聚合物結(jié)構(gòu)與性能題目教學(xué)培訓(xùn)

1、聚合物結(jié)構(gòu)與性能習(xí)題集考試為開卷考試，但只能帶課本，不能帶任何資料，就是希望大家完全掌握下列知識，做合格高分子專業(yè)研究生！一、提高聚合物樣品電鏡下穩(wěn)定性的方法對樣品進(jìn)行支撐：1.大目數(shù)電鏡銅網(wǎng)，如 400目銅網(wǎng)；2.無定型材料作支持膜：硝化纖維素（火棉膠），聚乙烯醇縮甲醛（pvf），或無定型碳； 碳支持膜：通過真空蒸涂的辦法，將碳沉積在光潔的載玻片或新剝離云母片表面，然后漂在蒸餾水表面，轉(zhuǎn)移至銅網(wǎng)上。二、提高聚合物樣品成像襯度的方法有幾個？（1）染色：將電子密度高的重金屬原子滲入聚合物的某些區(qū)域通過提高其電子密度來增大襯度的。從最終效果上染色分正染色和負(fù)染色。從作用機(jī)制上染色分化學(xué)反應(yīng)和物理滲

2、透。從手段上分直接染色和間接染色。最常用的染色劑有：四氧化鋨（oso4）、四氧化釕（ruo4）四氧化鋨（oso4）染色：四氧化鋨染色是利用其與-c=c-雙鍵以及-oh和-nh2基團(tuán)間的化學(xué)反應(yīng)，使被染色的聚合物含有重金屬鋨，從而使圖像的襯度提高。四氧化釕（ruo4）染色：四氧化釕染色是利用其對不同聚合物或同一聚合物的不同部位（如晶區(qū)和非晶區(qū)）的不同滲透速率，使不同聚合物或同一聚合物的不同部位含有不同量的重金屬釕，從而使圖像的襯度提高。（2）晶粒方向: 為得到清晰的襯度，可調(diào)整晶體樣品的取向，使得除透射電子束外，只出現(xiàn)一個很強(qiáng)的衍射束，一般稱為雙光束情況（3）調(diào)整樣品厚度；(4) 結(jié)構(gòu)缺陷；(5

3、)一次電子與二次電子相位三、何為橡膠的高彈性？高彈性的本質(zhì)是什么？什么化學(xué)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的高分子能夠作為橡膠材料？請用應(yīng)力應(yīng)變曲線表達(dá)出橡膠、塑料、有機(jī)纖維三者的區(qū)別。橡膠的高彈性：小應(yīng)力下的大形變、外力除去后可以恢復(fù)；高彈性的本質(zhì)是熵彈性。橡膠彈性是由熵變引起的，在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，熵減小，當(dāng)外力移去后，由于熱運動，分子鏈自發(fā)地趨向熵增大的狀態(tài)，分子鏈由伸展再回復(fù)卷曲狀態(tài)，因而形變可逆。具有橡膠彈性的化學(xué)結(jié)構(gòu)條件:（1） 由長分子鏈組成（2） 分子鏈必須有高度的柔性（3） 分子鏈必須結(jié)合在一個交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之中第一個條件是熵彈性的本源；第二個條件是分子鏈迅速改變構(gòu)想的

4、可能；第三個條件保證了可恢復(fù)性，這是橡膠材料不同于單分子鏈之處。（4） 具有橡膠彈性的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)：無定形態(tài)。（橡膠的聚集態(tài)是指很多生膠分子聚集在一起時分子鏈之間的幾何排列方式和堆砌狀態(tài)，由于橡膠的分子量很大，只存在固體和液體。橡膠為柔性長鏈分子，再加上它在常溫下分子鏈中的鏈段在不斷運動，故這么細(xì)長的柔性分子在常溫下都會卷曲成無規(guī)線團(tuán)，很多無規(guī)線團(tuán)又無序的堆砌成無定形結(jié)構(gòu)。）應(yīng)力應(yīng)變曲線：略（需要補(bǔ)全）。四、何為橡膠材料的粘彈性？粘性的本質(zhì)來源是什么？請寫出wlf方程，并闡述該方程的物理意義。材料對外力有兩典型的響應(yīng)：即彈性響應(yīng)與黏性響應(yīng)。分別用胡克定律和牛頓流體定律來描述橡膠材料的粘彈性是指高

5、聚物材料不但具有彈性材料的一般特性，同時還具有粘性流體的一些特性。即彈性響應(yīng)和黏性響應(yīng)都很明顯。橡膠受拉伸時發(fā)生可逆的形變，但鏈段運動需要克服材料的內(nèi)阻，本質(zhì)上也是一種流動。粘性的本質(zhì)來源是原子間結(jié)合力。橡膠的粘性表現(xiàn)為應(yīng)力松弛。即在一定的溫度和恒定應(yīng)變的作用下，觀察試樣的應(yīng)力隨時間增加而衰減的現(xiàn)象。由于橡膠材料為長鏈聚合物，所以分子鏈在發(fā)生一定形變后，會使分子鏈滑移，因此表現(xiàn)出粘性。wlf方程：ts為參考溫度，c1 ,c2為取決于聚合物種類和參考溫度的常數(shù)。如果取ts=tg，c1 ,c2普適常數(shù)c1=17.44,c2=51.6物理意義：表明移動因子與溫度與參考溫度之差有關(guān)，反映的是高分子鏈段

6、運動特有的溫度依賴關(guān)系。實用意義：一個溫度下測定的力學(xué)性能-時間（頻率）曲線可以在時間（頻率）坐標(biāo)上平移變換為另一溫度下的曲線，該方程建立了平移量與溫度差之間的關(guān)系。五、請舉兩個例子說明彈性體大分子鏈結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用的關(guān)系。例1.丁基橡膠iir丁基橡膠是異丁烯和少量二烯烴（異戊二烯）共聚制成的無規(guī)共聚物，為白色可暗灰色透明彈性體，其合成過程如下：丁基橡膠中異丁烯鏈節(jié)中兩個對稱取代的甲基使得丁基橡膠分子鏈成為隨意卷曲的無定形狀態(tài)，側(cè)甲基的密集排列限制了聚合物分子的熱運動，填補(bǔ)了分子鏈間的孔隙，因而具有優(yōu)異的耐透氣性、耐透水性和吸收能量的特性（適合用于阻尼減震材料）；聚異丁烯段規(guī)整、對稱性高，在拉

7、伸時形成結(jié)晶，有自補(bǔ)強(qiáng)作用；并且丁基橡膠還有耐候性、耐臭氧性、耐水性、耐化學(xué)藥品性、聚合物的韌性好，回彈性小，沖擊吸收性能好；但iir 的自黏性和互黏性差，與其它通用橡膠相容性低通過鹵化的方法提高黏結(jié)性（鹵素含量122）。iir的應(yīng)用：利用iir的高氣密性充氣輪胎的內(nèi)胎；使用鹵化iir制造無內(nèi)胎子午線輪胎的氣密層；利用iir的耐透水性防水卷材，電氣制品；利用iir的高耐熱性耐熱運輸帶；利用iir的高阻尼性減震、吸振制品。例2.丁苯橡膠sbr丁苯橡膠是以丁二烯和苯乙烯為單體共聚而得的高分子彈性體。其結(jié)構(gòu)式為：丁苯橡膠主鏈上有部分碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)，側(cè)基中有苯環(huán)和碳碳雙鍵，并且其含量隨聚合方法和聚合條件

8、等因素的改變而改變，導(dǎo)致其產(chǎn)品的性能也有一些差異。丁二烯鏈節(jié)的微觀結(jié)構(gòu)，苯乙烯結(jié)合量，序列分布和主鏈結(jié)構(gòu)（星形）都對丁苯橡膠的性能有影響。丁二烯1,2-構(gòu)型增加，會使丁苯橡膠tg升高，回彈性降低，扯斷伸長率、300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度以及耐磨性均下降，加工性能和胎面膠的抗?jié)窕缘玫礁纳?。苯乙烯結(jié)合量增加，tg升高，耐磨性下降；嵌段苯乙烯量增加，引起拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力下降，生熱和變形增加。支化星形溶聚丁苯橡膠滾動阻力降低，抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅芏加刑岣摺Ｐ阅埽海?）非結(jié)晶性橡膠，必須使用增強(qiáng)填料補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)后的強(qiáng)度能達(dá)到nr純膠的水（2）耐磨性較好，耐寒性較差（比nr），內(nèi)耗大，生熱高，彈性較低。（

9、3）耐熱氧老化特性優(yōu)于nr，硫化速度較nr慢（因sbr的雙鍵濃度較低和苯環(huán)的體積位阻效應(yīng)）；sbr的使用上限溫度比nr高10-20。（4）sbr的耐溶劑性能以及電絕緣性能與nr相似，因為均為非極性二烯類橡膠。（5）加工性能比nr稍差，尤其是s-sbr 包輥性差，自粘互粘性差。應(yīng)用：（1）應(yīng)用廣泛，除要求耐油、耐熱、耐特種介質(zhì)等特殊性能外的一般場合均可使用。(2)主要用于輪胎工業(yè)，如轎車胎、拖拉機(jī)胎、摩托車胎中應(yīng)用比例較大，載重及子午胎中應(yīng)用比例較小些。(3)在無特殊要求的膠帶、膠管及一些工業(yè)制品中也獲得了廣泛的應(yīng)用，如輸水膠管、鞋底二銻、含鹵阻燃劑、硼酸鋅、氫氧化鋁、磷酸酯類）。向體系中添加阻

10、燃劑，盡管對體系的力學(xué)性能有所影響，但具有較好的實用性和經(jīng)濟(jì)性。六、如果對牛頓流體、胡克彈性體以及高分子粘彈體三種不同材料施加如下圖所示的周期性應(yīng)變作用，請在下圖畫出這三種材料的響應(yīng)應(yīng)力曲線。（a）胡克彈性體動態(tài)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系（黑色為應(yīng)變）（應(yīng)力與應(yīng)變同時響應(yīng)）（固體）（b）牛頓流體的動態(tài)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系（黑色為應(yīng)變）(應(yīng)力導(dǎo)前應(yīng)變/2)（流體） （c）高分子粘彈體應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系（應(yīng)力導(dǎo)前應(yīng)變一個相角）（彈性體）（考試只用畫出前3個圖）七、何謂儲能模量、損耗模量以及復(fù)數(shù)模量？何謂損耗角正切？復(fù)數(shù)模量：g*=s（g,g”），總變形能量指標(biāo)。儲能模量：g=/，彈性儲存能量指標(biāo)。損耗模量：g=/

11、，變形消耗能量指標(biāo)。損耗因子：tg= g/ g，亦稱損耗角，流動性參考指標(biāo)，表征材料的阻尼性能。損耗因子越大，耗散能量的能力越強(qiáng)。八、概述結(jié)晶高聚物從低溫到高溫升溫時，可能發(fā)生的熱轉(zhuǎn)變，其相應(yīng)溫度的名稱；并給出轉(zhuǎn)變的分子運動解釋。 答：隨著受熱溫度的增加，結(jié)晶高聚物可能發(fā)生的熱轉(zhuǎn)變有：玻璃化轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的溫度名稱為玻璃化溫度tg；熔融態(tài)轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的溫度名稱為熔點tm；最后到達(dá)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的溫度名稱為粘流溫度tf。分子運動角度對發(fā)生的熱轉(zhuǎn)變解釋如下：結(jié)晶高聚物由于含有非結(jié)晶部分，因此其溫度形變曲線也會出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，但由于結(jié)晶部分的存在，鏈段運動受到限制，模量下降較少。對于結(jié)晶度很高的材料也

12、會不出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，即在tg-tm之間并不出現(xiàn)高彈態(tài)，只有達(dá)到熔點tm，結(jié)晶瓦解，鏈段熱運動程度迅速增加，模量才迅速下降。為什么pe能制成高強(qiáng)高模纖維就是這個道理。若高聚物分子量較高tm<tf，則在tm與tf之間可以出現(xiàn)高彈態(tài)；若高聚物分子量較低，則tm>tf，大分子晶體熔融后直接變成粘流態(tài)。九、請簡述影響高聚物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的各種因素，并給出一種測試玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法和簡單原理。 答：影響玻璃化溫度的因素有如下：結(jié)構(gòu)因素，包括鏈結(jié)構(gòu)的影響、分子量的影響、共聚與共混的影響、交聯(lián)的影響、結(jié)晶和取向的影響。外界條件的影響，包括升溫速率、外力、測量頻率、結(jié)晶和取向的影響，壓力影響。 可

13、以通過dta方法測量玻璃化溫度，原理為高聚物在玻璃化轉(zhuǎn)變時由于改變熱容使dta曲線基線平移，如圖所示(材料研究方法課本p118圖22)，得到dta曲線之后，以轉(zhuǎn)折線的延線和基線延線的交點作為玻璃化溫度tg概念區(qū)分 初期結(jié)晶與二次結(jié)晶：初期結(jié)晶是指液態(tài)或氣態(tài)初步形成晶體的過程；二次結(jié)晶是指結(jié)晶后期發(fā)生在初晶結(jié)構(gòu)不完善的部位，或者發(fā)生在初始晶殘留下的非晶區(qū)內(nèi)的結(jié)晶形象。十、試從聚合物的本體結(jié)構(gòu)和極性扼要敘述能夠相互容混的聚合物應(yīng)滿足的條件。相容同晶型高分子共混物和相容絡(luò)合高分子共混物是如何形成的？如何測定多組分聚合物體系的相容性？答：能夠相互容混的聚合物應(yīng)滿足的條件為：結(jié)構(gòu)和極性上組分聚合物之間應(yīng)

14、相近或相似，或不同聚合物間能形成化學(xué)鍵或氫鍵。相容同晶型高分子共混物是由于組成共混物的組分聚合物間相容性好且它們的結(jié)晶晶型相同，共混后不同聚合物間共同形成結(jié)晶，從而形成相容同晶型高分子共混物；相容絡(luò)合高分子共混物是聚合物共混后能在不同聚合物間形成絡(luò)合作用，從而形成相容絡(luò)合高分子共混物。多組分聚合物體系的相容性的測定方法有：1）將共混物溶解在溶劑中觀察是否發(fā)生相分離；2）將共混物溶液澆鑄成膜，觀察膜的透明性及脆性來了解其相容性的好壞3）測tg，觀察是否只有一個tg；4）動態(tài)力學(xué)方法及動態(tài)流變方法5）顯微技術(shù)6）小角x射線衍射。十一、試扼要說明分子量及其分布、溫度、壓力和剪切速率對聚合物熔體粘度的

15、影響。為何嵌段和接枝共聚物的熔體粘度高于按按該共聚物分子量和組成的估算值？答：分子量及其分布（一般情況下，分子量越大，粘度越大；在平均分子量相同時，在高剪切速率下分子量分布越寬，粘度越?。?、溫度（溫度上升，粘度降低，剛性分子對溫度的變化表現(xiàn)出更大的敏感性）、壓力（壓力越大，粘度越大）和剪切速率和剪切應(yīng)力（對剛性分子鏈和柔性分子鏈，粘度對剪切速率和剪切應(yīng)力的依賴性不同，柔性分子比剛性分子有更大的敏感性，即隨剪切速率增加和剪切應(yīng)力，柔性分子的粘度降低更明顯）。因為通過嵌段和接枝，聚合物分子間通過化學(xué)鍵結(jié)合，聚合物分子間作用力增強(qiáng)，比具有相同組成的未嵌段和接枝的高聚物分子間的作用力強(qiáng)，因此嵌段和接枝

16、共聚物的熔體粘度高于按按該共聚物分子量和組成的估算值。十二、在低溫下為何經(jīng)過增塑的半晶性聚合物的硬度或脆性反而更大？答：因為在低溫下增塑劑在半晶性聚合物中可能起到晶核作用，促進(jìn)聚合物的結(jié)晶，使聚合物的結(jié)晶度增加，從而導(dǎo)致其脆性變大；另外在該情況下增塑劑也可能起到破壞聚合物結(jié)晶完整性的作用，使聚合物結(jié)晶中含有更多的缺陷，導(dǎo)致聚合物力學(xué)性能變壞。十三、在應(yīng)力作用下為何高分子在不良溶劑中比在優(yōu)良溶劑中容易斷鏈？答：因為高分子在優(yōu)良溶劑中分子鏈的自由度更大，在受到應(yīng)力作用時，分子鏈可以通過鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)來抵消應(yīng)力的作用，相當(dāng)于這時分子鏈的柔性增加；而在不良溶劑中，這時分子鏈的旋轉(zhuǎn)受到限制，使分子可能更快地

17、達(dá)到化學(xué)鍵斷裂的程度，因此應(yīng)力作用下為何高分子在不良溶劑中比在優(yōu)良溶劑中容易斷鏈。十四、試扼要敘述下列分析技術(shù)在聚合物結(jié)構(gòu)研究方面的應(yīng)用：a） dsc；b）waxd；c）tem；d）ftir答： a）dsc：1、測tg、tm、td；2、測結(jié)晶度及結(jié)晶動力學(xué)3、測共聚物結(jié)構(gòu)及共混復(fù)合物的相分離行為4、測聚合物的熱穩(wěn)定性（如熱氧化、熱降解等）等方面。b）waxd：1）聚合物晶體尺寸及完整性的測定2）晶體取向分析3）結(jié)晶度的研究4）聚合物構(gòu)象的研究5）聚合物形變和退火的研究6）聚合物晶體中分子運動的研究，7）高分子溶液的研究等。c）tem：1）內(nèi)部細(xì)微的形態(tài)與結(jié)構(gòu)；2）聚合物的晶格；3）聚合物網(wǎng)絡(luò)；

18、4）微孔大小分布；5）分子量分布。d）ftir：1）測端基計算聚合物的平均分子量；2）測定反應(yīng)動力學(xué)及相對速度；3）測化學(xué)變化；4）測化學(xué)結(jié)構(gòu)；5）測聚合物構(gòu)型；6）測構(gòu)象及結(jié)晶；7）測支化度；8）測聚合物共混；9）測分子間作用力等方面。十五、a、b兩聚合物不相容混，試扼要敘述提高a和b聚合物容混性可采用哪些方法；如何用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來確定兩聚合物的容混性，舉出兩中測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法。答：方法有（1）加入含有能與a、b兩種聚合物作用的嵌段或接枝共聚物作為增容劑，；（2）加入帶有官能團(tuán)的聚合物，在共混過程中通過反應(yīng)形成增容劑，；（3）通過反應(yīng)性共混就地形成嵌段共聚物作為增容劑，；（4）通過

19、對基體樹脂進(jìn)行部分氧化，或用射線、電子束、微波、紫外光等輻射或輻射接枝，達(dá)到增加基體樹脂與分散相間的浸潤性，增加兩相間的相容性；（5）在加工過程中通過力化學(xué)方法進(jìn)行自增容。用測tg的方法確定容混性：通過測定共混物的tg，觀察是否在兩種聚合物的tg間有單一的共混物的tg或一玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，如果有這樣的單一的共混物tg或一玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，則兩聚合物的容混性好，如果測得的共混物的tg為兩個，則兩tg相互間相距越近，則兩聚合物容混就越好，而兩tg相互間相距越遠(yuǎn)，則兩聚合物容混就越差。tg測定方法：（1）膨脹計法（2）dta或dsc法（3）折光率法，另外還有利用聚合物在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后其他物理性質(zhì)如導(dǎo)熱

20、系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、介電損耗、力學(xué)損耗等性能的突然變化來測定tg。十六、分析聚合物結(jié)構(gòu)（一、二、 三次結(jié)構(gòu)）對聚合物強(qiáng)度的影響。答：一次結(jié)構(gòu)是指聚合物的近程結(jié)構(gòu)，包括鏈中原子的種類和排列，取代基和端基的種類，單體單元的排列順序，支鏈的類型和長度等分子構(gòu)造以及鏈中某一原子的取代基在空間的排列等分子構(gòu)型，是指分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)；二次結(jié)構(gòu)是指分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)，包括分子的大小與形態(tài)，鏈的柔順性及分子在各種環(huán)境中所采取的構(gòu)象；三次結(jié)構(gòu)是指高分子材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)和液晶態(tài)結(jié)構(gòu)。一次結(jié)構(gòu)對聚合物強(qiáng)度的影響為：因為高分子具有強(qiáng)度在于主鏈的化學(xué)鍵力和分子間力，所以增加高分子的極性

21、或產(chǎn)生氫鍵可使強(qiáng)度提高，但如果極性基團(tuán)過密或取代基團(tuán)過大，阻礙鏈段運動，高分子的拉伸強(qiáng)度雖然大了，但材料變脆；主鏈含有芳雜環(huán)的聚合物，其強(qiáng)度和模量都比脂肪族主鏈的高；分子鏈支化程度增加，使分子間的距離增加，分子間作用力減小，聚合物的拉伸強(qiáng)度會降低，但沖擊強(qiáng)度會提高；適度的交聯(lián)可以有效地增加分子鏈間的聯(lián)系，使分子鏈不易發(fā)生相對滑移，隨著交聯(lián)度的增加，強(qiáng)度增高，但過度的交聯(lián)會使沖擊強(qiáng)度降低。二次結(jié)構(gòu)對聚合物強(qiáng)度的影響為：分子量對拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響為，當(dāng)分子量低時，隨分子量的增加，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都會提高，但當(dāng)分子量超過一定的數(shù)值以后，拉伸強(qiáng)度的變化就不大了，而沖擊強(qiáng)度則繼續(xù)增大；同時分子量

22、分布也對聚合物強(qiáng)度有一定影響，對于平均分子量相同而分子量分布較寬的聚合物，其強(qiáng)度就比分子量分布窄的聚合物的強(qiáng)度低；一般地分子鏈的柔順性增加聚合物的強(qiáng)度降低，分子在各種環(huán)境中所采取的構(gòu)象間的位壘小，相當(dāng)于分子鏈的柔順性變好，聚合物的強(qiáng)度降低。三次結(jié)構(gòu)對聚合物強(qiáng)度的影響為：結(jié)晶度增加，對提高拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彈性模量又好處，但結(jié)晶度太高，則要導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率的降低；非晶態(tài)的增加會拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彈性模量降低，但適當(dāng)增加非晶態(tài)的含量，能提高聚合物的沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率；使取向可以使材料的強(qiáng)度提高。十七、試分析高分子近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)對性能的影響。答：近程結(jié)構(gòu)對聚合物性能的影響為：因為高

23、分子具有強(qiáng)度在于主鏈的化學(xué)鍵力和分子間力，所以增加高分子的極性或產(chǎn)生氫鍵可使強(qiáng)度提高，但如果極性基團(tuán)過密或取代基團(tuán)過大，阻礙鏈段運動，高分子的拉伸強(qiáng)度雖然大了，但材料變脆；主鏈含有芳雜環(huán)的聚合物，其強(qiáng)度和模量都比脂肪族主鏈的高；分子鏈支化程度增加，使分子間的距離增加，分子間作用力減小，聚合物的拉伸強(qiáng)度會降低，但沖擊強(qiáng)度會提高；適度的交聯(lián)可以有效地增加分子鏈間的聯(lián)系，使分子鏈不易發(fā)生相對滑移，隨著交聯(lián)度的增加，強(qiáng)度增高，但過度的交聯(lián)會使沖擊強(qiáng)度降低。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)對聚合物性能的影響為：分子量對拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響為，當(dāng)分子量低時，隨分子量的增加，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都會提高，但當(dāng)分子量超過一定的數(shù)值

24、以后，拉伸強(qiáng)度的變化就不大了，而沖擊強(qiáng)度則繼續(xù)增大；同時分子量分布也對聚合物強(qiáng)度有一定影響，對于平均分子量相同而分子量分布較寬的聚合物，其強(qiáng)度就比分子量分布窄的聚合物的強(qiáng)度低；一般地分子鏈的柔順性增加聚合物的強(qiáng)度降低，分子在各種環(huán)境中所采取的構(gòu)象間的位壘小，相當(dāng)于分子鏈的柔順性變好，聚合物的強(qiáng)度降低。十八、試從聚合方法、鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及性能等方面比較hdpe和ldpe。答：從聚合方法、鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及性能等方面比較hdpe和ldpe，它們間的差別為：hdpe為低壓聚合，可采用溶液法、泥漿法及氣相法工藝，催化劑采用zeigler催化劑，即過度金屬氯化物和有機(jī)金屬化合物，得到的hdpe結(jié)構(gòu)

25、比較規(guī)整，含有少量短支鏈，分子量、密度、結(jié)晶度都比較高，質(zhì)地堅硬，軟化溫度與機(jī)械強(qiáng)度較高，介電性能比ldpe略差，耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)于ldpe；ldpe采用高壓氣相聚合工藝，催化劑為有機(jī)過氧化物，得到的ldpe結(jié)構(gòu)規(guī)整性較差，含有較多的短鏈分枝，分子量、密度、結(jié)晶度較低，分子量分布較寬，質(zhì)地柔軟，透明性和加工性能優(yōu)于hdpe，機(jī)械強(qiáng)度較差。十九、試扼要說明聚合物溶液或熔體的流變行為、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能與分子結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)的關(guān)系。答：聚合物溶液或熔體的流變行為、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能與分子結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)的關(guān)系為：（1）分子量的影響，當(dāng)分子量大于臨界分子量時，隨分子量的增加，聚合物的粘度急劇增加，當(dāng)分子量小

26、于臨界分子量時，聚合物粘度隨分子量增加而線性增加；分子量增加，聚合物熱穩(wěn)定性增加；當(dāng)超過臨界分子量以后，聚合物才能顯示出使用的機(jī)械強(qiáng)度，并且聚合物的機(jī)械強(qiáng)度隨分子量的增加而很快增加，但分子量達(dá)到一定程度以后，機(jī)械強(qiáng)度與分子量的大小關(guān)系不大。（2）分子量分布的影響，在低剪切速率時，平均分子量相同的聚合物，分子量分布寬的粘度較大，但當(dāng)剪切速率增加時，分布寬的聚合物粘度比分布窄的聚合物粘度低；分子量分布對熱穩(wěn)定性有明顯影響，分子量分布寬，小分子量部分含量大，將降低聚合物的熱穩(wěn)定性；同時分子量分布寬有利于加工，但聚合物的強(qiáng)度會降低。（3）鏈支化的影響，一般地，當(dāng)支鏈不太長時，鏈支化對聚合物粘度影響不大

27、，對熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能也影響不大；在分子量相同時，短支鏈的聚合物粘度比線性聚合物略低；當(dāng)支鏈很長時，支化聚合物粘度比線性聚合物高很多，但長支鏈聚合物粘度對剪切速率的變化更敏感，在高剪切速率下，長支鏈聚合物粘度比線性聚合物粘度低，長支鏈結(jié)構(gòu)有利于提高熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。（4）其他結(jié)構(gòu)因素，凡能使聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高的因素，往往也使聚合物粘度升高，如對于分子量相同的兩種聚合物，分子鏈剛性、極性的增加，會使聚合物粘度增加，另外氫鍵和離子鍵的形成也會使聚合物粘度增加，而這些因素的存在有利于提高聚合物的熱穩(wěn)定性和拉伸強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能，但會降低聚合物的沖擊強(qiáng)度。（5）結(jié)晶及取向的影響，聚合物結(jié)

28、晶度越大，聚合物的粘度會增加，而取向的形成會導(dǎo)致聚合物粘度降低，結(jié)晶的存在和增加有利于提高熱穩(wěn)定性和拉伸強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能，但會降低聚合物的沖擊強(qiáng)度，取向的存在和提高有利于提高聚合物的熱穩(wěn)定性，同時提高聚合物的力學(xué)性能。二十、高分子液晶的形成條件是什么？闡明液晶紡絲的原理以及液晶紡絲對纖維的結(jié)構(gòu)性能的影響。答：高分子液晶包括由升溫至某一溫度范圍內(nèi)使聚合物形成液晶態(tài)的熱致型和由溶劑在一定濃度范圍內(nèi)成為液晶態(tài)的溶致型，因此高分子液晶的的形成條件就包括熱和形成溶液。液晶紡絲的原理為：利用液晶體系高濃度、低粘度和低切變速率下的高取向度的特點，解決通常情況下難以解決的高濃度必然伴隨高粘度的問題，并

29、且在較低的牽引條件下，獲得較高的取向度，避免纖維在高倍拉伸時產(chǎn)生應(yīng)力和受到損傷。液晶紡絲能使纖維獲得高取向，避免纖維在高倍拉伸時產(chǎn)生應(yīng)力和受到損傷，使纖維的抗張強(qiáng)度得到大幅度提高。二十一、.聚丙烯酸鈉水溶液經(jīng)高速攪拌或在其中加入氯化鈉，溶液的粘度均下降，試通過結(jié)構(gòu)表征，說明產(chǎn)生粘度下降的原因。答：可以通過光散射測定聚丙烯酸鈉分子尺寸的變化來進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，聚丙烯酸鈉水溶液經(jīng)高速攪拌或在其中加入氯化鈉后聚丙烯酸鈉分子尺寸變小。這是因為在經(jīng)高速攪拌或在其中加入氯化鈉后，使鈉離子可以在聚陰離子鏈的外部和內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散，因此有更多的鈉離子能接近聚陰離子，使部分陰離子靜電場得到平衡，聚合物

30、鏈上的排斥作用減弱，分子鏈分子蜷曲，分子尺寸縮小，分子鏈間的作用減小，溶液粘度降低。2、試提出分析測試方法，說明互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（ipn）比構(gòu)成該ipn的聚合物具有更好的阻尼性能。答：可以通過分別測定互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（ipn）和構(gòu)成該ipn的聚合物的力學(xué)損耗角隨溫度或頻率的變化曲線，得到各自的損耗峰面積，通過比較損耗峰面積的大小可以知道互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（ipn）比構(gòu)成該ipn的聚合物具有更好的阻尼性能。二十二、試扼要敘述下列分析與表征技術(shù)的基本原理及在聚合物研究方面的應(yīng)用：（1）tem；（2）偏光顯微鏡（plm）；（3）ftir；（4）dsc；（5）uv；（6）sals（小角激光散射）；（7）gpc

31、（1）tem：原理為：當(dāng)平行電子束遭遇到物質(zhì)的散射作用而分裂成為各級衍射譜，各級衍射譜經(jīng)過干涉重新在像平面上匯聚成諸像點，從而形成帶有物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的像。應(yīng)用：1）內(nèi)部細(xì)微的形態(tài)與結(jié)構(gòu)；2）聚合物的晶格；3）聚合物網(wǎng)絡(luò)；4）微孔大小分布；5）分子量分布。（2）偏光顯微鏡（plm）：原理：將顯微鏡上安裝上一個起偏器和一個檢偏器，當(dāng)一束自然光通過起偏器后形成偏振光，該偏振光通過聚合物球晶時將發(fā)生雙折射，分成兩束電矢量互相垂直的偏振光，它們的電矢量分別平行和垂直于球晶的半徑方向，由于這兩個方向上折射率不同，這兩束光通過球晶后必然產(chǎn)生一定的相位差而發(fā)生干涉作用，結(jié)果使通過球晶的一部分區(qū)域的光可以通過與起

32、偏器出于正交位置的檢偏器，而另一部分區(qū)域不能，最后分別形成球晶照片上的亮暗區(qū)域。應(yīng)用：觀察聚合物球晶的大小、形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及生長過程。（3）ftir：原理為：物質(zhì)是由原子和分子組成的，在吸收一定波長的光量子后，原子會發(fā)生振動，分子會發(fā)生轉(zhuǎn)動，當(dāng)吸收的光波在紅外區(qū)時，這樣的振動和轉(zhuǎn)動不會引起化學(xué)鍵破壞，而只引起鍵的振動，不同的化學(xué)鍵對應(yīng)于特定波長的紅外光，也就是說當(dāng)對物質(zhì)在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行紅外連續(xù)光譜輻照時，不同的化學(xué)鍵對應(yīng)于不同波長的紅外光吸收，從而得到與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的紅外吸收光譜，根據(jù)光譜就可以得到有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息。ftir就是紅外光譜分析中的一種方法，其特點的快速、準(zhǔn)確，并能反映聚合物結(jié)構(gòu)

33、的微小變化。應(yīng)用：a）測端基計算聚合物的平均分子量；b）測定反應(yīng)動力學(xué)及相對速度；c）測化學(xué)變化；d）測化學(xué)結(jié)構(gòu)；e）測聚合物構(gòu)型；f）測構(gòu)象及結(jié)晶；g）測支化度；h）測聚合物共混；i）測分子間作用力等方面。（4）dsc：dsc是熱分析技術(shù)的一種，熱分析技術(shù)的基礎(chǔ)是當(dāng)物質(zhì)的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化時，往往伴隨著熱力學(xué)性質(zhì)（如熱焓、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)等）的變化，因此通過測定其熱力學(xué)性質(zhì)的變化，可以了解物質(zhì)的物理或化學(xué)變化過程，得到物質(zhì)的有關(guān)結(jié)構(gòu)信息。dsc的特點是在相同的溫度條件下，采取熱量補(bǔ)償?shù)姆绞奖３謨蓚€量熱器皿的平衡，從而測量試樣對熱能的吸收和放出，這樣就能夠精確迅速地測定熱容和熱焓。應(yīng)用：

34、1、測tg、tm、td；2、測結(jié)晶度及結(jié)晶動力學(xué)3、測共聚物結(jié)構(gòu)及共混復(fù)合物的相分離行為4、測聚合物的熱穩(wěn)定性（如熱氧化、熱降解等）等方面。（5）uv：原理：通過測定樣品對紫外光和處于400-800nm的可見光的吸收情況，從而得到有關(guān)樣品結(jié)構(gòu)上的信息。應(yīng)用：聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的鑒定。（6）sals（小角激光散射）：原理：用一束單色的激光對樣品進(jìn)行小角照射，通過測定激光的散射光得到有關(guān)樣品結(jié)構(gòu)的信息。應(yīng)用：球晶結(jié)構(gòu)的研究；結(jié)晶聚合物拉伸變形過程中球晶變化情況以及晶粒的取向的研究；聚合物結(jié)晶過程、球晶大小和形態(tài)以及球晶是生長速率的研究；用于共混體系的研究等。（7）gpc：基本原理為：聚合物在有孔色譜柱

35、上，經(jīng)淋洗液淋洗時，不同分子量的聚合物被淋洗液淋出的先后順序不同，分子量大的先被淋出，分子量小的后被淋出，利用該性質(zhì)可以將化學(xué)性質(zhì)相同，而分子體積不同的高分子同系物進(jìn)行分離。如果用已知分子量的聚合物進(jìn)行表定，就可根據(jù)淋出液的體積的大小得到被淋出高分子的分子量，從而得到有關(guān)高分子分子量及分子量分布的有關(guān)信息。應(yīng)用：1、測分子量及分子量分布；2、與粘度或分子量測定相結(jié)合，研究聚合物的長鏈支化度；3、測定高分子和共聚物的組成分布；4分離高分子，制備標(biāo)準(zhǔn)樣品等方面。二十三、試述聚合物取向?qū)ζ淞W(xué)性能和熱性能的影響。答：聚合物取向后，材料的力學(xué)性能如抗張強(qiáng)度和撓曲疲勞強(qiáng)度在取向方向上顯著增加，而與取向方向相垂直的方向上則降低，沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率也會發(fā)生相應(yīng)的變化。