浙江大学高分子物理试卷及答案

浙江大学2009–2010学年秋冬学期

《高分子物理》课程期末考试试卷课程号：09120131 ，开课学院：___________

考试试卷：√A卷、B卷（请在选定项上打√）

考试形式：√闭、开卷（请在选定项上打√），允许带___计算器__入场

考试日期： 2010 年 1 月 25 日,考试时间： 120 分钟

诚信考试，沉着应考，杜绝违纪。

考生姓名：学号：所属院系： _

一、选择题(多选题，每题2分，共20分)

1. Among following four polymers, which is the most rigid? ( B )。

(A) poly (dimethyle siloxane) (B) polyacrylonitrile

(C) polystyrene (D) polyethylene

2. Among following methods, which can be used to measure crystallinity of polymers? ( A, B, C, D )。

(A) Density method (B) W AXD (C) DSC (D) IR

3.下列相同分子量的聚合物，在相同条件下用稀溶液粘度法测得的特性粘

数最大的为( D )

(A)高支化度聚合物(B)中支化度聚合物(C)低支化度聚合物(D)线性聚合物

4. For a solution under condition, which parameters are correct? ( B, C, D )

(A) χ1=0 (B) ?μE=0 (C) A2=0 (D) u(exclusive volume)=0

5. 下面有关玻璃化转变的描述，正确的是( A, B, D, E)

(A)聚合物玻璃态与高弹态之间的转变(B)链段由运动到冻结的转变(C)分子链由冻结到运动的转变(D)自由体积由随温度下降而减少到不随温度发生变化的转变(E)链段由冻结到运动的转变

6．韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到剪切带现象，下列说法正确的是（B, C, D）。

(A) 与拉伸方向平行(B) 有明显的双折射现象

(C) 分子链沿外力作用方向高度取向(D) 剪切带内部没有空隙

7. 聚合物加工中的挤出胀大（巴拉斯效应）现象是由于（C, D）

(A) 高分子熔体热胀冷缩

(B) 高弹形变的储能超过克服粘滞阻力的流动能量时产生的不稳定流动

(C) 流动时有法向应力差，由此产生的弹性形变在出口模后要回复

(D) 高分子熔体在拉力下产生拉伸弹性形变，来不及完全松弛掉要回复

8. When a polymer is stressed in tension, the ( A) with the stretch rate increases。

(A) σB increases and εB decrease; (B) σB decrease and εB increase;

(C) σB increase and εB increase; (D) σB decrease and εB decrease

9. 粘弹性是高聚物的重要特征，在适当外力作用下，（C）有明显的粘弹性现象。

(A) T g以下很多(B) T g附近(C) T g以上很多(D) T f以上

10. Which are correct about Polystyrene-b-polybutadiene-b-polystyrene (SBS) （A, B, D）:

(A) SBS is a thermoplastic elastomers (B) SBS is a block copolymer

(C) SBS is a alternative copolymer

(D) SBS is obviously two-phase structure, as the continuous phase PB, PS of the dispersed phase.

二、判断题(每题1.5分，共15分)

1. 聚丙烯分子链中碳－碳键是可以旋转的，因此可以通过单键的内旋转使

全同立构聚丙烯转变为间同立构聚丙烯。( ?)

2. Based on Avrami equation, when polymer forms spherulites

(three-dimensional growth of the crystals) with a heterogeneous nucleation mechanism, the Avrami exponent (n) should be 3. ( √)

3. For polymer blends with a UCST diagram, phase separation will take place

when temperature is below the UCST at any composition. ( ?)

4. For a polymer, the viscosity-average molecular mass is larger than its

weight-average molecular mass. ( ?)

5. 聚合物的取向态是一种热力学稳定状态。( ?)

6. The Maxwell element is good at predicting stress relaxation behavior of

linear polymer. ( √)

7. 应力－应变曲线下的面积，反映材料的拉伸断裂韧性大小。( √)

8. WLF方程的适用温度范围为Tg～Tg＋50℃。( ?)

9. 橡胶试样快速拉伸，由于熵减小放热等原因导致温度升高。( √)

10. 高聚物的应力松弛现象，就是随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。

( ?)

三、将下列英文名词翻译成中文或中文名词翻译成英文，并简要解释之（每题3分，共15分）

1.Lower critical solution temperature

低临界共溶温度

对于两组份混合物(聚合物/溶剂或聚合物/聚合物)体系，当温度低于临界温度时，体系在所有组成范围内都呈均相状态，当温度高于临界温度时，体系在某些组成范围内会发生相分离。

2.Polydispersity index

多分散指数

可用于表征聚合物的分子量分布。

3.物理交联点

Physical crosslink

橡胶网状结构中由永久闭合圈或缠结点引起的交联点。

4.Takayanagi model

高柳素夫模型

用橡胶相和塑料相排列而成的模型。

5.Apparent viscosity

表观粘度

大多数高聚物熔体或浓溶液的粘度是随着剪切应力或剪切速率的变化而变化的，因此，特定剪切速率下的粘度被称为表观粘度。

四、计算题（每题5分，共15分）

1. The fusion enthalpy of a polymer measured by differential scanning calorimetry (DSC) is 150 J/g, and the fusion enthalpy of its 100% crysallinity is 200 J/g. What the crystallinity of this polymer? What kind of crystallinity is it? 解：X c=150/200?100%=75%

为重量分数结晶度(weight-fraction crystallinity)

2．Young’s m odulus for an elastomer at 25O C is 3MPa, What is the shear modulus? What is the stress if a sample 1cm?1cm?10cm is stretched to 25cm length at 100O C?

解：λ=25/10=2.5, 假设泊松比υ＝0.5, G=E/2(1+υ)=3/2(1+0.5)=1MPa

G=N0kT, G(100)=G(25)*373/298=1.25MPa,

σ=G*(λ-1/λ2)= 1.25*106* (2.5-1/2.52)]=2.93MPa

3. 在一次拉伸实验中，试样夹具之间试样的有效尺寸为：长50mm、宽10mm、厚4mm，若试样的杨氏模量为35MPa，问加负荷100N该试样应伸长多少。

解：E=σ/ε, ε=(l-l0)/ l0, σ=F/A0, σ=100/(4×10)=2.5Mpa,

ε=σ/E=2.5/35=0.07143, l-l0=50×0.07143=3.57mm

五、问答题(共35分)

1. 在用凝胶渗透色谱方法测定聚合物分子量时，假如没有该聚合物的标样，但是有其它聚合物的标样，如何对所测聚合物的分子量进行普适标定？需要知道哪些参数？(8分)

参考答案：可以用其它聚合物标样来标定所测聚合物的分子量。当淋洗体积相同时，二者的特性粘数与分子量的乘积相等，即：

根据Mark-Houwink

所以需要知道被测聚合物和标样的K，a值(在GPC实验所用的溶剂中)

2. 聚合物纤维熔融纺丝时，在拉伸和冷却工序之后，通常还有一道热定形工序，从高分子物理的角度谈谈该工序的作用。(8分)

参考答案：

聚合物纺丝时，在拉伸过程中聚合物链产生取向，此时高分子整链和高分

子链段都发生取向。但是，由于高分子取向是热力学不稳定状态，在放置过程中聚合物链发生松弛，倾向于发生解取向。聚合物链段的长度远小于整链长度，它的松弛时间也远小于整链长度的松弛时间。因此在放置过程中，聚合物链段的松弛非常容易发生，导致聚合物纤维的外形发生变化。热定形工序就是在一定温度下使聚合物链段发生快速的解取向，使得聚合物纤维在放置和使用过程中不易发生变形。

3. What is the time-temperature superposition principle？What is the significance of the principle? (7分)

参考答案：

对同一个力学松弛现象，既可以在较高温度下、较短时间内观察到，也可以在较低高温度下、较长时间内观察到。因此，升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的。借助转换因子可将在某一温度下测定的力学数据转变成另一温度下的力学数据。

4. 影响聚合物力学内耗的因素是什么？(12分)

参考答案：

内耗的大小与高聚物本身的结构有关：分子链上没有取代基，链段运动的内摩擦阻力较小，内耗较小；有较大或极性的侧基，链段运动的内摩擦阻力较大,内耗较大;侧基数目很多，内耗就更大。

内耗受温度影响较大：Tg以下，高聚物受外力作用形变很小，只有键长和键角变化，速度很快，几乎跟得上应力的变化，内耗很小；温度升高，向高弹态过渡，由于链段开始运动，而体系粘度还很大，链段运动时受到

摩擦阻力比较大，因此高弹形变显著落后于应力的变化，内耗也大；温度进一步升高，链段运动比较自由，内耗就变小了，因此在玻璃化转变区域出现内耗峰；温度继续升高，向粘流态过渡时，由于分之间互相滑移，因而内耗急剧增加。

内耗与频率的关系；频率很低时，高分子的链段运动完全跟得上外力的变化，内耗很小，高聚物表现出橡胶的高弹性；在频率很高时，链段运动完全跟不上外力的变化，内耗也很小，高聚物显得刚性，表现出玻璃态的力学性质；在中间区域，链段运动跟不上外力的变化，内耗在一定的频率范围出现极大值，这个区域中，材料的粘弹性表现得很明显。