高分子物理知識(shí)點(diǎn)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(shí)點(diǎn)總結(jié)，歡迎閱讀。

　　高分子物理知識(shí)點(diǎn)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(duì)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(gè)鍵組成的一段鏈作為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(diǎn)、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(shí)際中是不存在的。

　　實(shí)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(gè)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(dòng)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(shí)，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(duì)其結(jié)晶能力有重要的影響。

　　高分子鏈的對(duì)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(shí)，反而不能結(jié)晶;支化和交聯(lián)都會(huì)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(gè)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(jì)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(shí)間維數(shù)之和。

　　聚合物通常在玻璃化溫度以上，熔點(diǎn)以下的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，溫度對(duì)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(diǎn)：即聚合物完全熔化時(shí)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(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

　　答：聚合物的分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是：a、運(yùn)動(dòng)單元具有多重性。聚合物的運(yùn)動(dòng)單元可以是側(cè)基、支鏈、鏈節(jié)、鏈段和整個(gè)分子等。B、高分子熱運(yùn)動(dòng)是一個(gè)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(yùn)動(dòng)達(dá)到與外界條件相適應(yīng)的新的平衡態(tài)，這個(gè)過程不是瞬間完成的，需要一定的時(shí)間。C、高分子熱運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，高分子運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)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(gè)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(dòng)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(shí)，起先自由體積逐漸減少，到某一溫度時(shí)，自由體積將達(dá)到最低值，這時(shí)高聚物進(jìn)入玻璃態(tài)。在玻璃態(tài)下，由于鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，自由體積也被凍結(jié)，并保持一恒定值。因此，對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)試樣溫度T作圖，即得差熱曲線，曲線上出現(xiàn)一臺(tái)階，臺(tái)階處所對(duì)應(yīng)的溫度即為玻璃化溫度。

　　4. 試從分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)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(shí)際溫度小于玻璃化溫度)，由于溫度較低，分子運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，鏈段處于被凍結(jié)的狀態(tài)，只有那些較小的運(yùn)動(dòng)單元，如側(cè)基、支鏈和小支鏈能運(yùn)動(dòng)。當(dāng)受到外力時(shí)，由于鏈段運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的能量增加，當(dāng)達(dá)到某一溫度(即玻璃化溫度)時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)被激發(fā)，聚合物進(jìn)入高彈態(tài)。在高彈態(tài)下(實(shí)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(yùn)動(dòng)不斷地改變構(gòu)象，但整個(gè)分子仍然不能運(yùn)動(dòng)。當(dāng)受到外力時(shí)，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(shí)際溫度大于黏流溫度)，整個(gè)分子鏈也開始運(yùn)動(dòng)，聚合物進(jìn)入黏流態(tài)。這時(shí)高聚物在外力作用下便發(fā)生黏性流動(dòng)，它是整個(gè)分子鏈相互滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)到凍結(jié)的轉(zhuǎn)變;流動(dòng)轉(zhuǎn)變是整個(gè)分子鏈由凍結(jié)到運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變。

　　5. 試述升、降溫速率對(duì)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(dòng);

　　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(dòng)。

　　6. 試述溫度和剪切速率對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)單元鏈段就

　　越小，流動(dòng)活化能也就越低，聚合物在較低的溫度下就能實(shí)現(xiàn)黏性流動(dòng)。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(duì)分子質(zhì)量。相對(duì)分子質(zhì)量越大，高分子鏈越長，整個(gè)分子鏈相對(duì)滑動(dòng)時(shí)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(dòng)，即黏流溫度越高。

　　8. 試述聚合物相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)其零切黏度的影響。

　　答：總的來說，聚合物的零切黏度隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增大。但在不同的相對(duì)分子質(zhì)量范圍，其影響的程度不一樣。在零切黏度與相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系中，存在一個(gè)臨界相對(duì)分子質(zhì)量：

　　9. 在同一坐標(biāo)軸上畫出高相對(duì)分子質(zhì)量(曲線1)和低相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量對(duì)玻璃化溫度和黏流溫度的影響有所不同。

　　相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量較小時(shí)，這種趨勢更為明顯。但是當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量超過一定程度后，特別是在聚合物的相對(duì)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(duì)分子質(zhì)量的增加而持續(xù)升高的。而高相對(duì)分子質(zhì)量樣品的黏流溫度高于低相對(duì)分子質(zhì)量樣品，因此其高彈態(tài)區(qū)域要寬一些。