中文或中文名词翻译成英文，并简要解释之（每题3分，共15分）

2. Lower critical solution temperature 低临界共溶温度

对于两组份混合物(聚合物/溶剂或聚合物/聚合物)体系，当温度低于临界温度时，体系在所有组成范围内都呈均相状态，当温度高于临界温度时，体系在某些组成范围内会发生相分离。

6. Polydispersity index 多分散指数

MwMz???MnMw 可用于表征聚合物的分子量分布。

7. 物理交联点 Physical crosslink

橡胶网状结构中由永久闭合圈或缠结点引起的交联点。

8. Takayanagi model 高柳素夫模型

用橡胶相和塑料相排列而成的模型。

9. Apparent viscosity 表观粘度

大多数高聚物熔体或浓溶液的粘度是随着剪切应力或剪切速率的变化而变化的，因此，特

定剪切速率下的粘度被称为表观粘度。

五、问答题 (共35分)

1. 在用凝胶渗透色谱方法测定聚合物分子量时，假如没有该聚合物的标样，但是有其它聚合物的标样，如何对所测聚合物的分子量进行普适标定？需要知道哪些参数？(8分)

参考答案：可以用其它聚合物标样来标定所测聚合物的分子量。当淋洗体积相同时，二者的特性粘数与分子量的乘积相等，即：

log?[η1]M1?=log?[η2]M2? 根据Mark-Houwink方程有：logM2?1?a1K1logM1?log1 1+a21+a2K2所以需要知道被测聚合物和标样的K，a值(在GPC实验所用的溶剂中)

2. 聚合物纤维熔融纺丝时，在拉伸和冷却工序之后，通常还有一道热定形工序，从高分子物理的角度谈谈该工序的作用。(8分) 参考答案：

聚合物纺丝时，在拉伸过程中聚合物链产生取向，此时高分子整链和高分子链段都发生取向。但是，由于高分子取向是热力学不稳定状态，在放置过程中聚合物链发生松弛，倾向于发生解取向。聚合物链段的长度远小于整链长度，它的松弛时间也远小于整链长度的松弛时间。因此在放置过程中，聚合物链段的松弛非常容易发生，导致聚合物纤维的外形发生变化。热定形工序就是在一定温度下使聚合物链段发生快速的解取向，使得聚合物纤维在放置和使用过程中不易发生变形。

3. What is the time-temperature superposition principle？What is the significance of the principle? (7分)

参考答案：

对同一个力学松弛现象，既可以在较高温度下、较短时间内观察到，也可以在较低高温度下、较长时间内观察到。因此，升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的。借助转换因子可将在某一温度下测定的力学数据转变成另一温度下的力学数据。

4. 影响聚合物力学内耗的因素是什么？(12分) 参考答案：

内耗的大小与高聚物本身的结构有关：分子链上没有取代基，链段运动的内摩擦阻力较小，内耗较小；有较大或极性的侧基，链段运动的内摩擦阻力较大,内耗较大;侧基数目很多，内耗就更大。

内耗受温度影响较大：Tg以下，高聚物受外力作用形变很小，只有键长和键角变化，速度很快，几乎跟得上应力的变化，内耗很小；温度升高，向高弹态过渡，由于链段开始

运动，而体系粘度还很大，链段运动时受到摩擦阻力比较大，因此高弹形变显著落后于应力的变化，内耗也大；温度进一步升高，链段运动比较自由，内耗就变小了，因此在玻璃化转变区域出现内耗峰；温度继续升高，向粘流态过渡时，由于分之间互相滑移，因而内耗急剧增加。

内耗与频率的关系；频率很低时，高分子的链段运动完全跟得上外力的变化，内耗很小，高聚物表现出橡胶的高弹性；在频率很高时，链段运动完全跟不上外力的变化，内耗也很小，高聚物显得刚性，表现出玻璃态的力学性质；在中间区域，链段运动跟不上外力的变化，内耗在一定的频率范围出现极大值，这个区域中，材料的粘弹性表现得很明显。

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； 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？为什么在表征高分子

？已知一根聚乙烯分子链的聚合度为600，在

(设C－C键的键长为0.15nm, 键

链柔性时，要在? 条件下测定高分子链的? 条件下的均方半径

=36nm2,试求该分子链的

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η(2分)；

2. 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－1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。 30～200℃间不同温度下相同观察时间范尼龙6 参考温度提高时围内(例如100-103秒)的一组应力松弛曲线(Tg=50℃,Tm=250℃) 主曲线的变化 以及转换到参考温度为50℃的主曲线 有机玻璃 -20℃、80℃、150℃的应力-应变曲线 应变速率提高 (Tb=0℃,Tg=100℃,Tf=200) 聚乙烯熔体表观粘度与分子量之间的关系 切变速率提高

(Tg=-80℃,Tm=136℃) 等规立构聚丙烯 比容-温度曲线 升温速率提高 (Tg=-10℃，Tm=176℃) 顺丁橡胶增韧聚苯乙烯 顺丁橡胶：Tg= -100℃; 动态力学性能(储能模量和tg?)-频率谱 试验温度提高 聚苯乙烯：Tg= ＋100℃ 非晶态聚对苯二甲酸乙二醇酯PET(部分结晶PET的缓慢升温过程中的模量-温度曲线 结晶度很高 Tg=75℃,Tm=230℃) 高分子物理期终考试试题答案 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?为对数减量，A为振幅，足标表示自振动开始振幅的序数。 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。

，其中

，其

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轴拉伸定向有机玻璃的

在室温附近，而双

低于室温。拉伸度足够高时，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

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） 3) 计算：＝216nm2，＝54nm2， =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； 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η=10s (2分)；

2.切变速率分别为0.1、10和100s－1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定参数改变时曲线的变化。 有机玻璃-20℃、80℃、150℃尼龙6(Tg=50℃,Tm=250℃) 的应力-应变曲线 聚乙烯熔体表观粘度与分子量等规立构聚丙烯比容-温度曲之间的关系 线 顺丁橡胶增韧聚苯乙烯动态力 非晶态聚对苯二甲酸乙二醇学性能(储能模量和tg?)-频率酯PET缓慢升温过程中的模量-谱（顺丁橡胶：Tg= -100℃;聚温度曲线 苯乙烯：Tg= ＋100℃）

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