高分子物理(何曼君版)复旦大学出版社_课后习题答案要点
第一章 高分子链的结构
1 写出由取代的二烯（1，3丁二烯衍生物）
CH 3CH CH CH CH COOCH 3
经加聚反应得到的聚合物，若只考虑单体的1，4-加成，和单体头-尾相接，则理论上可有几种立体异构体？ 解：该单体经1，4-加聚后，且只考虑单体的头-尾相接，可得到下面在一个结构单元中含有三个不对称点的聚合物：
CH CH CH CH CH 3
COOCH 3n
即含有两种不对称碳原子和一个碳-碳双键，理论上可有8种具有三重有规立构的聚合物。
2 今有一种聚乙烯醇，若经缩醛化处理后，发现有14%左右的羟基未反应，若用HIO 4氧化，可得到丙酮和乙酸。由以上实验事实，则关于此种聚乙烯醇中单体的键接方式可得到什么结论？
解：若单体是头-尾连接，经缩醛化处理后，大分子链中可形成稳定的六元环，因而只留下少量未反应的羟基：
CH 2
CH OH
CH 2
CH OH
CH 2
CH OH
CH 2
CH 2
O CH CH 2
CH 2
CH OH
同时若用HIO 4氧化处理时，可得到乙酸和丙酮：
CH 2
CH CH 2
OH
CH CH 2
OH
CH OH
HIO 4
CH 3C
OH
O
+
CH 3C
CH 3
若单体为头-头或尾-尾连接，则缩醛化时不易形成较不稳定的五元环，因之未反应的OH 基数应更多（>14%），而且经HIO 4氧化处理时，也得不到丙酮：
CH 2
CH CH OH
CH 2
CH 2
CH OH
OH
CH 2O
CH O
2
O CH
CH 2
CH 2
CH
OH
CH 2
CH CH OH
CH 2CH 2
CH OH
OH
4
CH 3C
OH
O
+
OH C
O
CH 2CH 2C
OH
O
可见聚乙烯醇高分子链中，单体主要为头
-尾键接方式。
3 氯乙烯（
CH 2CH Cl
）和偏氯乙烯（
CH 2CCl 2
）的共聚物，经脱除HCl 和裂解后，产物有：
，Cl
，Cl Cl ，Cl
Cl Cl
等，其比例大致为10：1：1：10（重量），由以上事实，
则对这两种单体在共聚物的序列分布可得到什么结论？
解：这两种单体在共聚物中的排列方式有四种情况（为简化起见只考虑三单元）：
CH 2
CH Cl CH 2
C Cl Cl
+
(V)(D)
V
V V V V D D D V D
D
D
这四种排列方式的裂解产物分别应为：，Cl
，Cl
Cl ，
Cl
Cl Cl
而实验得到这四种裂解产物的组成是10：1：1：10，可见原共聚物中主要为：
V
V
V
、
D D D
的序列分布，而其余两种情况的无规链节很少。
4 异戊二烯聚合时，主要有1，4-加聚和3，4-加聚方式，实验证明，主要裂解产物的组成与聚合时的加成方法有线形关系。今已证明天然橡胶的裂解产物中
C
H 3C CH 3
2
C
H 3CH
C
H 3CH 2
(A)
(B)
和
的比例为96.6：3.4，据以上事实，则从天然橡胶中异戊二烯的加成方式，可得到什么结论？ 解：若异戊二烯为1，4-加成，则裂解产物为：
CH 2
CH 3
CH
CH 2
CH 2
C CH
CH 3
C
H 2(裂解)
C
H 3C CH 3
2+
若为3，4-
加成，则裂解产物为：
H 3H 3
2
C
H 3C
H 3CH
CH 2
(裂解)
C
H 3CH
C
H 3CH 2
+
现由实验事实知道，（A ）：（B ）=96.6：3.4，可见在天然橡胶中，异戊二烯单体主要是以1，4-加成方式连接而成。
5 若把聚乙烯看作自由旋转链，其末端距服从Gauss 分布函数，且已知C-C 键长为1.54?，键角为109.5o，试求：
⑴ 聚合度为4
105?的聚乙烯的平均末端距、均方末端距和最可几末端距； ⑵ 末端距在+10 ?和+100 ?处出现的几率。 解：⑴
)(3983
2
1
)
(448382)(107.4cos 1cos 12
52
2A ==
=
A =∏=∏=A ?=+-=*l N h l N h nl
h fr β
β
θθ
⑵
1
4162223)(1037.3)100()(105.3)10(4)exp()(
)(----A ?=A ±A ?=A ±∏-∏
=ωωββ
ω，得
由dh h h dh h
即在±100?处的几率比在±10?处的几率大。
6 某碳碳聚α-烯烃，平均分子量为1000M 。（M 。为链节分子量），试计算： ⑴完全伸直时大分子链的理论长度； ⑵若为全反式构象时链的长度； ⑶看作Gauss 链时的均方末端距； ⑷看作自由旋转链时的均方末端距；
⑸当内旋转受阻时（受阻函数438.0cos =?）的均方末端距；
⑹说明为什么高分子链在自然状态下总是卷曲的，并指出此种聚合物的弹性限度。 解：设此高分子链为：
CH 2CH ()n
键长l=1.54?,键角θ=109.5o
⑴nm
M M Nl L 308308054.1)1000(20
max =A =?==?
⑵nm Nl L 5.25125
.109sin
54.120002
sin
=??==θ
反
⑶
2
22
20
)(35.47)(4735nm Nl h =A ==?
⑷2
22
2
)(86.94)(9486cos 1cos 1nm Nl h fr
=A =+-=?θθ
⑸2
222)(72.242)(24272cos 1cos 1cos 1cos 1nm Nl h =A =-+?+-=?
??θθ
nm h 6.152
1
2=）或（
⑹因为m ax L >反L >>21)(2h ，所以大分子链处于自然状态下是卷曲的，它的理论弹性限度是25)/(21
2≈h L 反
倍
7 某高分子链的内旋转势能与旋转角之间的关系如下图所示：
以知邻位重叠式（e ）的能量U e =12kJ/mol ，顺式（c ）的能量U c =25kJ/mol ，邻位交叉式（g 与g ˊ）的能量U g =U g ˊ=2kJ/mol ，试由Boltzmann 统计理论计算：
（1）温度为140℃条件下的旋转受阻函数?cos ；
（2）若该高分子链中，键角为112°，计算刚性比值K 为多大？ 解：（1）
)(0025,0002,012,0)
(180,120,60,01-?=±±±=mol kJ U i i 度?
设)(?N =旋转次数，T=413K ，R=8.31J/(K?mol )
由Boltzmann 统计理论：)
/ex p(RT U N i i -=
分别计算得
1)0
exp(
)0(==RT N
0303
.0)41331.81000
12exp(
)60(=??-=±N 5584
.0)41331.81000
2exp()120(=??-=±N 4
10862.6)41331.81000
25exp()180(-?=??-=±N
4521
.0)4~1(cos ))(exp(cos ))(exp()(cos )(cos 20
20
2020===--==∑∑????i N N d RT
U d RT U d N d N i
i i i i ????????????ππππ
（2）以知键角θ=112°，cosθ=-0.3746
83.5)4521.014521.01)(3746.013746.01()cos 1cos 1)(cos 1cos 1(2222
=-+-+=-++-=
=∴Nl Nl Nl h
K ??θθ
8 假定聚丙烯于30℃的甲苯溶液中，测得无扰尺寸()
nm M
h 42
120
10835/-?=，而刚性因子
()76
.1/2
1220
==fr
h h σ，试求：
(1)此聚丙烯的等效自由取向链的链段长； (2)当聚合度为1000时的链段数。 解：
CH 2CH 3
()n
的全反式构象如下图所示：
已知
.
5.109,54.1,420?=A ==θ
l M
解法一
[]
M nm h 2
42010835-?= M
nm l M M nl L )(1099.52sin 22sin 30-?===θ
θ反
（1）
[]
nm
M
nm M nm L h l 17.1)(1099.51083532
4200=??==--反
（2）
[][])
(16210835)(1099.52
4
2
2
3
20
2
0个反=??=
=
--M
nm M nm h
L N )421000(?=M
解法二 )(9.29331
131
1154.01000276.12222220nm h h fr =-+
???==σ
)(5.25125
.109sin
154.0100022
sin
nm nl L =??==θ
反
（1）
nm
L h l 17.15.2519
.293200===反
（2）)(1529
.2935.25122
02
0个反===
h L N
第二章 高分子的聚集态结构
1 下表列出了一些聚合物的某些结构参数，试结合链的化学结构，分析比较它们的柔顺性好坏，并指出在
适于做纤维用的是 EC 、PAN ； 适于做塑料用的是 PS 、(EC)；
适于做橡胶用的是 PIB 、PIP 、PDMS 。
2 由X 射线衍射法测得规整聚丙烯的晶胞参数为a=6.666
A ,b=20.87
A ,c=6.488
A ，交角β=98.12 ，为单斜晶系，每个晶胞含有四条H 31螺旋链（如图所示）。
试根据以上数据，预测完全结晶的规整聚丙烯的比容和密度。
解：比容
A N M abc M V v /)43(sin 0?=
=
β
)(067.1)1002.6/(42)43(12.98sin 488.687.20666.61323
-=??????=g cm
密度)
(1094.0067.1101333-??===m kg v ρ 文献值)
(1095.033-??=m kg c ρ
3 由文献查得涤纶树脂的密度
)
(1050.133-??=m kg c ρ和
)
(10335.133-??=m kg a ρ，内聚能
)(67.661单元-?=?mol kJ E 。今有一块的涤纶试样361051.096.242.1m -???，重量为kg 31092.2-?，试
由以上数据计算：
（1）涤纶树脂试样的密度和结晶度； （2）涤纶树脂的内聚能密度。
解：（1）密度)(10362.1)1051.096.242.1(1092.2336
3---??=????==m kg V W ρ 结晶度
%
36.16335
.150.1335.1362.10=--=--=a c a v f ρρρρ
或
%180=--?=
a
c a
c W f ρρρρρρ
（2）内聚能密度)(473192)10362.1/1(1067.6633
3
0-?=???=??=cm J M V E CED
文献值CED=476
)(3
-?cm J
4 已知聚丙烯的熔点
C
T m 176=，结构单元融化热
1
36.8-?=?mol kJ H u ，试计算：
（1）平均聚合度分别为DP =6、10、30、1000的情况下，由于链段效应引起的m T
下降为多大？
（2）若用第二组分和它共聚，且第二组分不进入晶格，试估计第二组分占10%摩尔分数时共聚物的熔点为多少？
解：（1）DP
H R T T u m m ??=
-2110
式中，
K
C T m 4491760== ，1
131.8--?=K mol J R ，用不同DP 值代入公式计算得到：
C K T m 1043371==，降低值176-104=72C
C
K T m 1304032==，降低值176-130=46C
C K T m 1594323==，降低值176-159=17C
C
K T m 1754484==，降低值176-175=1C
可见，当DP >1000时，端链效应开始可以忽略。 （2）由于10.0=A X ，90.0=B X
A u
m m X H R T T ln 110?-=-
1.0ln 36.831.844911-=m T
C
K T m 1568.428==∴
5 某结晶聚合物熔点为200C
，结构单元的摩尔融化热136.8-?=?mol kJ H u 。若在次聚合物中分别加入10%体积分数的两种增塑剂，它们与聚合物的相互作用参数分别为1χ=0.2和-0.2，且令聚合物链节与增塑剂
的摩尔体积比1/V
V u =0.5，试求：
（1）加入增塑剂后聚合物熔点各为多少度？ （2）对计算结果加以比较讨论。
解：（1）)(112
1111
0φχφ-??=-V V H R T T u u m m
式中，10.0=φ，对于2.01=χ时
C K T T m m 5.1896.462)10.02.010.0(5.036
.831
.847311121==∴?-?+=
对于2.01-=χ同样计算可得：
C
K T m 18918.4622==
（2）
C
T T m
m 5.105.18920001=-=-
C
T T m m 1118920002=-=-
可见二者的影响差别不大，良溶剂的影响大于不良溶剂的影响。
6 聚乙烯有较高的结晶度（一般为70%），当它被氯化时，链上的氢原子被氯原子无规取代，发现当少量的氢（10~50%）被取代时，其软化点下降，而大量的氢（>70%）被取代时则软化点又上升，如图示意，试解释之。
解：PE 氯化反应可简化表示为：
CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH 2CH
Cl
（Cl=10%）
CH 2CH 2CH CH 2Cl
CH
Cl
CH 2
（Cl ≈50%）
CH 2CH CH CH Cl CH
Cl
CH Cl Cl Cl
（Cl ≥70%）
由于Cl=35.5，CHCl=48.5，CH 2=14，
当Cl=10%时，22
5.48145
.35%10=?+=
x x
即相当于
CH 2()CH
Cl
22
当Cl ≈50%时，同样解得6.1=x
即相当于
CH 2()CH
Cl
1.6
当Cl ≥70%时，解得1.1=x
即相当于
CH 2()CH
Cl
1.1
从分子的对称性和链的规整性来比较，PE 链的规整性最好，结晶度最高；链中氢被氯取代后，在%50≤Cl 前，分子对称性破坏，使结晶度和软化点都下降；当%70≥Cl 时，分子的对称性又有恢复，因此产物软化
温度又有些上升，但不会高于原PE 的软化温度。
1 高分子溶液的特征是什么？把它与胶体溶液或低分子真溶液作比较，如何证明它是一种真溶液。
2 293K 时于0.1L 的容量瓶中配制天然胶的苯溶液，已知天然胶重10-3kg ，密度为991kg·m -3，分子量为2×105。假定混合时无体积效应。试计算：（1）溶液的浓度c(kg·L -1)；（2）溶质的摩尔数（n 2）和摩尔分数（x 2）；（3）溶质和溶剂的体积分数（Φ1,Φ2）为多少？
解：（1）浓度
)(1011.0/10/1
232---??===L kg V W c （2）溶质摩尔数
6
6
6
212221111112313322263
53
222105.4105109.1105)
(109.1078
.0874
.010899.9//)
(10899.910009.11.0)(10009.1991.0/10/)(10510
10210/-----------?=?+?=+=∴=??===?=?-=?===?=??==n n n x mol M V M W n L V L W V mol M W n ρρ
（3）体积分数
998
.0012.011012.010
009.110899.910009.1213
23
2122=-=-==?+??=+=---φφφV V V
3 计算聚乙烯酸乙烯酯的溶度参数。已知摩尔原子吸引常数为：
摩尔原子/)(23
21-?cm J G i C H O(酯)
（298K ） 0 139.7 255
聚合物密度3
31025.1-??=m kg ρ，溶度参数的实验值)(4.22~9.182
3
2
1
-?=cm J δ。
解： PVA C
1
0086.0-?=mol kg M
∑?+?+???==)25527.139604(10086.01025.16
3
0i i G n M ρ
δ
)(6.1923
21-?=cm J
4 上题中若已知基团吸引常数分别为：
CH 2
271， CH
57， COO
310，
CH 3
436，
求聚乙烯酸乙烯酯的溶度参数，并与上题的结果相比较。
解：基团
)(23
21
-?cm J F i )(2
3
21
-?cm J F n i i CH 2
271 271
CH 57 57 COO
632 632 CH 3
436 436
∑+++??==∴)
43663257271(10086.01025.163
i i F n M ρ
δ
)(3.2023
21-?=cm J
5 用磷酸三苯酯（6.191=δ）做PVC （4.19=P δ）的增塑剂，为了加强它们的相容性，尚须加入一种稀
释剂（3.16'1=δ，分子量为350）。试问这种稀释剂加入的最适量为多少？
解：设加入稀释剂的体积分数为1φ，重量为1W ，由溶剂混合法则：
)1(111'1φδφδδ-+=P
113.16)1(6.194.19φφ+-=
解出06.01=φ，94.0112=-=φφ，若取磷酸三苯酯100份，其分子量=326，
350/326/100350
/06.011W W +=
85.61=∴W （份）
6 （1）应用半经验的“相似相溶原则”，选择下列聚合物的适当溶剂：天然橡胶，醇酸树脂，有机玻璃，聚丙烯腈；（2）根据“溶剂化原则”选择下列聚合物的适当溶剂：硝化纤维，聚氯乙烯，尼龙6，聚碳酸酯；（3）根据溶度参数相近原则选择下列聚合物的适当溶剂：顺丁橡胶，聚丙烯，聚苯乙烯，涤纶树脂。 解：（1）相似相溶原则：
(CH 2C
CH 3
CH
CH 2)n
溶剂：
n
C 7H 1
6
，，CH 3
n
)O R
O
C R'O
C O
(CH 3C OC 2H 5
O
n )
(CH 2C CH 3
3CH 3C CH 3O ，CH 3C OC 2H 5O
n
)(CH 2CH CH 2CN
CN
，
H C O
N
CH 3
CH 3
（2）溶剂化原则：
ONO 2
Cell
溶剂：
O R R
-，
O C
CH 3CH 3
-
CH 2CH Cl
()
n O -，
O C
CH 3
CH 3
-
()n CH 2C NH O
5[]
-OH
n []
O
C CH 3
CH 3
O C O C H H Cl
Cl ++
（3）溶度参数相近原则：
CH 2CH CH CH 2()
n 溶剂：
()
n CH 2CH CH 3
，
CH 3
()
n
CH 2CH CH 3
()
n OCH 2CH 2O C
O
C O
OH
+
C 2H 2Cl 4
7 由高分子的混合自由能（
m G
?），导出其中溶剂的化学位变化（1μ?），并说明在什么条件下高分子溶液中溶剂的化学位变化，等于理想溶液中溶剂的化学位变化。
解：由
)
ln ln (212211φχφφn n n RT G m ++=?
则
2,,11)(n P T m n G ?
????????=?μ ?
??
???+-+=?????????? ?
?+++++??=221212121212221111)11(ln ln ln φχφφχx RT xn n xn n xn n xn n xn n n n n RT
当溶液浓度很稀时，
12<<φ，2
222121
)1ln(ln φφφφ--≈-=
?
???????? ?
?-+-=?∴2212121φχφμx RT 当
211=
χ，且高分子与溶剂分子体积相等时， 1/12==V V x ，则有：
2212
212211RTx n n n RT xn n xn x RT x RT
-=+-=??????+?-=-=?φμ
而理想溶液
[]
2211ln ln x n x n RT G i
m
+=?
2,,11
)(n P T i
m i n G ?
???????=?μ
高分子物理期末复习题
《高分子物理》期末复习题集（没有参考答案） 第一章 高分子链的结构 教学大纲 本章的主要内容是介绍链的近程结构和远程结构。其中近程结构介绍了高分子链结构单元的化学组成、键接方式、立体构型、支化与交联和端基等内容；远程结构包括高分子的大小及柔顺性，着重介绍柔顺性的成因、影响因素和定量描述。 要求掌握：1、高分子链近程结构和远程结构的主要内容，并能举例说明各自对性能的影 响； 2、构象、构型 、柔顺性和链段等基本概念； 3、影响柔顺性的因素有哪些?并能判断不同分子链间柔顺性的大小。 要求理解：1、平衡态柔顺性的表征方法（θ状态测量法、几何算法和高斯统计法）及异 同； 2、自由联接链、等效自由联结链和高斯链的异同 3、正确理解和初步运用以下公式 （1）20206 1 h =ρ （2）θθ cos 1cos 122-+=nl h f （3）b z h 3 21 *= = β （4）22zb h =
（5）20 2 20 2max )2cos (h nl h L z θ == 要求了解：（1）几何算法计算自由旋转链的末端距； （2）高斯统计算法计算高斯链的假设、计算过程及几种末端距的结果。 习题 一、名词解释： 有规立构高分子、立构规整度、链段、等效自由连接链、高斯链、聚合物的链结构、 有规立构高分子：其分子可以仅用一个以，一种简单序列排列的构型重复单元描述的规整高聚物。 立构规整度：指高聚物中含有全同立构与间同立构的总的百分数。 链段：大分子中能够完全自由取向的最小单元。 高斯链：末端距分布以及链段分布符合高斯分布函数的链。 等效自由结合链：高分子链段与链段自由结合，并且无规取向。称为等效自由结合链 二、判断题 （1） 低温度可以使聚丙烯的链处于冻结状态，其构象数减少，规整度提高。X （2） 大部分高分子主链上都含有σ单键，任何条件下都能内旋转。X （3） 立构规整度高的聚合物都能结晶。X （4） 温度越高内旋转异构体的数目越多。 （5） 结晶高聚物的构象数比取向高分子的构象数少。X （6） 同一高分子玻璃态的末端距大于其粘流态的末端距。X （7） 自由结合链就是高斯链。X （8） 链段的长度是由高斯统计理论计算得来的。X （9） 高斯统计理论只能用来计算柔顺链的末端距。 （10） 几何计算得到的末端距一定小于无扰状态的末端距。 （11） 自由旋转链的末端距公式说明记键角越大、键长越长、键的个数越多末端距越大。 （12） 支化高分子的柔顺性比无支化链的柔顺性好。X （13） 交联使高分子链的柔顺性下降。X （14） 分子量增大高分子链的柔顺性提高。X 三、填空题 （1） 端基对聚合物的??热稳定性??影响很大，例如聚碳酸酯的??羟基端??和酰氯端基存在 使其??热稳定性??降低。 （2） 顺序异构体对聚合物的性质也有一定的影响，例如聚乙烯醇做维尼纶中只??头尾键合 ??结构才能与甲醛缩合，而??头头键合?结构的存在使维尼纶中含有?羟??基，它具有亲水性，使维尼纶缩水且强度下降。 （3） 轻度交联可使材料强度???提高?????、模量??增大?????、弹性??变好?????、粘流温 度??升高?????、蠕变??减少?????、应力松弛??不会为0?????、损耗因子???变小????。
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高分子物理课后答案,何曼君,第三版 第三章 高分子的溶解过程与小分子相比有什么不同？ 高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊，两者运动分子运动速度差别很大，现是溶剂分子渗入高聚物内部，是高聚体膨胀，称为“溶胀”，然后高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系。对于交联的高分子只停留在溶胀阶段，不会溶解。 第二维里系数A2的物理意义？ 第二维利系数的物理意义是高分子链段和链段间的内排斥与高分子链段和溶剂分子间能量上相互作用、两者相互竞争的一个量度。它与溶剂化作用和高分子在溶液里的形态有密切关系。良溶剂中，高分子链由于溶剂化作业而扩张，高分子线团伸展，A2是正值；温度下降或在非良溶剂，高分子线团收缩，A2是负值；当链段与链段、溶剂与高分子链段相互作业想等时，高分子溶液符合理想溶液的性质，A2为零，相当于高分子链处于无扰状态。 高分子的理想链和真实链有哪些区别？ ①理想链是一种理论模型，认为化学键不占体积，自由旋转，没有键角和位垒的限制，而真实链有键角限制和位垒的限制。 ②理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用，而真实链要考虑链节与链节之间的体积排除和链与周围环境的相互作用以及链与链之间的相互作用等。 高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质的区别？ 三种溶液最本质的区别体现在溶液中和高分子无规线团之间的相互作用和无规线团的形态结构不同： ① 稀溶液：高分子线团是相互分离的，溶液中高分子链段的分布也是不均一的；线团 之间的相互作用可以忽略。 ②浓溶液：大分子链之间发生相互穿插和缠结，溶液中链段的空间密度分布趋于均一。 ② 亚浓溶液：亚浓溶液介于稀溶液和浓溶液之间，高分子线团开始相互穿插交叠，整 个溶液中链段的分布趋于均一；高分子线团与临近线团开始相互作用。 第四章一般共混物的相分离与嵌段共聚物的微相分离在本质上有何差别？ 由于嵌段共聚物的嵌段间不相容而发生相分离，平均相结构微区的大小只有几十到几百纳米，即微相分离，两相之间的作用力是化学键。两种聚合物共混时，由于混合熵很小，混合晗决定于聚合物之间的相互作用，通常较小，所以两种聚合物混合自由能通常大于零，是分相的。而一般共混物两相界面之间的作用力是分子间作用力或氢键，其分相可能是宏观可
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一、填充题 1一般用Mw来表征聚合物平均分子量比Mn更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子。 2在分子量积分分布曲线上，90％处的分子量与50％处的分子量的比值对高分子量尾端较敏感 3均聚物分子中有且只有一种（真实的、隐含的或假设的）单体。因此，-[O(CH2)5CO]m-[OCH2CO]n-属于共聚物，-[CH2CH2CH2CH(CH3)]n- 属于均聚物。 4结晶高分子由于含有完善程度不同的晶体，没有精确的熔点，而存在熔限。 5根据形成条件的不同，聚合物的液晶分为热致性液晶和溶致性液晶。 6高聚物的增塑主要是由于增塑剂的加入导致高分子链间相互作用力的减弱。 7高分子的特性粘度主要反映了溶剂分子与高聚物分子之间的内摩擦效应，其值决定于前者的性质，但更决定于后者的形态和大小，是一个与后者的聚合物分子量有关的量。 8在用毛细管粘度计测定高分子溶液粘度时，其中奥氏粘度计要求每一测定所取的液体体积必须相同。 9甲苯的玻璃化温度为113K，假如以甲苯作为聚苯乙烯（Tg＝373K）的增塑剂， 含有20%体积分数甲苯的聚苯乙烯的玻璃化温度为321K 。 10温度升高对高分子的分子运动有两方面的作用，包括增加能量和使聚合物体积膨胀，增大运动空间 11由于聚三氟氯乙烯容易形成结晶，为了制备透明薄板，成型过程中制品冷却要迅速，使之结晶度低，晶粒尺寸小。 12高聚物悬浮液和乳胶等分散体系通常属于假塑型流体，即流体粘度随剪切速率的增加而降低。 13材料的弹性模量是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小，是材料刚性的一种表征。 14玻璃态和晶态聚合物的拉伸过程本质上都属于高弹形变，但其产生的温度范围不同，前者在Tb 和Tg 之间，而后者在Tg和Tm 之间产生。 15．用塑料绳绑捆东西，时间久了会变松，这是材料的应力松弛现象 16．稳定高聚物分子三维结构的作用力包括氢键、范德华力、疏水作用和盐键。此外共价二硫键在稳定某些高分子的构象方面也起着重要作用。
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课后作业答案： 第一章 2、 W 1=250/(250+280+300+350+400+450+500+600)=250/3130=0.0799 W 2=0.0895 W 3=0.0958 W 4=0.1118 W5=0.1278 W6=0.1438 W7=0.1597 W8=0.1917 111 3910.07990.08950.09580.11180.12780.14380.15970.19170.002556 250280300350400450500600n i i M w M = ===+++++++∑424w i i M w M ==∑； 2 2 (1)12903w n n n M M M σ=-=； 22 (1)15173w w V M d =-= 4、粘度法测定分子量，得到的数据为不同浓度的溶液流经乌氏粘度计的两到标志线所需的时间。粘度一方面与聚合物的分子量有关，另一方面也与聚合物分子的结构、形态和在溶剂中的扩张程度有关。因此，粘度法测得的分子量为相对分子量。 渗透压法测定分子量，得到的数据为不同浓度的溶液对应的平衡渗透压，与溶液中溶剂和溶质的摩尔分数有关，因此测得的是数均分子量。 光散射法测定分子量，是将固定波长的光线通过不同浓度的溶液，而散射光的强度是由各种大小不同的分子所贡献的。因此测得的分子量为重均分子量。 5、如知道分子量的数量微分分布函数N （m ）和质量微分分布函数W(m),则可通过下式求出n M 和w M . 01 ()()n M N m MdM W N dM M ∞ ∞= = ? ? ()w M W m MdM ∞ = ? 6、 2i i i i i i w i i i i i i i i n M W M M W M n M W = ==∑∑∑∑∑ 1 i i i i i n i i i i i i i i n M W M W W n M M = = = ∑∑∑∑∑ 1/( )i i i M W M αα η=∑ ； 以为α值在-1到1之间，因此n w M M M η≤≤ 7、今有一混合物，有1克聚合物A 和2 克同样类型的聚合物B 组成，A 的分 子量M A = 1×105 g ．mol -1; B 的分子量M B = 2×105 g ．mol -1。计算该混合物的
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第9章聚合物的流变性 1.什么是假塑性流体？绝大多数聚合物熔体和浓溶液在通常条件下为什么均呈现假塑性流体的性质？试用缠结理论加以解释。 答：（1）流动指数n<1的流体称为假塑性流体； （2）略 2.聚合物的粘性流动有何特点？为什么？ 3.为什么聚合物的粘流活化能与分子量无关？ 答：根据自由体积理论，高分子的流动不是简单的整个分子的迁移，而是通过链段的相继跃迁来实现的。形象的说，这种流动的类似于蚯蚓的蠕动。因而其流动 活化能与分子的长短无关。,由实验结果可知当碳链不长时，随碳数的增加而增加，但当碳数大于30时，不再增大，因此聚合物超过一定数值后，与相对分子质量无关。 4.讨论聚合物的分子量和分子量分布对熔体粘度和流变性的影响。 答：低切变速率下，当时，略依赖于聚合物化学结构和温度，当 时，与聚合物化学结构，分子量分布及温度无关；增大切变速率，链 缠结结构破坏程度增加，分子量对体系粘度影响减小。 聚合物熔体非牛顿流动时的切变速率随分子量加大向低切变速率移动，剪切引起的粘度下降，分子量低的试样也比分子量高的试样小一些。分子量相同时分子量分布宽的聚合物熔体出现非牛顿流动的切变速率比分布窄的要低的多。 5.从结构观点分析温度、切变速率对聚合物熔体粘度的影响规律，举例说明这一规律在成型加工中的应用。 答：a.温度升高，粘度下降，在较高温度的情况下，聚合物熔体内自由体积相当大，流动粘度的大小主要取决于高分子链本身的结构，即链段跃迁运动的能力，一般分子链越刚硬，或分子间作用力越大，则流动活化能越高，这类聚合物是温敏性的；当温度处于一定范围即Tg 高分子物理答案详解（第三版） 第1章高分子的链结构 1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型。 等。 2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？ 答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须断裂化学键。 （2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。 3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈31螺旋构象，而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？ 答（1）由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小，产生排斥作用，使平面锯齿形（…ttt…）构象极不稳定，必须通过C-C键的旋转，形成31螺旋构象，才能满足晶体分子链构象能最低原则。 （2）由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开，相互间距离比范德华半径大，所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。 4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？ 答：（1）空间位阻参数（或称刚性因子），值愈大，柔顺性愈差； （2）特征比Cn，Cn值越小，链的柔顺性越好； （3）连段长度b，b值愈小，链愈柔顺。 5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？ 答：这是由于聚乙烯分子对称性好，容易结晶，从而失去弹性，因而在室温下为塑料而不是橡胶。 6.从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异： （1）聚丙烯睛与碳纤维； （2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯； （3）顺式聚1，4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊二烯（杜仲橡胶）。（4）高密度聚乙烯、低密度聚乙烯与交联聚乙烯。 (1)线性高分子梯形高分子 (2 非晶高分子结晶性高分子 (3)柔性 (4)高密度聚乙烯为平面锯齿状链，为线型分子，模量高，渗透性小，结晶度高，具有好的拉伸强度、劲度、耐久性、韧性；低密度聚乙烯支化度高于高密度聚乙烯（每1000 个主链 C 原子中约含15～35 个短支链），结晶度较低，具有一定的韧性，放水和隔热性能较好；交联聚乙烯形成了立体网状的结构，因此在韧性、强度、耐热性等方面都较高密度聚乙烯和低密度聚乙烯要好。 一、单项选择题 1．高分子的基本运动是（ B ）。 A．整链运动B．链段运动C．链节运动 2．下列一组高聚物分子中，柔性最大的是（ A ）。 A.聚氯丁二烯 B.聚氯乙烯 C.聚苯乙烯 3. 下列一组高聚物中，最容易结晶的是( A ). A.聚对苯二甲酸乙二酯 B. 聚邻苯二甲酸乙二酯 C. 聚间苯二甲酸乙二酯 4．模拟线性聚合物的蠕变全过程可采用（ C ）模型。 A.Maxwell B. Kelvin C. 四元件 5.在半晶态聚合物中，发生下列转变时，判别熵值变大的是（ A ）。（1）熔融（2）拉伸取向（3）结晶（4）高弹态转变为玻璃态 6.下列一组高聚物分子中，按分子刚性的大小从小到大的顺序是（ADBFC ）。 A.聚甲醛； B.聚氯乙烯； C.聚苯乙烯； D. 聚乙烯；F. 聚苯醚 7．.假塑性流体的特征是（ B ）。 A．剪切增稠B．剪切变稀C．粘度仅与分子结构和温度有关 8.热力学上最稳定的高分子晶体是（ B ）。 A．球晶B．伸直链晶体C．枝晶 9.下列高聚物中，只发生溶胀而不能溶解的是（ B ）。 A. 高交联酚醛树脂； B. 低交联酚醛树脂； C.聚甲基丙稀酸甲脂 10.高分子-溶剂相互作用参数χ1（ A ）聚合物能溶解在所给定的溶剂中 A. χ1<1/2 B. χ1>1/2 C. χ1=1/2 11.判断下列叙述中不正确的是（ C ）。 A．结晶温度越低，体系中晶核的密度越大，所得球晶越小； B．所有热固性塑料都是非晶态高聚物； C．在注射成型中，高聚物受到一定的应力场的作用，结果常常得到伸直链晶体。 12. 判断下列叙述中不正确的是（ C ）。 A．高聚物的取向状态是热力学上一种非平衡态； B．结晶高聚物中晶片的取向在热力学上是稳定的； C．取向使材料的力学、光学、热性能各向同性。 13.关于高聚物和小分子物质的区别，下列( D )说法正确 ⑴高聚物的力学性质是固体弹性和液体粘性的综合； ⑵高聚物在溶剂中能表现出溶胀特性，并形成居于固体和液体的一系列中间体系； ⑶高分子会出现高度的各向异性。 A. ⑴⑵对 B. ⑵⑶对 C. ⑴⑶对 D.全对 三、问答题： 高分子物理习题答案 第一章高分子链的结构 3．高分子科学发展中有二位科学家在高分子物理领域作出了重大贡献并获得诺贝尔奖，他们是谁？请列举他们的主要贡献。 答：（1）H. Staudinger（德国）：“论聚合”首次提出高分子长链结构模型，论证高分子由小分子以共价键结合。1953年获诺贝尔化学奖。 贡献：（1）大分子概念：线性链结构 （2）初探[η]=KMα关系 （3）高分子多分散性 （4）创刊《die Makromol.Chemie》1943年 （2）P. J. Flory（美国），1974年获诺贝尔化学奖 贡献：（1）缩聚和加聚反应机理 （2）高分子溶液理论 （3）热力学和流体力学结合 （4）非晶态结构模型 6．何谓高聚物的近程（一级）结构、远程（二级）结构和聚集态结构？试分别举例说明用什么方法表征这些结构和性能，并预计可得到哪些结构参数和性能指标。 答：高聚物的一级结构即高聚物的近程结构，属于化学结构，它主要包括链节、键接方式、构型、支化和交联结构等，其表征方法主要有：NMR, GC, MS, IR, EA, HPLC, UV等。而高聚物的二级结构即高聚物的远程结构，主要包括高分子链的分子量、分子尺寸、分子形态、链的柔顺性及分子链在各种环境中所采取的构象，其表征方法主要有：静态、动态光散射、粘度法、膜渗透压、尺寸排除色谱、中子散射、端基分析、沸点升高、冰点降低法等。高聚物的聚集态结构主要指高分子链间相互作用使其堆积在一起形成晶态、非晶态、取向态等结构。其表征方法主要有：x-射线衍射、膨胀计法、光学解偏振法、偏光显微镜法、光学双折射法、声波传播法、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、核磁共振，热分析、力学分析等。 8．什么叫做高分子的构型？试讨论线型聚异戊二烯可能有哪些不同的构型。 答：由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排布。 1，2：头-头，全同、间同、无规；头-尾，全同、间同、无规 3，4：头-头，全同、间同、无规；头-尾，全同、间同、无规 1，4：头-头，顺、反；头-尾，顺、反 9．什么叫做高分子构象？假若聚丙烯的等规度不高，能不能用改变构象的办法提高其等规度？说明理由。答：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态（内旋转异构体）称为构象。不能用改变构象的办法提高其更规度。等规度是指高聚物中含有全同和间同异构体的总的百分数，涉及的是构型问题，要改变等规度，即要改变构型。而构型是由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排布，改变构型必须通过化学键的断裂和重组。 11．假定聚丙烯主链上的键长为0.154纳米，键角为109.5°，根据下表所列数据，求其等效自由结合链的链段长度l e及极限特征比C∞。 聚合物溶剂温度（℃）A×104（nm）σ 聚丙烯（无规）环已烷、甲苯30 835 1.76 第一章 高分子链的结构 1 写出由取代的二烯（1，3丁二烯衍生物） CH 3CH CH CH CH COOCH 3 经加聚反应得到的聚合物，若只考虑单体的1，4-加成，和单体头-尾相接，则理论上可有几种立体异构体？ 解：该单体经1，4-加聚后，且只考虑单体的头-尾相接，可得到下面在一个结构单元中含有三个不对称点的聚合物： C H C H C H C H C H 3 C OO C H 3 n 即含有两种不对称碳原子和一个碳-碳双键，理论上可有8种具有三重有规立构的聚合物。 2 今有一种聚乙烯醇，若经缩醛化处理后，发现有14%左右的羟基未反应，若用HIO 4氧化，可得到丙酮和乙酸。 由以上实验事实，则关于此种聚乙烯醇中单体的键接方式可得到什么结论？ 解：若单体是头-尾连接，经缩醛化处理后，大分子链中可形成稳定的六元环，因而只留下少量未反应的羟基： CH 2 CH OH CH 2 CH OH CH 2 CH OH CH 2 CH O CH 2 O CH CH 2 CH 2 CH OH 同时若用HIO 4氧化处理时，可得到乙酸和丙酮： CH 2 CH CH 2 OH CH CH 2 OH CH OH 4 CH 3C OH O + CH 3C O CH 3 若单体为头-头或尾-尾连接，则缩醛化时不易形成较不稳定的五元环，因之未反应的OH 基数应更多（>14%），而且经HIO 4氧化处理时，也得不到丙酮： CH 2 CH CH OH CH 2 CH 2 CH OH OH CH O CH O CH 2 O CH CH 2 CH 2 CH OH CH 2 CH CH OH CH 2CH 2 CH OH OH HIO 4 CH 3C OH O + OH C O CH 2CH 2C OH O 可见聚乙烯醇高分子链中，单体主要为头-尾键接方式。 3 氯乙烯（CH 2 CH Cl ）和偏氯乙烯（ CH 2CCl 2 ）的共聚物，经脱除HCl 和裂解后，产物 有： ，Cl ，Cl Cl ，Cl Cl Cl 等，其比例大致为10：1：1：10（重量）， 由以上事实，则对这两种单体在共聚物的序列分布可得到什么结论？ 解：这两种单体在共聚物中的排列方式有四种情况（为简化起见只考虑三单元）： CH 2 CH Cl CH 2 C Cl Cl + (V) (D) 高分子物理部分复习题 一、名词解释 构型、构象、柔顺性、内耗、等同周期、假塑性流体、远程结构、近程结构、末端距、聚集态结构、液晶、 取向、熵弹性、玻璃化转变温度、应力松弛、蠕变、杂链高分子、元素有机高分子、键接结构、旋光异构、均相成核、异相成核、时温等效原理、粘流态、玻璃化转变温度、 二、填空题 1.聚合物的粘弹性体现在具有、、三种力学松驰现象。（3分） 2.分子间的范德华力包括、和。（1.5分） 3.作为橡胶、塑料和纤维使用的聚合物之间的主要区别是。 4. 材料一般需要较高程度的取向。 5.某聚合物试样中含两个组分，其相对分子质量分别1╳104 g/mol和2╳105g/mol，相应的质量分数(w i)分别是0.2和0.8，其数均相对分子质量、重均相对分子质量和相对分子质量多分散系数分别是、和 6.高分子链的柔顺性越大，它在溶液中的构象数越，其均方末端距越。 7.橡胶的高弹性的特点是：（1）弹性模量很，而形变量很；（2）形变需要；（3）形变时有效应。 8. 制备高分子合金的方法有（）和（）。 9．随着聚合物结晶度的提高，其弹性模量；随着结晶聚合物分子量的增加，其熔点；随着聚合物交联程度的提高，其弹性模量。 10.PET的玻璃化转变温度是69℃，但用它制造的可乐瓶和矿泉水瓶在很低的温度下却还有很高的抗冲击性能，主要是由于它在玻璃化转变温度以下还存在 。 13.下列聚合物中，玻璃化转变温度从高到低次序正确的是：（）。 A.聚二甲基硅橡胶、PS、PP、PC； B.PET、PC、PP、顺丁橡胶； C.PMMA、PC、PET、聚二甲基硅橡胶； D.PC、PS、PP、顺丁橡胶。 15.聚乙烯能作为塑料使用，是因为：（） 高分子物理部分复习题 构象;由于单键（σ键）的内旋转，而产生的分子在空间的不同形态。它是不稳定的，分子热运动即能使其构象发生改变 构型;分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。稳定的，要改变构型必需经化学键的断裂、重组 柔顺性;高聚物卷曲成无规的线团成团的特性 等同周期、高聚物分子中与主链中心轴平行的方向为晶胞的主轴，其重复的周期 假塑性流体、无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体 取向;高分子链在特定的情况下，沿特定方向的择优平行排列，聚合物呈各向异性特征。 熵弹性、聚合物（在Tg以上）处于高弹态时所表现出的独特的力学性质 粘弹性；外力作用，高分子变形行为有液体粘性和固体弹性的双重性质，力学质随时间变化的特性 玻尔兹曼叠加、认为聚合物在某一时刻的弛豫特性是其在该时刻之前已经历的所有弛豫过程所产生结果的线性加和的理论原理 球晶、球晶是由一个晶核开始，以相同的速度同时向空间各方向放射生长形成高温时，晶核少，球晶大 应力损坏（内耗）、聚合物在交变应力作用下产生滞后现象，而使机械能转变为热能的现象 应力松弛、恒温恒应变下，材料的内应变随时间的延长而衰减的现象。 蠕变、恒温、恒负荷下，高聚物材料的形变随时间的延长逐渐增加的现象 玻璃化转变温度Tg：玻璃态向高弹态转变的温度，链段开始运动或冻结的温度。挤出膨大现象、高分子熔体被强迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象 时温等效原理、对于同一个松驰过程，既可以在低温下较长观察时间（外力作用时间）观察到，也可以在高温下较短观察时间（外力作用时间）观察出来。 杂链高分子、主链除碳原子以外，还有其他原子，如：氧、氮、硫等存在，同样以共价键相连接 元素有机高分子、主链含Si、P、Se、Al、Ti等，但不含碳原子的高分子 键接结构、结构单元在高分子链中的联结方式 旋光异构、具有四个不同取代基的C原子在空间有两种可能的互不重叠的排列方式，成为互为镜像的两种异构体，并表现出不同的旋光性 均相成核、处于无定型的高分子链由于热涨落而形成晶核的过程 异相成核、是指高分子链被吸附在固体杂质表面而形成晶核的过程。Weissenberg爬杆效应当插入其中的圆棒旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，反而环绕在旋转棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象。 强迫高弹形变对于非晶聚合物，当环境温度处于Tb＜T ＜Tg时，虽然材料处于 玻璃态，链段冻结，但在恰当速率下拉伸，材料仍能发生百分之几百的大变形 冷拉伸；环境温度低于熔点时虽然晶区尚未熔融，材料也发生了很大拉伸变形 溶度参数；单位体积的内聚能称为内聚物密度平方根 介电损耗;电介质在交变电场中极化时，会因极化方向的变化而损耗部分能量和发热，称介电损耗。 聚合物的极化:聚合物在一定条件下发生两极分化，性质偏离的现象 二、填空题 第五章分子运动及热转变 1聚合物的分子运动有何特点？为什么聚合物的分子运动是一个松弛过程？松弛时间与温度有什么关系？ 2为什么非晶聚合物在不同的温度范围会呈现不同力学状态？从分子运动观点解释非晶聚合物的温度~形变曲线，并讨论结晶、交联、增塑、分子量对聚合物温度~形变曲线的影响。 3简述玻璃化转变的4种理论，并用自由体积理论解释玻璃化转变的机理和过程。影响聚合物玻璃化转变温度Tg的因素？ 4有哪些测定聚合物Tg温度的方法？测量时温度变化速率及外力作用时间对Tg 值会有什么影响？ 5影响聚合物结晶能力的因素有哪些? 6如何用 Avrami 方程处理聚合物结晶动力学? 如何得到 n、K、t1/2？这些参数的物理意义是什么？ 7结晶温度如何影响结晶速度、结晶度、结晶完善程度和晶粒尺寸？ 8从聚合物材料的综合性能考虑，什么是最佳的结晶形态？如何得到这种结晶形态？ 9拉伸可以促进结晶和提高结晶熔点，它的热力学依据是什么？ 10为什么结晶聚合物熔融时有一个宽的熔限？可以通过哪些方法测定结晶聚合物的熔点？各自的Tm是如何定义的？ 11影响结晶熔点的因素有哪些？如何提高结晶聚合物的熔点？ 12总结结晶温度高低和降温速度快慢对结晶度、结晶熔点和晶粒尺寸的影响，讨论要得到高结晶度、高熔点和小晶粒尺寸可以采取哪些方法？ 13为什么在玻璃化温度以下仍存在“次级转变”？次级转变所对应的分子运动形式？对聚合物的力学性能会造成什么影响？ 第六章橡胶弹性理论 1聚合物的高弹态有何特点？为什么在高弹态随温度升高聚合物的弹性模量反而增大？ 2可以通过哪些方法提高橡胶的热稳定性？可以通过哪些方法提高橡胶的耐寒性 3什么叫熵弹性、能弹性？什么叫理想弹性体？橡胶弹性的本质是什么？ 4什么是“交联橡胶的状态方程式”？该公式的实际意义？具体用途？ 5聚合物溶胀平衡方程式？它可以解决哪些问题 第七章聚合物的粘弹性 1什么叫蠕变？交联和未交联橡胶的蠕变曲线有何差别？如何提高聚合物的耐蠕变性能？ 2什么叫应力松弛？应力松弛产生的原因是什么？ 3什么叫“滞后”？什么叫“力学损耗”？ 4为什么在橡胶的拉伸-回缩应力—应变曲线上，对应于同一应力，回缩时的形变总是大于拉伸时的形变？滞后圈的物理意义是什么？ 5复数模量、储能模量、损耗模量、内耗的定义？它们与温度的关系？与外力作用频率的关系？ 第1章 1请你列举出20种?常?活中经常接触到的?分?材料，并写出其中10种聚合物的名称和化学式。 解答：常?的?分?材料：聚?烯塑料桶、聚丙烯编织袋、涤纶（聚对苯?甲酸? ?醇酯）、EVA热熔胶（聚?烯和聚醋酸?烯酯的共聚物）、顺丁橡胶鞋底、尼?袜、ABS塑料、环氧树脂黏合剂、环氧树 脂泡沫、聚氨酯泡沫、聚氨酯涂料、油改性聚酯清漆、育秧薄膜（聚氯?烯）、电线包?（聚氯?烯）、有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、维尼?（聚?烯醇缩甲醛）、尼?66 、奶瓶（聚碳酸酯）、聚四氟?烯、丁苯橡胶、塑料拖鞋（聚氯?烯）、?机表?的光敏涂料、天然橡胶、复合地板（脲醛树脂）、凉?塔（不饱和树脂玻璃钢）等。 2有8本?说，它们的厚度不同，分别为250?、280?、300?、350?、400?、450?、500?和600?，请算出它们的数均?数和重均?数以及分布宽度指数。请思考为什么重均?数?于数均?数。 解答： 分布宽度指数＝重均?数/数均?数＝423.61/391.25＝1.08； 按书?重量统计平均的?数为重均?数，其值等于每书的?数乘以其重量分数的总和。数 均?数相当于总?数除以书本数。 对于重均?数，重的分?的权重?，数均?数的话，权重都是1。所以重均?数?于数均?数。 3试?较聚苯?烯与苯?烯在性能上有哪些差别。 解答：差别： （1）聚苯?烯是有?定强度的?聚物，在外观上是固体，在分?结构上没有双键；苯?烯是?分?的液体，分?结构上有双键。 （2）苯?烯做出来的产品?聚苯?烯做出来的产品要脆。另外苯?烯暴露在空?中会逐渐被氧化，?聚苯?烯不会。 4为什么说黏度法测得的分?量是相对的分?量，渗透压法测得的是数均分?量，光散射法测得的是重均分?量？ 解答：（1）黏度法是由公式得到，?α?是从得到。在测α时所?到的[η]是通过相对黏度和增?黏度计算得到。因此[η]不是溶剂的绝对黏度，那么得到的分?量也是相对的分?量。 （2）渗透法测定分?量依据为时 所以 即渗透压法测得分?量为数均分?量。 （3）在光散射法中常?θ＝90°时的瑞利?R90计算溶质的分?量。 因此测得的是重均分?量。 5如果知道聚合物的分?量分布函数或分布曲线，如何求得和？ 解答： 高分子物理习题集-答案 第一章高聚物的结构 4、高分子的构型和构象有何区别？如果聚丙烯的规整度不高，是否可以通过单键的内旋转提高它的规整度？ 答：构型：分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。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。 构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。构象的改变速率很快，构象时刻在变，很不稳定，一般不能用化学方法来分离。 不能。提高聚丙烯的等规度须改变构型，而改变构型与改变构象的方法根本不同。构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化，改变构象只需克服单键内旋转位垒即可实现，而且分子中的单键内旋转是随时发生的，构象瞬息万变，不会出现因构象改变而使间同PP（全同PP）变成全同PP（间同PP）；而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。5、试写出线型聚异戊二烯加聚产物可能有那些不同的构型。 答：按照IUPAC有机命名法中的最小原则，CH3在2位上，而不是3位上，即异戊二烯应写成 （一）键接异构：主要包括1，4-加成、1，2-加成、3，4-加成三种键接异构体。 （二）不同的键接异构体可能还存在下列6中有规立构体。 ①顺式1，4-加成 ②反式1，4-加成 ③1，2-加成全同立构 ④1，2-加成间同立构 ⑤3，4-加成全同立构 ⑥3，4-加成间同立构 6．分子间作用力的本质是什么？影响分子间作用力的因素有哪些？试比较聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙-66）、聚丙烯酸各有那些分子间作用力？ 答：分子间作用力的本质是：非键合力、次价力、物理力。 影响因素有：化学组成、分子结构、分子量、温度、分子间距离。PE、PP是非极性聚合物，其分子间作用力为：色散力； 第二章 一．解释名词、概念 1.高分子的聚集态结构 2.结晶性聚合物 3.液晶性聚合物 4.球晶 5.高分子液晶 6.液晶原（介原） 7.内聚能密度 8.结晶度 9.结晶聚合物的熔点10.取向聚 合物11.晶面指数 二．高分子聚集态结构包括哪些内容？试述高分子聚集态结构有哪些特点及与成型加工条件、性能的关系。 四．如何从结构上分析某种聚合物属于结晶性聚合物？ 五．以聚乙烯为例，说明在什么条件下可以形成单晶、球晶、串晶、伸直链片晶，这些形态的晶体特征是什么？为什么在聚合物不易形成100％结晶的宏观单晶体？ 六．在正交偏光显微镜上观察球晶时，可以看到消光黒十字、明暗相间的同心圆环（消光环，对某些球晶），解释这些现象。 七．将下列三组聚合物的结晶难易程度排列成序，并说明原因 (1)PE，PP，PVC，PS，PAN； (2)聚对苯二甲酸乙二酯，聚间苯二甲酸乙二酯，聚己二酸乙二酯； (3)PA 66，PA 1010． 八．试述Avrami方程在本体聚合物结晶动力学研究中的意义。 九．已知聚乙烯、聚偏氯乙烯，全同聚甲基丙烯酸甲酯的玻璃化温度分别为－80℃，－18℃和45℃，其熔点分别为141℃、198℃和160℃，试用经验方法估算： (1)它们最大结晶速度时的温度Tc max； (2)找出Tc max／Tm比例的经验规律． 十．温度对本体聚合物结晶速度影响的规律是什么？解释其原因。 十一．均聚物A是一种结晶聚合物，若加入10％体积分数的增塑剂（x1=-0.1）或者用10％摩尔的单体B与单体A进行无规共聚（单体B的均聚物为非结晶性聚合物），增塑均聚物A的熔点与AB无规共聚物的熔点何者高？ 能从中得到什么规律？ 十二．两种聚丙烯丝，在纺丝过程中，牵伸比相同，而分别采用冰水冷却和90℃热水冷却。将这两种丝加热到90℃，何者收缩率大？为什么？ 十三．有两种乙烯和丙稀的共聚物，其组成相同，其中一种在室温时是橡胶状的，一直到温度降低到-70℃时才变硬；另一种在室温时却是硬而韧又不透明的材料，试解释它们内在结构上的差别。 十四．在聚合物纺丝工艺中，都有牵伸和热定型两道工序，为什么？热定型温度如何选择？ -C、 十五．高分子液晶的结构有几种类型？特征如何？液晶性聚合物溶液的 十六．Flory的结晶聚合物、非结晶聚合物结构模型的要点是什么？有什么实验事实支持他的模型？ 十七.（1）将熔融态的聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）淬冷到室温，PE是半透明的，而PET和PS是透明的。为什么？ （2）将上述的PET透明试样，在接近玻璃化温度下进行拉伸，发现试样外观由透明变为混浊，试从热力学观点来解释这一现象。 十八. 由文献查得涤纶树脂的密度ρc=1.50×103kg·m-3，和ρa=1.335×103kg·m-3，内聚能ΔΕ=66.67kJ·mol-1(单元)．今有一块1.42×2.96×0.51×10-6m3的涤 纶试样，重量为2.92×10-3kg，试由以上数据计算： (1)涤纶树脂试样的密度和结晶度； 第一章高分子链的结构 1写出由取代的二烯（1，3 丁二烯衍生物） CH5-CH=CH-CH=CH-COOCH3 经加聚反应得到的聚合物，若只考虑单体的1, 4-加成，和单体头-尾相接，则理论上可有几种立体异构体？ 解：该单体经1，4-加聚后，且只考虑单体的头■?尾相接，可得到下而在一个结构单元中含有三个不对称点的聚合物： ——CH-CH=CH-CH- I I Jn COOCH3 CH3 即含有两种不对称碳原子和一个碳■碳双键，理论上可有8种具有三重有规立构的聚合物。2今有一种聚乙烯醇，若经缩醛化处理后，发现有14%左右的疑基未反应，若用HIO J氧化, 可得到丙酮和乙酸。由以上实验事实，则关于此种聚乙烯醇中单体的键接方式可得到什么结论？解：若单体是头■尾连接.经缩醛化处理后，大分子链中可形成稳疋的六元环，因而只留下少量未反应的疑基： -CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH. OH OH OH CHQ CH2-CH—CH.-CH- \ / o——CH2 同时若用HlOd氧化处理时，可得到乙酸和丙酮： —叶旷叶旷叶旷斗吧严+ CH 3C-CH3 o 若单体为头-头或尾■尾连接，则缩醛化时不易形成较不稳左的五元环，因之未反应的0H基数应更多（＞14%）,而且经HIO。氧化处理时，也得不到丙酮： CH2O —CH.-CH —CH —CH? — CH?-CH—— I I I OH OH OH CH—CH2-CH—— 。 、 昇 UIQ —CH2—CH—CH—CPU—CH9—CH ---------- Z—CH￡—OH I I I 3II OH OH OH O + OHC-CH^CH^C-OH O 0 可见聚乙烯醇髙分子链中，单体主要为头■尾键接方式。 3氯乙烯（CH产CH—Cl）和偏氯乙烯（狙=切。的共聚物，经脱除HC1和裂解后，产物有: 由以上事实，则对这两种单体在共聚物的序列分布可得到什么结论? 解：这两种单体在共聚物中的排列方式有四种情况（为简化起见只考虑三单元）： 高分子物理第六章溶液部分 3-1简述聚合物的溶解过程，并解释为什么大多聚合物的溶解速度很慢？解：因为聚合物分子与溶剂分子的大小相差悬殊，两者的分子运动速度差别很大，溶剂分子能比较快地渗透进入高聚物，而高分子向溶剂地扩散却非常慢。这样，高聚物地溶解过程要经过两个阶段，先是溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体积膨胀，称为“溶胀”，然后才是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解地分子分散的均相体系。整个过程往往需要较长的时间。高聚物的聚集态又有非晶态和晶态之分。非晶态高聚物的分子堆砌比较松散，分子间的相互作用较弱，因而溶剂分子比较容易渗入高聚物内部使之溶胀和溶解。晶态高聚物由于分子排列规整，堆砌紧密，分子间相互作用力很强，以致溶剂分子渗入高聚物内部非常困难，因此晶态高聚物的溶解要困难得多。非极性的晶态高聚物（如PE）在室温很难溶解，往往要升温至其熔点附近，待晶态转变为非晶态后才可溶；而极性的晶态高聚物在室温就能溶解在极性溶剂中。 例3-2.用热力学原理解释溶解和溶胀。解：（1）溶解：若高聚物自发地溶于溶剂中，则必须符合：ΔG=ΔH.TΔS≤0上式表明溶解的可能性取决于两个因素：焓的因素（ΔH）和熵的因素（ΔS）。焓的因素取决于溶剂对高聚物溶剂化作用，熵的因素决定于高聚物与溶剂体系的无序度。对于极性高聚物前者说影响较大，对于非极性高聚物后者影响较大。但一般来说，高聚物的溶解过 程ΔS都是增加的，即ΔS>0。显然，要使ΔG<0，则要求ΔH 越小越好，最好为负值或较小的正值。极性高聚物溶于极性溶剂，常因溶剂化作用而放热。因此，ΔH总小于零，即ΔG<0，溶解过程自发进行。根据晶格理论得ΔH＝χ1KTN1φ2（3-1）式中χ1称为Huggins参数，它反映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。χ1KT的物理意义表示当一个溶剂分子放到高聚物中去时所引起的能量变化（因为N1=1,φ1≈1,ΔH≈χ1KT）。而非极性高聚物溶于非极性溶剂，假定溶解过程没有体积的变化（即ΔV=0），其ΔH的计算可用Hildebrand的溶度公式：ΔH＝Vφ1φ2(δ1.δ2)2（3-2）式中φ是体积分数，δ是溶度参数，下标1和2分别表示溶剂和溶质，V是溶液的总体积。从式中可知ΔH 总是正的，当δ1..→δ2时，ΔH..→0。一般要求δ1与δ2的差不超过1.7～2。综上所述，便知选择溶剂时要求χ1越小或δ1和δ2相差越小越好的道理。注意：①Hildebrand公式中δ仅适用于非晶态、非极性的聚合物，仅考虑结构单元之间的色散力，因此用δ相近原则选择溶剂时有例外。δ相近原则只是必要条件，充分条件还应有溶剂与溶质的极性和形成的氢键程度要大致相等，即当考虑结构单元间除有色散力外，还有偶极力和氢键作用时，则有ΔH=Vφφ[()(pp)()22122122121hhddδδδδδδ.+.+.]式中d、p、h分别代表色散力、偶极力和氢键的贡献，这样计算的δ就有广义性。②对高度结晶的聚合物，应把熔化热ΔHm和熔化熵ΔSm包括到自由能中，即ΔG=(ΔH+ΔHm).T(ΔS+ΔSm)当 第一章高分子的链结构 1.1 高分子结构的特点和内容 高聚物结构的特点: 1. 是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子，相对分子质量大，相对分子质量往往存着分布。 2. 一般高分子主链都有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。 3.晶态有序性较差，但非晶态却具有一定的有序性。 4.要使高聚物加工成有用的材料，往往需要在其中加入填料，各种助剂，色料等.。 5. 凝聚态结构的复杂性: 结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。 1.2 高分子的近程结构 链结构:指单个分子的结构和形态. 链段:指由高分子链中划出来的可以任意取向的最小链单元. 近程结构:指链结构单元的化学组成，键接方式，空间方式，空间立构，支化和交联，序列结构等问题. 共聚物:由两种以上单体所组成的聚合物. 有规立构聚合物:指其化学结构单元至少含有一个带有两个不同取代原子或基团的主链碳原子，并且沿整个分子链环绕这种碳原子是有规律的. 全同立构:高分子全部由一种旋光异构单元键接而成. 间同立构:由两种旋光异构单元交替键接. 无规立构:两种旋光异构单元完全无规则键接时. 等规度:高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数. 临界聚合度:聚合物的分子量或聚合度一定要达到某一数值后，才能显示出适用的机械强度，这一数值称为~. 键接结构:是指结构单元在高分子链中的连接方式. 支化度:以支化点密度或相邻支化点之间的链的平均分子量来表示运货的程度. 交联结构:高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网型大分子时即成为交联结构. 交联度:通常用相邻两个交联点之间的链的平均分子量Mc来表示. 交联点密度:为交联的结构单元占总结构单元的分数，即每一结构单元的交联几率. 1.3 高分子的远程结构 构造: 是指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列顺序，支链的类型和长度等. 构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为~ 构型: 是指某一原子的取代基在空间的排列. 遥爪高分子：是端基具有特定反应性技的聚合物. 聚集态结构:是指高分子材料整体的内部结构，包括晶态结构，非晶态结构，取向态结构，液晶态结构以及织态结构. 无规线团:不规则地蜷曲的高分子链的构象称为~. 自由联结链:假定分子是由足够多的不占体积的化学键自由结合而成，内旋转时没有键角限制和位垒障碍，其中生个键在任何方向取向的几率都相等. 自由旋转链:假定分子链中每一个键都可以在键角所允许的方向自由转动，不考虑空间位阻对转动的影响. 末端距:指线型高分子链的一端至另一端的直线距离，用h表示. 均方末端距:求平均末端距或末端距的平方的平增色值. 22 (n为键数) h nl 自由结合链:假定分子是由不占有体积的化学键自由结合而成，内旋转时没有键角限制和位垒障碍，其中每个键在任何方向取向的几率都相等. 自由旋转链:假定分子链中每一个键都可以在键角所允许的方向自由转动，不考虑空间位阻对转动的影响. 均方旋转半径:假定高分子链中包含许多个链单元，每个链单元的质量都是m，设从高分子链的重心到第i个链单元的距离为S i，它是一个向量，则全部链单元的S i2的重量均方根就是链的旋转半径S，其平均值为:高分子物理学(吴其晔)课后答案
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