2015北京化工大學高物期末考試課后習題講解PPT.pdf

高分子物理高分子物理 三 四 五章習題課講解 2014 12 29 董彬董彬 3 2 對聚乙烯進行氯化 氯原子無歸取代氫原子 低氯 含量時會使軟化點降低 高氯含量時又會使軟化點升高 解釋原因 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 低氯含量時 氯原子的引入破壞了聚乙烯鏈結構的規(guī)整性 降低了結晶的完 善程度 導致軟化點軟化點 熔點 熔點 下降 高氯含量時結晶能力已經(jīng)完全喪失 為無定形聚合物 由于氯原子的極性 軟化點軟化點 玻璃化轉變溫度 玻璃化轉變溫度 升高 對于高結晶聚合物而言 不存在玻璃化轉變區(qū) 軟化點為其熔點 對于無定形聚合物而言 存在一玻璃態(tài)到高彈態(tài)的玻璃化轉變區(qū) 軟化點為其玻璃化轉變溫度 3 4 聚苯乙烯的Tg 100 聚丁二烯 視為均聚物 的 Tg 70 欲得到Tg 55 的丁苯橡膠 苯乙烯質 量分數(shù)應為多少 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 3 8聚丙烯酸酯的Tg為233K 環(huán)氧樹脂的Tg為393K 二者的混合 體系分為兩相 環(huán)氧樹脂在兩相中質量分數(shù)分別為 0 9和0 28 現(xiàn)對該混合體系進行動態(tài)力學測試 畫出定性的 tg 溫度曲線圖 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 3 12 一聚合物應力松弛模量在t 0時為2 0GPa t 104s時為1 0GPa 求該聚合物突加應力100MPa后1000s時的應變 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 蠕變過程蠕變過程 3 14 一個類Maxwell單元由一個普通黏壺和一根理想橡膠帶構成 27 時受1000Pa的恒定應力 3h后應變?yōu)?2 00 在此刻去除應 力 永久應變?yōu)? 750 現(xiàn)將此模型用于應力松弛實驗 在127 固定應變?yōu)? 5 求初始應力 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 3 15 一個Kelvin單元 G 2 105Pa 103s 串聯(lián)一個黏壺 3 108 Pa s 試給出 1 描述體系在恒定應力4 9Pa下形變隨時間的變化規(guī)律 2 若應力保留3000s后移去 試畫出蠕變與回復曲線 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 1 2 3 19 某高分子材料273K時黏度為105Pa s Tg 時的黏度 為1012 Pa s 求其在298K時的黏度 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 3 22 在298K下聚異丁烯應力松弛到105N m 2約需10h 試用WLF方 程求其在253K應力松弛到同一數(shù)值所需的時間 已知PIB的Tg為 203K 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 3 27 一聚合物溶液可用描述 應力為 1000 Pa時的黏度是多少 溶液為膨脹體還是假塑體 2 70 102 0 635 第三章 聚合物運動學第三章 聚合物運動學 Ostwald de Waele方程 又叫冪律公式 n 黏度 1000 7 86 127Pa s 1000 2 70 102 0 635 剪切速率 7 86 指數(shù) n 0 635 1 有 2 70 102 0 365 可知黏度隨剪切速率的增大而逐漸降低 故為假塑性流體 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) 4 2 兩根相同長度的聚乙烯醇纖維 一根上懸掛重物浸入熱水中 纖維不發(fā)生變化 另一根松散地漂浮于熱水中 纖維會發(fā)生溶解 試解釋這種現(xiàn)象 聚乙烯醇為水溶性高分子聚合物 拉伸狀態(tài)下聚乙烯醇分子鏈沿拉伸方向平行取向 促進了分子鏈的結晶 同 時拉伸可降低聚合物的熔融熵 S0 從而提高了熔點 此時的水溫未及熔點故 不溶解 未拉伸狀態(tài)下聚乙烯醇為無定形態(tài) 易溶于熱水 4 5 利用Thompson Gibbs 方程計算厚度為100nm 50nm 10nm 5nm的聚乙烯晶片的熔點 H0 293J g c 1g cm3 Tm0 415K 90mJ m2 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) Thompson Gibbs 方程方程 0 1 2 0 Tm為聚合物熔點 Tm0為平衡熔點 為表面自由能 Lc為晶片厚度 H0為熔融熱 晶片厚度為100nm時 Tm 412K 晶片厚度為50nm時 Tm 410K 晶片厚度為10nm時 Tm 390K 晶片厚度為5nm時 Tm 364K 結論 晶片厚度越小 晶片熔點越低 4 10 證明質量結晶度 wc A 1 a s 其中A為依賴聚合物性質的常數(shù) 與結 晶度無關 a與 s分別為無定形組分與樣品密度 今有兩個聚合物樣品密度 分別為1 346和1 392g cm3 質量結晶度分別為10 和50 求 a 晶區(qū)與非晶 區(qū)密度 c與 a b 密度為1 357g cm3的樣品的質量結晶度 a 1 335g cm3 A 12 24 c 1 454g cm3 a b 4 15 某聚合物總取向度為 0 8 結晶度 0 50 晶區(qū) 取向度為 0 95 求無定形鏈的取向度 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) 總取向度 f fcwc fawa 取向取向 Orientation 指結構單元關于特定方向排列的傾向性 包括一維取向及二維取向 0 8 0 95 0 5 fa 0 5 求得無定形鏈的取向度 fa 0 65 4 17 一樣品隨溫度升高由三維晶體轉變?yōu)榻б壕?再轉變?yōu)橄蛄幸壕 再轉變?yōu)楦飨嗤砸后w 畫出相 應的DSC譜圖 第四章 聚合物有序態(tài)第四章 聚合物有序態(tài) DSC譜圖譜圖 第五第五章 極限力學性能章 極限力學性能 5 4 工程師欲將聚苯乙烯產(chǎn)品的摩爾分子質量從225000 g mol 降 低到150000 g mol以方便用戶加工 這一舉措將對產(chǎn)品的力學性 能有何影響 你同意這一決定嗎 分子量與拉伸強度的關系 分子量較低時 拉伸強度隨分子量 的升高而增大 當分子量超過一定值后 拉伸強度出現(xiàn)平臺區(qū) 不再隨分子量變化 出現(xiàn)平臺的臨界分子量一般為纏結分子量 Me的8倍 分子量越高 熔體的黏度越大 加工越困難 因此一般商品聚 合物分子量都控制在7Me左右 對于聚苯乙烯 查表對于聚苯乙烯 查表3 2可知 其臨界纏結分子量可知 其臨界纏結分子量Me為為18 100 7Me 126 700 尚低于尚低于155 000 此舉提高加工性能 不損失 此舉提高加工性能 不損失力學性能 因此是可取的 力學性能 因此是可取的 第五章 極限力學性能第五章 極限力學性能 5 5 一聚甲基丙烯酸甲酯樣品的中央開有一個2 0cm的缺口 其KIC為0 80 MPa m1 2 裂紋擴