北京化工大学 《高分子物理》期末考试试题答案 一、列举测定或表征或观察下列性质的方法各三种，列举方法的名称即可，描述过程或原理 亦可。（每种方法1分，共30分） 1.玻璃化温度：模量-温度曲线，体膨胀计，DSC,粘度 2.熔点：DSC,体膨胀计，偏光显微镜，XRD 3.平衡熔点：晶片厚度，结晶温度，熔融焓与熔融熵之比 4.结晶速率：体膨胀计，DSC,偏光显微镜 5.结品度：DSC,XRD,密度法 6.取向度：双折射，声速法，XRD 7.韧性：冲击， 应力-应变曲线，断裂面 8.熔体弹性：挤出胀大，包轴效应，熔体破裂，弹性回复 9.数均分子量：端基分析，海透压，冰点降低，沸点升高，GPC 10.第二维利系数：渗透压，光散射，中子散射 二、简答题：（每题5分，总计25分） 1、从应力-应变曲线中可以获得哪些信息？ 答：弹性模量，屈服强度，屈服应变，断裂强度，新裂伸长率，韧性 2、滞后环代表什么？是怎样浩成的？ 答：代表应变每变化一周的能量损耗。由于分子运动受到阻力，构象松弛需要时间而造成 3、简述玻璃化转变自由体积理论。 答：玻璃化转变温度以下只有固有体积的膨胀，玻璃化转变温度以下除固有体积膨胀外，自 由体积迅速膨胀，导致体积膨胀出现突变。玻璃化转变点是自由体积分数达到临界值的温度。 4、讨论应力松弛过程中结构单元运动方式。 答：依次为键长、键角的松弛，链段的松范，分子链的松弛 5、讨论聚合物熔融过程中产生熔限的原因。 答：由于晶格完善程度不同而产生。 三、计算题：（每题5分，总计45分》 1、一种聚合物可用Kelvin模型描述。弹簧模量为5Pa,粘壶粘度为200Pas。施加恒定应力 10Pa20秒后撒除该应力，求又20秒后该模型上的应变。 解： (20)=51-e1“)=2×1-e10)=0.787 740)=y20)e-r=0.787e-010=0.477
北京化工大学 《高分子物理》期末考试试题答案 一、列举测定或表征或观察下列性质的方法各三种，列举方法的名称即可，描述过程或原理 亦可。(每种方法 1 分，共 30 分) 1．玻璃化温度：模量-温度曲线，体膨胀计，DSC，粘度 2. 熔点：DSC，体膨胀计，偏光显微镜，XRD 3. 平衡熔点：晶片厚度，结晶温度，熔融焓与熔融熵之比 4. 结晶速率：体膨胀计，DSC，偏光显微镜 5. 结晶度：DSC，XRD，密度法 6. 取向度：双折射，声速法，XRD 7. 韧性：冲击，应力-应变曲线，断裂面 8. 熔体弹性：挤出胀大，包轴效应，熔体破裂，弹性回复 9. 数均分子量：端基分析，渗透压，冰点降低，沸点升高，GPC 10. 第二维利系数：渗透压，光散射，中子散射 二、简答题：（每题 5 分，总计 25 分） 1、从应力-应变曲线中可以获得哪些信息？ 答：弹性模量，屈服强度，屈服应变，断裂强度，断裂伸长率，韧性 2、滞后环代表什么？是怎样造成的？ 答：代表应变每变化一周的能量损耗。由于分子运动受到阻力，构象松弛需要时间而造成。 3、简述玻璃化转变自由体积理论。 答：玻璃化转变温度以下只有固有体积的膨胀，玻璃化转变温度以下除固有体积膨胀外，自 由体积迅速膨胀，导致体积膨胀出现突变。玻璃化转变点是自由体积分数达到临界值的温度。 4、讨论应力松弛过程中结构单元运动方式。 答：依次为键长、键角的松弛，链段的松弛，分子链的松弛 5、讨论聚合物熔融过程中产生熔限的原因。 答：由于晶格完善程度不同而产生。 三、计算题：（每题 5 分，总计 45 分） 1、一种聚合物可用 Kelvin 模型描述。弹簧模量为 5Pa，粘壶粘度为 200Pa.s。施加恒定应力 10Pa20 秒后撤除该应力，求又 20 秒后该模型上的应变。 解： 787.0)1(2)1()20( / 40/20 =−×=−= − − e e E σ t τ γ 787.0)20()40( 477.0 / 40/20 = = = − − e e t τ γγ 或
y40)=(1-e4)+2(1-e“)=2x1-e4010)-2x(1-e010)=0.477 2、某聚合物的断裂强度MPa)与温度(K)的关系为c=177.5-0.52T,屈服强度与温度的关系 为c,=300-0.99T,求该聚合物的脆化温度。 解：由ō=G.时的温度即为脆化温度可知：177.5-0.52T=300-099T 解得T=260.6K 3、低密度聚乙烯388K下在剪切速率为0.1s时的粘度为10Pas,剪切速率为100s'时的粘 度为10Pas,求剪切速率为10s时的粘度。 解：根据幂律方程：刀=K解得：n=13,K=21544 故剪切速率为10s时的粘度为7=4.6×103Pa·s 4、某聚合物的玻璃化温度为0°℃，25℃下突加应变后的应力在5秒后松弛到初始值的50%， 求30℃下应力松弛到初始值的50%需要多长时间？ 解：ga,=1g2丝=-1744×2 2=-5.69 1。 51.6+25 g4,=l82-7#0=641 lga=lg2=-6.41+5.69=-0.72 10 10=5x10Q卫=0.95s 5、环氧树脂的T。=120℃，聚丙烯酸酯的T。=-40℃，二者的共混体系分成两相，其中富环氧 树脂相的Tg95C,富聚丙烯酸酯相的T。-10℃，求两相的组成。（提示：FOX方程） 宫环氧树者机：衣一对+器 1- 1m=0.901(环氧)，p2=0.099(聚丙烯酸酯) 1 富聚丙烯酸酯相： 263-39+23 ”,=0.28(环氧)，”2=0.72（聚丙烯酸酯） 6、测得某半结品样品的双折射为0.042，另外测得品区与无定形区的取向因子分为=0.91， -0.87。设晶相△n°-0.05，无定形相△n”-0.045,求其体积结晶度。 2
477.0)1(2)1(2)1()1()40( 1 1 / 2 2 / 40/40 40/40 =−×−−×=−+−= − − − − e e e E e E σ t τ σ t τ γ 2、某聚合物的断裂强度(MPa)与温度(K)的关系为σb = 177.5−0.52T，屈服强度与温度的关系 为σy = 300−0.99T，求该聚合物的脆化温度。 解：由σb = σy时的温度即为脆化温度可知： 177.5−0.52T = 300−0.99T 解得 T=260.6K 3、低密度聚乙烯 388K下在剪切速率为 0.1s−1 时的粘度为 105 Pa.s，剪切速率为 100 s−1 时的粘 度为 103 Pa.s，求剪切速率为 10 s−1 时的粘度。 解：根据幂律方程： 解得：n=1/3, K=21544 −1 = n Kγη & 故剪切速率为 10 s−1 时的粘度为 ⋅×= sPa 3 η 106.4 4、某聚合物的玻璃化温度为 0°C，25°C 下突加应变后的应力在 5 秒后松弛到初始值的 50%， 求 30°C 下应力松弛到初始值的 50%需要多长时间？ 解： 69.5 256.51 2544.17 lglg 0 25 −= + ×− == t t aT 41.6 306.51 3044.17 lglg 0 30 −= + ×− == t t aT 72.069.541.6lglg 20 30 −=+−== t t aT t 95.0105 s 72.0 30 =×= − 5、环氧树脂的Tg=120°C，聚丙烯酸酯的Tg= −40°C，二者的共混体系分成两相，其中富环氧 树脂相的Tg=95°C，富聚丙烯酸酯相的Tg= −10°C，求两相的组成。（提示：FOX方程） 解： 2 2 1 1 1 Tg w Tg w Tg += 富环氧树脂相： 233 1 393368 1 1 − ww 1 += 901.0 w1 = （环氧）， 099.0 w2 = （聚丙烯酸酯） 富聚丙烯酸酯相： 233 1 393263 1 1 − ww 1 += 28.0 w1 = （环氧）， 72.0 w2 = （聚丙烯酸酯） 6、测得某半结晶样品的双折射为 0.042，另外测得晶区与无定形区的取向因子分为 fc=0.91， fa=0.87。设晶相Δn 0 =0.05，无定形相Δn 0 =0.045，求其体积结晶度。 2
解：△n=4△n°f+42△nf 0.042=40.05×0.91+(1-4)0.045×0.87 得g=0.449 7、一结晶聚合物中晶区体积分数为0.5，品区与无定形区间界面体积分数为0.10，品区、界 面区、无定形区的密度分别为0.90、0.75和0.65gcm3。求用密度法测定的该样品的体积结 品度。 解：=D-L=090x05+075x01+065x04)-065=054 Pe-Pa 09-0.65 8、大分子链长对结晶聚合物熔点的影响，可用下式表示： 112RM. T.TO AH,M 己知涤纶树脂的平衡熔点T=540K,摩尔单元融化热△H。=24.33kJ·m0~,单元分子量 M。=192,试预计涤纶树脂平均分子量从12000增大到20000时，其熔点升高多少？ )=2×8.314x0.1921 24.33×10312 =1.09×10-5 12RM. Tm,540△H.MM -2002高-66x10 1 ATm=Tm2-Tm,=538.1-536.8=1.3K 9、一聚合物样品的尺寸为10x10x100mm,弹性形变时体积不变，弹性形变的极限为工程应 变0.1处。此后的形变全由银纹贡献（截面积不随伸长变化），拉伸到工程应变0.3处断裂。 求断裂前瞬间的样品体积。 解：=10x10x100×130=1.18×10mm2 110
解： 2 0 221 0 11 φφ Δ+Δ=Δ fnfnn 87.0045.0)1(91.005.0042.0 φ1 −+×⋅= φ1 × 得 449.0 φ1 = 7、一结晶聚合物中晶区体积分数为 0.5，晶区与无定形区间界面体积分数为 0.10，晶区、界 面区、无定形区的密度分别为 0.90、0.75 和 0.65g/cm3 。求用密度法测定的该样品的体积结 晶度。 解： 54.0 65.09.0 65.0)4.065.01.075.05.090.0( = − −×+×+× = − − = ac a c ρρ ρ ρ φ 8、大分子链长对结晶聚合物熔点的影响，可用下式表示： nu u m m MH RM T T Δ =− 11 2 0 已知涤纶树脂的平衡熔点 =540K，摩尔单元融化热 ，单元分子量 M 0 Tm 1 33.24 − H ⋅=Δ molkJ u u=192，试预计涤纶树脂平均分子量从 12000 增大到 20000 时，其熔点升高多少？ 解： 5 3 1 1 2 1009.1 12 1 1033.24 192.0314.82 ) 11 ( 2 540 11 − ×=⋅ × ×× =− Δ =− u n n u H MM RM Tm 6 3 2 1 2 1056.6 20 1 1033.24 192.0314.82 ) 11 ( 2 540 11 − ×=⋅ × ×× =− Δ =− u n n u H MM RM Tm m TmTmT 12 =−=−=Δ 3.18.5361.538 K 9、一聚合物样品的尺寸为 10×10×100mm，弹性形变时体积不变，弹性形变的极限为工程应 变 0.1 处。此后的形变全由银纹贡献(截面积不随伸长变化)，拉伸到工程应变 0.3 处断裂。 求断裂前瞬间的样品体积。 解： 34 1018.1130 110 1001010 V ×=× mm ×× = 3