材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題答案與翻譯

1、根據(jù)本章給出的結(jié)構(gòu)，畫出下列鏈節(jié)結(jié)構(gòu):(1)聚氟乙烯：一CHCH1;(2)聚二氟氯乙烯：一CECFCJ-計(jì)算下列聚合物的鏈節(jié)分子量(1)聚氯乙烯：一C屋一CHC1-:m=2+2+=mol(2)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯：一OCH-CH2OCOCH4CO-m=10+8+4=molCH3m=+2+6+3=mol聚丙烯的數(shù)均分子量為1,000,000g/mol,計(jì)算其數(shù)均聚合度。答：鏈節(jié)為一CH3CH-CH,(3)聚乙烯醇:CHCHOI+-(3)聚碳酸酯:m=16+14+3=molCMq(4)聚二甲硅氧烷：C2H6OSi(a)計(jì)算聚苯乙烯鏈節(jié)的分子量答：鏈節(jié)為CHGHsCht,分子量：m=8+8=(b)計(jì)

2、算重均聚合度為25000的聚苯乙烯的重均分子量答：M.=25000g/mol=2603800g/molF表列出了聚丙烯的分子量，計(jì)算(a)數(shù)均分子量(b)重均分子量(c)數(shù)均聚合度(d)重均聚合度分子量分布(g/mol)XiWi8,00016,00016,00024,00024,00032,00032,00040,00040,00048,00048,00056,000答：(a)=12000+20000+28000+36000+44000+52000=600+3200+6720+10080+8800+3640=33040(g/mol)+36000+44000+52000=240+2000+560

3、0+10800+11880+10920=41440(g/mol)(b)WjMj=12000+20000+28000(d)下表列出了某聚合物的分子量分布。計(jì)算（a）數(shù)均分子量（b）重均分子量（c）如果已知這一聚合物的重均聚合度為780,指出此聚合物為表所列聚合物中的哪一個(gè)為什么（d）這一材料的數(shù)均聚合度為多少分子量分布（g/mol）XiWi15,00030,00030,00045,00045,00060,00060,00075,00075,00090,00090,000105,000105,000120,000120,000135,000+67500+82500+97500+112500+127

4、500=900+2625+8400+17550+19800+11700+9000+3825=73800(g/mol)+67500+82500+97500+112500+127500=225+1500+5775+16200+22275+15600+13500+6375=81450(g/mol)(c)答：（a）=22500+37500+52500(b)WjMj=22500+37500+52500此聚合物為聚苯乙烯根據(jù)下面的分子量分布和重均聚合度為585的條件，判斷是否為聚甲基丙烯酸甲酯均聚物分子量分布(g/mol)XiWi8,00020,00020,00032,00032,00044,00044,

5、00056,00056,00068,00068,00080,00080,00092,000答：聚甲基丙烯酸甲酯鏈節(jié)分子式為：05H8O2(CH2CH3COOCI3C-);其分子量m=5+8+2=mol重均分子量為:+62000+74000+86000=140+1300+4560+12500+16740+15540+7740=58520與條件相符，能形成均聚物高密度聚乙烯通過(guò)誘導(dǎo)氯原子隨機(jī)取代氫而被氯化。(a)確定取代5%的原始?xì)湓铀鐲l(wt%)的濃度(b)如何區(qū)別于傳統(tǒng)的聚氯乙烯的制備過(guò)程而得到氯化的聚乙烯答：（a）聚乙烯鏈節(jié)為：一CH2C建一；一個(gè)鏈節(jié)含有4個(gè)氫，現(xiàn)氯取代其=14000

6、+26000+38000+50000中5%的氫，則被氯取代5%氫的鏈節(jié)的分子量為：m=2+4+4=+=mol其中氯占重量百分?jǐn)?shù)為：4=wt%（b）聚氯乙烯是聚乙烯的改性產(chǎn)品。PVC樹脂經(jīng)過(guò)氯化后，分子鏈排列的不規(guī)則性增加，極性增加，使樹脂的溶解性增大，化學(xué)穩(wěn)定性增加，從而提高了材料的耐熱性及耐酸、堿、鹽、氧化劑等的腐蝕的性能。CPVC是一種應(yīng)用前景廣闊的新型工程塑料。在富含氯的氯仿和四氯化碳為溶劑，溶解PVC后進(jìn)行氯化反應(yīng)。.關(guān)于聚合物鏈，configuration（構(gòu)型）和conformation（構(gòu)象）間的區(qū)別是什么Conformationisthespatialarrangementof

7、atomsinamoleculesthatcancomeaboutthroughfreerotationofatomsaboutasinglechemicalbond.Itcanbechangedwithoutbreakingbonds.Examplerotationaboutsinglebondsproducethecis-trans,andE-Zconformations,especiallyoforganicmolecules.由于分子中的某個(gè)原子（或原子基團(tuán)）繞C-C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的暫時(shí)性的易變的空間結(jié)構(gòu)形式，不同的構(gòu)象之間可以相互轉(zhuǎn)變，在各種構(gòu)象形式中，勢(shì)能最低，最穩(wěn)定的構(gòu)

8、象是優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。Onthecontrary,configurationispermanentgeometry（各個(gè)原子特有的固定的空間排歹!J）.Itreferstospatialarrangementofbondsandcanbechangedonlybybreakingbonds.Example:L-&DandR-&S-configurationsoforganicmoleculescanonlybechangedbybreakingoneormorebondsconnectingthechiralatom.對(duì)于一個(gè)線型聚合物分子，其總鏈長(zhǎng)L依賴于鏈原子間的鍵長(zhǎng)d、分子中的總

9、鍵數(shù)N和骨架鏈中鄰近原子間的鍵角，其關(guān)系如下：而且，一系列聚合物分子的平均末端距r為：，線型聚四氟乙烯的數(shù)均分子量為500,000g/mol;計(jì)算這一材料的平均L和r值。答：PTFE勺鏈節(jié)為：一CECE一,鏈節(jié)的分子量為：m=2+4=g/mol聚合物的數(shù)均聚合度為：每個(gè)鏈節(jié)包含有2個(gè)C原子，因此有2個(gè)CC單鍵，聚合物中總鍵數(shù)N=50002=1000aCC單鍵鍵長(zhǎng)：d=nm,鍵角：=109,則聚合物鏈總長(zhǎng)及末端距各為：利用聚合物鏈分子總長(zhǎng)度L及鏈平均末端距r的定義，關(guān)于線型聚乙烯（a）確定L=2500nm時(shí)的數(shù)均分子量；（b）確定r=20nm時(shí)的數(shù)均分L=NdsinG)=1000(0.154si

10、n子量答：（a）PE的鏈節(jié)為：一CHCH2,d=nm,鍵角：=109由關(guān)系式得出：每個(gè)鏈節(jié)包含2個(gè)C原子，2個(gè)CC單鍵，聚合物的聚合度為：19940/2=9970聚乙烯鏈節(jié)的分子量m=2+4=g/mol:數(shù)均分子量”.一1：,1=9970=279698g/mol（b）由關(guān)系式得出：對(duì)應(yīng)的聚合度為：168662=8433,數(shù)均分子量L1：.1=8433=236579g/mol（a）根據(jù)加熱后的力學(xué)特性及（b）可能的分子結(jié)構(gòu)比較熱塑性和熱固性聚合物答： 熱塑性聚合物在一定溫度范圍內(nèi)， 能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的性能，線型或支鏈型聚合物具有這種性能，很容易進(jìn)行擠出，注射或吹塑等成型加工。熱固性聚合物

11、加熱后產(chǎn)生化學(xué)變化，逐漸硬化成型，反應(yīng)不可逆，再加熱也不軟化，也不能溶解。熱固性聚合物其分子結(jié)構(gòu)為體型，它包括大部分的縮合樹脂，具優(yōu)點(diǎn)是耐熱性高，受壓不易變形，其缺點(diǎn)是機(jī)械性能較差。聚酯有些是熱塑性有些是熱固性。指出其中的原因之一。答： 聚酯是由多元醇和多元酸縮聚而得， 并在大分子主鏈的重復(fù)單元中含有一匚結(jié)構(gòu)的高聚物的統(tǒng)稱。 如果由飽和的直鏈結(jié)構(gòu)的多元竣酸和多元醇通過(guò)縮聚反應(yīng)可制得線型聚合物，柔韌性好，如果采用苯環(huán)的多元酸與多元醇反應(yīng)， 合成得到含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的樹脂， 苯環(huán)的剛性特征賦予樹脂以硬度， 而苯環(huán)的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特征賦予樹脂以耐化學(xué)性。 如果由不飽和多元竣酸與多元醇縮聚， 則得到的聚合物在

12、加熱時(shí)可發(fā)生交聯(lián)， 成為熱固性聚合物。（a）能否粉碎和再利用酚醛樹脂說(shuō)明相應(yīng)原因。（b）能否粉碎再利用聚丙烯，說(shuō)明相應(yīng)原因。答： 酚類和醛類縮聚而成的合成樹脂的總稱。 通常指由苯酚或其同系物 （如甲酚、二甲酚）和甲醛作用而得的液態(tài)或固態(tài)產(chǎn)品，根據(jù)所用原料的類型、酚與醛的配比、催化劑的類型的不同，可制得熱塑性和熱固性兩類不同的樹脂。熱塑性酚醛樹脂（諾伏臘克樹脂）受熱時(shí)僅熔化而不能變?yōu)椴蝗懿蝗蹱顟B(tài)。但在加入固化劑（如六亞甲基四胺）后則能轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦?。畫出（a）間同立構(gòu)（b）無(wú)規(guī)立構(gòu)（c）全同立構(gòu)的線型聚苯乙烯分子的草圖。HHHHHHHHH乎HHHIH|HH|CCC5CCCC5CIJIfCjHHHK

13、J()間同異構(gòu)HfO)HHHHyiHHH|h(b)聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)和(c)聚(丙烯富-氯乙烯)CH、HC=C反式結(jié)構(gòu)/、CH2、CH2C=順式結(jié)構(gòu)ClH-CH2HC=C反式結(jié)構(gòu)ClCH2畫出下列交替共聚物中每個(gè)鏈節(jié)結(jié)構(gòu)草圖(a)聚(丁二烯-氯丁二烯)無(wú)規(guī)異構(gòu)HHHHHH0H畫出(a)丁二烯和(b)氯丁二烯的順式和反式鏈節(jié)結(jié)構(gòu)圖聚（苯乙烯-丁二烯）交替共聚物的數(shù)均分子量為1,350,000g/mol,計(jì)算一個(gè)分子鏈中苯乙烯和丁二烯鏈節(jié)的平均數(shù)量答：因?yàn)槭墙惶婀簿畚铮粋€(gè)分子鏈中兩種鏈節(jié)的數(shù)量相等。因此兩種合在一起考慮成一個(gè)鏈節(jié)。苯乙烯含有8個(gè)C和8個(gè)H,丁二烯含有4個(gè)C和6個(gè)H,則鏈

14、節(jié)的分子量為：m=12+14=g/mol在一個(gè)分子鏈中平均有8531個(gè)兩種鏈節(jié)計(jì)算丁二烯鏈節(jié)占的無(wú)規(guī)丁睛橡膠聚（丙烯富-丁二烯）共聚物的數(shù)均分子量假定這一濃度對(duì)應(yīng)的數(shù)均聚合度為2000。答：按題意，丙烯富鏈節(jié)占m（丁二烯尸4+6=g/molm（丙烯富）=3+3+=g/mol數(shù)均分子量式.n=2000+2000=+=106,745（g/mol）某一交替共聚物的數(shù)均分子量為250,000g/mol,數(shù)均聚合度為3420。如果其中的一種鏈節(jié)為苯乙烯，另一個(gè)鏈節(jié)為乙烯、丙烯、四氟乙烯和氯乙烯中的哪一個(gè)答：因?yàn)槭墙惶婀簿畚?，因此鏈?jié)的平均分子量中，兩種鏈節(jié)摩爾分?jǐn)?shù)相同文250,004,3420m(苯乙烯

15、)=8+8=(g/mol)m(乙烯)=2+4=(g/mol)m(丙烯)=3+6=(g/mol)m(四氟乙烯)=2+4=(g/mol)m(氯乙烯)=2+3+=(g/mol)732104=42(g/mol),另一個(gè)鏈節(jié)為丙烯。(a)丁二烯與苯乙烯共聚的共聚物的重均分子量為350,000g/mol,重均聚合度為4425,確定共聚物中丁二烯與苯乙烯鏈節(jié)之比(b)上述共聚物屬于無(wú)規(guī)，交替，接枝和嵌段共聚物的哪一種類型答：MZ35(),000普 1=一n.442Sm(苯乙烯)=(g/mol);m(丁二烯)=g/mol+=79;x+y=1嘗試法得出：x=y=,鏈節(jié)之比為1,屬于交替共聚物。由60wt%的乙烯

16、和40wt%的丙烯組成的交聯(lián)共聚物具有類似于天然橡膠的彈性。根據(jù)這一共聚物的組成，確定兩種鏈節(jié)的摩爾分?jǐn)?shù)。答：m(乙烯)=(g/mol);m(丙烯)=(g/mol)本題為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)換算為摩爾分?jǐn)?shù)的問(wèn)題，各占一半，為交替共聚物。無(wú)規(guī)聚（異丁烯-異戊二烯）具有200,000g/mol的重均分子量，重均聚合度為3000,計(jì)算共聚物中兩種鏈節(jié)的分?jǐn)?shù)。答：鏈節(jié)平均分子量為：_MT20OJ00O“,m=-三=66.67旦/mo】=79g/mol%300。am（異丁烯C4H8）=4+8=（g/mol）m（異戊丁烯C5H8）=5+8=（g/mol）各占一半時(shí)的平均分子量為：g/mol,比計(jì)算結(jié)果偏小，表明分子

17、量大的異戊二烯的量占的相對(duì)多一些，嘗試法求得異戊二烯占，異丁烯占（a）比較金屬和聚合物中的結(jié)晶態(tài)。（b）比較聚合物和陶瓷玻璃中非晶態(tài)的應(yīng)用。簡(jiǎn)要解釋聚合物隨著其分子量的增加，結(jié)晶趨勢(shì)減小的原因。答：分子量大，意味著分子鏈大，分子之間大的作用力使得熔體粘度增大，鏈段的運(yùn)動(dòng)能力降低，限制鏈段向晶核的擴(kuò)散和排列，結(jié)晶能力降低。對(duì)下列每對(duì)聚合物指出（1）能否確定一種聚合物比另一種更易結(jié)晶（2）如果可能，指出哪個(gè)更容易結(jié)晶并說(shuō)明其原因；（3）如果不能判斷，說(shuō)明其原因。（a）線型和間同立構(gòu)的聚氯乙烯；線型和全同立構(gòu)的聚苯乙烯（b）網(wǎng)狀酚醛樹脂；線型和重度交聯(lián)的順式-異戊二烯（c）線型聚乙烯；輕度接枝的全同

18、立構(gòu)聚丙烯（d）交替苯乙烯-乙烯共聚物；無(wú)規(guī)氯乙烯-四氟乙烯共聚物計(jì)算完全結(jié)晶聚乙烯的密度。聚乙烯正交晶胞示在圖中；晶胞包含了兩個(gè)等價(jià)的乙烯鏈節(jié)單元。答：根據(jù)圖給出的晶格常數(shù)，晶胞體積為：VC=nm3乙烯鏈節(jié)含有2個(gè)C,4個(gè)H,分子量為m(乙烯)=(g/mol);密度為室溫下，完全結(jié)晶聚丙烯密度為g/cm3。并且室溫下其晶胞為單斜晶系，晶格常數(shù)如下：a=nm,b=nm,c=nm;=90,=,=9Q如果單斜晶胞的體積為晶格常數(shù)的函數(shù)，Vmono=abcsin,計(jì)算每個(gè)晶胞中的鏈節(jié)單元數(shù)。答：Vmono=abcsin=nm3,根據(jù)聚丙烯密度， 可以求出晶胞中丙烯鏈節(jié)的質(zhì)量為：1021cm3cm3=

19、1022gm(丙烯)=(g/mol),單個(gè)丙烯分子的質(zhì)量為：1023)=1C23g單個(gè)晶胞所含的獨(dú)立鏈節(jié)數(shù)為：1022/1023=12聚四氟乙烯材料，具兩種結(jié)晶度百分比下的的密度列于如下表：(g/cm3)結(jié)晶度()(a)計(jì)算完全結(jié)晶和完全無(wú)定形聚四氟乙烯的密度(b)確定密度為g/cm3聚合物的結(jié)晶度百分比答：(a)根據(jù)公式：代入已知表中的數(shù)據(jù)，得聯(lián)立方程:0.7期221早。叩門賃TWZTTf，“T】求解得出：c(完全結(jié)晶)=g/cm3;a(完全非晶尸g/cm3(b)代入上述公式中：尼龍6,6材料，其兩種結(jié)晶度百分比下的密度如下列表所示:(g/cm3)結(jié)晶度()(c)計(jì)算完全結(jié)晶和完全無(wú)定形尼龍

20、6,6的密度(d)確定具有唯吉晶度的樣品密度答：(a)根據(jù)公式：代入已知表中的數(shù)據(jù)，得聯(lián)立方程：“0.6門/力TM88*磐，1.1881,胃1七*T”0.4卻力”口.167。叩門賃TWliSZLTfTTflrT】求解得出：c(完全結(jié)晶尸g/cm3;a(完全非晶尸g/cm3(b)171-ii/rri-iT11.-.i-i求得密度為：=g/cm3第五章合金(Alloy);原子百分?jǐn)?shù)(Atompercent);原子振動(dòng)(Atomicvibration);玻爾茲曼常 數(shù)(Boltzmannsconstant柏 格 斯 矢 量(Burgersvector);組 成(Composition);缺陷結(jié)構(gòu)(D

21、efectstructure);位錯(cuò)線(Dislocationline);刃型位錯(cuò)(Edgedislocation);電 中 性(Electroneutrality);弗 蘭 克 爾 缺 陷(Frenkeldefect);晶粒尺寸(Grainsize);不完美性或缺陷(Imperfection);間隙固溶 體(Interstitialsolidsolution);顯 微 鏡(Microscopy);微 觀 結(jié) 構(gòu) ， 組 織(Microstructure);混合位錯(cuò)(Mixeddislocation);光學(xué)顯微鏡(Photomicrograph);點(diǎn)缺陷(Pointdefect);掃描電子顯微鏡(Scanningelectronmicroscope);掃描探針顯微鏡(Scanningprobemic