聚合物结构与性能考试范围

聚合物结构与性能考试范围

简答：

球晶的光学性质与其内部结构的关系

在正交偏光显微镜下，球晶呈现特有的黑十字消光图像及明暗相间的消光环，其中黑十字消光图像反映的是球晶中晶片的径向生长，消光环反映的是球晶中晶片的扭曲生长。 结晶度的定义，X 射线测结晶度的依据，结晶度与力学性能的关系

结晶度：结晶部分在总体中所占的分数，包括重量百分数wc 和体积百分数φc 。

mc 和m 分别代表试样的晶区的质量和总质量； Vc 和V 分别代表试样晶区的体积和总体积。

X 射线测结晶度的依据：X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关，原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状，不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比，等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。

结晶度与力学性能的关系：1. 熔点、拉伸强度、硬度、弹性模量、密度、尺寸稳定性、玻璃化转变温度随结晶度的提高，这些性能增强。2. 伸长率、吸湿性、膨润性、染色性、化学反应性、柔软性、可塑性等随结晶度的提高，这些性能减弱。

非平衡熔融现象

偏离热力学平衡条件的熔融称为不可逆熔融(Irreversible melting)或非平衡熔融。高聚物在多数条件下的熔融过程均为非平衡熔融过程。线性高聚物遇到的非平衡熔融通常是晶粒较小、晶体内部有缺陷。片晶、缨状微胞晶体偏离平衡晶体熔融是由于它们有较大的比表面积。 非平衡熔融现象变现在以下几个方面：1. 升温速率不同，测得的熔点不同。

一种聚合物出现多个熔融峰。原因：不同的晶体形态，熔融再结晶，不同的结晶变体，不同的分子量。

4. 影响高聚物材料强度的因素，提高高分子材料强度的途径

1）化学结构的影响：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。随着分子量的增大，强度增加，但当分子量相当大时，强度与分子量几乎无关。③交联的影响，通过化学交联，物体形成坚硬网络结构，有利于提高材料的强度。材料的强度不只受交联密度的影响，主要还取决于分子间作用力和结果的均匀性。④分子间作用力的影响，分子间作用力愈强(极性基团) ，高聚物的强度也愈高。

2）超分子结构影响：②结晶度。结晶度增大，E 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。取向度提高强度增大。⑤织态结构的影响，高聚物中加入增塑剂、填料，以及高聚物共混物等复合材料都会影响其强度。

3）测试条件影响：①湿度的影响，湿度对纤维力学性能影响最严重的是初始模量，湿度增加，初始模量减少。②温度的影响，一般说来，随着温度的降低，材料的断裂强度有所提高。③试样夹持长度的影响，夹持长度越长，纤维的强度越低，伸长率越大。④拉伸速率的影响，拉伸速率越小，伸长率越高，强度越低，拉伸速率越大，伸长率越小，强度越高。 提高纤维模量和强度的方法，一般从下面三个方面来考虑

(1)分子链结构和结晶结构

(2)分子取向，构象和形态

(3)动态性能，分子松弛，热活化过程

途径：(1) 提高分子链刚性；(2) 提高结晶和取向度。

5. 有机液体吸附纤维的优缺点

定义：能够吸附有机液体的纤维。

优点：①纤维具有纤细、柔软、比表面积大、吸油速率快、回收处理方便等特点，可根据需要通过纺织或非织造加工制成各种形态的制品；

②通过调整制备工艺，可纺制具有不同超分子结构（如纤维轴向大分子取向度、纤维大分子侧基的序态分布）和形态结构（如赋予纤维特殊的微孔结构）的纤维，在保障纤维具有较好力学性能基础上，可有效增大纤维的吸附面积。

缺点：失去使用价值的吸附纤维降解回收难。

6. （1）有机液体吸附纤维存在的问题与挑战

有机液体吸附纤维研究思路

①以甲基丙烯酸短链烷基酯为主要单体，以易形成氢键作用的单体如甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA ）为物理潜交联剂，采用悬浮聚合法，通过控制聚合工艺过程，合成含潜在物理交联结构的甲基丙烯酸酯系聚合物；②在少量外部试剂如增塑或溶胀作用下，适度拆散潜在的物理交联结构，且使聚合物体系呈冻胶状态，以便于纤维成形；③采用具有工艺过程简单，无需溶剂和环保等特点的双螺杆增塑挤出纺丝（即冻胶纺丝）成形技术，制备甲基丙烯酸酯系聚合物纤维；④其后基于大分子之间氢键作用机理，经后处理使纤维大分子之间重新构建较完善的物理交联结构，制成本征有机液体吸附功能纤维。

名词解释（5个）

有机液体吸附纤维：能够吸附有机液体的纤维。

大分子：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（高聚物分子，通常简称为高分子）：(1)这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓

的单体单元或链节) (2)并且只有一种或少数几种链节(3)这些需要的链节多重重复重现。 星形大分子：若从一个公共的核伸出三个或多个臂（支链）

共聚物：由两种或两种以上单体合成的聚合物。

链段：高分子链上对应于伸直长度和柔性与该高分子链相同的自由链结构内一个统计单元的一段分子链；

高分子链的柔性：高分子链在绕单键内旋转自由度，内旋转可导致高分子链构象的变化，因伴随着状态熵

增大，自发地趋向于蜷曲状态，这种状态就叫做~

聚合度：聚合分子链中连续出现的重复单元（或称链节）的次数。

晶胞：与晶格向对应的晶体结构叫晶胞。即把具体内容还原给晶格，晶格就成了晶胞。 晶面指数：晶体对Ｘ-射线的衍射，能够当作Ｘ-射线被这些晶面的反射来处理。对于每种晶面组根据对坐

标轴的关系给予一定的符号，称为晶面指数。

晶系：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。

树枝状晶：由片晶或纤维状晶体组成的树枝状结晶体。

折叠链晶体：晶片中的分子链是以垂直于晶片平面的方向来回折叠的。

伸直链晶体：一般在高温高压的结晶条件下生成伸直链晶体。

缨状胶束模型 (缨状微胞模型) ：在晶区中，分子链平行排列，一根分子链可同时贯穿几个晶区和非晶区，不同的晶区在通常情况下为无规取向，在非晶区中，分子链的堆砌完全是无序的。

缚结分子：连结至少两个晶体的分子。

等同周期：高聚物分子中，与主链中心轴平行的方向为晶胞的主轴，其重复的周期

球晶：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。

单轴取向：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轴倾向于沿着与拉

伸方向平行排列。沿纤维轴拉伸的合成纤维是单轴取向。

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

晶粒尺寸：晶粒的平均尺寸，包括晶粒的纵向尺寸、横向尺寸、晶粒体积。

长周期：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 超分子结构：是指高分子链之间通过强的或弱的相互作用所形成的聚集体

熔点：结晶高聚物完全熔融时的温度。

预先成核：晶核预先存在，成核速率与时间无关。

散现成核：成核速率是时间的函数，在整个结晶期间晶核数目随时间增加。

结晶过程：物质从液态（溶液状态或者熔融状态）或气态形成形成新相，析出晶体的过程。 概念的区别与联系（5对）

1. 数均分子量与重均分子量

数均分子量：聚合物以分子数统计平均的分子量值。

重均分子量：聚合物以重量统计平均的分子量值。

2. 结晶过程与熔融过程

. 结晶过程：物质从液态（溶液状态或者熔融状态）或气态形成形成新相，析出晶体的过程。 熔融过程：晶体物质由固态向液态转变的过程

3. 应力与应变

应力：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。

应变：物体内任一点因各种作用引起的相对变形。

4. 无规共聚物、嵌段共聚物、统计共聚物与交替共聚物

无规共聚物：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。

嵌段共聚物：属于梯度共聚物的特殊情况，它们是由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的。 统计共聚物：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。

交替共聚物：单体单元A 和单体单元B 在共聚物分子中交替分布。

5. 微构象与宏构象

微构象：分子中的一小部分由于一个或数个键的内旋转所引起的构象。

宏构象：表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间排列。

6. 初期结晶与二次结晶

初期结晶：液态或气态初步形成晶体的过程。

二次结晶：结晶后期发生在初晶结构不完善的部位，或者发生在初始晶残留下的非晶区内的结晶形象。

7. 侧基与端基

侧基：配体配位原子给出π电子与金属原子键合形成配位化合物，成为侧基键合，该配体称

为侧基

端基：聚合物分子链端的基团。

8. 均相成核、异相成核与自身成核

均相成核：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。

异相成核：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

自身成核：大分子结晶体在溶解或熔融时没有完全消失而留下部分残核，若这些残核的化学结构与结晶材料自身相同，则把这些残核引发的成核过程称为自身成核。

9. 应力松弛与蠕变

应力松弛：保持应变恒定，试样内应力随时间的延长而逐渐衰减的现象。

蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

10. 双折射与取向度

双折射：光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。

取向度：高聚物中的取向单元(分子链、构造单元、链段、微晶、微纤等) 沿参考方向(如纤维中的纤维轴向) 平行排列的程度。

有规立构大分子与无规立构大分子

有规立构大分子：手性C 构型呈规则排列的大分子。

无规立构大分子：手性C 构型呈无规排列的大分子。

12. 玻璃化转变温度与熔融温度

玻璃化转变温度：非晶态聚合物或部分结晶聚合物中非晶相发生玻璃化转变所对应的温度。 熔融温度：晶体物质由固态向液态转变时固液两相共存的温度。

13. 质量结晶度与体积结晶度

质量结晶度：X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关，原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状，不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比，等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。即()。理论上，只要知道晶区和非晶区衍射的X 射线的总强度，就可计算结晶度。在实际工作中，只能在一定的角度范围收集衍射强度数据，无法收集到样品衍射或散射X 射线的总强度。这样，在所收集的数据中，晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。所以，应加入比例常数即，，式中， K 为比例常数。

体积结晶度：用X-射线衍射法体积结晶度。根据微原纤结构模型即可测得结晶度式中，D 为晶片厚度，L 为长周期。

14. 抗拉强度与初始模量

抗拉强度：试样拉断前承受的最大标称拉应力。

初始模量(杨氏模量) ：聚物属于粘弹体，但就纤维而言，当应变小于1%时，它的应力应变关系基本符合Hook 定律，应力与应变的比例常数E 通常称为初始模量。

15. 结晶度与取向度

结晶度：本体结晶聚合物内晶区的质量或体积分数。

取向度：高聚物中的取向单元(分子链、构造单元、链段、微晶、微纤等) 沿参考方向(如纤维中的纤维轴向) 平行排列的程度。

16. 构型与构象

构型：是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列。

构象：表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间排列。