聚合物材料性能與檢測技術(shù)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種方法最常用于測定聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg？（）A.毛細(xì)管流變儀B.差示掃描量熱法（DSC）C.旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)D.紅外光譜儀答案：B2.在ASTMD638標(biāo)準(zhǔn)中，測定熱塑性塑料拉伸性能時(shí)，I型試樣的標(biāo)距長度為（）A.25mmB.50mmC.75mmD.100mm答案：B3.聚合物熔體流動(dòng)速率（MFR）測試時(shí)，若溫度升高而負(fù)荷不變，則測得的MFR值將（）A.減小B.不變C.增大D.先增大后減小答案：C4.采用動(dòng)態(tài)機(jī)械分析（DMA）測試儲(chǔ)能模量E′時(shí)，頻率固定、升溫速率加快，則測得的E′T曲線玻璃化區(qū)模量下降沿將（）A.向高溫移動(dòng)且變陡B.向低溫移動(dòng)且變緩C.向高溫移動(dòng)且變緩D.基本不變答案：A5.對(duì)于交聯(lián)聚乙烯（XLPE），下列哪項(xiàng)性能最能直接反映其交聯(lián)度？（）A.熔融指數(shù)B.凝膠含量C.維卡軟化點(diǎn)D.密度答案：B6.在氧指數(shù)（LOI）測試中，若試樣在氧濃度18%下剛好自熄，則其LOI值為（）A.16B.18C.21D.25答案：B7.采用FTIR進(jìn)行聚合物定性分析時(shí)，最特征的吸收峰區(qū)域?yàn)椋ǎ〢.4000–2500cm?1B.2500–2000cm?1C.2000–1500cm?1D.1500–400cm?1答案：D8.聚合物熱重分析（TGA）中，若5%失重溫度T?%升高，則表明材料（）A.熱穩(wěn)定性提高B.熱穩(wěn)定性降低C.分子量降低D.結(jié)晶度降低答案：A9.在維卡軟化點(diǎn)測試中，所用壓針截面積為（）A.0.5mm2B.1mm2C.1.5mm2D.2mm2答案：B10.采用DSC測定聚合物結(jié)晶度時(shí)，需已知下列哪一參數(shù)？（）A.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度B.100%結(jié)晶樣品的熔融焓ΔH??C.熔體流動(dòng)速率D.密度梯度答案：B11.聚合物懸臂梁沖擊強(qiáng)度（Izod）測試時(shí)，若試樣厚度由3.2mm增至6.4mm，而缺口深度不變，則測得的沖擊強(qiáng)度（）A.增大一倍B.減小一半C.基本不變D.先增后減答案：C（沖擊強(qiáng)度以單位厚度能量表示，厚度變化已歸一化）12.在動(dòng)態(tài)流變測試中，出現(xiàn)“平臺(tái)區(qū)”的模量頻率曲線通常對(duì)應(yīng)（）A.玻璃態(tài)B.橡膠態(tài)C.熔體流動(dòng)區(qū)D.終端區(qū)答案：B13.采用密度梯度管法測定聚乙烯密度時(shí)，所用浮標(biāo)液通常為（）A.水乙醇B.水氯化鈉C.異丙醇水D.異丙醇氯化鋅答案：D14.聚合物紫外老化試驗(yàn)中，加速因子最敏感的波長范圍為（）A.280–315nm（UVB）B.315–400nm（UVA）C.400–500nmD.700–800nm答案：A15.在凝膠滲透色譜（GPC）中，若示差折光檢測器信號(hào)出現(xiàn)雙峰，最可能原因是（）A.柱效下降B.樣品濃度過高C.樣品存在支化D.樣品為二元共混物且分子量差異大答案：D16.采用ASTMD790測試彎曲性能時(shí)，三點(diǎn)彎曲跨厚比通常取（）A.8:1B.16:1C.32:1D.64:1答案：B17.聚合物表面能測試中最常用的接觸角液體對(duì)為（）A.水甘油B.水二碘甲烷C.水乙醇D.甘油甲酰胺答案：B18.在熱變形溫度（HDT）測試中，若試樣放置方式由平放改為側(cè)放，則HDT值將（）A.升高B.降低C.不變D.先升后降答案：A（側(cè)放截面模量增大，表觀剛性提高）19.采用旋轉(zhuǎn)流變儀測試聚合物熔體時(shí)，若板間距減小而應(yīng)變恒定，則測得的剪切速率將（）A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：A（γ?=v/h，h減小則γ?增大）20.下列哪種檢測器可直接給出聚合物中碳黑含量？（）A.TGAB.DSCC.DMAD.LOI答案：A（TGA在氮?dú)饪諝馇袚Q下可燒掉碳黑）二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）21.下列哪些因素會(huì)導(dǎo)致DSC測得的Tg向低溫偏移？（）A.升溫速率降低B.樣品中增塑劑含量增加C.樣品分子量增大D.樣品退火時(shí)間延長答案：A、B22.關(guān)于聚合物熔體剪切變稀行為，下列說法正確的有（）A.分子量分布加寬，剪切變稀更明顯B.長鏈支化程度增加，剪切變稀減弱C.溫度升高，剪切變稀程度減小D.填料含量增加，剪切變稀減弱答案：A、C、D23.在ASTMD256沖擊測試中，影響結(jié)果重復(fù)性的因素包括（）A.缺口尖端半徑B.擺錘沖擊能量C.環(huán)境濕度D.試樣注塑澆口位置答案：A、B、C、D24.采用GPC測定聚合物分子量時(shí)，需進(jìn)行校準(zhǔn)的檢測器有（）A.示差折光檢測器B.多角度激光光散射檢測器（MALS）C.粘度檢測器D.紫外檢測器答案：A、C、D（MALS為絕對(duì)法，無需校準(zhǔn)）25.下列哪些測試可直接表征聚合物的耐熱老化性能？（）A.熱重分析（TGA）B.氧化誘導(dǎo)期（OIT）C.熱變形溫度（HDT）D.烘箱老化試驗(yàn)（ISO188）答案：B、D26.聚合物介電性能測試中，介電損耗角正切tanδ與下列哪些因素相關(guān)？（）A.極性基團(tuán)含量B.測試頻率C.溫度D.樣品厚度答案：A、B、C27.關(guān)于聚合物燃燒性能測試，下列說法正確的有（）A.UL94垂直燃燒中V0級(jí)要求余焰時(shí)間≤10sB.氧指數(shù)越高，材料越易燃C.錐形量熱儀可測得熱釋放速率（HRR）D.煙密度試驗(yàn)中Ds值越大，發(fā)煙量越大答案：A、C、D28.采用密度法測定結(jié)晶度時(shí)，需已知（）A.樣品密度B.完全非晶密度C.完全結(jié)晶密度D.熔融焓答案：A、B、C29.在聚合物紫外可見光譜中，下列哪些吸收峰可能源于共軛結(jié)構(gòu)？（）A.220nmB.260nmC.320nmD.600nm答案：B、C、D30.下列哪些方法可用于測定聚合物薄膜的氧氣透過率？（）A.壓差法（ISO151051）B.等壓法（ISO151052）C.重量法D.庫侖傳感器法（ASTMD3985）答案：A、B、D三、填空題（每空1分，共20分）31.在ASTMD1238中，聚丙烯（PP）熔體流動(dòng)速率測試標(biāo)準(zhǔn)溫度為______℃，額定負(fù)荷為______kg。答案：230，2.1632.采用DMA測試時(shí)，若損耗模量E″峰溫為125℃，則通常將該溫度視為聚合物的______轉(zhuǎn)變溫度。答案：玻璃化33.聚合物熱重分析中，氮?dú)鈿夥障?50℃殘重主要來源于______和______兩類組分。答案：無機(jī)填料，碳黑34.在GPC測試中，若以聚苯乙烯標(biāo)樣校準(zhǔn)，測得聚乙烯的分子量結(jié)果為相對(duì)值，需采用______原理進(jìn)行修正，得到真實(shí)分子量。答案：普適校準(zhǔn)（MarkHouwink修正）35.氧指數(shù)試驗(yàn)中，若燃燒柱頂端火焰熄滅后，試樣有焰燃燒時(shí)間超過______s，則需降低氧濃度重新測試。答案：3036.采用ASTMD790三點(diǎn)彎曲測試時(shí)，彎曲應(yīng)變?chǔ)舊計(jì)算公式為εf=6Ds/h2，其中D為______，s為______，h為______。答案：跨中撓度，跨距，試樣厚度37.聚合物表面電阻率測試電極配置采用______電極系統(tǒng)，其中保護(hù)環(huán)的作用是______。答案：三環(huán)（主電極、保護(hù)電極、對(duì)電極），消除表面漏電流38.在ISO48922氙燈老化試驗(yàn)中，黑板溫度通常設(shè)定為______℃，輻照度0.51W/m2@340nm對(duì)應(yīng)的循環(huán)周期為______min光照/______min噴淋。答案：65，102，1839.采用DSC測定氧化誘導(dǎo)期（OIT）時(shí)，樣品在氮?dú)庀律郎刂羅_____℃，恒溫平衡5min后切換為______氣氛，記錄放熱峰起始時(shí)間。答案：200，氧氣40.聚合物熔體零剪切粘度η?與重均分子量Mw的關(guān)系在纏結(jié)區(qū)滿足______指數(shù)律，其指數(shù)約為______。答案：3.4，3.4四、簡答題（每題8分，共40分）41.簡述差示掃描量熱法（DSC）測定聚合物結(jié)晶度的實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)。答案：（1）樣品制備：取5–10mg薄片，避免折疊，確保與坩堝底部緊密接觸；（2）溫度程序：以10℃/min從室溫升至熔融區(qū)以上30℃，恒溫2min消除熱歷史，再以10℃/min冷卻至室溫，最后以10℃/min二次升溫；（3）記錄二次升溫熔融峰面積ΔH?；（4）已知100%結(jié)晶材料熔融焓ΔH??（如PE為293J/g，PP為207J/g），按公式χc=ΔH?/ΔH??×100%計(jì)算；（5）注意事項(xiàng)：樣品量一致、升溫速率恒定、校準(zhǔn)銦標(biāo)樣、避免氧化（氮?dú)?0mL/min）、扣除基線。42.說明動(dòng)態(tài)機(jī)械分析（DMA）中頻率掃描與溫度掃描各自獲得的材料信息，并給出典型圖譜特征。答案：頻率掃描：恒溫下改變頻率（0.1–100Hz），獲得儲(chǔ)能模量E′、損耗模量E″、tanδ隨頻率變化，反映松弛時(shí)間譜、橡膠平臺(tái)寬度、末端區(qū)行為；典型特征：低頻區(qū)E′進(jìn)入終端區(qū)斜率≈2，tanδ出現(xiàn)峰值對(duì)應(yīng)松弛時(shí)間。溫度掃描：固定頻率（1Hz），升溫獲得E′T、tanδT曲線；特征：E′在Tg區(qū)下降3個(gè)數(shù)量級(jí)，tanδ峰對(duì)應(yīng)玻璃化轉(zhuǎn)變，橡膠平臺(tái)E′與交聯(lián)密度相關(guān)。43.聚合物熔體流動(dòng)速率（MFR）與分子量分布（MWD）有何定性關(guān)系？為何MFR相同而加工行為可能差異顯著？答案：MFR為低剪切速率（γ?≈1–10s?1）下的表觀粘度指標(biāo)，與重均分子量Mw近似反比；但MWD加寬時(shí)，高M(jìn)w尾對(duì)MFR貢獻(xiàn)小，卻對(duì)高剪切加工（擠出、注塑）粘度影響大。因此MFR相同的兩樣品，若MWD不同，高剪切粘度差異顯著，表現(xiàn)為擠出脹大、熔體破裂傾向不同，加工窗口差異大。44.簡述錐形量熱儀測試中獲取“火災(zāi)性能指數(shù)（FPI）”的方法及其物理意義。答案：FPI=點(diǎn)燃時(shí)間（TTI）/峰值熱釋放速率（pHRR），單位s·m2/kW；測試按ISO5660，50kW/m2輻照；FPI越大，表明材料在同樣外部熱流下達(dá)到峰值放熱的時(shí)間延長，火災(zāi)危險(xiǎn)性降低，常用于材料火災(zāi)安全等級(jí)快速排序。45.聚合物紫外老化過程中，羰基指數(shù)（CI）如何計(jì)算？為何需用參比峰歸一化？答案：CI=A???5cm?1/A_ref；A???5為羰基伸縮振動(dòng)吸收峰面積，A_ref為不受老化影響的內(nèi)標(biāo)峰面積（如PE的2020cm?1亞甲基搖擺峰）。歸一化可消除樣品厚度、表面粗糙度、儀器漂移帶來的絕對(duì)吸光度變化，使CI僅反映化學(xué)老化程度。五、計(jì)算題（共30分）46.（10分）某高密度聚乙烯（HDPE）樣品DSC二次升溫熔融峰面積ΔH?為180J/g，已知完全結(jié)晶PE的ΔH??=293J/g，密度ρc=1.000g/cm3，ρa(bǔ)=0.855g/cm3。（1）計(jì)算結(jié)晶度χc（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；（2）若測得樣品整體密度ρs=0.962g/cm3，用密度法求體積結(jié)晶度φc；（3）比較兩結(jié)果并解釋差異。答案：（1）χc=180/293=61.4%；（2）φc=(ρs–ρa(bǔ))/(ρc–ρa(bǔ))=(0.962–0.855)/(1.000–0.855)=0.739=73.9%；（3）密度法結(jié)果高于DSC法，原因：DSC僅反映可熔融結(jié)晶區(qū)，密度法包含剛性無定形區(qū)及有序非晶區(qū)；此外DSC升溫過程中可能發(fā)生重排，導(dǎo)致ΔH?偏低。47.（10分）旋轉(zhuǎn)流變儀平行板（直徑25mm，間距1mm）測試某PP熔體，角頻率ω=1rad/s時(shí)，測得復(fù)數(shù)粘度|η|=1200Pa·s，相位角δ=28°。（1）求儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″；（2）若ω提高到100rad/s，|η|降至300Pa·s，δ=45°，求此時(shí)G′、G″；（3）簡述剪切變稀行為對(duì)加工的意義。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）剪切變稀使熔體在高剪切加工（注塑、擠出）時(shí)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，有利于熔體強(qiáng)度與形狀保持。48.（10分）某阻燃PA66試樣UL94垂直燃燒測試數(shù)據(jù)：第一次施加火焰后余焰時(shí)間t?=6s，第二次t?=8s，棉花引燃否：否，滴落物是否引燃棉花：否。（1）判斷其UL94等級(jí)；（2）若t?+t?≤10s且滴落引燃棉花，等級(jí)如何變化？（3）給出提高PA66UL94等級(jí)至V0的兩條技術(shù)路線。答案：（1）t?+t?=14s＜30s，且無滴落引燃，滿足V1；（2）若滴落引燃棉花，即使t?+t?≤10s，也只能判為V2；（3）路線一：添加磷氮系無鹵膨脹型阻燃劑（如MPP/APP體系），質(zhì)量分?jǐn)?shù)18–22%，協(xié)效成炭；路線二：引入少量有機(jī)硅樹脂與納米蒙脫土，形成阻隔層，抑制滴落。六、綜合分析題（共40分）49.（20分）某汽車?yán)鋮s液箱用改性PA6材料需同時(shí)滿足以下指標(biāo)：拉伸強(qiáng)度≥70MPa（ISO527）缺口沖擊強(qiáng)度≥8kJ/m2（ISO179/1eA，23℃）熱變形溫度≥200℃（ISO75，1.8MPa）氙燈老化1000h后拉伸強(qiáng)度保持率≥80%（ISO48922，0.55W/m2@340nm，65℃黑板）現(xiàn)有基礎(chǔ)配方：PA6100phr，玻璃纖維30phr，增韌POEgMA5phr，抗氧劑0.3phr。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套完整檢測方案，包括：（1）所需儀器與標(biāo)準(zhǔn)；（2）試樣制備關(guān)鍵參數(shù)（注塑溫度、模具溫度、干燥條件）；（3）檢測流程與判定依據(jù)；（4）若熱變形溫度未達(dá)標(biāo)，給出兩種改性思路并說明驗(yàn)證方法。答案：（1）儀器與標(biāo)準(zhǔn)：萬能試驗(yàn)機(jī)（ISO527），Izod沖擊試驗(yàn)機(jī)（ISO179），HDT試驗(yàn)機(jī)（ISO75），氙燈老化箱（ISO48922），DSC，熔體干燥機(jī)。（2）試樣制備：PA6粒料120℃真空干燥4h，含水≤0.1%；注塑機(jī)筒溫240–260℃，模溫80℃，保壓60MPa，冷卻時(shí)間25s；拉伸樣條ISO5271A，沖擊樣條80×10×4mm，缺口深度2mm。（3）流程：先測干燥后MFR（ISO1133，235℃/2.16kg）確認(rèn)降解；再注塑樣條，23℃/50%RH調(diào)節(jié)88h；按ISO527測拉伸速度5mm/min，ISO179測沖擊，ISO75測HDT（升溫120℃/h）；氙燈老化1000h后再次拉伸。判定：四項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)滿足。（4）HDT未達(dá)標(biāo)思路：思路一：提高玻纖含量至35–40phr，需驗(yàn)證沖擊是否下降，可用DMA測E′T曲線，橡膠平臺(tái)升高說明剛性提高；思路二：引入少量納米蒙脫土（2phr）