北京化工大學(xué)2024年高分子材料實(shí)驗(yàn)報(bào)告試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述毛細(xì)管流變儀測(cè)定熔體流動(dòng)速率的原理及其主要應(yīng)用。二、聚合物拉伸實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的彈性變形階段和塑性變形階段各有什么特點(diǎn)？如何根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)判斷聚合物的拉伸性能？三、簡(jiǎn)述差示掃描量熱法（DSC）測(cè)定聚合物熱性能（如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、熔點(diǎn)Tm、熱容Cp）的原理。在DSC曲線(xiàn)上，Tg、Tm是如何體現(xiàn)的？影響Tg和Tm的主要因素有哪些？四、在進(jìn)行聚合物粘度測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，為何通常采用烏氏粘度計(jì)（烏氏粘度計(jì)）？簡(jiǎn)述粘度計(jì)標(biāo)定的原理和步驟。聚合物溶液粘度與哪些因素有關(guān)？如何通過(guò)粘度數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)粘數(shù)、增比粘數(shù)和比濃粘數(shù)？五、某學(xué)生進(jìn)行了聚合物拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)得應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)如圖X所示（此處為文字描述替代圖形：曲線(xiàn)從原點(diǎn)開(kāi)始呈線(xiàn)性上升，之后曲線(xiàn)變緩，達(dá)到最大應(yīng)力后急劇下降，最終斷裂）。請(qǐng)根據(jù)該描述，分析該聚合物的拉伸性能特點(diǎn)，并指出可能影響該曲線(xiàn)形狀的主要因素。六、某聚合物樣品的DSC曲線(xiàn)如圖Y所示（此處為文字描述替代圖形：在較低溫度區(qū)域有一個(gè)吸熱峰，在較高溫度區(qū)域有一個(gè)放熱峰）。請(qǐng)根據(jù)該描述，推斷該聚合物可能的結(jié)構(gòu)類(lèi)型（如是否為共聚物，是熱塑性還是熱固性材料等），并說(shuō)明依據(jù)。七、在進(jìn)行高分子材料實(shí)驗(yàn)時(shí)，安全操作至關(guān)重要。請(qǐng)列舉至少三項(xiàng)在實(shí)驗(yàn)操作中必須遵守的安全規(guī)范，并說(shuō)明其重要性。八、請(qǐng)簡(jiǎn)述一份完整的高分子材料實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含的主要組成部分，并說(shuō)明每一部分的主要內(nèi)容和目的。九、某聚合物樣品的粘度數(shù)據(jù)如下：在濃度C=0.5g/100mL的溶液中，于25℃測(cè)得粘度計(jì)流出時(shí)間t0=100s，測(cè)得溶液流出時(shí)間t=120s；在濃度C=1.0g/100mL的溶液中，于25℃測(cè)得粘度計(jì)流出時(shí)間t0=100s，測(cè)得溶液流出時(shí)間t=150s。已知該粘度計(jì)在25℃時(shí)的粘度計(jì)常數(shù)K=0.067mL/g。請(qǐng)計(jì)算該聚合物溶液在兩個(gè)濃度下的相對(duì)粘數(shù)、增比粘數(shù)、比濃粘數(shù)以及特性粘數(shù)[η]。十、比較聚合物熔體流動(dòng)速率與溶液粘度在表征聚合物分子運(yùn)動(dòng)或結(jié)構(gòu)方面有何異同？試卷答案一、毛細(xì)管流變儀通過(guò)測(cè)量熔體在一定溫度和壓力下流過(guò)毛細(xì)管所需的時(shí)間來(lái)計(jì)算其粘度。其原理基于泊肅葉定律，即熔體流量與壓力梯度、毛細(xì)管半徑的四次方成正比，與熔體粘度成反比。通過(guò)改變溫度或壓力，可以研究熔體的流變行為。主要應(yīng)用包括：測(cè)定聚合物的粘度隨溫度和壓力的變化，研究聚合物的流變學(xué)特性；測(cè)定熔體流動(dòng)速率，評(píng)價(jià)聚合物的加工性能；研究聚合物共混物、填充物體系的流變行為；測(cè)定高分子量聚合物的分子量等。二、彈性變形階段：應(yīng)力與應(yīng)變呈線(xiàn)性關(guān)系，遵循胡克定律，材料變形可恢復(fù)，主要表現(xiàn)為分子鏈段或晶區(qū)的微小形變。此階段材料較硬，變形小。塑性變形階段：應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，應(yīng)力與應(yīng)變不再呈線(xiàn)性關(guān)系，材料發(fā)生不可逆變形，分子鏈開(kāi)始滑移或解纏。此階段材料變軟，變形顯著。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的形狀（如彈性模量、屈服強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂強(qiáng)度），可以判斷聚合物的拉伸性能（如韌性、剛性、抗變形能力）。三、DSC通過(guò)測(cè)量樣品在程序控溫下吸收或釋放的熱量隨溫度變化的關(guān)系來(lái)研究樣品的熱性質(zhì)。其原理是基于物質(zhì)在相變或發(fā)生其他熱效應(yīng)時(shí)，其吸收或釋放的熱量與溫度變化率有關(guān)。在DSC曲線(xiàn)上，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg體現(xiàn)為熱容Cp的突變或基線(xiàn)傾斜的改變；熔點(diǎn)Tm體現(xiàn)為吸熱峰的峰頂溫度。影響Tg的主要因素包括分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力（如分子量、支化、交聯(lián)）、分子間作用力、取向度等；影響Tm的主要因素包括側(cè)基體積與極性、結(jié)晶度、分子量等。四、烏氏粘度計(jì)常用于測(cè)量高分子稀溶液粘度，因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)不同尺寸的毛細(xì)管，可以方便地進(jìn)行粘度計(jì)標(biāo)定，并通過(guò)不同濃度溶液的粘度測(cè)定計(jì)算特性粘數(shù)，是研究聚合物分子量的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。粘度計(jì)標(biāo)定原理是在一定溫度下，用已知粘度的純?nèi)軇ㄈ缢┝鬟^(guò)粘度計(jì)的已知毛細(xì)管，測(cè)量流出時(shí)間，根據(jù)泊肅葉定律計(jì)算粘度計(jì)常數(shù)（K值）。步驟通常包括選擇合適的溶劑和溫度，測(cè)量溶劑在粘度計(jì)兩個(gè)毛細(xì)管中的流出時(shí)間，計(jì)算K值和ηr0值。聚合物溶液粘度與分子濃度、分子量、分子鏈構(gòu)象、溶劑-聚合物相互作用、溫度、剪切速率等因素有關(guān)。通過(guò)粘度數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)粘數(shù)ηr=C/ηr0，增比粘數(shù)ηsp=ηr-1，比濃粘數(shù)ηsp/C，以及特性粘數(shù)[η]=lim(ηsp/C)|C→0。五、根據(jù)描述，該聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)從原點(diǎn)開(kāi)始呈線(xiàn)性上升，表明初始彈性模量較高，材料較硬；之后曲線(xiàn)變緩，說(shuō)明材料開(kāi)始發(fā)生塑性變形，抵抗變形能力下降；達(dá)到最大應(yīng)力后急劇下降，表明材料發(fā)生頸縮并最終斷裂，韌性一般；最終斷裂延伸率未知。可能影響該曲線(xiàn)形狀的主要因素包括：聚合物的分子量大小、支化程度、結(jié)晶度、取向度、測(cè)試溫度、應(yīng)變速率等。六、根據(jù)描述，DSC曲線(xiàn)上在較低溫度區(qū)域有一個(gè)吸熱峰，在較高溫度區(qū)域有一個(gè)放熱峰。這表明該聚合物樣品可能包含兩種不同的相變行為：第一個(gè)吸熱峰可能對(duì)應(yīng)結(jié)晶熔融（Tm1）或非晶區(qū)玻璃化轉(zhuǎn)變（Tg1）等吸熱過(guò)程；第二個(gè)放熱峰可能對(duì)應(yīng)結(jié)晶過(guò)程（Tn）或某種分解或脫水過(guò)程。這可能暗示該聚合物是共聚物，具有兩種不同的鏈段或組分，導(dǎo)致不同的相變溫度，或者是一種含有結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。也可能是一種熱固性材料在加熱過(guò)程中的固化或脫模過(guò)程（需結(jié)合具體材料信息判斷）。依據(jù)是DSC曲線(xiàn)峰的位置和類(lèi)型反映了材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。七、至少三項(xiàng)安全規(guī)范及其重要性：1.涉及有機(jī)溶劑時(shí)，必須在通風(fēng)櫥中操作，以防吸入有毒蒸氣。重要性：防止中毒、火災(zāi)或爆炸。2.加熱操作時(shí)，必須佩戴護(hù)目鏡，防止熱熔融物或飛濺物傷及眼睛。重要性：保護(hù)視力，避免嚴(yán)重傷害。3.使用高壓設(shè)備（如密煉機(jī)、螺桿擠出機(jī)）前，必須檢查設(shè)備安全狀況，并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，防止機(jī)械傷害或設(shè)備損壞。重要性：保障人身安全，確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。八、一份完整的高分子材料實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含：標(biāo)題、摘要、引言/實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法/儀器與材料、結(jié)果與數(shù)據(jù)處理、討論、結(jié)論、參考文獻(xiàn)。標(biāo)題：明確實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)和內(nèi)容。摘要：簡(jiǎn)要概述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法、主要結(jié)果和結(jié)論。引言/實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫f(shuō)明進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的原因、要解決的問(wèn)題或測(cè)定的物理量。實(shí)驗(yàn)原理：闡述實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的物理化學(xué)原理和儀器工作原理。實(shí)驗(yàn)方法/儀器與材料：詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)步驟、所用儀器設(shè)備型號(hào)規(guī)格、試劑名稱(chēng)和純度。結(jié)果與數(shù)據(jù)處理：客觀(guān)呈現(xiàn)原始數(shù)據(jù)（可用文字描述替代）、計(jì)算過(guò)程、處理后的結(jié)果（數(shù)據(jù)、圖表）。討論：分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，解釋現(xiàn)象，與理論預(yù)期比較，討論誤差來(lái)源及影響，探討實(shí)驗(yàn)的局限性或改進(jìn)方向。結(jié)論：總結(jié)主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果，回答實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶岢龅膯?wèn)題。參考文獻(xiàn)：列出引用的文獻(xiàn)資料。九、相對(duì)粘數(shù)ηr=t/t0=120/100=1.2增比粘數(shù)ηsp=ηr-1=1.2-1=0.2比濃粘數(shù)ηsp/C=0.2/0.5g/100mL=0.4mL/g特性粘數(shù)[η]=lim(ηsp/C)|C→0，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（如Huggins方程ηsp/C=[η]+K'H)，當(dāng)C足夠小時(shí)，ηsp/C≈[η]。因此，特性粘數(shù)[η]≈0.4mL/g。十、聚合物熔體流動(dòng)速率主要反映熔體在壓力驅(qū)動(dòng)下的流動(dòng)能力，與熔體的粘度、分子量、分子間作用力、溫度等因素有關(guān)，更側(cè)重于宏觀(guān)的加工性能表現(xiàn)。溶液粘度（相對(duì)粘度、增比粘數(shù)、比濃粘數(shù)、特性粘數(shù)）主要反映溶液中高分子鏈對(duì)流動(dòng)的阻礙程度，與分子量、分子構(gòu)象、鏈間相互作用、濃度