聚合物材料性能与检测技术试题及答案

聚合物材料性能与检测技术试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填入括号内）1.下列哪种方法最常用于测定聚合物的玻璃化转变温度Tg？（）A.毛细管流变仪B.差示扫描量热法（DSC）C.旋转粘度计D.红外光谱仪答案：B2.在ASTMD638标准中，测定热塑性塑料拉伸性能时，I型试样的标距长度为（）A.25mmB.50mmC.75mmD.100mm答案：B3.聚合物熔体流动速率（MFR）测试时，若温度升高而负荷不变，则测得的MFR值将（）A.减小B.不变C.增大D.先增大后减小答案：C4.采用动态机械分析（DMA）测试储能模量E′时，频率固定、升温速率加快，则测得的E′T曲线玻璃化区模量下降沿将（）A.向高温移动且变陡B.向低温移动且变缓C.向高温移动且变缓D.基本不变答案：A5.对于交联聚乙烯（XLPE），下列哪项性能最能直接反映其交联度？（）A.熔融指数B.凝胶含量C.维卡软化点D.密度答案：B6.在氧指数（LOI）测试中，若试样在氧浓度18%下刚好自熄，则其LOI值为（）A.16B.18C.21D.25答案：B7.采用FTIR进行聚合物定性分析时，最特征的吸收峰区域为（）A.4000–2500cm⁻¹B.2500–2000cm⁻¹C.2000–1500cm⁻¹D.1500–400cm⁻¹答案：D8.聚合物热重分析（TGA）中，若5%失重温度T₅%升高，则表明材料（）A.热稳定性提高B.热稳定性降低C.分子量降低D.结晶度降低答案：A9.在维卡软化点测试中，所用压针截面积为（）A.0.5mm²B.1mm²C.1.5mm²D.2mm²答案：B10.采用DSC测定聚合物结晶度时，需已知下列哪一参数？（）A.玻璃化转变温度B.100%结晶样品的熔融焓ΔHₘ⁰C.熔体流动速率D.密度梯度答案：B11.聚合物悬臂梁冲击强度（Izod）测试时，若试样厚度由3.2mm增至6.4mm，而缺口深度不变，则测得的冲击强度（）A.增大一倍B.减小一半C.基本不变D.先增后减答案：C（冲击强度以单位厚度能量表示，厚度变化已归一化）12.在动态流变测试中，出现“平台区”的模量频率曲线通常对应（）A.玻璃态B.橡胶态C.熔体流动区D.终端区答案：B13.采用密度梯度管法测定聚乙烯密度时，所用浮标液通常为（）A.水乙醇B.水氯化钠C.异丙醇水D.异丙醇氯化锌答案：D14.聚合物紫外老化试验中，加速因子最敏感的波长范围为（）A.280–315nm（UVB）B.315–400nm（UVA）C.400–500nmD.700–800nm答案：A15.在凝胶渗透色谱（GPC）中，若示差折光检测器信号出现双峰，最可能原因是（）A.柱效下降B.样品浓度过高C.样品存在支化D.样品为二元共混物且分子量差异大答案：D16.采用ASTMD790测试弯曲性能时，三点弯曲跨厚比通常取（）A.8:1B.16:1C.32:1D.64:1答案：B17.聚合物表面能测试中最常用的接触角液体对为（）A.水甘油B.水二碘甲烷C.水乙醇D.甘油甲酰胺答案：B18.在热变形温度（HDT）测试中，若试样放置方式由平放改为侧放，则HDT值将（）A.升高B.降低C.不变D.先升后降答案：A（侧放截面模量增大，表观刚性提高）19.采用旋转流变仪测试聚合物熔体时，若板间距减小而应变恒定，则测得的剪切速率将（）A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：A（γ̇=v/h，h减小则γ̇增大）20.下列哪种检测器可直接给出聚合物中碳黑含量？（）A.TGAB.DSCC.DMAD.LOI答案：A（TGA在氮气空气切换下可烧掉碳黑）二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列哪些因素会导致DSC测得的Tg向低温偏移？（）A.升温速率降低B.样品中增塑剂含量增加C.样品分子量增大D.样品退火时间延长答案：A、B22.关于聚合物熔体剪切变稀行为，下列说法正确的有（）A.分子量分布加宽，剪切变稀更明显B.长链支化程度增加，剪切变稀减弱C.温度升高，剪切变稀程度减小D.填料含量增加，剪切变稀减弱答案：A、C、D23.在ASTMD256冲击测试中，影响结果重复性的因素包括（）A.缺口尖端半径B.摆锤冲击能量C.环境湿度D.试样注塑浇口位置答案：A、B、C、D24.采用GPC测定聚合物分子量时，需进行校准的检测器有（）A.示差折光检测器B.多角度激光光散射检测器（MALS）C.粘度检测器D.紫外检测器答案：A、C、D（MALS为绝对法，无需校准）25.下列哪些测试可直接表征聚合物的耐热老化性能？（）A.热重分析（TGA）B.氧化诱导期（OIT）C.热变形温度（HDT）D.烘箱老化试验（ISO188）答案：B、D26.聚合物介电性能测试中，介电损耗角正切tanδ与下列哪些因素相关？（）A.极性基团含量B.测试频率C.温度D.样品厚度答案：A、B、C27.关于聚合物燃烧性能测试，下列说法正确的有（）A.UL94垂直燃烧中V0级要求余焰时间≤10sB.氧指数越高，材料越易燃C.锥形量热仪可测得热释放速率（HRR）D.烟密度试验中Ds值越大，发烟量越大答案：A、C、D28.采用密度法测定结晶度时，需已知（）A.样品密度B.完全非晶密度C.完全结晶密度D.熔融焓答案：A、B、C29.在聚合物紫外可见光谱中，下列哪些吸收峰可能源于共轭结构？（）A.220nmB.260nmC.320nmD.600nm答案：B、C、D30.下列哪些方法可用于测定聚合物薄膜的氧气透过率？（）A.压差法（ISO151051）B.等压法（ISO151052）C.重量法D.库仑传感器法（ASTMD3985）答案：A、B、D三、填空题（每空1分，共20分）31.在ASTMD1238中，聚丙烯（PP）熔体流动速率测试标准温度为______℃，额定负荷为______kg。答案：230，2.1632.采用DMA测试时，若损耗模量E″峰温为125℃，则通常将该温度视为聚合物的______转变温度。答案：玻璃化33.聚合物热重分析中，氮气气氛下650℃残重主要来源于______和______两类组分。答案：无机填料，碳黑34.在GPC测试中，若以聚苯乙烯标样校准，测得聚乙烯的分子量结果为相对值，需采用______原理进行修正，得到真实分子量。答案：普适校准（MarkHouwink修正）35.氧指数试验中，若燃烧柱顶端火焰熄灭后，试样有焰燃烧时间超过______s，则需降低氧浓度重新测试。答案：3036.采用ASTMD790三点弯曲测试时，弯曲应变εf计算公式为εf=6Ds/h²，其中D为______，s为______，h为______。答案：跨中挠度，跨距，试样厚度37.聚合物表面电阻率测试电极配置采用______电极系统，其中保护环的作用是______。答案：三环（主电极、保护电极、对电极），消除表面漏电流38.在ISO48922氙灯老化试验中，黑板温度通常设定为______℃，辐照度0.51W/m²@340nm对应的循环周期为______min光照/______min喷淋。答案：65，102，1839.采用DSC测定氧化诱导期（OIT）时，样品在氮气下升温至______℃，恒温平衡5min后切换为______气氛，记录放热峰起始时间。答案：200，氧气40.聚合物熔体零剪切粘度η₀与重均分子量Mw的关系在缠结区满足______指数律，其指数约为______。答案：3.4，3.4四、简答题（每题8分，共40分）41.简述差示扫描量热法（DSC）测定聚合物结晶度的实验步骤及注意事项。答案：（1）样品制备：取5–10mg薄片，避免折叠，确保与坩埚底部紧密接触；（2）温度程序：以10℃/min从室温升至熔融区以上30℃，恒温2min消除热历史，再以10℃/min冷却至室温，最后以10℃/min二次升温；（3）记录二次升温熔融峰面积ΔHₘ；（4）已知100%结晶材料熔融焓ΔHₘ⁰（如PE为293J/g，PP为207J/g），按公式χc=ΔHₘ/ΔHₘ⁰×100%计算；（5）注意事项：样品量一致、升温速率恒定、校准铟标样、避免氧化（氮气50mL/min）、扣除基线。42.说明动态机械分析（DMA）中频率扫描与温度扫描各自获得的材料信息，并给出典型图谱特征。答案：频率扫描：恒温下改变频率（0.1–100Hz），获得储能模量E′、损耗模量E″、tanδ随频率变化，反映松弛时间谱、橡胶平台宽度、末端区行为；典型特征：低频区E′进入终端区斜率≈2，tanδ出现峰值对应松弛时间。温度扫描：固定频率（1Hz），升温获得E′T、tanδT曲线；特征：E′在Tg区下降3个数量级，tanδ峰对应玻璃化转变，橡胶平台E′与交联密度相关。43.聚合物熔体流动速率（MFR）与分子量分布（MWD）有何定性关系？为何MFR相同而加工行为可能差异显著？答案：MFR为低剪切速率（γ̇≈1–10s⁻¹）下的表观粘度指标，与重均分子量Mw近似反比；但MWD加宽时，高Mw尾对MFR贡献小，却对高剪切加工（挤出、注塑）粘度影响大。因此MFR相同的两样品，若MWD不同，高剪切粘度差异显著，表现为挤出胀大、熔体破裂倾向不同，加工窗口差异大。44.简述锥形量热仪测试中获取“火灾性能指数（FPI）”的方法及其物理意义。答案：FPI=点燃时间（TTI）/峰值热释放速率（pHRR），单位s·m²/kW；测试按ISO5660，50kW/m²辐照；FPI越大，表明材料在同样外部热流下达到峰值放热的时间延长，火灾危险性降低，常用于材料火灾安全等级快速排序。45.聚合物紫外老化过程中，羰基指数（CI）如何计算？为何需用参比峰归一化？答案：CI=A₁₇₁5cm⁻¹/A_ref；A₁₇₁5为羰基伸缩振动吸收峰面积，A_ref为不受老化影响的内标峰面积（如PE的2020cm⁻¹亚甲基摇摆峰）。归一化可消除样品厚度、表面粗糙度、仪器漂移带来的绝对吸光度变化，使CI仅反映化学老化程度。五、计算题（共30分）46.（10分）某高密度聚乙烯（HDPE）样品DSC二次升温熔融峰面积ΔHₘ为180J/g，已知完全结晶PE的ΔHₘ⁰=293J/g，密度ρc=1.000g/cm³，ρa=0.855g/cm³。（1）计算结晶度χc（质量分数）；（2）若测得样品整体密度ρs=0.962g/cm³，用密度法求体积结晶度φc；（3）比较两结果并解释差异。答案：（1）χc=180/293=61.4%；（2）φc=(ρs–ρa)/(ρc–ρa)=(0.962–0.855)/(1.000–0.855)=0.739=73.9%；（3）密度法结果高于DSC法，原因：DSC仅反映可熔融结晶区，密度法包含刚性无定形区及有序非晶区；此外DSC升温过程中可能发生重排，导致ΔHₘ偏低。47.（10分）旋转流变仪平行板（直径25mm，间距1mm）测试某PP熔体，角频率ω=1rad/s时，测得复数粘度|η|=1200Pa·s，相位角δ=28°。（1）求储能模量G′、损耗模量G″；（2）若ω提高到100rad/s，|η|降至300Pa·s，δ=45°，求此时G′、G″；（3）简述剪切变稀行为对加工的意义。答案：（1）G′=|η|ωcosδ=1200×1×cos28°=1060Pa；G″=|η|ωsinδ=1200×1×sin28°=564Pa；（2）G′=300×100×cos45°=21.2kPa；G″=300×100×sin45°=21.2kPa；（3）剪切变稀使熔体在高剪切加工（注塑、挤出）时粘度大幅降低，降低能耗、提高充模速度，但低剪切下保持高粘度，有利于熔体强度与形状保持。48.（10分）某阻燃PA66试样UL94垂直燃烧测试数据：第一次施加火焰后余焰时间t₁=6s，第二次t₂=8s，棉花引燃否：否，滴落物是否引燃棉花：否。（1）判断其UL94等级；（2）若t₁+t₂≤10s且滴落引燃棉花，等级如何变化？（3）给出提高PA66UL94等级至V0的两条技术路线。答案：（1）t₁+t₂=14s＜30s，且无滴落引燃，满足V1；（2）若滴落引燃棉花，即使t₁+t₂≤10s，也只能判为V2；（3）路线一：添加磷氮系无卤膨胀型阻燃剂（如MPP/APP体系），质量分数18–22%，协效成炭；路线二：引入少量有机硅树脂与纳米蒙脱土，形成阻隔层，抑制滴落。六、综合分析题（共40分）49.（20分）某汽车冷却液箱用改性PA6材料需同时满足以下指标：拉伸强度≥70MPa（ISO527）缺口冲击强度≥8kJ/m²（ISO179/1eA，23℃）热变形温度≥200℃（ISO75，1.8MPa）氙灯老化1000h后拉伸强度保持率≥80%（ISO48922，0.55W/m²@340nm，65℃黑板）现有基础配方：PA6100phr，玻璃纤维30phr，增韧POEgMA5phr，抗氧剂0.3phr。请设计一套完整检测方案，包括：（1）所需仪器与标准；（2）试样制备关键参数（注塑温度、模具温度、干燥条件）；（3）检测流程与判定依据；（4）若热变形温度未达标，给出两种改性思路并说明验证方法。答案：（1）仪器与标准：万能试验机（ISO527），Izod冲击试验机（ISO179），HDT试验机（ISO75），氙灯老化箱（ISO48922），DSC，熔体干燥机。（2）试样制备：PA6粒料120℃真空干燥4h，含水≤0.1%；注塑机筒温240–260℃，模温80℃，保压60MPa，冷却时间25s；拉伸样条ISO5271A，冲击样条80×10×4mm，缺口深度2mm。（3）流程：先测干燥后MFR（ISO1133，235℃/2.16kg）确认降解；再注塑样条，23℃/50%RH调节88h；按ISO527测拉伸速度5mm/min，ISO179测冲击，ISO75测HDT（升温120℃/h）；氙灯老化1000h后再次拉伸。判定：四项指标同时满足。（4）HDT未达标思路：思路一：提高玻纤含量至35–40phr，需验证冲击是否下降，可用DMA测E′T曲线，橡胶平台升高说明刚性提高；思路二：引入少量纳米蒙脱土（2phr）