高分子物理知識點總結(jié)
高分子物理知識點總結(jié)
高分子物理是研究高分子物質(zhì)物理性質(zhì)的科學(xué)。下面學(xué)習(xí)啦小編給你分享高分子物理知識點總結(jié)，歡迎閱讀。
高分子物理知識點總結(jié)
高分子鏈的構(gòu)型有旋光異構(gòu)和幾何異構(gòu)兩種類型。
旋光異構(gòu)是由于主鏈中的不對稱碳原子形成的，有全同、間同和無規(guī)三種不同的異構(gòu)體(其中，高聚物中全同立構(gòu)和間同立構(gòu)的總的百分?jǐn)?shù)稱為等規(guī)度。)。
全同(或等規(guī))立構(gòu)：取代基全部處于主鏈平面的一側(cè)或者說高分子全部由一種旋光異構(gòu)單元鍵接而成 間同立構(gòu)：取代基相間地分布于主鏈平面的兩側(cè)或者說兩種旋光異構(gòu)單元交替鍵接
無規(guī)立構(gòu)：取代基在平面兩側(cè)作不規(guī)則分布或者說兩種旋光異構(gòu)單元完全無規(guī)鍵接
幾何異構(gòu)是由于主鏈中存在雙鍵而形成的，有順式和反式兩種異構(gòu)體。
構(gòu)象：原子或原子基團(tuán)圍繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的空間分布。
鏈段：把若干個鍵組成的一段鏈作為一個獨立運動的單元
鏈節(jié)(又稱為重復(fù)單元)：聚合物中組成和結(jié)構(gòu)相同的最小單位
高分子可以分為線性、支化和交聯(lián)三種類型。其中支化高分子的性質(zhì)與線性高分子相似，可以溶解，加熱可以熔化。但由于支化破壞了高分子鏈的規(guī)整性，其結(jié)晶能力大大降低，因此支化高分子的結(jié)晶度、密度、熔點、硬度和拉伸強(qiáng)度等，都較相應(yīng)的線性高分子的低。
交聯(lián)高分子是指高分子鏈之間通過化學(xué)鍵形成的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，交聯(lián)高分子不能溶解，只能溶脹，加熱也不能熔融。
高分子鏈的構(gòu)象就是由單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而形成的分子在空間的不同形態(tài)。
單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是導(dǎo)致高分子鏈呈卷曲構(gòu)象的根本原因，內(nèi)旋轉(zhuǎn)越自由，卷曲的趨勢就越大。 這種不規(guī)則的卷曲的高分子構(gòu)象稱為無規(guī)線團(tuán)。
高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)并不是完全自由的，有鍵角和空間位阻的限制。
自由結(jié)合鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)沒有鍵角和位壘限制;自由旋轉(zhuǎn)鏈有鍵角限制，但沒有空間位阻的限制。 自由結(jié)合鏈和自由旋轉(zhuǎn)鏈都是假想的理想鏈，實際中是不存在的。
實際的高分子鏈既不是自由結(jié)合鏈，也不是自由旋轉(zhuǎn)鏈，但可以看作是一個等效的自由結(jié)合鏈。
柔順性：高分子鏈能夠改變其構(gòu)象的性質(zhì)
末端距：線性高分子的一端到另一端的距離
內(nèi)聚能：克服分子間的作用力，把1mol液體或者固體移到其分子間的引力范圍之外所需要的能量(單位體積內(nèi)的內(nèi)聚能則稱為內(nèi)聚能密度)
聚合物在不同的條件下結(jié)晶，可以形成不同的形態(tài)。
聚合物的單晶一般只能在極稀溶液中(濃度小于0.1%)緩慢結(jié)晶才能形成。
在不存在應(yīng)力或流動的情況下，當(dāng)結(jié)晶性的高聚物從濃溶液中析出，或從熔體中冷卻結(jié)晶時，傾向于生成球晶(球晶在正交偏光顯微鏡下觀察，呈特有的黑十字消光圖案)。
高分子鏈在晶體中的構(gòu)象由等同規(guī)則和能量最低原理決定，可采取螺旋鏈或平面鋸齒鏈構(gòu)象。
高分子鏈的結(jié)構(gòu)對其結(jié)晶能力有重要的影響。
高分子鏈的對稱性越高，越容易結(jié)晶;等規(guī)度越高，結(jié)晶能力越強(qiáng)(反式異構(gòu)體的結(jié)晶能力要高于順式異構(gòu)體)。一般而言，分子鏈越柔順，結(jié)晶能力越強(qiáng);但是柔順性太好時，反而不能結(jié)晶;支化和交聯(lián)都會使結(jié)晶能力下降。
高聚物的結(jié)晶過程，包括晶核的形成和晶粒的成長兩個步驟。成核的方式有均相成核和異相成核。聚合物總的結(jié)晶速度是由成核速度和結(jié)晶生長速度共同決定的;而總的結(jié)晶速度可以用膨脹計法、光學(xué)解偏振法、示差掃描量熱法等測定(結(jié)晶度可以用密度法和DSC等方法進(jìn)行測定)。
聚合物的等溫結(jié)晶過程可以用Avrami方程來描述，Avrami指數(shù)n等于晶體生長的空間維數(shù)與成核過程的時間維數(shù)之和。
聚合物通常在玻璃化溫度以上，熔點以下的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，溫度對結(jié)晶速率具有決定性的影響。
熔限：從聚合物結(jié)晶開始熔化到熔化完全的溫度范圍
熔點：即聚合物完全熔化時的溫度
取向：聚合物在某種外力作用下，分子鏈、鏈段和結(jié)晶聚合物中的晶粒等結(jié)構(gòu)單元沿著外力方向擇優(yōu)排列
液晶態(tài)：兼有液體和晶體部分性質(zhì)的過渡狀態(tài)
高分子物理簡單題及答案
1. 簡述聚合物的分子運動特點。
答：聚合物的分子運動的特點是：a、運動單元具有多重性。聚合物的運動單元可以是側(cè)基、支鏈、鏈節(jié)、鏈段和整個分子等。B、高分子熱運動是一個松弛過程。在一定的外界條件下，聚合物從一種平衡狀態(tài)通過熱運動達(dá)到與外界條件相適應(yīng)的新的平衡態(tài)，這個過程不是瞬間完成的，需要一定的時間。C、高分子熱運動與溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，高分子運動的松弛時間縮短。
2. 試用自由體積理論解釋聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變。
答：根據(jù)自由體積理論，液體或固體物質(zhì)的體積是由兩部分組成的：一部分是被分子占據(jù)的體積，稱為已占體積，另一部分是未被占據(jù)的以“孔穴“形式分散于整個物質(zhì)之中的自由體積。正是由于自由體積的存在，分子鏈才可能通過轉(zhuǎn)動和位移而調(diào)整構(gòu)象。自由體積理論認(rèn)為，當(dāng)高聚物冷卻時，起先自由體積逐漸減少，到某一溫度時，自由體積將達(dá)到最低值，這時高聚物進(jìn)入玻璃態(tài)。在玻璃態(tài)下，由于鏈段運動被凍結(jié)，自由體積也被凍結(jié)，并保持一恒定值。因此，對任何高聚物，玻璃化溫度就是自由體積達(dá)到某一臨界值時的溫度，高聚物的玻璃態(tài)可視為等自由體積狀態(tài)。
3. 何謂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度?簡述一種測量聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法。
答：聚合物玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變即為玻璃化轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以用差熱分析測量，其基本原理是在等速升溫的條件下，連續(xù)測定被測試樣與惰性基準(zhǔn)物之間的溫度差ΔT，并以ΔT對試樣溫度T作圖，即得差熱曲線，曲線上出現(xiàn)一臺階，臺階處所對應(yīng)的溫度即為玻璃化溫度。
4. 試從分子運動的觀點說明非晶態(tài)聚合物的三種力學(xué)狀態(tài)和兩種轉(zhuǎn)變。
答：在玻璃態(tài)下(實際溫度小于玻璃化溫度)，由于溫度較低，分子運動的能量很低，不，足以克服主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘，因此不足以激發(fā)起鏈段的運動，鏈段處于被凍結(jié)的狀態(tài)，只有那些較小的運動單元，如側(cè)基、支鏈和小支鏈能運動。當(dāng)受到外力時，由于鏈段運動被凍結(jié)，只能使主鏈的鍵長和鍵角有微小的改變，形變是很小的。當(dāng)外力除去后，形變能立刻回復(fù)。
隨著溫度的升高，分子熱運動的能量增加，當(dāng)達(dá)到某一溫度(即玻璃化溫度)時，鏈段運動被激發(fā)，聚合物進(jìn)入高彈態(tài)。在高彈態(tài)下(實際溫度大于玻璃化溫度)，鏈段可以通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鏈段的運動不斷地改變構(gòu)象，但整個分子仍然不能運動。當(dāng)受到外力時，分子鏈可以從蜷曲狀態(tài)變?yōu)樯熘睜顟B(tài)，因而可發(fā)生較大形變。
溫度繼續(xù)升高(實際溫度大于黏流溫度)，整個分子鏈也開始運動，聚合物進(jìn)入黏流態(tài)。這時高聚物在外力作用下便發(fā)生黏性流動，它是整個分子鏈相互滑動的宏觀表現(xiàn)。外力除去后，形變不能自發(fā)回復(fù)。
玻璃化轉(zhuǎn)變就是鏈段由運動到凍結(jié)的轉(zhuǎn)變;流動轉(zhuǎn)變是整個分子鏈由凍結(jié)到運動的轉(zhuǎn)變。
5. 試述升、降溫速率對聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響。
答：升溫(或降溫)速率加快，測得的玻璃化溫度向高溫方向移動;
反之，升溫(或降溫)速率減慢，測得的聚合物的玻璃化溫度向低溫方向移動。
6. 試述溫度和剪切速率對聚合物剪切黏度的影響，并討論不同柔性的聚合物的剪切黏度對溫度和剪切速率的依賴性差異。
答：聚合物的剪切黏度隨溫度的升高而降低。在通常的剪切速率范圍內(nèi)，聚合物的剪切黏度也是隨剪切速率的增大而降低的。只有在極低的(接近于零)和極高(趨于無窮大)的剪切速率下，聚合物的黏度才不隨剪切速率的變化而變化。
不同柔性聚合物的剪切黏度對溫度和剪切速率的依賴性是不同的：柔性的高分子鏈在剪切力的作用下容易沿外力方向取向，使黏度明顯下降;而剛性高分子則下降得很不明顯。
剛性高分子的黏流活化能大，其剪切黏度對溫度極為敏感，隨著溫度的升高，剪切黏度明顯下降;而柔性高分子的黏流活化能小，其剪切黏度隨溫度的變化較小。
7. 試述影響聚合物黏流溫度的結(jié)構(gòu)因素。
答：影響聚合物黏流溫度的結(jié)構(gòu)因素有：
A、 高分子鏈的柔性。高分子鏈的柔性越好，鏈的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越容易進(jìn)行，運動單元鏈段就
越小，流動活化能也就越低，聚合物在較低的溫度下就能實現(xiàn)黏性流動。因此，分子鏈的柔性越好，其黏流溫度越低。
B、 高分子的極性。高分子的極性越大，分子間的相互作用越大，其黏流溫度也越高。
C、 相對分子質(zhì)量。相對分子質(zhì)量越大，高分子鏈越長，整個分子鏈相對滑動時摩擦阻力就越大，需要在更高的溫度下才能發(fā)生黏性流動，即黏流溫度越高。
8. 試述聚合物相對分子質(zhì)量對其零切黏度的影響。
答：總的來說，聚合物的零切黏度隨相對分子質(zhì)量的增大而增大。但在不同的相對分子質(zhì)量范圍，其影響的程度不一樣。在零切黏度與相對分子質(zhì)量的關(guān)系中，存在一個臨界相對分子質(zhì)量：
9. 在同一坐標(biāo)軸上畫出高相對分子質(zhì)量(曲線1)和低相對分子質(zhì)量(曲線2)的同一非晶態(tài)聚合物的溫度—形變曲線，并在溫度坐標(biāo)軸上標(biāo)出它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和黏流溫度的大概溫度
答：聚合物的相對分子質(zhì)量對玻璃化溫度和黏流溫度的影響有所不同。
相對分子質(zhì)量增加，聚合物的玻璃化溫度升高，特別是當(dāng)聚合物的相對分子質(zhì)量較小時，這種趨勢更為明顯。但是當(dāng)相對分子質(zhì)量超過一定程度后，特別是在聚合物的相對分子質(zhì)量范圍內(nèi)，玻璃化溫度的增加就不明顯了。而黏流溫度則是隨相對分子質(zhì)量的增加而持續(xù)升高的。而高相對分子質(zhì)量樣品的黏流溫度高于低相對分子質(zhì)量樣品，因此其高彈態(tài)區(qū)域要寬一些。