高分子物理课后习题答案_金日光(全)(2)

2019-01-12 12:39

增溶剂可以是与A、B两种高分子化学组成相同的嵌段或接枝共聚物,也可以是与A、B的化学组成不同但能分别与之相容的嵌段或接枝共聚物。

11.某一聚合物完全结晶时的密度为0.936g/cm3,完全非晶态的密度为

0.854g/cm3,现知该聚合物的实际密度为0.900g/cm3,试问其体积结晶度应为多少?

(体积结晶度为0.561)

12.已知聚乙烯晶体属斜方晶系,其晶胞参数a=0.738nm,b=0.495nm,c=0.254nm. (1)根据晶胞参数,验证聚乙烯分子链在晶体中为平面锯齿形构象;

(2)若聚乙烯无定形部分的密度ρa=0.83g/cm3,试计算密度ρ=0.97g/cm3聚乙烯试样的质量结晶度。

13.用声波传播测定拉伸涤纶纤维的取向度。若试验得到分子链在纤维轴方向的平均取向角为30。,试问该试样的取向度为多少?

第3章 高分子溶液

1.溶度参数的含义是什么?“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物溶解能力的依据是什么?

答:(1)溶度参数:是指内聚能密度的平方根; (2)依据是:小越好,又因为

,因为溶解过程

>0,要使

<0,

?,所以与越相近就越小,所以可

用“溶度参数相近原理”判断溶剂对聚合物的溶解能力。

2.什么叫高分子θ溶液?它与理想溶液有何本质区别?

答:(1)高分子θ溶液:是指高分子稀溶液在θ温度下(Flory温度),分子链段间的作用力,分子链段与溶剂分子间的作用力,溶剂分子间的作用力恰好相互抵消,形成无扰状态的溶液。 此时高分子—溶剂相互作用参数为1/2,内聚能密度为0.(2)理想溶液三个作用力都为0,而θ溶液三个作用力都不为0,只是合力为0.

3.Flory-Huggins晶格模型理论推导高分子溶液混合熵时作了哪些假定?混合热表达式中Huggins参数的物理意义是什么?

答:(1)假定:a.溶液中分子排列也像晶体中一样,为一种晶格排列;b.高分子链是柔性的,所有构象具有相同的能量;c.溶液中高分子“链段”是均匀分布的,即“链段”占有任一格子的几率相同。

(2)物理意义:放映高分子与溶剂混合时相互作用能的变化。

4.什么叫排斥体积效应?Flory-Kingbuam稀溶液理论较之晶格模型理论有何进展?

答:(1)排斥体积效应:在高分子稀溶液中,“链段”的分布实际上是不均匀的,高分子链以一个被溶剂化了的松懈的链球散布在纯溶剂中,每个链球都占有

一定的体积,它不能被其他分子的“链段”占有。

(2)进展:把“链段”间的排斥体积考虑进去,更符合实际。

5.高分子合金相分离机理有哪两种?比较其异同点。

解:略。

6.苯乙烯-丁二烯共聚物(δ=16.7)难溶于戊烷(δ=14.4)和醋酸乙烯(δ=17.8)。若选用上述两种溶剂的混合物,什么配比时对共聚物的溶解能力最佳? 解:

7.计算下列三种情况下溶液的混合熵,讨论所得结果的意义。

(1)99e12个小分子A与1e8个小分子B相混合(假定为理想溶液);

(2)99e12个小分子A与1e8个小分子B(设每个大分子“链段”数x=1e4)相混合(假定符合均匀场理论);

(3)99e12个小分子A与1e12个小分子B相混合(假定为理想溶液)。 答:(1);(2);(3). 结果说明,绝大多数高分子溶液,即使在浓度小时,性质也不服从理想溶液的规律,混合熵比小分子要大十几倍到数十倍,一个高分子在溶液中可以起到许多个小分子的作用,高分子溶液性质与理想溶液性质偏差的原因在于分子量大,分子链具有柔顺性,但一个高分子中每个链段是相互连接的,起不到x(连段数)个小分子的作用,混合熵比xN个小分子来得小。 8.在20℃将10-5mol的聚甲基丙烯酸甲酯(

=105, ρ=1.20g/cm3)溶于179g

氯仿(ρ=1.49 g/cm3)中,试计算溶液的混合熵、混合热和混合自由能。(已

知χ1=0.377) 答:

;

;

9.假定共混体系中,两组分聚合物(非极性或弱极性)的分子量不同但均为单分散的,XA/XB=r。试写出计算临界共溶温度下组成关系的方程式,画出r分别为小于1、等于1和大于1时,该体系的旋节线示意图。

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线和体积分布曲线?两者如何相互转换?

答:(1)微分分布曲线:表示聚合物中分子量(M)不同的各个级分所占的质量分数

或摩尔分数[x(M)];

积分分布曲线:表示聚合物中分子量小于和等于某一值的所有级分所占的质量分数[I(M)]

或摩尔分数。

转换:

2.测定聚合物数均和重均分子量的方法有哪几种?每种方法适用的分子量范围如何?

答:(1)测定数均分子量的方法:端基分析法、沸点升高、冰点下降、气相渗透压(范围<

)

(2)测量重均分子量的方法:光散射法(3.证明渗透压法测得的分子量为数均分子量。

答:渗透法测定分子量依据为时,

所以:

即渗透压法测得分子量为数均分子量。

4.采用渗透压法测得试样A和B和摩尔质量分别为4.20e5g/mol和1.25e5g/mol,试计算A、B两种试样等质量混合物的数均分子量和重均分子量。 答:

5.35℃时,环己烷为聚苯乙烯(无规立构)的θ溶剂。现将300mg聚苯乙烯(ρ=1.05g/cm3,

=1.5e5)于35℃溶于150ml环己烷中,试计算:(1)第二

维利系数A2;(2)溶液的渗透压。 答:(1)

;(2)

6.某聚苯乙烯试样经分级后得到5个级分。用光散射法测定了各级分的重均分子量,用粘度法(22℃、二氯乙烯溶液)测定了各级分的特征粘度,结果如下所示: -4 ×100.308 1.55 48.0 56.8 157 [η],dl/g 0.0405 0.122 1.38 1.42 2.78 试计算Mark-Houwink方程[η]=KMα中的两个参数K和α。

7.推导一点法测定特性粘度的公式: (1) [η]=

(2) [η]=证明:(1)

??其中/

(2)

8.三醋酸纤维素-二甲基甲酰胺溶液的Zimm图如左所示。试计算该聚合物的分子量和旋转半径。(λ=5.461e-1nm,n(DMF)=1.429)

9.现有一超高分子量的聚乙烯试样,欲采用GPC方法测定其分子量和分子量分布,试问:

(1)能否选择GPC法的常用溶剂THF?如果不行,应该选择何种溶剂?

(2)常温下能进行测定吗?为什么?

(3)如何计算该试样的数均、重均和粘均分子量。

第5章 聚合物的转变与松弛

1.以分子运动观点和分子间物理缠结概念说明非晶态聚合物随着温度升高粘弹行为的4个区域,并讨论分子量对应力松弛模量-温度曲线的影响规律。

答:(1)a.玻璃态区,玻璃化温度以下,分子运动主要限于振动和短程的旋转运动;b.玻璃-橡胶转变区,可解析为远程、协同分子运动的开始;c.橡胶-弹性平台区,由于分子间存在几个链段平行排列的物理缠结,聚合物呈现远程橡胶弹性;d.末端流动区,物理缠结来不及松弛,材料仍然表现为橡胶行为,温度升高,发生解缠作用,导致整个分子产生滑移运动,即产生流动,这种流动是作为链段运动结果的整链运动。 (2)聚合物分子量越高,橡胶-弹性平台就越长。

2.讨论结晶、交联聚合物的模量-温度曲线和结晶度、交联度对曲线的影响规律。 解:略。

3.写出四种测定聚合物玻璃化温度的方法,简述其基本原理。不同实验方法所得结果是否相同?为什么?

答:(1)a.膨胀计法,热膨胀的主要机理是克服原子间的主价力和次价力,膨胀系数较小;b.量热法,聚合物在玻璃化时的热学性质的变化;c.温度-形变法,利用聚合物玻璃化转变时形变量的变化来测定其玻璃化温度;d.核磁共振法,利用电磁性质 的变化研究聚合物玻璃化转变的方法。 (2)不同,略。 4.聚合物的玻璃化转变是否是热力学相变?为什么?

答: 聚合物的玻璃化转变并不是一个真正的热力学相变。 因为非晶态聚合物发生玻璃化转变时,其体积,焓或熵是连续变化的,而K,α和 出现不连续的变化,要使体系达到热力学平衡,需要无限缓慢的变温速率和无限长的测试时间,实验上不可能做到,因此,玻璃化温度的测定过程体系不能满足热力学平衡条件,转变过程是一个松弛过程,所测得的玻璃化温度不是一个真正的热力学相变。

5.试用玻璃化转变的自由体积理论解释:(1)非晶态聚合物冷却时体积收缩速率发生变化;(2)冷却速度愈快,测得的Tg值愈高。


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