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北京化工大学:《高分子物理》课程教学资源(试卷习题)高分子物理期末考试(答案)

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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

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