2025年北京化工大學(xué)高分子材料與工程拔尖計劃考試大綱及試題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______考試時間：120分鐘注意事項：請將所有答案寫在答題紙上，寫在試卷上無效。一、請簡述高分子鏈構(gòu)象的概念及其對聚合物性能的影響。二、高分子鏈的端基、支鏈和交聯(lián)對聚合物的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和加工行為分別有何影響？請結(jié)合具體實例說明。三、解釋凝膠轉(zhuǎn)化點的概念，并簡述影響聚合物體系凝膠轉(zhuǎn)化的主要因素。四、高分子材料中的黏度分為哪些類型？請簡述數(shù)均分子量、質(zhì)均分子量和黏均分子量各自的定義及測定方法，并比較它們的相對大小。五、分子量分布對聚合物的力學(xué)性能和加工性能有何影響？請闡述。六、簡述聚合物結(jié)晶的基本過程，并說明影響聚合物結(jié)晶速度和結(jié)晶度的因素。七、聚合物大分子鏈的柔性與其結(jié)構(gòu)因素（如鏈長、支鏈、交聯(lián)）有何關(guān)系？這對聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有何影響？八、高分子材料有哪些主要的力學(xué)性能？請簡述拉伸模量、屈服強度、斷裂伸長率和沖擊強度的物理意義及其主要影響因素。九、解釋高分子材料的老化現(xiàn)象，并列舉常見的幾種老化方式及其主要原因。十、簡述聚合物共聚的概念，并區(qū)分以下三種共聚類型：無規(guī)共聚、交替共聚和嵌段共聚。請各舉一例說明。十一、聚合物主鏈結(jié)構(gòu)、側(cè)基結(jié)構(gòu)和交聯(lián)對聚合物溶解性有何影響？請結(jié)合實例闡述。十二、比較自由基聚合、離子聚合和配位聚合的特點，并說明影響聚合反應(yīng)活性的主要因素。十三、簡述聚合物加工的目的，并列舉幾種常見的聚合物加工方法，說明其基本原理和適用范圍。十四、解釋高分子材料的熱轉(zhuǎn)變溫度，并簡述玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和熔點（Tm）對聚合物材料使用性能的影響。十五、結(jié)合你所了解的聚合物知識，簡述高分子材料在可持續(xù)發(fā)展方面面臨的挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。試卷答案一、高分子鏈構(gòu)象是指高分子鏈在三維空間中的排列方式。主鏈構(gòu)象（如鋸齒構(gòu)、折疊構(gòu)）影響聚合物的密度和結(jié)晶能力；側(cè)基構(gòu)象（如gauche和trans）影響鏈的柔性和空間位阻；立體規(guī)整性（如全同、間同、無規(guī)）影響聚合物的對稱性和結(jié)晶度，進而顯著影響聚合物的力學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能。例如，規(guī)整聚合物易于結(jié)晶，具有更高的熔點和強度；非規(guī)整聚合物則較軟，熔點較低。二、端基的存在通常會降低聚合物的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能，因為它們在高溫下易斷裂。支鏈的存在會降低聚合物的密度、結(jié)晶度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和拉伸強度，但可以提高沖擊強度和柔韌性。交聯(lián)會顯著提高聚合物的強度、模量、耐熱性和耐溶劑性，使其變?yōu)闊峁绦圆牧?，但會降低其延展性。三、凝膠轉(zhuǎn)化點是指聚合物溶液或熔體在溶劑蒸發(fā)或冷卻過程中，由溶脹狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇?、不溶脹的凝膠狀物的溫度或轉(zhuǎn)化率。影響聚合物體系凝膠轉(zhuǎn)化的主要因素包括：單體/交聯(lián)劑濃度、引發(fā)劑/催化劑種類與用量、溶劑極性、聚合物類型、溫度、反應(yīng)介質(zhì)等。四、高分子材料的黏度分為相對黏度（ηr）、增比黏度（ηsp）、特性黏數(shù)（[η]）。數(shù)均分子量（Mn）通過重量平均分子量（Mw）和分子量分布計算或由黏度數(shù)據(jù)回歸得到；質(zhì)均分子量（Mw）通過光散射等方法測定；黏均分子量（[η]）定義為ηsp/C（C為濃度），通過黏度計測定溶液黏度后計算得到。通常Mw>Mn，[η]>Mn。測定方法主要有膜滲透法、蒸汽壓降低法、光散射法、端基分析法和黏度法。五、寬的分子量分布使聚合物分子鏈纏結(jié)較少，流動性好，加工容易，但力學(xué)性能（如強度、模量）可能因低分子量組分含量高而降低。窄的分子量分布則使聚合物具有均一的結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度可能較高，力學(xué)性能較好，但加工可能困難。通常，對于要求高強度的應(yīng)用，傾向于使用窄分布的聚合物；對于要求良好加工性能的應(yīng)用，則可能使用寬分布的聚合物。六、聚合物結(jié)晶的基本過程包括鏈段運動使鏈構(gòu)象變得規(guī)整、鏈段從無序狀態(tài)向有序晶格排列（結(jié)晶核心形成與長大）以及晶粒長大等步驟。影響聚合物結(jié)晶速度和結(jié)晶度的因素包括：聚合物結(jié)構(gòu)（鏈長、支鏈、對稱性、柔順性）、分子量及其分布、溶劑（對于溶液結(jié)晶）、溫度（冷卻速率、熔體/溶液溫度）、壓力、添加劑（成核劑、增塑劑）、取向等。七、聚合物大分子鏈的柔性主要取決于主鏈原子的鍵長和鍵角、單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)能力以及側(cè)基的大小和極性。鏈越柔順，分子鏈易于運動和重排。鏈長越長、支鏈越少、側(cè)基越小、主鏈越簡單（如PE、PP），柔性越好。柔性好的聚合物通常具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），因為鏈段運動更容易克服能量勢壘。交聯(lián)則限制了鏈段運動，導(dǎo)致Tg升高。八、高分子材料的主要力學(xué)性能包括：拉伸模量（反映材料抵抗變形的能力）、屈服強度（材料開始發(fā)生塑性變形時的應(yīng)力）、斷裂伸長率（材料斷裂前能承受的最大應(yīng)變，反映材料的韌性）、沖擊強度（材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力）。這些性能受分子鏈結(jié)構(gòu)、分子量、結(jié)晶度、取向、交聯(lián)度、溫度、加載速率等多種因素影響。九、高分子材料的老化是指高分子材料在使用環(huán)境（光、熱、氧、水分、機械應(yīng)力、化學(xué)介質(zhì)等）作用下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)或物理性能發(fā)生不可逆的劣變現(xiàn)象。常見的幾種老化方式包括：光老化（紫外線引發(fā)鏈斷裂、交聯(lián)等）、熱老化（高溫引發(fā)降解、交聯(lián)等）、氧化老化（氧氣參與引發(fā)鏈斷裂）、水解老化（水分參與引發(fā)鏈斷裂或結(jié)構(gòu)變化）、機械老化（長期受力導(dǎo)致疲勞、裂紋擴展）。十、聚合物共聚是指由兩種或兩種以上單體共同聚合生成共聚物的過程。無規(guī)共聚是指單體單元在聚合物鏈上隨機排列，如Buna-S（丁苯橡膠）；交替共聚是指兩種單體單元按嚴(yán)格交替的方式排列，如聚氯乙烯-聚乙烯醇共聚物（PVA）；嵌段共聚是指由兩種或多種不同聚合物鏈段連接而成的塊狀結(jié)構(gòu)聚合物，如聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯（SBS）。共聚可以提高聚合物的性能，滿足特定應(yīng)用需求。十一、聚合物主鏈結(jié)構(gòu)（如碳鏈、雜鏈、全同立構(gòu)、間同立構(gòu)）影響分子鏈的柔順性和對稱性，進而影響溶解性。側(cè)基的大小、極性（如氫、氯、氧、氮等）會增大鏈間作用力，降低溶解性。交聯(lián)使聚合物網(wǎng)絡(luò)化，失去溶解性。通常，非極性聚合物易溶于非極性溶劑（如烷烴），極性聚合物易溶于極性溶劑（如水、醇、酮、酯），極性溶劑對極性聚合物有更好的溶解能力（“相似相溶”原則）。十二、自由基聚合是利用自由基引發(fā)劑引發(fā)的單向鏈增長聚合，反應(yīng)速度快，方法簡單，但產(chǎn)物分子量分布較寬，易產(chǎn)生副反應(yīng)（如凝膠效應(yīng)、支化）。離子聚合（陽離子和陰離子聚合）反應(yīng)活化能低，速率可控性好，可在非極性甚至極性溶劑中進行，產(chǎn)物分子量分布較窄，純度高，但反應(yīng)條件苛刻，對雜質(zhì)敏感。配位聚合由金屬有機化合物作為催化劑引發(fā)，活性中心濃度高，活性高，選擇性好，能合成結(jié)構(gòu)規(guī)整（如tacticity）的聚合物，如聚丙烯、聚乙烯。十三、聚合物加工的目的主要是將熔融狀態(tài)或溶液狀態(tài)的聚合物轉(zhuǎn)化為具有特定形狀、尺寸和性能的制品。常見的加工方法包括：熔融加工（如注塑、擠出、吹塑、壓延，利用聚合物的熱塑性）；溶液加工（如澆鑄、紡絲，利用聚合物的溶解性）；固化加工（如反應(yīng)注射成型，利用聚合物的化學(xué)反應(yīng)）。選擇加工方法需考慮聚合物的類型、性能要求、設(shè)備條件和經(jīng)濟成本。十四、高分子材料的熱轉(zhuǎn)變溫度是指材料在加熱或冷卻過程中，其物理狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時的溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是熱塑性聚合物從硬而脆的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檐浂さ南鹉z態(tài)（或高彈態(tài)）的轉(zhuǎn)變溫度，反映了鏈段運動的活躍程度，是決定材料使用溫度范圍的關(guān)鍵參數(shù)。熔點（Tm）是結(jié)晶性聚合物從固態(tài)熔化為液態(tài)的熔融溫度，反映了分子間作用力的大小，是熱塑性塑料加工的最低溫度。Tg和Tm均受分子鏈結(jié)構(gòu)、分子量、結(jié)晶度、取向等因素影響。十五、高分子材料在