结构与性能考题答案

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1、1.概念1、构型(configuration)：是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列。2、大分子(macromolecule):是由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量。聚合物分子(polymer molecule)：由许多重复结构单元组成的，具有相对高的分子质量或分子重量。3、共聚物(copolymer)：由两种或两种以上单体合成的聚合物。4、侧基(side/pendant group)： 一个分子链的分支。5、端基(end group)：大分子或低聚物分子的末端构造单元。6、统计共聚物(statistical copolymer)：通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物

2、分子中的序 列。7、无规共聚物(random copolymer)：具有Bernoullian序列统计的统计聚合物。在Bernoullian模型 中，各键接的构型是相互独立的，不受前面键接构型的影响，故单体单元在分子链中无规则排列。8、交替共聚物(alternating copolymer)：单体单元A和单体单元B在共聚物分子中交替分布。9、嵌段共聚物(block copolymer)：由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的。10、星型高分子(star polymer)：从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)。11、构象(conformation)：表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间

3、排列。12、链段(macromolecular segments)：把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元。14、高分子链的柔性(fleXbility of polymer chain)：分子链能够改变其构象的性质。15、聚合度(degree of polymerization)：大分子、低聚物分子、嵌段或分子链中单体单元的数目。 聚合物分子链中连续出现的重复单元(或称链节)的次数。16、共聚物分子(copolymer molecule)：(1) 晶胞(unit cell)：与晶格相对应的晶体结构，即把具体内容还原给晶格，晶格就成了晶胞。(2) 晶面指数(crystal indices)

4、,晶面指标，Miller(密勒)指数(Miller index (indices)：晶面在三个 晶轴上的倒易截数之比。一般用符号(h*k*l*)表示。(3) 晶系(crystallographic system)：六个晶胞参数组成的平行六面体可有七种类型，每种类型称 为一种晶系，实际上的晶体只能属于这七种可能的晶系。(4) 等同周期(identical period, repeating distance):高分子晶体中分子链方向相同结构重复出现 的最短距离，又称高分子晶体的晶胞结构重复单元。(链结构沿着链轴重复移动的最短距离)(5) 折叠链片晶(folded-chain lamellae -

5、 single crystals):晶片中的分子链以垂直于晶片平面的方 向来回折叠。(6) 伸直链晶体(extended-chain crystals)：在聚合物晶体中，分子链基本上为全伸展构象。一般 在高温高压的结晶条件下生成伸直链晶体。(7) 球晶(spherulite)：高聚物从浓溶液析出或从熔体冷却结晶时，都倾向于生成比单晶更为复杂 的多晶聚集体，最常见的呈球状，称为球晶。它是一个以晶核为中心，呈球形对称生长的结晶形态。(8) 树枝状晶(dentrites)：由片晶或纤维状晶体组成的树状结晶体。(9) 缨状胶束模型(缨状微胞模型)(fringed-micelle model)：特点：(

6、1)高聚物的结构由结晶和非晶两相组成(两相结构模型)；2)晶粒有一定的大小和尺寸；(3)每一个晶粒有许多分子束聚集而成;(4) 每个高分子链可以同时贯穿几个晶区和非晶区。(10) 缚结分子：至少连接两个不同晶体的分子。(1) 结晶度(degree of crystallinity):结晶高聚物一般是部分结晶的，结晶的量的多少用结晶度这一 概念来表示。包括：质量结晶度，体积结晶度，表观结晶度，相对结晶度(2) 取向度(degree of orientation)：指高聚物中的取向单元沿参考方向平行排列的程度。(3) 单轴取向：指高分子材料(纤维或薄膜)只沿一个方向拉伸，高分子链或链段或微晶某个晶

7、轴 倾向于沿着与拉伸方向平行排列。(4) 双轴取向：高聚物薄膜材料如果沿着它的平面纵横两个方向拉伸，高分子链倾向于与薄膜平 面平行的方向排列，而在此平面内分子链的排列方向是无规的。(5) 晶粒尺寸(crystallite):指晶粒的平均尺寸，包括晶粒的纵向尺寸、横向尺寸、晶粒体积。(6) 长周期(long spacing):指在纤维轴方向片晶和非晶能重复出现的最短距离，即片晶和非晶的平均厚度之和。(1) 玻璃化转变温度(glass transition temperature):非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的一个转变称 为玻璃化转变。一般把链段开始“解冻”或“冻结”的温度称为玻璃化转变温度，简

8、称玻璃化温度。(2) 熔融温度(melt temperature):结晶高聚物没有一确定的熔融温度，它的熔融在较宽的温度范围 内发生，一般将结晶高聚物完全熔融时的温度定义为熔点。(3) 均相成核：指在结晶过程中由结晶材料本身的分子或链段的热运动形成的晶核；(4) 异相成核：指分子或链段在结晶材料中的异物上做有序排列而形成的晶核，材料中的异物可 以是催化剂、尘粒、容器的壁和其它添加剂等。(5) 预先成核：指晶核预先存在，成核速率与时间无关，此过程可看成成核在瞬间完成，故又称 为瞬时成核(instantaneous nucleation)。(6) 散现成核：指成核速率是时间的函数，在整个结晶期间晶

9、核数目随时间增加。(7) 初期结晶(primary crystallization):指结晶过程的第一阶段，当多数球晶的表面相互挤撞之 后，可认为这一过程结束。(球晶碰撞前发生的结晶)(8) 二次结晶(secondary crystallization):指初期结晶之后发生的结晶过程，这一结晶过程的速度 一般较慢。(球晶碰撞后发生的结晶)(9) 结晶过程(crystallization):(10) 应力松弛(stress relaxation):在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时 间增加而逐渐衰减的现象。(11) 蠕变(creep)：指在一定的温度和较小的恒定压力作用下，材

10、料的应变随时间的增加而增大的 现象。Fb =A(1 )应力：单位面积上物体所受到的力。A0( 2 )应变：相对伸长量。ALL - L . t8 =0 二九一1厶o匕入为拉伸比(3) 应力松弛：在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减 的现象。(4) 蠕变：指在一定的温度和较小的恒定压力作用下，材料的应变随时间的增加而增大的现象。(5) 杨氏模量(初始模量)：应力-应变曲线起始部分的斜率。E=o /2. 概念的区别与联系1. 数均分子量(number-average molecular weight)与重均分子量(weight-average molecular w

11、eight)(1) 数均分子量Mn : Mn二弋 二工xM某体系的总质量m被分子总数所平均。低分子量部分乙ni ii对数均分子量有较大的贡献。： m M(2) 质(重)均分子量Mw : Mw =_匚=wM高分子量部分对质均分子量有较大的贡献。mi ii2. 结晶过程(crystallization)与熔融过程(melting)3. 应力(stress)与应变(strain)A0九一1入为拉伸比b =(1) 应力：单位面积上物体所受到的力。AL L - L8 =(2) 应变：相对伸长量。 % S4. 无规共聚物(random copolymer)与嵌段共聚物(block copolymer)(1

12、) 无规共聚物(random copolymer):具有Bernoullian序列统计的统计聚合物。在Bernoullian模 型中，各键接的构型是相互独立的，不受前面键接构型的影响，故单体单元在分子链中无规则排列。 单体单元的序列分布服从伯努利统计。(2) 嵌段共聚物：由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的聚合物。5. 统计共聚物(statistical copolymers)与无规共聚物(random copolymers)(1) 统计共聚物(statistical copolymer):通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物分子中的 序列。单体单元的序列分布服从马氏统计。(2) 无规共

13、聚物(random copolymer):具有Bernoullian序列统计的统计聚合物。在Bernoullian模 型中，各键接的构型是相互独立的，不受前面键接构型的影响，故单体单元在分子链中无规则排列。 单体单元的序列分布服从伯努利统计。6. 微构象(microconformation)与宏构象(macroconformation)(1) 宏构象(分子构象)：大分子作为整体的构象。(2)微构象(局部构象)：在构造单元尺度 下，大分子的构象。7. 初期结晶(primary crystallization)与二次结晶(secondary crystallization)(1)初期结晶(prim

14、ary crystallization):指结晶过程的第一阶段，当多数球晶的表面相互挤撞之 后，可认为这一过程结束。(球晶碰撞前发生的结晶)(2)二次结晶(secondary crystallization):指初期结晶之后发生的结晶过程，这一结晶过程的速度一般较慢。(球晶碰撞后发生的结晶)& 侧基(side group)与端基(end group)(1)侧基(side/pendant group):一个分子链的分支。(2)端基(end group):大分子或低聚物分子的末端构造单元。9. 均相成核(homogeneous nucleation)与异相成核(heterogeneous nucl

15、eation)(1) 均相成核：指在结晶过程中由结晶材料本身的分子或链段的热运动形成的晶核；(2) 异相成核：指分子或链段在结晶材料中的异物上做有序排列而形成的晶核，材料中的异物可 以是催化剂、尘粒、容器的壁和其它添加剂等。10. 应力松弛(stress relaxation)与蠕变(creep)(1) 应力松弛：在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减 的现象。(2) 蠕变：指在一定的温度和较小的恒定压力作用下，材料的应变随时间的增加而增大的现象。11. 双折射(birefringence)与取向度(degree of orientation)(1) 双折射：光

16、束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。(2) 取向度(degree of orientation)：指高聚物中的取向单元沿参考方向平行排列的程度。12. 有规立构大分子(atactic macromolecule)与无规立构大分子(atactic macromolecule)(1) 有规立构大分子：是规整大分子，在大分子中，所有的构造重复单元都是一致的。(2) 无规立构大分子：是规整大分子，在大分子中，所有的构造基本单元都是不一致的。13. 玻璃化转变温度(glass transition temperature)与熔融温度(melt temperature)(1) 无定

17、形和结晶热塑性聚合物低温时都呈玻璃态，受热至某以较窄温度(2-5oC)，则转变成橡 胶态或柔韧的可塑态，这一转变温度为玻璃化温度Tg,代表链段能够运动或主链中价键能扭转的 温度。(2) 晶态聚合物继续受热，则出现另一热转变温度，为熔点Tm,代表整个大分子容易运动的温 度。14. 质量结晶度(mass degree of crystallinity)与体积结晶度(volume degree of crystallinity)mw (1)质量结晶度：表示结晶部分在总体中所占的重量百分数或重量分数。c m mc和m分别 代表试样晶区的质量和总质量。(2)体积结晶度：表示结晶部分在总体中所占的体积百分

18、数或体积分数。c15. 抗拉强度(tensile strength)与初始模量(initial modulus)(1)抗拉强度：材料在拉断前承受的最大应力值。(2)杨氏模量(初始模量)：应力-应变曲线起 始部分的斜率。E=a /16. 结晶度(degree of crystallinity)与取向度(degree of orientation)(1) 结晶度(degree of crystallinity):结晶高聚物一般是部分结晶的，结晶的量的多少用结晶度这一 概念来表示。包括：质量结晶度，体积结晶度，表观结晶度，相对结晶度(2) 取向度(degree of orientation)：指高聚

19、物中的取向单元沿参考方向平行排列的程度3. 根据结晶条件的差异，聚乙烯可得到不同的结晶形态。请简述下面各形态的结构特征及获得该 形态的条件。(1) .单晶(片晶)：在极稀溶液中冷却结晶(2) .球晶：从浓溶液浓溶液析出或从熔体冷却结晶(3) .伸直链片晶：在高温高压的条件下结晶(4) .串晶：在一定的应力场作用下4. 什么是超分子结构？超分子结构参数有哪些？用简述或图示法说明用X-射线图确定超分子结 构参数的依据。超分子结构：高分子链之间通过强的或弱的相互作用所形成的聚集体。超分子结构参数包括：结晶度，取向度，晶粒尺寸，长周期用X-射线图确定超分子结构参数的基本原理及依据：(1)质量结晶度理论

20、上，非晶部分的质量与结晶部分的质量之比就等于等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射 强度之比。但是由于无法收集到样品衍射或散射X射线的总强度。所以，应在上式中加入比例常数mI纲ma aam 1m:k aw -m二c二I二cIc, xm + mI + klcccccac(2)体积结晶度D根据微原纤结构模型：0c, xL式中，D为晶片厚度，L为长周期。(3) 晶区取向度fc (方位方向的峰宽)依据：衍射弧在方位方向的长度决定了晶粒的取向度(4) 晶粒尺寸(径向的峰宽)依据：由Scherrer方程:Dhkik九卩 cos0hki式中，0 hki为Bragg角。入为入射X-射线的波长，Dhkl为(hk

21、i)晶面法线方向的平均尺寸；0为 衍射峰的半高宽。K为Scherrer常数，0.89。(4)长周期(峰位)依据：Bragg方程2sin 0式中，L表示小角长周期；入为X射线的波长；0为出现衍射强度极大值的Bragg角。5. 概述结晶高聚物从低温到高温升温时，可能发生的热转变，其相应温度的名称；并给出转变的 分子运动解释。对于非晶高聚物发生的热运动主要有：(1) 玻璃态：由于温度较低，链段处于被“冻结”状态，只有侧基、链节、短支链等小尺寸运动单元的局部 振动及键长和键角的变化(2) 玻璃化转变区：链段已经开始“解冻”，由于链段的运动，使分子链可以在外力的作用下伸展(或卷曲)。一般把 链段开始“解

22、冻”或“冻结”的温度称为玻璃化转变温度，简称玻璃化温度Tg。(3) 高弹态：随温度的升高，由于链段的运动，使分子链发生伸长与卷曲运动。这种状态的高聚物, 受较小的力就可以发生很大形变，当外力除去后形变可以恢复。(4) 粘弹转变区：温度进一步升高，链段的热运动进一步加剧，这时不仅链段运动的松弛时间缩短了，而且整个 分子链移动的松弛时间也缩短了。这时高聚物在外力作用下，不仅使分子链的形态改变，而且会导 致分子链重心发生相对移动，高聚物开始出现粘性流动高弹态与粘流态之间的转变温度称为粘流温 度。用Tf表示。粘流态：温度高于Tf以后，由于链段的剧烈运动，整个链分子重心发生相对位移，即产生不可逆流动，

23、咼聚物呈现粘性液体状。对于结晶性高聚物除了发生上述转变外，随着温度的升高还存在结晶过程和熔融过程，结晶过程是 指从三维无序的结构转变为三维有序的结构，这是因为随着温度的升高，分子链段的运动更加容易 进而有利于结晶结构的形成，而熔融过程则刚好相反。6. 绘出玻璃态聚合物纤维在单轴拉伸时的应力-应变曲线，并指出从应力应变曲线可获得的参1) 链结构：提高化学结构的规整性，使之具有结晶性，引入交联键或增加分子链的刚性均有 利于提高材料的强度2) 分子量：分子量越大，强度越大3) 交联：适度交联，有利于强度的提高4) 分子间作用力：分子间作用力愈强，强度愈高。(2)超分子结构的影响1）模型：并联模型的强

24、度主要取决于晶区模量和结晶度。串联模型的强度主要取决于非晶区 的模量和结晶度。2）结晶度：结晶度增大，E增大，强度增大。3）晶粒尺寸：在结晶度一定时，晶粒的体积越小，纤维的强度越大。同时，晶粒的长径比越 大，纤维的强度越大。4）取向度：拉伸方向与取向方向一致时，强度增大；不一致时，强度减小。（3）测试条件的影响1）湿度：湿度增大，强度降低2）温度：温度升高，强度降低3）试样夹持长度：夹持长度越长，纤维的强度越低，伸长率越大。4）拉伸速率（应变速率）：拉伸速率越大，伸长率越小，强度越大。1材料结构，性能与加工工艺过程三者之间的关系？结构指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与电子结构、 分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构、表面与界面结构、缺陷结构等；性能指材料固有的物理、化学特性。广义地说性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应 的定量表述。加工工艺过程包括合成和制备。合成主要指促使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过程。制备主要指材料在宏观尺度上加工、处理、装配和制造等一系列过程，使之具有所需的性质和 使用效能。总之，结构决定性能，而组成与加工工艺又决定结构的形成。2超导陶瓷的超导特性与结构之间的关系