2025年高分子工程試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.自由基聚合中，能有效終止鏈自由基但不引發(fā)新鏈的物質(zhì)是（）。A.過氧化苯甲酰（BPO）B.對苯二酚C.偶氮二異丁腈（AIBN）D.三乙基鋁答案：B2.下列高分子中，分子鏈柔性最大的是（）。A.聚四氟乙烯（PTFE）B.聚碳酸酯（PC）C.聚乙烯（PE）D.聚氯乙烯（PVC）答案：C3.表征高分子分子量分布寬度的參數(shù)是（）。A.數(shù)均分子量（Mn）B.重均分子量（Mw）C.Z均分子量（Mz）D.多分散系數(shù)（Mw/Mn）答案：D4.縮聚反應(yīng)中，若單體官能度f=2且等物質(zhì)的量配比，反應(yīng)程度p=0.95時(shí)，數(shù)均聚合度Xn為（）。A.10B.20C.30D.40答案：B（Xn=1/(1-p)=20）5.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是高分子（）。A.從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度B.從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度C.從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度D.結(jié)晶熔融的溫度答案：C6.下列聚合方法中，最易實(shí)現(xiàn)分子量調(diào)控的是（）。A.本體聚合B.溶液聚合C.懸浮聚合D.乳液聚合答案：B（溶劑可作為鏈轉(zhuǎn)移劑調(diào)控分子量）7.高密度聚乙烯（HDPE）與低密度聚乙烯（LDPE）的主要區(qū)別在于（）。A.分子量大小B.支化程度C.結(jié)晶度D.單體種類答案：B（HDPE支化少，LDPE支化多）8.紅外光譜（IR）用于高分子表征時(shí)，主要檢測的是（）。A.分子鏈構(gòu)象B.官能團(tuán)振動C.分子量分布D.結(jié)晶結(jié)構(gòu)答案：B9.熱塑性彈性體（TPE）的結(jié)構(gòu)特征是（）。A.完全交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)B.線性分子鏈無規(guī)排列C.嵌段或接枝共聚物，含物理交聯(lián)微區(qū)D.結(jié)晶與非晶相交替答案：C10.制備透明聚苯乙烯（PS）時(shí)，需抑制的關(guān)鍵過程是（）。A.鏈終止反應(yīng)B.結(jié)晶行為C.支化反應(yīng)D.氧化降解答案：B（PS本為非晶，若結(jié)晶會失去透明性）二、填空題（每空1分，共20分）1.自由基聚合的基元反應(yīng)包括______、______和______。（鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止）2.競聚率r1表示______，其物理意義是______。（自由基M1·與單體M1的反應(yīng)速率常數(shù)與M1·與單體M2的反應(yīng)速率常數(shù)之比；單體M1的自聚傾向與共聚傾向的比值）3.高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)包括______、______和______。（晶態(tài)、非晶態(tài)、取向態(tài)）4.熔融指數(shù)（MI）的測試條件通常為______，其值越大，高分子的______越低。（特定溫度和負(fù)荷，如230℃/2.16kg；熔體粘度）5.縮聚反應(yīng)的分子量控制方法主要有______和______。（控制單體摩爾比、加入單官能團(tuán)物質(zhì)）6.動態(tài)力學(xué)分析（DMA）可測量高分子的______和______，反映其______性能。（儲能模量、損耗模量；粘彈性）7.熱固性高分子的加工特性是______，其最終結(jié)構(gòu)為______。（加熱時(shí)交聯(lián)固化，不可再熔融；三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)）三、簡答題（每題8分，共40分）1.比較自由基聚合與縮聚反應(yīng)的特征差異。答：自由基聚合為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，包括引發(fā)、增長、終止基元步驟；單體轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間迅速上升，分子量初期即達(dá)最大值且變化?。环磻?yīng)不可逆，分子量分布較寬（多分散系數(shù)2左右）?？s聚反應(yīng)為逐步反應(yīng)，官能團(tuán)間逐步鍵合；單體轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間緩慢上升，分子量隨反應(yīng)程度增加而逐步增大；反應(yīng)可逆（存在平衡），分子量分布較窄（多分散系數(shù)接近2）。2.解釋為什么聚乙烯（PE）結(jié)晶度高而聚氯乙烯（PVC）結(jié)晶度低。答：PE分子鏈為-CH2-重復(fù)單元，無大側(cè)基，對稱性高，分子鏈柔性好，易規(guī)整排列形成結(jié)晶。PVC分子鏈含極性氯原子（-Cl），側(cè)基體積較大且極性強(qiáng)，分子鏈間排斥作用和空間位阻增大，阻礙鏈段規(guī)整排列；同時(shí)氯原子的極性導(dǎo)致分子鏈剛性增加，運(yùn)動能力下降，因此PVC結(jié)晶度低（通常<10%）。3.分析分子量對高分子力學(xué)性能的影響規(guī)律。答：分子量較低時(shí)（<臨界分子量Mc），分子鏈間纏結(jié)少，強(qiáng)度和韌性隨分子量增加顯著提高；當(dāng)分子量超過Mc后，纏結(jié)密度趨于飽和，強(qiáng)度增長變緩，但斷裂伸長率（韌性）仍隨分子量增加而提高；分子量過高時(shí)，熔體粘度急劇增大，加工困難，且可能因內(nèi)應(yīng)力集中導(dǎo)致實(shí)際使用中強(qiáng)度下降。4.簡述乳液聚合的特點(diǎn)及工業(yè)應(yīng)用實(shí)例。答：乳液聚合特點(diǎn)：以水為介質(zhì)，反應(yīng)溫度低（通常50-80℃），體系粘度小，散熱容易；通過膠束成核，聚合速率（Rp）和分子量（Xn）可同時(shí)提高；產(chǎn)物為膠乳，可直接用于涂料、膠黏劑等。工業(yè)應(yīng)用如丁苯橡膠（SBR）、聚丙烯酸酯乳液（涂料）、聚醋酸乙烯酯乳液（白乳膠）等。5.如何通過DSC（差示掃描量熱法）區(qū)分高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變與結(jié)晶熔融？答：玻璃化轉(zhuǎn)變（Tg）在DSC曲線上表現(xiàn)為基線的偏移（熱容變化ΔCp），無明顯吸熱或放熱峰；結(jié)晶熔融（Tm）則表現(xiàn)為尖銳的吸熱峰（熔融熱ΔHm），峰面積對應(yīng)結(jié)晶焓。此外，Tg通常在較寬溫度區(qū)間（5-10℃）內(nèi)發(fā)生，而Tm峰較窄（2-5℃），且可通過二次升溫消除熱歷史影響后更清晰觀測。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某自由基聚合體系中，單體濃度[M]=5mol/L，引發(fā)劑濃度[I]=0.01mol/L，引發(fā)劑分解速率常數(shù)kd=2×10-6s-1，鏈增長速率常數(shù)kp=1×103L/(mol·s)，鏈終止速率常數(shù)kt=1×107L/(mol·s)，引發(fā)效率f=0.8。計(jì)算：（1）動力學(xué)鏈長ν；（2）若體系中加入0.001mol/L的鏈轉(zhuǎn)移劑（鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)Cs=0.1），新的數(shù)均聚合度Xn’（忽略偶合終止）。解：（1）動力學(xué)鏈長ν=kp[M]/(2(fkdkt[I])1/2)代入數(shù)據(jù)：ν=1×103×5/(2×(0.8×2×10-6×1×107×0.01)1/2)=5×103/(2×(0.8×2×10-6×1×107×0.01)1/2)計(jì)算括號內(nèi)：0.8×2×10-6×1×107×0.01=0.8×2×0.1=0.16平方根為0.4，故ν=5×103/(2×0.4)=5×103/0.8=6250（2）加入鏈轉(zhuǎn)移劑后，數(shù)均聚合度倒數(shù)1/Xn’=1/Xn+Cs[CS]/[M]原Xn（無鏈轉(zhuǎn)移）=ν（歧化終止時(shí)Xn=ν，偶合終止時(shí)Xn=2ν，題目要求忽略偶合，故Xn=ν=6250）Cs[CS]/[M]=0.1×0.001/5=2×10-51/Xn’=1/6250+2×10-5≈0.00016+0.00002=0.00018Xn’≈5555.56≈55562.己二酸與己二胺以摩爾比1:1.02進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)程度p=0.99。計(jì)算：（1）數(shù)均聚合度Xn；（2）若體系中加入0.1mol%的乙酸（以己二胺為基準(zhǔn)），Xn變?yōu)槎嗌伲浚ㄌ崾荆篊arothers方程Xn=(1+r)/(1+r-2rp)，r為官能團(tuán)摩爾比）解：（1）己二酸（-COOH）與己二胺（-NH2）的官能團(tuán)摩爾比r=NCOOH/NNH2=1/1.02≈0.9804Xn=(1+r)/(1+r-2rp)=(1+0.9804)/(1+0.9804-2×0.9804×0.99)=1.9804/(1.9804-1.9412)=1.9804/0.0392≈50.5（2）加入乙酸（單官能團(tuán)，-COOH），設(shè)己二胺物質(zhì)的量為1mol，則己二酸為1mol（原摩爾比1:1.02，現(xiàn)調(diào)整為考慮乙酸）。乙酸加入量為0.1mol%×1mol=0.001mol，總-COOH官能團(tuán)數(shù)=1（己二酸）+0.001（乙酸）=1.001mol，-NH2=1.02mol新的r=NCOOH’/NNH2=1.001/1.02≈0.9814Xn’=(1+0.9814)/(1+0.9814-2×0.9814×0.99)=1.9814/(1.9814-1.9422)=1.9814/0.0392≈50.5（注：因乙酸加入量極少，對r影響可忽略，實(shí)際計(jì)算需精確：分母=1.9814-2×0.9814×0.99=1.9814-1.9422=0.0392，分子=1.9814，故Xn’≈50.5，若嚴(yán)格計(jì)算，r=1.001/1.02=0.98137，代入得Xn=(1+0.98137)/(1+0.98137-2×0.98137×0.99)=1.98137/(1.98137-1.94211)=1.98137/0.03926≈50.47≈50）五、綜合分析題（20分）某企業(yè)需開發(fā)一種耐低溫（-40℃）、高抗沖的聚丙烯（PP）材料，用于北方地區(qū)戶外設(shè)備外殼。請?jiān)O(shè)計(jì)其改性方案，需涵蓋以下內(nèi)容：（1）改性原理；（2）添加劑選擇及作用；（3）加工工藝要點(diǎn)；（4）性能表征方法。答：（1）改性原理：PP為半結(jié)晶高分子，低溫下鏈段運(yùn)動受限，沖擊韌性差（脆性斷裂）。通過引入彈性體增韌，形成“海島結(jié)構(gòu)”，彈性體顆粒作為應(yīng)力集中點(diǎn)，引發(fā)銀紋或剪切帶吸收能量；同時(shí)控制PP結(jié)晶形態(tài)（如形成β晶），提高韌性。（2）添加劑選擇及作用：①彈性體：乙烯-辛烯共聚物（POE）或三元乙丙橡膠（EPDM），與PP相容性好，分散后形成50-500nm的橡膠顆粒，吸收沖擊能；②β晶型成核劑（如稀土類化合物WBG-Ⅱ），誘導(dǎo)PP形成β晶（韌性優(yōu)于α晶）；③抗氧劑（如1010+168復(fù)配），防止加工和使用中氧化降解；④潤滑劑（如硬脂酸鈣），改善加工流動性。（3）加工工藝要點(diǎn)：①共混設(shè)備：雙螺桿擠出機(jī)（長徑比≥40），提高彈性體分散均勻性；②溫度控制：加工溫度190-220℃（高于PP熔點(diǎn)165℃），避免彈性體過硫化；③螺桿轉(zhuǎn)速：200-300rpm，強(qiáng)剪切促進(jìn)相界面結(jié)合；④冷卻定型：采