高分子物理习题

第四章

1定义下列术语：
1)拉伸应变、剪切应变和体积应变，2) 拉伸比，3）杨氏模量、切变模量、体积模量和泊松比,4)线性粘弹性,5)蠕变、蠕变柔量、蠕变函数和蠕变速率，6)应力松弛、应力松弛模量、应力松弛函数和应力松弛速率，7)储能模量、损耗模量、力学内耗、对数减量，8)玻尔兹曼叠加原理和时温叠加原理。
2试述各向同性弹性材料的杨氏模量、剪切模量、体积模量与泊松比之间的相互关系。
3与普通金属弹性相比，高聚物的高弹性有哪些特点？试从高弹性的热力学本质与分子运动机理解释这些特点。
★4如何从热力学上和实验上来证明高弹性的本质是熵变。将一轻度交联的橡皮试样固定在50％的拉伸应变下，测得所需的拉伸应力与温度的关系如题4-4表所示。试求340K时，熵变对拉伸应力贡献的百分比。
题4-4表
拉应力（105 ）
温度（K）
4.77 295
5.01 310
5.25 325
5.50 340
5.73 355
5.97 370

5写出平衡高弹形变统计理论中的储能函数表达式以及把该函数应用于单向拉伸时得到的应力-应变关系。轻度交联天然橡胶的拉伸应力-应变实验曲线与理论曲线是否符合？为什么。
★6 测得一种交联橡胶的剪切模量为106 ，密度为约1 ，试估计该交联橡胶网链的平均分子量 (取R＝8.31 ，T＝300 )。
★7一种理想橡胶的剪切模量为1×106 ，计算当这种橡胶的拉伸比为2时，单位体积内储存的能量。
★8按常识，温度越高，橡皮越软，而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越高。这两个事实有矛盾吗？
9分别用线性座标和双对数座标画出非晶态线性形高聚物和交联高聚物的蠕变曲线示意图，标出特征时间。
★10高聚物在不同温度下的蠕变曲线如题4-10图所示。试把该组曲线转换为观察时间分别为1s,5s和10s时的应变-温度曲线。
★11如何从线形非晶态高聚物蠕变曲线求高聚物的粘度？
12分别用线性座标和双对数座标画出线形非晶态高聚物和交联高聚物的应力松弛曲线示意图。
13解释蠕变与应力松弛现象的分子运动本质。

题4-10图

★14将某种密度约为1 的交联橡胶试样在室温下(25℃)做压缩应力松弛试验，初始应变为0.5，测得其应力松弛时间＝5s,当 600s时，应力为4.45×106 ，求该橡胶试样的高弹平衡杨氏模量和网链的平均分子量。
15能否说“温度愈高，蠕变速率和应力松弛速率愈快”？
16用振簧法和扭摆法测定高聚物的动态力学性能时，所测得模量是杨氏模量还是剪切模量？
★17试画出1)无规立构聚甲基丙烯酸甲酯，2)聚乙烯，3) 硫化乙丙橡胶，4) 固化环氧树脂，5)SBS热塑弹体，6)用顺丁橡胶共混改性的聚苯乙烯塑料的动态力学性能-温度谱（示意图），标出特征温度。当测试频增加时，曲线如何变化？
★18画出题17中所列各高聚物的动态力学性能-频率谱(示意图)。当测试温度变化时，曲线如何变化？如何用动态力学法测定链段运动的最可几松弛时间？
★19 在室温下强迫丁腈橡胶试样作拉伸振动,频率为1Hz,应变幅值为1%,产生的应力幅值为107 ,应力响应超前于应变1°,计算该橡胶在实验条件下的储能模量、损耗模量和。
★20用膨胀计法（即测定比容-温度曲线）测得一种非晶态塑料制品的＝100℃，实际使用中，该制品受102Hz的交变应用作用。问该制品的使用温度上限是高于100℃，还是低于100℃？用膨胀计法测得一种橡胶制品的＝-60℃，这种橡胶也在102Hz的动态条件下使用，问该橡胶制品使用温度的下限值该如何变化？
★21用动态粘弹谱仪测得高聚物材料在不同温度下的力学松弛谱如题4-21图所示。试求所对应的运动单元的活化能（R＝8.31 ）。
22用动态力学法测定一种环氧树脂/固化剂体系在等速升温中的E'和tgδ的温度谱如题4-22图所示。试分析该树脂体系在固化过程中发生的化学与物理变化。温度进一步升高时，曲线将怎样变化？
★23画出当题4-23图(a)中的四元件模型受到题4-23图(b)所示的应力史作用时该模型的蠕变曲线，并定量计算t＝200s时模型的残余应变值。
★24测得一种橡胶的一组应力松弛曲线如题4-24图准所示，试估计该橡胶的。为了获得-40℃的应力松弛主曲线，各曲线应向什么方向移动？移动因子是多少？

题4-21图题4-22图

(a) (b)
题4-23图

题4-24图

25画出题17中所列高聚物在不同温度下和同一观察时间范围内的应力松弛与蠕变曲线组(示意图)，并应用WLF方程从各曲线组推出时的主曲线。
26 如何用1天至数天时间内的实验预测材料10年后的蠕变量？

第五章

1定义下列术语：
1) 工程应力与真应力，2)起始模量、屈服强度与断裂强度，3)冷拉，4)银纹
与裂纹，5)断裂韧性。
★2画出天然橡胶、无规立构聚苯乙烯、聚碳酸酯、全同立构聚丙烯（部分结晶）在室温和中等拉伸速率下的应力-应变曲线示意图。
★3已知聚甲基丙烯酸甲酯的应力松弛模量E(t)-T曲线如题5-3图所示，画出图中由▲指示状态下应力-应变行为（其它测试条件同）。

题5－3图

4如何从工程应力-应变曲线求材料的模量、屈服强度和断裂强度？应力-应变曲线与横座标所包围的面积的物理意义是什么？
5如何从真应力-应变曲线上求屈服点？
6冷拉过程的三个基本阶段是什么？非晶态高聚物和部分结晶高聚物在什么温度范围内可以进行冷拉？它们的冷拉本质有无差别？
7什么叫强迫高弹性？材料出现强迫高弹性的条件是什么？
★9为什么高聚物玻璃比小分子玻璃韧性好？为什么双轴拉伸定向有机玻璃的韧性又比普通的有机玻璃的好？
★10 有3种高聚物的如题5-10表所示，试估计当把它们分别冷却到各自的以下10℃时，3种玻璃的脆性大小。
题5-10 表
高聚物 (℃)

聚碳酸酯(PC)
有机玻璃(PMMA)
顺丁橡胶(PBD) 150
105
-70

11银纹和裂纹有什么差别？银纹与裂纹又有什么联系？高聚物材料中出现银纹是否总是有害的？
12高聚物宏观断裂的方式有几种？如何区分脆性断裂和韧性断裂？
13塑料脆性断裂时，断面形貌的特征是什么？各特征区的大小与温度和加载速率的关系如何？
14断裂过程分几个主要阶段？高聚物断裂过程的微观机理是什么？
15为什么高聚物的实际强度比理论强度小100到1000倍？
16为什么玻璃纤维的强度比块状玻璃的高得多？为什么玻璃纤维或碳纤维的强度随纤维直径的减小而增大？
17 Griffith脆性强度理论的两个基本假设是什么？写出该理论得到的材料拉伸强度表达式。
★18一种有机玻璃板材在室温下裂纹开始慢速增长KIC＝0.9×103 ，开始快速断裂时的KIC＝1.8×103 。该种有机玻璃在某种应用中所受到的最大应力为105 。试求这种板材不发生慢速断裂和快速断裂所允许的最大裂纹长度。
19试画出单边缺口、双悬臂梁、斜面双悬臂梁和紧凑拉伸试样的示意图。
★20为什么在材料力学性能测试标准中要规定试样的形状、尺寸、试验温度、试验速率和试样预处理条件？
21试述分子量、结晶(要考虑结晶形态、结晶度和球晶大小)、取向、交联等结构因素以及应变速率与温度对高聚物应力─应变行为的影响。
第六章
1定义下列术语：
1) 层流与湍流，2) 横向速度梯度与纵向速度梯度，3) 切粘度与拉伸粘度，4) 库爱特流动（拖流动）与泊肃叶流动（压力流动），5) 牛顿流体与非牛顿流体，6) 宾哈塑性流体、假塑性流体和膨胀性流体，7)表观粘度、零切变速率粘度和极限粘度，8) 熔融指数，9)挤出胀大比。
2分别以线性座标和双对数座标画出牛顿流体、宾哈流体、假塑性流体和膨胀性流体的流动曲线(即和曲线)以及它们的曲线。
★3已经测得某高聚物熔体的流动曲线如题6-3图所示，求：1) 和；2) ＝10-1，1，104，108，1012时的和非牛顿指数。

题6-3图
4为什么许多高聚物熔体都呈切力变稀的流动特性？
5画出牛顿流体在圆管中流动（泊肃叶流动）时截面上各点的流速分布和速度梯度（切变速率）分布。
★6如果某种塑料熔体在模腔中流动的速度分布如题6-6图所示，将会导致塑料制品中取向分布的状况如何？

题6－6图题6－7图

★7浇口在底部的注射成型薄壁塑料杯很容易以如题6-7图所示的方式开裂，试分析其原因。
8测定熔体切粘度的常用方法有哪些？各方法适用于什么粘度范围和切变速率范围？写出各方法中实测的量和计算切粘度的公式。
★9测得某高聚物熔体的熔融指数为0.4。已知熔融指数仪的活塞截面积为1cm2，测试中所用毛细管的长度为1cm，直径为0.1cm；设熔体密度为约1 。试计算该熔体在流过毛细管时管壁处的切变速率、切应力以及该熔体的表观粘度（忽略各种校正）。当砝码重量改为21.6公斤时，测得这种高聚物熔体的熔融指数为8，问该高聚物熔体是牛顿流体还是非牛顿流体。
★10试述聚合物分子量对流动活化能和熔体切粘度的影响。流动活化能与熔体切粘度的温度敏感性之间有什么关系？如何求聚合物的流动活化能。
11试从自由体积理论推导出WLF方程
12橡胶、纤维、塑料三大合成材料对分子量的要求有什么不同？就塑料而言，对注塑级、挤出级和吹塑级（中空制品）的分子量有什么不同要求？
★13试根据所学的高物基本知识，分析减少注塑制品中弹性成分的措施。
★14在塑料挤出成型中，如发现制品出现竹节形、鲨鱼皮一类缺陷，在工艺
上应采取什么措施消除这类缺陷。
15注射成型中，高聚物熔体经历的是否是纯剪切流动？为什么？
16挤出胀大比与挤出工艺条件和口模长径比有什么关系？

第七章

1定义下列术语：
1)电子极化、原子(离子)极化和取向极化,2)极化率,3) 体积电阻率、表面电阻率和击穿强度，4)电介质，介电系数与介质损耗，5）驻极体，6）热释电流
2介电系数与分子极化之间存在什么关系？
3在电介质的复数介电系数。其中，和的物理意义是什么？
4如何区分极性高聚物和非极性高聚物。列举至少3个极性高聚物与3个非极性高聚物。
5测得聚氯乙烯和氯丁橡胶的如下，如何解释。
聚氯乙烯： (室温)＝3.5，（ )＝15
氯丁橡胶：（室温）＝10
6测得聚丙烯酸丙脂和聚丙烯酸β-氯乙酯的ε'和（介质损耗峰强度）如下，如何解释这种现象？
～CH2-CH～：＝5.2，＝8.9×10-2
│
O＝C-OCH2 CH2 CH3

～CH2-CH～：＝9.0，＝8.8×10-2
│
O＝C-OCH2 CH2-Cl
7试画出包括高分子各种极化机理在内的图和图，当温度改变时，曲线如何变化，为什么？画出相应的和图，当频率改变时，曲线如何变化？
8如何从介电松弛来求某种运动单元的活化能？
9塑料加工中有一项技术叫做“高频模塑技术”，其方法是将极性塑料置于模具中并受高频电场的作用，几秒钟内原料就熔化、成型。这种技术基于什么原理？能否用这种技术加工聚乙烯？
10温度、杂质、增塑剂对高聚物的和的影响如何？
11如何制备驻极体？驻极体有什么用途？
12如何用热释电流法研究高分子的运动？与介电松弛法相比，热释电流法有什么优点？
13为什么高聚物绝缘体的电阻率比理论值低得多？为什么高聚物的电导率在附近发生急剧的变化？
14设计导电高聚物的指导思想是什么？为什么碳纤维具有良好的导电性？
15试述高聚物产生静电的原因。举例说明静电的危害和应用。
16抗静电剂的分子结构一般有什么特点？

第八章

1低分子物质和高分子物质的溶解过程有何区别？
2何谓溶胀？溶胀分哪两类，各在什么条件下发生？
3结晶高聚物的溶解有什么特点？
4试述选择溶剂的原则。
★5为什么丁腈橡胶具有优良的耐汽油性？对于CH3NO2和CH3-(CH2)4-CH3，两种溶剂，天然橡胶和丁腈橡胶分别耐哪一种溶剂？为什么？
6试根据摩尔吸引常数计算聚乙烯( ＝0.95 )和聚丙烯( ＝0.95 )的溶解度参数。
7分子量足够大的高聚物是不能气化的，那么如何测定高聚物的内聚能密度和溶度参数呢？
★8已知丁酯和正已烷的溶度参数分别为9.04和7.24(卡/厘米3)1/2。如要用它们的混合溶剂溶解聚苯乙烯（δ＝8.6（卡/厘米3）1/2，应按什么配比制备混合溶剂。
9高分子溶液与理想溶液的偏差表现在哪些方面？F1ory和Huggins溶液理论所基于的假设是什么？写出由此而推导得到的，，和的表达式。F1ory和Huggins理论的假设中主要的不合理性是什么？
★10试述温度和Huggins参数的物理意义。
11高分子在良溶剂和不良溶剂中形态有什么不同？为什么浓度相同时，高分子-良溶剂体系的粘度比高分子-不良溶剂体系的粘度大？
★12试从平衡高弹统计理论和高分子溶液理论推导交联高聚物的平衡溶胀比Q与交联网链分子量之间的关系式。
第九章

1如何定义 , , ，？证明下列关系：
；；
2如何表征高聚物分子量分布的宽度？
3简要说明粘度法测定高聚物分子量的原理、仪器和数据处理方法。
4简述凝胶渗透色谱法�*****PC）测定高聚物分子量分布与平均分子量的原理、测试方法和数据处理方法。如何从GPC色谱图求、？
★5 为什么在GPC法测定分子量时，对各种不同的高聚物，可利用同一普适校正曲线？

综合性思考题

1什么是高分子？高分子的分子量有什么特点？分子量对高聚物的、、、（流动活化能）、（表观粘度）、（断裂强度）、蠕变、应力松弛、溶解度等的影响如何？在全书中不断地出现“临界分子量”这一术语，其物理意义是什么？
2什么是链段？为什么高分子具有链段这种运动单元？如何测定链段的长度？高分子链段运动给高聚物带来了什么特性？
3为什么实际高聚物的高弹性中往往兼具粘性，而高聚物的粘性熔体又往往兼具弹性？
4流动性是塑料加工和纺丝工艺中很重要的工艺性指标，总结一下测定高分子溶液和高聚物熔体粘度的方法和原理（包括计算公式）。
5总结一下测定高聚物材料的，，，和的方法。
6如何评价塑料的耐热性与耐寒性？
7优质工程塑料的高分子链结构有什么特点？
8总结一下研究高分子运动的方法和测定各重运动单元活化能的方法（限本书范围）。
9 总结一下研究高聚物聚集态结构的方法（限本书范围）。
10 试论高聚物的粘弹性本质及其表现种种。

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