北京理工大学高分子物理考研练习题

1.选择题（10分，每题1分）

（1）自由结合链的均方末端距的公式                                    (   A   )  

A.         B.        C. 

（2）结晶性高聚物的晶区中存在的分子链构象可以是       (   C     )             

A．无规线团                          B. 螺旋形                   C. 锯齿形

（3）内聚能密度CED〉420MJ/m3的聚合物，适合用作                  ( B     )           

A．橡胶              B. 纤维                       C. 塑料

（4） 下列有关高分子结构的叙述不正确的是              （   C   ）

A．高分子是由许多结构单元组成的       B．高分子链具有一定的内旋转自由度 

C．结晶性的高分子中不存在非晶态       D．高分子是一系列同系物的混合物

（5）缨状胶束模型能解释的实验现象有   （A    ）

A、结晶高聚物的宏观密度小于按晶胞参数计算的理论密度   B、结晶高聚物有熔限

C．单晶结构 

（6）在玻璃化温度以下，随着温度的降低，高聚物的自由体积将 （ A   ） 

            A、保持不变      B、 上升     C、下降          D、先下降然后保持不变

（7）Maxwell模型可用于定性模拟     (  C  )

A、线型高聚物的蠕变    B、交联高聚物的蠕变  C、线型高聚物的应力松弛

D、交联高聚物的应力松弛

（8）处于高弹态下的高聚物，下列哪些运动单元不能运动（ A   ）

A、整个分子      B、链段        C、链节        D、支链

（9）聚合物熔体的爬杆效应的原因是              （ B    ）

A、普弹效应             B、高弹性        C、黏流

（10）高聚物不符合WLF方程的温度范围   （  B   ）

A、Tg < T 2. 填空题 （15分,每空1分）

（1）聚合物的凝聚态结构存在  晶态、  非晶态 、 取向态、液晶态  和 织态结构。

（2）均相成核生成球晶时，Avrami指数n为   4  ；异相成核生成球晶时，Avrami指数n为  3。

（3）聚合物熔体属于  假塑性 流体，其表观黏度随着剪切速率的增大而 减少    。

（4）  数均  分子质量是以数量为统计权重的平均相对分子质量。

（5）简单拉伸、简单剪切和均匀压缩三种基本类型的弹性模量 分别是   杨氏模量（或拉伸模量）  、剪切模量  和体积模量。

（5）交联橡胶的弹性模量随温度的升高而  升高  ，在拉伸时    放热  。

（6）聚合物在蠕变中的形变包括    普弹形变、   高弹形变   和黏性流动 。

3．名词解释 （10分，每题2分）

（1）滞后：在交变应力作用下，高聚物的形变总是落后于其盈利增减的现象。

（2）溶胀：聚合物分子与溶剂分子大小相差悬殊。整个高分子链由于分子间作用力而不能迅速产生扩散运  动，部分链段与溶剂分子混合，使链段之间的距离增加而使聚合物胀大的过程

（3）强迫高弹性形变：玻璃态聚合物在大外力的作用下发生的大形变，其本质与橡胶的高弹形变一样，但表现的形式却又差异，为了与普通的高弹形变区别开来，通常称为强迫高弹形变。

（4）溶度参数：内聚能密度的平方根δ= (CED)1/2. 反映分子间的作用力。

（5）自由结合链：高分子链由N个长度相等的链节组成，并且每个链节的相互连接不受键角和内旋转势垒的，即自由旋转任意取向，同时链本身不占有体积。

4． 简答题 （35分）

（1）说明下列高分子的柔性的大小，并说明原因。（5分）

聚丙烯酸戊酯       聚丙烯酸丙酯       聚丙烯酸甲酯

解：高分子的柔性顺序为：聚丙烯酸戊酯〉聚丙烯酸丙酯〉聚丙烯酸甲酯

原因：酯基为柔性取代基，并随酯基中亚甲基数目的增大，高分子链间的距离增大，分子间作用力降低，高分子链的柔性增加。

（2）比较下列高分子的熔点的高低，并用热力学观点及关系说明理由。（5分）

PET     PTFE      PP         顺式1,4-聚丁二烯

解：熔点高低为：PTFE〉PET 〉PP〉顺式1,4-聚丁二烯

理由：由于，增大或减少的因素都使得Tm增大。

（1）PTFE：由于F原子的电负性很强，F原子间的斥力很大，分子采取螺旋构象，分子的内旋转很困难，所以很小，所以Tm大。

（2）PET：由于酯基的极性，分子间作用大，所以大；另外由于主链有芳环，刚性较大，较小，所以总效果Tm大。

（3）PP：由于有侧甲基，较刚性。

（4）顺式1,4-聚丁二烯：主链孤立双键柔性好，大，从而Tm小。

（3） 指出下列塑料的最高使用温度，指出是Tg还是Tm。（5分）

  无规立构聚氯乙烯 ；间同立构聚氯乙烯；无规立构聚甲基丙烯酸甲酯；；聚苯乙烯

Tg：无规立构聚氯乙烯、无规立构聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯

 Tm：间同立构聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙66

（4）分别画出牛顿流体、胀塑性流体、假塑性流体和宾汉流体的流动曲线，即与的关系曲线。（5分）

（5）为什么聚丙烯腈只能用溶液纺丝不能用熔融纺丝，而涤纶树脂可以用熔融纺丝（5分）。

解：因为聚丙烯腈是一种强极性的高分子，分子之间的相互作用很强，因此其黏流温度很高，而且熔点黏度很大。此外，聚丙烯腈的热分解温度较低，高温下容易降解。如果使用熔融纺丝，需要很高的纺丝温度，从而导致聚丙烯腈的快速降解。使得纺丝后纤维性能大为下降，从而失去使用价值，因此聚丙烯腈不能使用熔融纺丝。而涤纶树脂（聚对苯二甲酸乙二醇酯）的主链中含有柔性的酯基，使得分子链具有一定的柔性，而且分子的极性基小，分子之间的相互作用较弱，其流动温度相对较低。此外，聚对苯二甲酸乙二醇酯具有较好的热稳定性，分解温度较高，因此可以用熔融纺丝。

（6） 二氯乙烷，环己酮，聚氯乙烯。显然二氯乙烷的要比环己酮的更接近于聚氯乙烯的，但实际上前者对聚氯乙烯的溶解性能并不好，而后者则是聚氯乙烯的良溶剂，为什么？（5分），

 解：因为聚氯乙烯是极性聚合物，根据选择溶剂的极性相近的原则，对极性聚合物不但要求它与溶剂的溶度参数接近，还要求与溶剂的极性相近，才可以溶解在该溶剂中。因为环己酮的极性大于乙酸的极性，且与聚氯乙烯的极性更接近，所以聚氯乙烯更易溶解在环己酮中。

（7）分别在尺寸相同的交联和未交联顺丁橡胶样条上悬挂一个质量相同的砝码，之后升温，两条橡胶条的长度如何变化？为什么。（5分）

解：未交联的橡胶条将被继续拉长，长度增加。而交联的橡胶条则会回缩，长度减小。因为未交联的橡胶，分子之间没有化学键连接，在外力作用下会产生分子间滑移而发生黏性流动，温度升高，分子运动加快，黏度减小，分子之间更容易产生黏性流动，因此形变增大，橡胶条伸长。而交联的橡胶条由于分子之间有化学键连接，不能产生分子间的滑移，在外力作用下，由于网链的伸长而产生形变。温度升高，分子链内各部分的热运动比较激烈，产生的回缩力也要增大，因此橡胶回缩，长度减小。

5. 计算题 （20分）

（1）假定某一聚合物的应力松弛符合Maxwell模型，其中弹簧的模量为108Pa，黏壶的黏度为1010 Pa s，如果在时间t=0时施加某一应力，引发的瞬时应变，保持1%的恒定应变不变，计算t=50s的应力。（10分）

解：已知 E=108Pa；1010 Pa s；

则松弛时间为：

由于黏壶在加载瞬间的应变为零，因此瞬时应变是由弹簧产生的，故其实应力为：

则t=50s后的应力为：

 （2）已知PE的结晶密度为1000kg/m3, 无定型PE的密度为865kg/m3，计算密度为970 kg/m3的线形PE和密度为917 kg/m3的支化PE的fWc。解释为什么两者的结晶度相差这么大。（10分）

解：，将各参数带入得：

线形PE

支化PE

线性PE由于对称性比支化PE好，所以结晶度大。

6. 说明题（10分）

说明聚合物相对分子质量对聚合物的柔顺性、结晶速率、熔点、玻璃化转变温度，黏流温度、熔体黏度的影响。

解：（1）分子链短，可以内旋转的单键数目就很少，分子的构象数也很少，呈现出刚性。小分子无高弹性就是这个原因。分子量>104，分子的构象数服从统计规律，分子量对柔顺性的影响不存在。总之，内旋转单键数目多，位阻小，构象数大，链段短，高分子链的柔顺性好。

 （2）相同的结晶条件下，分子量越大，结晶速度越慢

（3）同系物中分子量增大，Tm升高。由于链端效应，随着分子量增大，链端所占比例下降，对Tm的影响会减少。

（4）分子量增加时，Tg升高，特别是分子量较低时，这种影响更为明显。当分子量超过一定值后，Tg的变化就不显著了。

 （5）分子量越大，高分子链越长，整个分子链相对滑动时的内摩擦力就越大。并且整个分子链的热运动阻碍着整个分子链在外力作用下的定向运动。

分子量越大，粘流温度（Tf）越高

（6）总的说来，聚合物的零切黏度随相对分子质量的增大而增大。但在不同的相对分子质量范围，其影响的程度不一样。在剪切黏度与相对分子质量的关系中，存在一个临界相对分子质量

当