高分子物理課后習(xí)題答案金日光版本全

第1章高分子的鏈結(jié)構(gòu)

1.寫出聚氯丁二烯的各種可能構(gòu)型。

—CH—C—C—CH=CH-CH

CI

Cl

F

CH

tCHCHCH

——=-2J

Cn

Cl—C二CH.

HC=CH—Cl

--|~CH—CH2

n

CI

I

Hc-CH

-r

-一

H2-c-2h

-

HcH-c

yCjH=CH2

￡cH—CH-HC——CH子

Cln

HC=CH2

等。

2.構(gòu)象與構(gòu)型有何區(qū)別？聚丙烯分子鏈中碳一碳單鍵是可以旋轉(zhuǎn)的，通過單鍵

的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是否可以使全同立構(gòu)聚丙烯變?yōu)殚g同立構(gòu)聚丙烯？為什么？

答：（1）區(qū)別：構(gòu)象是由于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子中原子在空間位置上的

變化，而構(gòu)型則是分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的排列；構(gòu)象的改變不需

打破化學(xué)鍵，而構(gòu)型的改變必須斷裂化學(xué)鍵。

（2）不能，碳-碳單鍵的旋轉(zhuǎn)只能改變構(gòu)象，卻沒有斷裂化學(xué)鍵，所以不能改變

構(gòu)型，而全同立構(gòu)聚丙烯與間同立構(gòu)聚丙烯是不同的構(gòu)型。

3.為什么等規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯分子鏈在晶體中呈31螺旋構(gòu)象，而間規(guī)立構(gòu)聚氯乙

烯分子鏈在晶體中呈平面鋸齒構(gòu)象？

答（1）由于等規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯的兩個(gè)苯環(huán)距離比其范德華半徑總和小，產(chǎn)生排

斥作用，使平面鋸齒形（…ttt…）構(gòu)象極不穩(wěn)定，必須通過C-C鍵的旋轉(zhuǎn)，形

成31螺旋構(gòu)象，才能滿足晶體分子鏈構(gòu)象能最低原則。

（2）由于間規(guī)聚氯乙烯的氯取代基分得較開，相互間距離比范德華半徑大，所

以平面鋸齒形構(gòu)象是能量最低的構(gòu)象。

4.哪些參數(shù)可以表征高分子鏈的柔順性？如何表征？

答：（1）空間位阻參數(shù)（或稱剛性因子）。，b值愈大，柔順性愈差;

（2）特征比Cn,Cn值越小，鏈的柔順性越好；

（3）連段長(zhǎng)度b,b值愈小，鏈愈柔順。

5.聚乙烯分子鏈上沒有側(cè)基，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能不大，柔順性好。該聚合物為什么室

溫下為塑料而不是橡膠？

答：這是由于聚乙烯分子對(duì)稱性好，容易結(jié)晶，從而失去彈性，因而在室溫下為

塑料而不是橡膠。

6.從結(jié)構(gòu)出發(fā)，簡(jiǎn)述下列各組聚合物的性能差異：

（1）聚丙烯睛與碳纖維；

（2）無規(guī)立構(gòu)聚丙烯與等規(guī)立構(gòu)聚丙烯；

（3）順式聚1,4-異戊二烯（天然橡膠）與反式聚1,4-異戊二烯（杜仲橡膠）。

（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯與交聯(lián)聚乙烯。

7.比較下列四組高分子鏈的柔順性并簡(jiǎn)要加以解釋。

⑴“N

“￡CH-CH^--^CH—HCIII

222c

—CH2+

~1n

解:

c

（1）3%嗎〉￡CH2-CH3->由yj

“Cln

由于極性取代基線性越大制越差

~H

?*

主微中含雜環(huán)結(jié)構(gòu)越多，越勝越芝

(3)-fcHj-CH=CH-CHjJ

n

主藤中含有極性取代基，柔順性《灌，取代基相靄越近，柔順性越爰

￡CH￡CH—￡HC

(4)2—CH^->2CT>笠*

“FFnF

主屣中金極性取代基越多.知院越差；極性取代基對(duì)稱分式偶極矩誨卜制勝好

8.某單烯類聚合物的聚合度為10',試估算分子鏈完全伸展時(shí)的長(zhǎng)度是其均方

根末端距的多少倍？（假定該分子鏈為自由旋轉(zhuǎn)鏈。）

2

2T2

-nA

3-

答:士20000=81.65倍，P

2nl2125

9.無規(guī)聚丙烯在環(huán)己烷或甲苯中、30℃時(shí)測(cè)得的空間位阻參數(shù)（即剛性因子）

5=1.76,試計(jì)算其等效自由連接鏈長(zhǎng)度b（已知碳一碳鍵長(zhǎng)為0.154nm,鍵角為

109.5°）o

解:因3==(1.76)2x2一=6.20/?/2,

b=山=620〃/=620/=0.95(〃加),P25,P28

10.某聚苯乙烯試樣的分子量為416000,試估算其無擾鏈的均方末端距（已知特

征比Cn=12）o

答：據(jù)c“="，則無擾鏈均方末端距為,

nl

22

后=C“Xnl=C?X416000x2/2=96000/2=96000x0.154=2276.8〃/。p

°””104

第2章聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)

1.名詞解釋

凝聚態(tài)，內(nèi)聚能密度，晶系，結(jié)晶度，取向，高分子合金的相容性。

凝聚態(tài)：為物質(zhì)的物理狀態(tài)，是根據(jù)物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)在宏觀力學(xué)性能上的表現(xiàn)來

區(qū)分的，通常包括固體、液體和氣體。

內(nèi)聚能密度：CED定義為單位體積凝聚體汽化時(shí)所需要的能量，單位：/cm3

晶系：根據(jù)晶體的特征對(duì)稱元素所進(jìn)行的分類。

結(jié)晶度：試樣中的結(jié)晶部分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(質(zhì)量結(jié)晶度碎)或者體積分?jǐn)?shù)(體

積結(jié)晶度總)。

取向：聚合物的取向是指在某種外力作用下，分子鏈或其他結(jié)構(gòu)單元沿著外力作

用方向的擇優(yōu)排列。

高分子合金的相容性：兩種或兩種以上高分子，通過共混形成微觀結(jié)構(gòu)均一程度

不等的共混物所具有的親和性。

2.什么叫內(nèi)聚能密度？它與分子間作用力的關(guān)系如何？如何測(cè)定聚合物的內(nèi)聚

答:(1)內(nèi)聚能密度：CED定義為單位體積凝聚體汽化時(shí)所需要的能量，單位:

3

(2)內(nèi)聚能密度在300',Iem?以下的聚合物，分子間作用力主要是色散力；內(nèi)聚

J/

能密度在400Im?以上的聚合物，分子鏈上有強(qiáng)的極性基團(tuán)或者分子間能形成氫

J/

鍵；內(nèi)聚能密度在300-400,cm2之間的聚合物，分子間相互作用居中。

3.聚合物在不同條件下結(jié)晶時(shí)，可能得到哪幾種主要的結(jié)晶形態(tài)？各種結(jié)晶形態(tài)

的特征是什么？

答：(1)可能得到的結(jié)晶形態(tài)：?jiǎn)尉?、樹枝晶、球晶、纖維狀晶、串晶、柱晶、

伸直鏈晶體；

(2)形態(tài)特征:

單晶：分子鏈垂直于片晶平面排列，晶片厚度一般只有10nm左右；

樹枝晶：許多單晶片在特定方向上的擇優(yōu)生長(zhǎng)與堆積形成樹枝狀；

球晶：呈圓球狀，在正交偏光顯微鏡下呈現(xiàn)特有的黑十字消光，有些出現(xiàn)同心環(huán);

纖維狀晶：晶體呈纖維狀，長(zhǎng)度大大超過高分子鏈的長(zhǎng)度；

串晶：在電子顯微鏡下，串晶形如串珠；

柱晶：中心貫穿有伸直鏈晶體的扁球晶，呈柱狀；

伸直鏈晶體：高分子鏈伸展排列晶片厚度與分子鏈長(zhǎng)度相當(dāng)。

4.測(cè)定聚合物的結(jié)晶度的方法有哪幾種？簡(jiǎn)述其基本原理。不同方法測(cè)得的結(jié)晶

度是否相同？為什么？

答：（1）密度法，X射線衍射法，量熱法；（2）密度法的依據(jù)：分子鏈在晶區(qū)

規(guī)整堆砌，故晶區(qū)密度大于非晶區(qū)密度；X射線衍射法的依據(jù)：總的相干散射強(qiáng)

度等于晶區(qū)和非晶區(qū)相干散射強(qiáng)度之和；量熱法的依據(jù)：根據(jù)聚合物熔融過程中

的熱效應(yīng)來測(cè)定結(jié)晶度的方法。（3）不同，因?yàn)榻Y(jié)晶度的概念缺乏明確的物理

意義，晶區(qū)和非晶區(qū)的界限很不明確，無法準(zhǔn)確測(cè)定結(jié)晶部分的量，所以其數(shù)值

隨測(cè)定方法不同而不同。

5.高分子液晶的分子結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？根據(jù)分子排列有序性的不同，液晶可以分為

哪幾種晶型？如何表征？

答：（1）高分子液晶分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1.分子主干部分是棒狀（筷形），平面狀（碟形）或曲面片狀（碗形）的剛

性結(jié)構(gòu)，以細(xì)長(zhǎng)棒狀最為常見；b.分子中含有對(duì)位苯撐，強(qiáng)極性基團(tuán)，可

高度極化或可形成氫鍵的基團(tuán)，因而在液態(tài)下具有維持分子作某種有序排

列所需要的凝聚力；c.分子上可能含有一定的柔性結(jié)構(gòu)。

（2）液晶晶型：a.完全沒有平移有序一向列相即N相，用單位矢量方表示；b.

一維平移有序（層狀液晶）一近晶A（SA）和近晶C（Sc）；c.手征性液晶，包括

膽笛相（Ch）和手征性近晶相；d.盤狀液晶相。

（3）液晶態(tài)的表征一般為：a.偏光顯微鏡下用平行光系統(tǒng)觀察；b.熱分析法；

c.X射線衍射；

d.電子衍射；e.核磁共振；f.電子自旋共振；g.流變學(xué)；h.流變光學(xué)。

6.簡(jiǎn)述液晶高分子的研究現(xiàn)狀，舉例說明其應(yīng)用價(jià)值。

答：液晶高分子被用于制造防彈衣，纜繩及航空航天器大型結(jié)構(gòu)部件，可用于新

型的分子及原子復(fù)合材料，適用于光導(dǎo)纖維的被覆，微波爐件，顯示器件信息傳

遞變電檢測(cè)

7.取向度的測(cè)定方法有哪幾種？舉例說明聚合物取向的實(shí)際意義。

（1）用光學(xué)顯微鏡測(cè)定雙折射來計(jì)算；（2）用聲速法測(cè)定；（3）廣角X射線衍射

法；（4）紅外二向色性；（5）偏正熒光法。

8.某結(jié)晶聚合物的注射制品中，靠近模具的皮層具有雙折射現(xiàn)象，而制品內(nèi)部用

偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)有Maltese黑十字，并且越靠近制品芯部，Maltese黑十字

越大。試解釋產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因。如果降低模具的溫度，皮層厚度將如何變化？

答：（1）由于形成球晶，球晶具有雙折射現(xiàn)象，自然光經(jīng)過偏振片變?yōu)槠窆?

通過球晶發(fā)生雙折射，分成兩束振動(dòng)方向垂直的偏振光，兩束偏振光在與檢偏鏡

平行方向上存在分量，分量速度不同，產(chǎn)生相位差而干涉，使呈現(xiàn)黑十字消光圖

像，制品外部與模具接觸，冷卻速度快，球晶來不及生長(zhǎng)而成多層片晶或小球晶，

而制品芯部溫度高，結(jié)晶時(shí)間充分，生長(zhǎng)為大球晶，因此消光圖像更大。

(2)降低溫度會(huì)增加過冷度，縮短結(jié)晶時(shí)間，因而皮層厚度增加。

9.采用“共聚”和“共混”方法進(jìn)行聚合物改性有何異同點(diǎn)？

解：略。

10.簡(jiǎn)述提高高分子合金相容性的手段

答：提高高分子合金的相容性一般用加入第三組分增溶劑的方法。

增溶劑可以是與A、B兩種高分子化學(xué)組成相同的嵌段或接枝共聚物，也可以是

與A、B的化學(xué)組成不同但能分別與之相容的嵌段或接枝共聚物。

11.某一聚合物完全結(jié)晶時(shí)的密度為0.936g/cm3,完全非晶態(tài)的密度為

0.854g/cm3,現(xiàn)知該聚合物的實(shí)際密度為0.900g/cm3,試問其體積結(jié)晶度應(yīng)為多

少？

(體積結(jié)晶度為0.561)于；=P~Pa="敕一口網(wǎng)=0.561

Pc一Pa0.936—0.854

12.已知聚乙烯晶體屬斜方晶系，其晶胞參數(shù)a=0.738nm,b=0.495nm,c=0.254nm.

(1)根據(jù)晶胞參數(shù)，驗(yàn)證聚乙烯分子鏈在晶體中為平面鋸齒形構(gòu)象；

(2)若聚乙烯無定形部分的密度Pa=0.83g/cm3,試計(jì)算密度P=0.97g/cm3聚乙

烯試樣的質(zhì)量結(jié)晶度。

(1)H原子的半徑為0.12nm,而聚乙烯的C=0.254nm,大于兩個(gè)H原子的半徑

0.24nm,所以聚乙烯分子鏈在晶體中為平面鋸齒形構(gòu)象。

力,M.PSP-PJ1.014(0.97-0.83)

「(4一4)0.97(1.014-0.83)

13.用聲波傳播測(cè)定拉伸滌綸纖維的取向度。若試驗(yàn)得到分子鏈在纖維軸方向的

平均取向角。為30,試問該試樣的取向度為多少？

/=1(3cos26?-1)=0.625

第3章高分子溶液

1.溶度參數(shù)的含義是什么？“溶度參數(shù)相近原理”判斷溶劑對(duì)聚合物溶解能力

的依據(jù)是什么？

答：（1）溶度參數(shù)：是指內(nèi)聚能密度的平方根；

（2）依據(jù)是：AGM=AHM-TASM,因?yàn)槿芙膺^程ASM>0,要使AGM<O,AHM越小越

好，又因?yàn)锳HM=6牝9工-。/啊?,所以％與。z越相近AHM就越小，所以可用“溶

度參數(shù)相近原理”判斷溶劑對(duì)聚合物的溶解能力。

2.什么叫高分子0溶液？它與理想溶液有何本質(zhì)區(qū)別？

答：（1）高分子0溶液：是指高分子稀溶液在9溫度下（Flory溫度），分

子鏈段間的作用力，分子鏈段與溶劑分子間的作用力，溶劑分子間的作用力恰好

相互抵消，形成無擾狀態(tài)的溶液。此時(shí)高分子一溶劑相互作用參數(shù)為1/2,內(nèi)聚

能密度為0.（2）理想溶液三個(gè)作用力都為0,而0溶液三個(gè)作用力都不為0,

只是合力為0.

3.Flory-Huggins晶格模型理論推導(dǎo)高分子溶液混合燃時(shí)作了哪些假定？混合

熱表達(dá)式中Huggins參數(shù)的物理意義是什么？

答：（1）假定：a.溶液中分子排列也像晶體中一樣，為一種晶格排列；b.高分

子鏈?zhǔn)侨嵝缘?，所有?gòu)象具有相同的能量；c.溶液中高分子“鏈段”是均勻分布

的，即“鏈段”占有任一格子的幾率相同。

（2）物理意義：放映高分子與溶劑混合時(shí)相互作用能的變化。

4.什么叫排斥體積效應(yīng)？Flory-Kingbuam稀溶液理論較之晶格模型理論有何進(jìn)

展？

答：（1）排斥體積效應(yīng)：在高分子稀溶液中，“鏈段”的分布實(shí)際上是不均勻

的，高分子鏈以一個(gè)被溶劑化了的松懈的鏈球散布在純?nèi)軇┲?，每個(gè)鏈球都占有

一定的體積，它不能被其他分子的“鏈段”占有。

（2）進(jìn)展：把“鏈段”間的排斥體積考慮進(jìn)去，更符合實(shí)際。

5.高分子合金相分離機(jī)理有哪兩種？比較其異同點(diǎn)。

解：略。

6.苯乙烯-丁二烯共聚物（6=16.7）難溶于戊烷（6=14.4）和醋酸乙烯（6=17.8）。

若選用上述兩種溶劑的混合物，什么配比時(shí)對(duì)共聚物的溶解能力最佳？

解：（，：心=0.478：1或11:23）盤合=。式八+。8之

7.計(jì)算下列三種情況下溶液的混合燧，討論所得結(jié)果的意義。

（1）99X1012個(gè)小分子A與1X10'個(gè)小分子B相混合（假定為理想溶液）；

（2）99X1（）12個(gè)小分子A與IX108個(gè)大分子B（設(shè)每個(gè)大分子“鏈段”數(shù)x=ix

10'）相混合（假定符合均勻場(chǎng)理論）；

(3)99X1012個(gè)小分子A與1X1O'2個(gè)小分子B相混合(假定為理想溶液)。

答：⑴囪=-%WjnX|+N21nx2］焰=2.04xl()T〃玄；⑵

AS海=1.37x10-11%?；⑶7.73x10-11J/K.m=-k(NG+N2M外。

結(jié)果說明，絕大多數(shù)高分子溶液，即使在濃度小時(shí)，性質(zhì)也不服從理想溶液的規(guī)

律，混合蠟比小分子要大十幾倍到數(shù)十倍，一個(gè)高分子在溶液中可以起到許多

個(gè)小分子的作用，高分子溶液性質(zhì)與理想溶液性質(zhì)偏差的原因在于分子量大，分

子鏈具有柔順性，但一個(gè)高分子中每個(gè)鏈段是相互連接的，起不到x(連段數(shù))

個(gè)小分子的作用，混合燧比xN個(gè)小分子來得小。

8.在20℃將105mol的聚甲基丙烯酸甲酯(%=105,P=1.20g/cm3)溶于179g

氯仿(P=1.49g/cm3)中,試計(jì)算溶液的混合端、混合熱和混合自由能。(B

知x,=0.377)

答：AS*=0.087力及；△/￡=9.64J；AG=-16.14J

△S,“=-R（〃|In域+%M右）A","=RT不〃也（Z—2）△叱2

kT

AG?,=In族+%In△+石〃缺）

9.假定共混體系中，兩組分聚合物(非極性或弱極性)的分子量不同但均為單分

散的，X/XB=r。試寫出計(jì)算臨界共溶溫度和該溫度下組成關(guān)系的方程式，畫出r

分別為小于1、等于1和大于1時(shí)，該體系的旋節(jié)線示意圖。

1

用而Z，C=2

第4章聚合物的分子量和分子量分布

1.什么叫分子量微分分布曲線和體積分布曲線？?jī)烧呷绾蜗嗷マD(zhuǎn)換？

（1）微分分布曲線：表示聚合物中分子量（M）不同的各個(gè)級(jí)分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

W（W）］或摩爾分?jǐn)?shù)［x（M）］;

積分分布曲線：表示聚合物中分子量小于和等于某一值的所有級(jí)分所占的質(zhì)量分

數(shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。

轉(zhuǎn)換：

2.測(cè)定聚合物數(shù)均和重均分子量的方法有哪幾種？每種方法適用的分子量范圍

如何？

答：（1）測(cè)定數(shù)均分子量的方法：端基分析法、沸點(diǎn)升高、冰點(diǎn)下降、氣相滲透

壓（范圍〈3x10，）

（2）測(cè)量重均分子量的方法：光散射法Ox104~1x107）

3.證明滲透壓法測(cè)得的分子量為數(shù)均分子量。

團(tuán)_竺

答：滲透法測(cè)定分子量依據(jù)為4=°時(shí)，〔J-。M

C1

RTy-^=RTCRTC—i——=RTC

即滲透壓法測(cè)得分子量為數(shù)均分子量。

4.采用滲透壓法測(cè)得試樣A和B和摩爾質(zhì)量分別為4.20e5g/mol和1.25e5g/mol,

試計(jì)算A、B兩種試樣等質(zhì)量混合物的數(shù)均分子量和重均分子量。

答：%=1,927x10*/用或；亞=2.725xl05g/陽(yáng)或

5.35C時(shí)，環(huán)己烷為聚苯乙烯（無規(guī)立構(gòu)）的0溶劑。現(xiàn)將300mg聚苯乙烯

（P=1.05g/cm3,而=1.5e5）于35c溶于150ml環(huán)己烷中，試計(jì)算：（1）第二

維利系數(shù)A2;（2）溶液的滲透壓。

答：（1）4=°；（2）亓=0.348g/c??

6.某聚苯乙烯試樣經(jīng)分級(jí)后得到5個(gè)級(jí)分。用光散射法測(cè)定了各級(jí)分的重均分子

量，用粘度法（22℃、二氯乙烯溶液）測(cè)定了各級(jí)分的特征粘度，結(jié)果如下所示:

Mw

e-40.3081.5548.056.8

157

[n],dl/g0.04050.1221.381.42

2.78

試計(jì)算Mark-Houwink方程[n]=KM"中的兩個(gè)參數(shù)K和a。

7.推導(dǎo)一點(diǎn)法測(cè)定特性粘度的公式：

⑴

⑵[n]=S+"??其中Y=k/p

證明：（1）

?.?%=1+＞上+左[司%'+/^[行＜?+...

;迎=屈+玄1疔。

C

蟲一團(tuán)-郎

C

:Kl協(xié)常數(shù),假定K+戶=」

2

C

(2)

空=團(tuán)+丹疔c

?.?由（1）得」

5=團(tuán)-曲上

IC

且Kl戶為常數(shù)，令=r，則“'=向

吸=團(tuán)+/［才<7

.<c

'1n"，-="7】一足“引,

Ic

..加

8.三醋酸纖維素-二甲基甲酰胺溶液的Zimm圖如左所示。試計(jì)算該聚合物的分子

量和旋轉(zhuǎn)半徑。（X=5.461e-lnm,n（DMF）=l.429）

9.現(xiàn)有一超高分子量的聚乙烯試樣，欲采用GPC方法測(cè)定其分子量和分子量分

布，試問：

（1）能否選擇GPC法的常用溶劑THF?如果不行，應(yīng)該選擇何種溶劑？

（2）常溫下能進(jìn)行測(cè)定嗎？為什么？

（3）如何計(jì)算該試樣的數(shù)均、重均和粘均分子量。

第5章聚合物的轉(zhuǎn)變與松弛

1.以分子運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)和分子間物理纏結(jié)概念說明非晶態(tài)聚合物隨著溫度升高粘彈

行為的4個(gè)區(qū)域，并討論分子量對(duì)應(yīng)力松弛模量-溫度曲線的影響規(guī)律。

答：（1）a.玻璃態(tài)區(qū)，玻璃化溫度以下，分子運(yùn)動(dòng)主要限于振動(dòng)和短程的旋轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)；b.玻璃-橡膠轉(zhuǎn)變區(qū)，可解析為遠(yuǎn)程、協(xié)同分子運(yùn)動(dòng)的開始；c.橡膠-彈性

平臺(tái)區(qū)，由于分子間存在幾個(gè)鏈段平行排列的物理纏結(jié)，聚合物呈現(xiàn)遠(yuǎn)程橡膠彈

性；d.末端流動(dòng)區(qū)，物理纏結(jié)來不及松弛，材料仍然表現(xiàn)為橡膠行為，溫度升高,

發(fā)生解纏作用，導(dǎo)致整個(gè)分子產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生流動(dòng)，這種流動(dòng)是作為鏈段

運(yùn)動(dòng)結(jié)果的整鏈運(yùn)動(dòng)。

（2）聚合物分子量越高，橡膠-彈性平臺(tái)就越長(zhǎng)。

2.討論結(jié)晶、交聯(lián)聚合物的模量-溫度曲線和結(jié)晶度、交聯(lián)度對(duì)曲線的影響規(guī)律。

解:略。

3.寫出四種測(cè)定聚合物玻璃化溫度的方法，簡(jiǎn)述其基本原理。不同實(shí)驗(yàn)方法所得

結(jié)果是否相同？為什么？

答：（1）a.膨脹計(jì)法，熱膨脹的主要機(jī)理是克服原子間的主價(jià)力和次價(jià)力，膨

脹系數(shù)較??；b.量熱法，聚合物在玻璃化時(shí)的熱學(xué)性質(zhì)的變化；c.溫度-形變法,

利用聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)形變量的變化來測(cè)定其玻璃化溫度；d.核磁共振法，利

用電磁性質(zhì)的變化研究聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的方法。

（2）不同，略。

4.聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是否是熱力學(xué)相變？為什么？

聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變并不是一個(gè)真正的熱力學(xué)相變。

因?yàn)榉蔷B(tài)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積，焙或燧是連續(xù)變化的，而K,a

和、出現(xiàn)不連續(xù)的變化，要使體系達(dá)到熱力學(xué)平衡，需要無限緩慢的變溫速率

和無限長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間，實(shí)驗(yàn)上不可能做到，因此，玻璃化溫度的測(cè)定過程體系不

能滿足熱力學(xué)平衡條件，轉(zhuǎn)變過程是一個(gè)松弛過程，所測(cè)得的玻璃化溫度不是一

個(gè)真正的熱力學(xué)相變。

5.試用玻璃化轉(zhuǎn)變的自由體積理論解釋：（1）非晶態(tài)聚合物冷卻時(shí)體積收縮速

率發(fā)生變化；（2）冷卻速度愈快，測(cè)得的Tg值愈高。

答：（1）在々以上，非晶態(tài)聚合物體積收縮時(shí)，包括聚合物分子占有體積的收

縮以及自由體積的收縮，而在々以下，自由體積處于凍結(jié)狀態(tài)，所以，聚合物

體積收縮只有聚合物占有體積的收縮，因此，體積收縮速率會(huì)有變化。

（2）當(dāng)冷卻速度愈快，測(cè)得的今偏大，這是因?yàn)椋阂环矫?，溫度降低，體系的

自由體積減小，同時(shí)，粘度增大，鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間增加，另一方面，冷卻速

率決定了實(shí)驗(yàn)的觀察時(shí)間，而玻璃化溫度是鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間與實(shí)驗(yàn)的觀察時(shí)

間相當(dāng)時(shí)的溫度，故冷卻愈快，觀察時(shí)間愈短，測(cè)得的4值愈高。

6.玻璃化轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)理論基本觀點(diǎn)是什么？

答：熱力學(xué)研究表明，相轉(zhuǎn)變過程中自由能是連續(xù)的，而與自由能的導(dǎo)數(shù)有關(guān)的

性質(zhì)發(fā)生不連續(xù)的變化。非晶態(tài)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積、焰或燧是連

續(xù)變化的，但K、山明

出現(xiàn)不連續(xù)的變化。實(shí)際上，玻璃化溫度的測(cè)定過程體系不能滿足熱力學(xué)的平衡

條件，轉(zhuǎn)變過程是一個(gè)松弛過程，所得，值依賴于變溫速率及測(cè)試方法（外力

作用速率）

7.聚合物晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程與小分子晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶過程有何差別？造成這

些差別的原因是什么？

答：（1）小分子有分子晶體、原子晶體和離子晶體，而高分子晶體僅有分子晶

體，且僅是分子鏈的一部分形成的晶體。這是由于高分子的分子鏈很長(zhǎng)，可穿越

多個(gè)晶胞。

（2）小分子的熔點(diǎn)是一個(gè)確定值，而高分子的熔點(diǎn)是一個(gè)范圍值。

（3）高分子有結(jié)晶度的概念，而小分子沒有。這是由于高分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，

使得聚合物結(jié)晶要比小分子結(jié)晶有更多的缺陷，所以結(jié)晶總是很不完善，有晶區(qū)

和非晶區(qū)，用結(jié)晶讀表示。

（4）高聚物的結(jié)晶過程分一次結(jié)晶（主結(jié)晶）和二次結(jié)晶（次級(jí)結(jié)晶）。這是

由于高分子的相對(duì)分子質(zhì)量大，體系黏度大，分子運(yùn)動(dòng)遲緩所引起的。

8.測(cè)定聚合物結(jié)晶速度有哪些方法？簡(jiǎn)述其原理和主要步驟。

答：（1）膨脹計(jì)法、光學(xué)解偏振法和示差掃描量熱法（DSC）。原理：聚合物結(jié)晶

過程中，從無序的非晶態(tài)排列成高度有序的晶態(tài)，由于密度變大，會(huì)發(fā)生體積收

縮即可研究結(jié)晶過程。主要步驟：方法是將試樣與跟蹤液（通常是水銀）裝入一膨

脹計(jì)中，加熱到聚合物熔點(diǎn)以上，使其全部熔融。然后將膨脹計(jì)移入恒溫槽內(nèi)，

觀察毛細(xì)管內(nèi)液柱的高度隨時(shí)間的變化。

（2）偏光顯微鏡法和小角激光光散射法。原理：用單位時(shí)間里球晶半徑增加的

長(zhǎng)度作為觀察溫度下球晶的徑向生長(zhǎng)速度。主要步驟：將試樣熔融后立即進(jìn)行等

溫結(jié)晶，觀察球晶的半徑隨時(shí)間的增長(zhǎng)變化，以球晶半徑對(duì)時(shí)間作圖，可得一直

線。

9.比較下列各組聚合物的Tg高低并說明理由：

（1）聚二甲基硅氧烷，順式聚1,4-丁二烯；

聚二甲基硅氧烷〈順式聚1,4-丁二烯

（2）聚己二酸乙二醇酯，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；

4：聚己二酸乙二醇酯〈聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯

（3）聚丙烯，聚4-甲基-卜戊烯；

聚丙烯〈聚4-甲基T-戊烯

（4）聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯。

△：聚氯乙烯〉聚偏二氯乙烯

10.以結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)討論下列聚合物的結(jié)晶能力：聚乙烯、尼龍66、聚異丁烯。

聚乙烯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)稱又規(guī)整，所以非常容易結(jié)晶。

尼龍66,化學(xué)結(jié)構(gòu)及幾何結(jié)構(gòu)均較規(guī)整，沒有鍵接方式問題，也較容易結(jié)晶。

聚異丁烯，分子鏈具有較高的對(duì)稱性，可以結(jié)晶，但由于取代基的空間位阻以及

化學(xué)結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性，使其較難結(jié)晶。

11.均聚物A熔點(diǎn)為200C,熔融熱為8374J/mol重復(fù)單元。如果在結(jié)晶的AB無

規(guī)共聚物中，單體B不能進(jìn)入晶格，試預(yù)測(cè)含單體B10%摩爾分?jǐn)?shù)的共聚物的熔

點(diǎn)。

答：451.8k.

12.現(xiàn)有某種聚丙烯試樣，將其熔體10ml于150C在膨脹計(jì)中進(jìn)行等溫結(jié)晶，不

同時(shí)間測(cè)得聚合物的體積如下：

t/min3.24.77.112

.620

V/ml9.99819.99249.97659.8418

9.5752

已知聚丙烯晶胞密度為0.96g/cm3,結(jié)晶完全時(shí)體積結(jié)晶度為50%o試用Avrami

方程計(jì)算該試樣的結(jié)晶速度常數(shù)K和Avrami指數(shù)n。

答：K=0.00316,n=3.020

第6章橡膠彈性

1.高彈性有哪些特征？為什么聚合物具有高彈性？在什么情況下要求聚合物充

分體現(xiàn)高彈性？什么情況下應(yīng)設(shè)法避免高彈性？

答：(1)高彈性特征：a.彈性模量很小;b.形變量很大;c.彈性模量隨絕對(duì)溫度

的升高正比的增加；d.形變時(shí)有明顯的熱效應(yīng)。

(2)略(3)略

2.試述交聯(lián)橡膠平衡態(tài)高彈形變熱力學(xué)分析的依據(jù)和所得結(jié)果的物理意義。

答：依據(jù)：熱力學(xué)第一定律和第二定律，

物理意義：橡膠變形后的張應(yīng)力可以看成是由端的變化和內(nèi)能的變化兩部分組

成。只有端才能貢獻(xiàn)的彈性叫端彈性，橡膠拉伸時(shí)內(nèi)能變化很小，主要是蠟的變

化。內(nèi)能的變化是橡膠拉伸時(shí)放熱的原因。

3.簡(jiǎn)述橡膠彈性統(tǒng)計(jì)理論的研究現(xiàn)狀與展望，說明橡膠彈性唯象理論的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：略。

4.什么叫熱塑性彈性體？舉例說明其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。

答：(1)熱塑性彈性體是一種兼有塑料和橡膠特性、在常溫下顯示橡膠高彈性、

高溫下又能塑化成型的高分子材料，又稱為第三代橡膠。

(2)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS),PB分散相Tg高于室溫，構(gòu)

成物理交聯(lián)區(qū)域；故SBS室溫下為彈性體，高溫下發(fā)生粘性流動(dòng)，可以塑化成型。

5.一交聯(lián)橡膠試片，長(zhǎng)2.8cm、寬1.0cm、厚0.2cm、重0.518g,于25℃時(shí)拉長(zhǎng)

1倍，測(cè)定張力為9.8N。請(qǐng)計(jì)算該試樣網(wǎng)鏈的平均分子量。

答：8185g/mol

6.某硫化橡膠試樣，其網(wǎng)鏈平均分子量為10000,密度為lg/cm3。問25c時(shí)拉

伸1倍需要多大的應(yīng)力？(R=8.314J/K?mol)

答：4.335x105Pa

7.一硫化橡膠試樣，應(yīng)力為1.5X106N/m2時(shí)拉伸比為2.5.試計(jì)算該試樣lcm3

中的網(wǎng)鏈數(shù)。

答：1.538X1O20

8.(1)利用橡膠彈性理論，計(jì)算交聯(lián)點(diǎn)間平均分子量為5000、密度為0.925g/cm3

的彈性體在23℃時(shí)的拉伸模量和切變模量。(R=8.3145J/K?mol)

(2)若考慮自由末端校正，模量將怎樣改變？(已知試樣的而=100000)

答：(1)E=1.366Mpa,G=0.455Mpa

(2)E=l.229Mpa,G=0.410Mpa

9.稱取交聯(lián)后的天然橡膠試樣，于25℃在正癸烷溶劑中溶脹。達(dá)溶脹平衡時(shí)，

測(cè)得體積溶脹比為4.0。已知高分子-溶劑相互作用參數(shù)X1=0.42,聚合物的密

度P2=0.925g/cm3,溶劑的摩爾體積為195.86cm3/mol,試計(jì)算該試樣的剪切模

SG(R=8.3145J/K?mol)o

答：2.19x10$產(chǎn)a。

第7章聚合物的粘彈性

1.舉例說明聚合物的蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗現(xiàn)象。為什么聚合物具有這些

現(xiàn)象？這些現(xiàn)象對(duì)其的使用性能存在哪些利弊？

2.簡(jiǎn)述溫度和外力作用頻率對(duì)聚合物內(nèi)耗大小的影響。畫出聚合物的動(dòng)態(tài)力學(xué)普

示意圖，舉出兩例說明譜圖在研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能方面的應(yīng)用。

3.指出Maxwell模型、Kelvin模型和四元件模型分別適宜于模擬哪一類型聚合

物的那一種力學(xué)松弛過程？

答：Maxwell模型適宜于模擬線形聚合物的應(yīng)力松弛過程，Kelvin模型適宜于模

擬交聯(lián)聚合物的蠕變過程，四元件模型適宜于模擬線形聚合物的蠕變過程。

4.什么是時(shí)溫等效原理？該原理在預(yù)測(cè)聚合物材料的長(zhǎng)期使用性能方面和在聚

合物加工過程中各有哪些指導(dǎo)意義？

答：（1）升高溫度與延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)分子運(yùn)動(dòng)是等效的，對(duì)聚合物的粘彈行為也是

等效的，這就是時(shí)溫等效原理。

（2）需要在室溫條件下幾年甚至上百年完成的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)

的，但可以在高溫條件下短期內(nèi)完成；或者需要在室溫條件下幾十萬(wàn)分之一秒或

幾百萬(wàn)分之一秒中完成的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，可以在低溫條件下幾個(gè)小時(shí)甚至幾天內(nèi)

完成。

5.定量說明松弛時(shí)間的含意。為什么說作用力的時(shí)間相當(dāng)時(shí)，松弛現(xiàn)象才能被明

顯地觀察到？

答：（1）松弛時(shí)間￡是粘性系數(shù)和彈性系數(shù)的比值；

（2）如果外加應(yīng)力作用時(shí)間極短，材料中的粘性部分還來不及響應(yīng)，觀察到的

是彈性應(yīng)變。反之，若應(yīng)力作用的時(shí)間極長(zhǎng)，彈性應(yīng)變已經(jīng)回復(fù)，觀察到的僅是

粘性流體貢獻(xiàn)的應(yīng)變，材料可考慮為一個(gè)簡(jiǎn)單的牛頓流體。只有在適中的應(yīng)力作

用時(shí)間，材料的粘彈性才會(huì)呈現(xiàn)，應(yīng)力隨時(shí)間逐漸衰減到零，這個(gè)適中的時(shí)間正

是松弛現(xiàn)象的內(nèi)部時(shí)間尺度松弛時(shí)間To

6.簡(jiǎn)述聚合物粘彈理論的研究現(xiàn)狀與展望。

答：略。

7.一某種聚合物材料作為兩根管子接口法蘭的密封墊圈，假設(shè)該材料的力學(xué)行為

可以用Maxwell模型來描述。已知墊圈壓縮應(yīng)變?yōu)?.2,初始模量為3e6N/m2,

材料應(yīng)力松弛時(shí)間為300d,管內(nèi)流體的壓力為0.3e6N/m2,試問多少天后接口處

將發(fā)生泄露？

答：208do

8.將一塊橡膠試片一端夾緊，另一端加上負(fù)荷，使之自由振動(dòng)。已知振動(dòng)周期為

0.60s,振幅每一周期減少5%,試計(jì)算：

（1）橡膠試片在該頻率（或振幅）下的對(duì)數(shù)減量（△）和損耗角正切（tg6）；

（2）假若△=0.02,問多少周期后試樣的振動(dòng)振幅將減少到起始值的一半?

△=in-■—

答：(1)4+i；嫡=1.6x10-0

(2)21o

9.分別寫出純粘性液體（粘滯系數(shù)n）、理想彈性體（彈性模量E）、Maxwell

單元（EM、

nM）和Kelvin單元（EK,Hk）在t=0時(shí)加上一恒定應(yīng)變速度K后應(yīng)力(6)隨

時(shí)間（t）的變化關(guān)系，并以圖形表示之。

解：（1）8=KEt,圖形為一過原點(diǎn)直線。

（3）6=Kn-nexp（-Et/n）,圖形為一條斜率逐漸減小的曲線。

（4）6=KEt+nK圖形為一直線，與縱軸交點(diǎn)在橫軸上方。

10.設(shè)聚丙烯為線性粘彈體，其柔量為D（t）=1.210.l（GPa）T（t的單位為s）,

應(yīng)力狀態(tài)如下:

6=0t<0

6=lMPaOWtWIOOOs

8=1.5MPa1000s^t^2000s

試計(jì)算1500s時(shí),該材料的應(yīng)變值。

答：3.61X1Q-3

11.在頻率為1Hz條件下進(jìn)行聚苯乙烯試樣的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，125℃出現(xiàn)內(nèi)耗

峰。請(qǐng)計(jì)算在頻率1000Hz條件下進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)內(nèi)耗峰的溫度。（已知

聚苯乙烯的Tg=100℃）

答：151.3C

12.某聚合物試樣，25℃時(shí)應(yīng)力松弛到模量為le5N/m~2需要10h。試計(jì)算-20℃

時(shí)松弛到同一模量需要多少時(shí)間？（已知該聚合物的Tg=-70℃）

答：5.2x10、

13.某聚合物的粘彈行為服從Kelvin模型，其中n值服從WLF方程，E值服從

橡膠彈性統(tǒng)計(jì)理論。該聚合物的玻璃化溫度為5℃,該溫度下粘度為lel2Pa?s,

有效網(wǎng)鏈密度為le-4moi/cnf3。試寫出30℃、le6Pa應(yīng)力作用下該聚合物的蠕

變方程。

第8章聚合物的屈服和斷裂

1.名詞解釋：

脆-韌轉(zhuǎn)變點(diǎn)；細(xì)頸；剪切帶；銀紋；應(yīng)力集中；疲勞。

脆-韌轉(zhuǎn)變點(diǎn)：在一定應(yīng)變速率下，作斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力分別與溫度T的關(guān)系

曲線，兩條曲線的交點(diǎn)就是脆韌屈服轉(zhuǎn)變點(diǎn)。

細(xì)頸：高分子材料試樣條在拉伸實(shí)驗(yàn)中，試條某點(diǎn)的橫截面突然快速下降的現(xiàn)象。

剪切帶：只發(fā)生在局部帶狀區(qū)域內(nèi)的剪切變形。

銀紋：聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某些薄弱地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的

塑性形變和取向，以至在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長(zhǎng)度為100um.

寬度為10um左右、厚度約為1klm的微細(xì)凹槽。

應(yīng)力集中：受力材料在形狀、尺寸急劇變化的局部或內(nèi)部缺陷（孔、裂縫等）的

附近出現(xiàn)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象。

疲勞：材料或構(gòu)件在周期應(yīng)力作用下斷裂或失效的現(xiàn)象，是材料在實(shí)際使用中常

見的破裂形式。

2.畫出非晶態(tài)和晶態(tài)聚合物拉伸時(shí)典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，指出曲線上的特征點(diǎn)

及相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變名稱。

3.討論溫度、應(yīng)變速度、流體靜態(tài)壓力對(duì)上述應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響規(guī)律。

4.簡(jiǎn)述幾種組合應(yīng)力作用下材料的屈服判據(jù)，比較不同判據(jù)之間的差異。

答：（1）單參數(shù)屈服判據(jù)（Tresca判據(jù)和最大形變能理論），只受正應(yīng)力和切

應(yīng)力；（2）雙參數(shù)屈服判據(jù)（Coulomb判據(jù)或MC判據(jù)），受正應(yīng)力、切應(yīng)力和

正壓力。此外考慮流體靜壓力的改進(jìn)的Tresca和VonMises判據(jù)也適用。

5.何謂聚合物的強(qiáng)度？為什么理論強(qiáng)度比實(shí)際強(qiáng)度高很多倍？

6.簡(jiǎn)述聚合物增強(qiáng)、增韌的途徑和機(jī)理。

答：聚合物增強(qiáng)途徑：通過添加增強(qiáng)劑來形成復(fù)合材料；

機(jī)理：形成復(fù)合材料，可以傳遞應(yīng)力，避免基體應(yīng)力集中，提高力學(xué)強(qiáng)度。

聚合物的增韌途徑：添加增塑劑。

機(jī)理：銀紋機(jī)理、銀紋-剪切帶機(jī)理、三軸應(yīng)力空化機(jī)理、剛性粒子增韌機(jī)理。

7.下列幾種聚合物的抗沖擊性能如何？為什么？（T<Tg）

（1）聚苯乙烯；（2）聚苯酸；（3）聚碳酸酯；（4）ABS;（5）聚乙烯

答：（1）聚苯乙烯，因主鏈掛上體積龐大的側(cè)基苯環(huán)，使之稱為難以改變構(gòu)象的

剛性鏈，使得沖擊性能不好，為典型的脆性聚合物。

（2）聚苯酸，因主鏈含有剛性的苯環(huán)，故為難以改變構(gòu)象的剛性鏈，沖擊性能

不好。

（3）聚碳酸酯，由于主鏈中含酯基，在T20攝氏度可產(chǎn)生局部模式運(yùn)動(dòng)，稱之

為B轉(zhuǎn)變。在T〈Tg時(shí)，由于外力作用，P轉(zhuǎn)變吸收沖擊能，使聚合物上的能

量得以分散，因此沖擊性能好，在常溫下可進(jìn)行冷片沖壓成型，即常溫塑性加工。

（4）ABS,因ABS具有多相結(jié)構(gòu)，支化的聚丁二烯相當(dāng)于橡膠微粒分散在連續(xù)的

塑料相中，相當(dāng)于大量的應(yīng)力集中物，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)，它們可以引發(fā)大量的

裂紋，從而能吸收大量的沖擊能，所以沖擊性能好。

（5）聚乙烯，由于聚乙烯鏈節(jié)結(jié)構(gòu)極為規(guī)整和對(duì)稱，體積又小，所以聚乙烯非

常容易結(jié)晶，而且結(jié)晶度比較高。由于結(jié)晶限制了鏈段的運(yùn)動(dòng)，使之柔性不能表

現(xiàn)出來，所以沖擊性能不好。高壓聚乙烯由于支化多，破壞了鏈的規(guī)整性，結(jié)晶

度低些，沖擊性能稍好些。

8.如何采用物理改性的方法制備下列材料？簡(jiǎn)述其改性機(jī)理。

（1）抗沖擊聚丙烯塑料；（2）高強(qiáng)度丁苯橡膠；（3）高強(qiáng)度尼龍纖維；（4）

高強(qiáng)度、高耐折射性的聚酯薄膜；（5）高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂。

9.用低密度聚乙烯改性尼龍的研究和應(yīng)用報(bào)道很多。該種共混體系相容性很差，

用什么方法可以改善兩者的相容性？用什么實(shí)驗(yàn)手段可以說明相容性確實(shí)顯著

提高了？

10.現(xiàn)有一塊有機(jī)玻璃（PMMA）板，內(nèi)有長(zhǎng)度為10mm的中心裂紋，該板受到一個(gè)

均勻的拉伸應(yīng)力6=450e6N/nf2的作用。已知材料的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子

KIC=84.7e6N/m"2?m"l/2,安全系數(shù)n=l.5,問板材結(jié)構(gòu)是否安全？

第9章聚合物的流變性

1.什么是假塑性流體？絕大多數(shù)聚合物熔體和濃溶液在通常條件下為什么均呈

現(xiàn)假塑性流體的性質(zhì)？試用纏結(jié)理論加以解釋。

答：（1）流動(dòng)指數(shù)n<l的流體稱為假塑性流體；

（2）略

2.聚合物的粘性流動(dòng)有何特點(diǎn)？為什么？

3.為什么聚合物的粘流活化能與分子量無關(guān)？

答：根據(jù)自由體積理論，高分子的流動(dòng)不是簡(jiǎn)單的整個(gè)分子的遷移，而是通過鏈

段的相繼躍遷來實(shí)現(xiàn)的。形象的說，這種流動(dòng)的類似于蚯蚓的蠕動(dòng)。因而其流動(dòng)

活化能與分子的長(zhǎng)短無關(guān)。~Ae，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知當(dāng)碳鏈不長(zhǎng)

時(shí)，隨碳數(shù)的增加而增加，但當(dāng)碳數(shù)大于30時(shí)，不再增大，因此聚合物超

過一定數(shù)值后，“°與相對(duì)分子質(zhì)量無關(guān)。

4.討論聚合物的分子量和分子量分布對(duì)熔體粘度和流變性的影響。

答：低切變速率下，當(dāng)旋礪時(shí)，略依賴于聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)和溫度，當(dāng)

應(yīng)吃>底時(shí)，與聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)，分子量分布及溫度無關(guān)；增大切變速率，鏈

纏結(jié)結(jié)構(gòu)破壞程度增加，分子量對(duì)體系粘度影響減小。

聚合物熔體非牛頓流動(dòng)時(shí)的切變速率隨分子量加大向低切變速率移動(dòng)，剪切引起

的粘度下降，分子量低的試樣也比分子量高的試樣小一些。分子量相同時(shí)分子量

分布寬的聚合物熔體出現(xiàn)非牛頓流動(dòng)的切變速率比分布窄的要低的多。

5.從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)分析溫度、切變速率對(duì)聚合物熔體粘度的影響規(guī)律，舉例說明這一

規(guī)律在成型加工中的應(yīng)用。

答：a.溫度升高，粘度下降，在較高溫度的情況下，聚合物熔體內(nèi)自由體積相當(dāng)

大，流動(dòng)粘度的大小主要取決于高分子鏈本身的結(jié)構(gòu)，即鏈段躍遷運(yùn)動(dòng)的能力，

一般分子鏈越剛硬，或分子間作用力越大，則流動(dòng)活化能越高，這類聚合物是溫

敏性的；當(dāng)溫度處于一定范圍即Tg〈T〈Tg+100K時(shí)，由于自由體積減小，階段躍

遷速率不僅與其本身的躍遷能力有感，也與自由體積大小有關(guān)。

b.柔性鏈高分子表觀粘度隨切變速率增加而明顯下降，剛性鏈高分子表觀粘度

也隨且變速率增加而下降，但降幅較小，因?yàn)榍凶兯俾试黾樱嵝枣溡赘淖儤?gòu)象,

即通過鏈段運(yùn)動(dòng)破壞原有纏結(jié)，降低流動(dòng)阻力，剛性鏈鏈段較長(zhǎng)，構(gòu)象改變較困

難，隨切變阻力增加，阻力變化不大。

6.解釋下列名詞、概念：

（1）牛頓流體和非牛頓流體；

牛頓流體：流動(dòng)行為符合牛頓流動(dòng)定律的流體；

非牛頓流體：流動(dòng)行為不符合牛頓流動(dòng)定律的流體。

（2）切粘度和拉伸粘度；

切粘度：等于單位速度梯度時(shí)單位面積上所受到的切應(yīng)力，其值放映了液體分子

間由于相互作用而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力即內(nèi)摩擦力的大小，單位為帕?秒（Pa-s）。

拉伸粘度：等于單位速度梯度時(shí)單位面積上所受到的拉伸應(yīng)力。

（3）真實(shí)粘度和表觀粘度；

真實(shí)粘度：?jiǎn)挝凰俣忍荻葧r(shí)單位面積上所受到的切應(yīng)力。

表觀粘度：在粘性流動(dòng)中，流體具有剪切速率依賴性時(shí)的剪切應(yīng)力與剪切速率之

比值。

（4）非牛頓指數(shù)和稠度系數(shù)；

非牛頓指數(shù)：吁小"人，對(duì)切變速率非牛頓的校正。

稠度系數(shù)：描述非牛頓流體流動(dòng)行為可用下述基律方程：3印,其中K為稠

度系數(shù)。

（5）不穩(wěn)定流動(dòng)與熔體破裂。

不穩(wěn)定流動(dòng)與熔體破裂：聚合物熔體在擠出時(shí)，如果切應(yīng)力超過一極限值時(shí)，熔

體往往會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)，擠出物外表不再是光滑的，最后導(dǎo)致不規(guī)則的擠出物

斷裂，稱為熔體破裂。

7.為什么滌綸采用熔融紡絲方法，而懵綸卻用濕法紡絲？

答：由于聚丙烯睛的熔點(diǎn)很高（318℃）,分解溫度（220℃）低于熔點(diǎn)，所以不

能用熔融紡絲。由于聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的熔點(diǎn)為260~270℃,低于分解溫度（約

為350C）,可用熔融紡絲。

8.某一聚苯乙烯試樣，已知160℃時(shí)粘度為le3Pa?s,試估算Tg（100℃）時(shí)及

120c時(shí)的粘度。

答：Tg（100℃）時(shí)為2.38xlO“？Pa?s,120℃時(shí)為3.2x106

9.一種聚合物在加工中劣化，其重均分子量從le6下降到8e5.問加工前后的熔

融粘度之比是多少？

答：2.14

10.用毛細(xì)管流變儀擠出順丁橡膠試樣，不同柱塞速度v條件下