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-高分子物理习题集-答案-第 8 页高分子物理习题集-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。顺式1，4-加成反式1，4-加成1，2-加成全同立构1，2-加成间同立构3，4-加成全同立构3，4-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；PVC是极性分子，其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力；尼龙-66是极性分子，结构为其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力，氢键；聚丙烯酸是极性分子，结构为其分子间作用力为：静电力、诱导力、色散力，氢键。8何谓大分子链的柔顺性？试比较下列高聚物大分子链的柔顺性，并简要说明理由。答：高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。这些大分子链的柔顺性排序（按柔顺性依次减小排列）：(2)>(1)>(3) > (4) > (5)理由：聚异戊二烯分子中含有孤立双键，孤立双键相邻的单键的内旋转位垒较小，分子柔顺性最好，因为键角较大（120o）且双键上只有一个取代基或一个H。 聚乙烯是结构规整的分子，氢原子体积小，分子柔顺性也较好 聚氯乙烯含有极性侧基Cl，分子间相互作用力较大，分子柔顺性变差 聚对苯二甲酸乙二醇酯主链中含有苯环，使分子链柔顺性更差 聚丙烯腈含有强极性侧基，分子间作用力非常大，内旋转位垒高，分子链柔顺性最差。13假定聚丙烯中键长为0.154nm，键角109.5o，无扰尺寸A=，刚性因子（空间位阻参数），求其等效自由结合链的链段长度b。答：已知聚丙烯的无扰尺寸A，且 所以，聚丙烯的分子量.设聚丙烯的键数为n，则所以，聚丙烯的等效自由结合链的链段长度b所以，聚丙烯的等效自由结合链长度b=1.164nm。18今有三种嵌段共聚物M-S-M，实验中测定，当聚苯乙烯嵌段（S）的质量百分数为50%时，在苯溶剂中S段的均方根长度为10.2nm。当C-C键角为109°28、键长为0.15nm，假定内旋转不受位垒限制时，求出共聚物中S段和M段（PMMA）的聚合度。答：题中条件提示：键角一定，内旋转不受位垒限制，那么可以按自由旋转链来处理。所以，有公式（N键数，L键长）=180°109°28=70°32 cos=1/3(1+cos)/(1-cos)=2有所以S段的聚合度苯乙烯St 的化学式量为104；甲基丙烯酸甲酯 MMA 的化学式量为100若设M段的聚合度为有 M段的聚合度第二章 高分子溶液8在室温下，有无溶剂可以使下列各高聚物溶解？为什么？ A聚乙烯 B聚丙烯 C聚酰胺（尼龙-6） D聚苯乙烯E聚对苯二甲酸乙二酯 F硫化橡胶答：A聚乙烯，结晶聚合物，非极性，在室温下无溶剂可溶 B聚丙烯，同上C聚酰胺（尼龙-6），结晶聚合物，极性，在室温下有溶剂可溶D聚苯乙烯，非晶聚合物，非极性，在室温下有溶剂可溶E聚对苯二甲酸乙二酯，同CF硫化橡胶，分子间交联，无溶剂可溶，可溶胀11用磷酸三苯酯（=19.6）作PVC（19.4）的增塑剂，为了增加相溶性，尚需加入一种稀释剂（=16.3，分子量M=350），试问这种稀释剂的最适量是多少？答：所以，可加入的这种稀释剂的体积分数为0.061。第三章 高聚物的分子量及其分子量分布4今有分子量为1×104和5×104的两种高聚物，试计算：A在分子数相同的情况下共混时的和。B在重量相同的情况下共混时的和。答案：A：在分子数相同的的情况下共混时B：在重量相同的情况下共混时注：式中N指分子数； 指i分子的摩尔数；w指重量；5在25的溶液中测得浓度为7.36kg/m3的聚氯乙烯溶液渗透压数据为270Pa，求此试样的分子量和第二维利系数A2（R=8.314J/K·mol），并指出所得分子量是何种统计平均值。答案：对于高分子溶液，膜渗透压、分子量及溶液浓度之间有如下关系：因为是溶液，所以A2=0 （摄氏温度换算成开尔文温度为：25+273.15=298.15K）因此，分子量8今有聚甲基丙烯酸甲酯的苯溶液，初始浓度C0=0.1190g/100ml，在25测出溶剂的平均流出的时间t0=271.7秒，溶液的流出时间测定如下：1C453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3311.1试求特性黏度，然后用下面公式计算平均分子量答案：将已知条件列表：1C453.1453.2453.1385.5385.8385.7354.1354.2354.2325.1325.3325.3311.0311.3311.1t(平均)453.1385.7354.2325.2311.11.6681.4201.3041.1971.1450.6680.4200.3040.1970.145C（g/ml）0.001190.0007930.0005950.0003970.0002975429.9442.2446.1452.9455.1561.3529.6510.9496.2487.4利用表中数据作图，将上图两条直线推至C=0处，得出截距根据公式：所以：因此，粘均分子量11从高分子溶液的光散射、渗透压和黏度的测定中，分别可以获得哪些有关高分子结构的信息？答案：光散射法测重均分子量方法可以得到下列参数：、膜渗透压法测数均分子量方法可以得到下列参数：、黏度法测黏均分子量方法可以得到下列参数：、12试举出三种热力学参数，用它们对聚合物溶解性能进行判断，在什么情况下溶剂是良溶剂、一般溶剂、溶剂、非溶剂。答案：良溶剂溶剂溶剂非溶剂<<1/2<1/2=1/2>1/2>>0>0=0<0T>>T>T=T<(扩张因子)>>1>1=1 <1注：扩张因子是没讲的内容！第四章 非晶态高聚物4按要求绘制示意图（1）两个不同分子量的线型非晶高聚物的形变温度曲线和模量温度曲线（试样MAMB）（2）体型酚醛树脂和低硫化度丁二烯橡胶的模量温度曲线（3）增塑和未增塑高聚物的模量温度曲线答案：（1）（2）（3）7写出下列高聚物的结构单元，并比较其玻璃化温度的大小；A聚氯乙烯 聚异丁烯 聚偏二氯乙烯 聚碳酸酯B聚丙烯酸 聚丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯酸乙酯答案：A、所以A组高聚物的玻璃化温度大小比较如下：PC>PVC > PVDF > PIB B、所以B组高聚物的玻璃化温度大小比较如下：聚丙烯酸>聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸甲酯>聚丙烯酸乙酯 8天然橡胶的松弛活化能近似为1.05KJ/mol（结构单元），试估计一块天然橡胶由27升温到127时，其松弛时间缩短了几倍？答案：或者：所以，其松弛时间缩短了0.1倍。9已知增塑聚氯乙烯的玻璃化温度为338K，黏流温度为418K，流动活化能E=8.31KJ/mol，433K时的黏度为5Pa·S，求此增塑聚氯乙烯在338K和473K时的黏度各为多少？答案：根据WLF方程所以此聚氯乙烯在338K（Tg）时的黏度为：因为473K高于338100K（Tg100）所以要求473K温度下聚氯乙烯的黏度，要使用阿累尼乌斯公式所以此聚氯乙烯在473K时的黏度为：第五章 晶态高聚物10比较下列高聚物熔点之高低：A聚乙烯、聚氧化乙烯、聚氧化甲烯B聚己二酸乙二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯C尼龙1010、尼龙610D尼龙6、尼龙7答案：熔点从高到低排序为A组：聚氧化甲烯（聚甲醛）>聚乙烯>聚氧化乙烯B组：聚对苯二甲酸乙二酯>聚对苯二甲酸丁二酯>聚己二酸乙二酯C组：尼龙610>尼龙1010D组：尼龙7>尼龙612在注射成型聚碳酸酯时，若模具温度较低，则制品很快冷却到100以下，试分析所得制品能否结晶，为什么？答案：所得制品通常为非晶态，因为从分子结构上考虑，聚碳酸酯分子结构对称规整，具有结晶能力，但是由于分子中含有较大的苯环结构及较大的侧基，分子运动能力较差，结晶条件非常苛刻，所以制品快速冷却的情况下，常得到非晶态结构。18是否容易结晶和结晶度高的聚合物其熔点就一定是高的？以下几种高聚物哪种容易结晶？哪种熔点高？答案：容易结晶的聚合物其熔点并不一定高。例如，下列几种高聚物中，聚乙烯很容易结晶、聚碳酸酯则不容易结晶，而聚乙烯熔点则远低于聚碳酸酯的熔点。这些高聚物中，熔点的比较（由高到低排序）聚碳酸酯>尼龙66>聚丙烯>聚乙烯。第六章 高聚物的力学性能7由聚异丁烯的时温等效组合曲线可知，在298K时，其应力松弛到约需10小时，试计算在253K达到同一数值所需的时间。（已知聚异丁烯的玻璃化温度为203K）答案：根据题中条件，可以使用WLF方程计算Tg=203K，分别将T=298K和T=253K带入WLF方程，得出上述两式相减得：所以：聚异丁橡胶在253K达到同样的力学松弛需要的时间为：5324h。室温等效原理补充题：以0.1/分的升温速度测得PS的Tg=100 ，试问在升温速度改为10 /分时，PS的Tg=?答案：已知25oC时聚异戊二烯的应力松弛模量-时间曲线，求测量时间为1小时，-80oC时的应力松弛模量。答案：这个题要转换思考角度，即在25oC时，测定时间为多少时，测得的模量与-80oC、测量时间为1小时所得到的模量值相同！已知聚异戊二烯的Tg=-73oC，应用WLF方程和题意假定25oC时，测定时间为t（25oC），继续应用WLF方程在25oC时，测定时间为1.35×10-13.5时，测得的模量与-80oC、测量时间为1小时所得到的模量值相同。因此，测量时间为1小时，-80oC时的应力松弛模量可从上图查得约为1010N/m2。9、试总结你所学习的高聚物哪些性质与链段运动有关？答案：与链段运动有关的聚合物性质：溶胀、橡胶弹性、蠕变、应力松弛、熔体弹性、内耗、玻璃化转变温度。18、试比较HDPE和LDPE的抗张强度和冲击强度的大小。 抗张强度：HDPE>LDPE 冲击强度：HDPE<LDPE