高分子材料分析与测试(期末复习及答案)
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期末复习作业
一、名词解释
1.透湿量
透湿量即指水蒸气透过量。薄膜两侧的水蒸气压差和薄膜厚度一定，温度一定的条件下1㎡聚合物材料在24小时内所透过的蒸汽量（用
θ表示）
v
2.吸水性
吸水性是指材料吸收水分的能力。通常以试样原质量与试样失水后的质量之差和原质量之比的百分比表示；也可以用单位面积的试样吸收水分的量表示；还可以用吸收的水分量来表示。
3.表观密度
对于粉状、片状颗粒状、纤维状等模塑料的表观密度是指单位体积中的质量（用
η表示）
a
对于泡沫塑料的表观密度是指单位体积的泡沫塑料在规定温度和相对湿度时的重量，故又称体积密度或视密度（用
ρ表示）
a
4、拉伸强度
在拉伸试验中，保持这种受力状态至最终，就是测量拉伸力直至材料断裂为止，所承受的最大拉伸应力称为拉伸强度（极限拉伸应力，用
σ表示）
t
5、弯曲强度
试样在弯曲过程中在达到规定挠度值时或之前承受的最大弯曲应力（用
σ表示）
f
6、压缩强度
指在压缩试验中试样所承受的最大压缩应力。它可能是也可能不是试样破裂的瞬间所承受的压缩应力（用
σ表示）
e
7、屈服点
应力—应变曲线上应力不随应变增加的初始点。
8、细长比
指试样的高度与试样横截面积的最小回转半径之比（用λ表示）
9、断裂伸长率
断裂时伸长的长度与原始长度之比的百分数（用
ε表示）
t
10、弯曲弹性模量
比例极限内应力与应变比值（用E f表示）
11、压缩模量
指在应力—应变曲线的线性范围内压缩应力与压缩应变的比值。由于直线与横坐标的交点一般不通过原点，因此可用直线上两点的应力差与对应的应变差之比表示（用E e表示）12、弹性模量
在负荷—伸长曲线的初始直线部分，材料所承受的应力与产生相应的应变之比（用E表示）
13、压缩变形
指试样在压缩负荷左右下高度的改变量（用?h表示）14、压缩应变
指试样的压缩变形除以试样的原始高度（用ε表示）
15、断纹剪切强度
指沿垂直于板面的方向剪断的剪切强度。
16、剪切应力
试验过程中任一时刻试样在单位面积上所承受的剪切负荷。
17、压缩应力
指在压缩试验过程中的任何时刻，单位试样的原始横截面积上所承受的压缩负荷（用σ表示）
18、拉伸应力
为试样在外作用力下在计量标距范围内，单位初始横截面上所承受的拉伸力（用σ表示）
19、热性能
高聚物的热性能是其与热或温度有关的性能的总称。大致包括热稳定性、热物理性、流动性、耐寒性。
20、塑料硬度
塑料材料抵抗其他硬物体压力的能力。
21、疲劳
材料在交变的周期性应力或频繁的重复应力作用下，导致材料的力学性能减弱或破坏的过程称为疲劳。
22、塑料熔体流动速率
塑料熔体在规定的温度和压力下，在参照时间内（600s）从标准口模被压出的质量称为熔体流动速率，单位为g/10min。
23、塑料脆化温度
塑料低温力学行为的一种量度，以具有一定能量的冲锤冲击试样时，当试样开裂几率达到50%时的温度。
24、自然大气老化
高分子材料长期暴露在室外条件下产生的各种变化，又称大气老化。
25、常压热老化
是指塑料在常压和规定温度的热空气作用下见过一定时间后测定热稳定性推算储存期和使用寿命。
二、填空题
1.高分子材料的基本物理性能测试包括（物理性能）、（力学性能）、（热性能）、（电性能）、（老化性能）、（其他性能）等六方面的测定。
2、塑料水分含量的测定方法有（干燥恒重）、（气化测压法）、（卡尔·液体试剂滴定法）。
3、测定液体及蒸汽对聚合物的透过性有（“杯”法）、（“盘”法）、（静压水法）等方法。
4、橡胶硫化性能试验中、橡胶的硫化历程分析，可分为四个阶段（硫化诱导期）、（热硫化时期）、（硫化平坦期）（过硫化期）。
测量聚合物透气性的方法有（真空法）、（恒压法）、（恒容法）、和近年来发展起来的（MC3型气体透过率测试仪）等。
5、温度对硫化橡胶的物理性能有较大影响，一般来说，橡胶的拉伸强度和拉伸应力是随温度的升高而（下降），断裂伸长率有所（增加），对于结晶速度不同的胶种更明显。
6、橡胶材料拉伸性能测试中，一般情况拉伸速度越快，拉伸强度越（大），伸长率越（小）。
7、高分子材料的冲击性能测试是在冲击负荷下测定材料的冲击强度，一般的冲击性能试验可以分为（摆锤式冲击性能试验）、（落球式冲击试验）、（高速拉伸冲击试验）。三种试验方法按照试验温度又可以分为（常温冲击）、（低温冲击）、（高温冲击）。
8、橡胶材料的冲击性能测试按照材料的受力状态可分为（弯曲冲击）、（拉伸冲击）、（扭转冲击）、（剪切冲击）。按照采用的能量和冲击次数可以分为（大能量的一次冲击）和（小能量的一次冲击）。
9、高分子材料蠕变和应力松弛试验中，温度越高，蠕变和应力松弛速率（越大），蠕变值和应力松弛值（越大）。这种情况下不适合硫化橡胶类高聚物，在恒定形变下，高分子材料的应力松弛有（物理松弛）和（化学松弛）两种。
10、塑料硬度试验中的硬度值可以用来估计热塑性塑料的固化程度，（完全固化的塑料）比（不完全固化的塑料）硬度高。
11、影响橡胶制品疲劳性能的因素有（原材料）、（配方）（力学特性）（周围环境因素）。在动态应力作用下塑料会产生疲劳，塑料疲劳的根本原因（由于塑料具有粘弹性），在交变应力作用下，（分子链变形）总滞后于应力，产生内摩擦生成大量的热，引起材料缺陷易疲劳。
12、高分子材料的基本热性能测试包括（热稳定性）、（热物理性）、（流动性）、（耐寒性）等四方面的测定。
13、橡塑材料线性收缩率的测定有两项（收缩率）和（后收缩率）。
14、测量材料的线性膨胀系数可用（连续升温法）；测量平均线性膨胀系数可用（连续升温法）和（两端点温度法）两种方法。
15、评价橡胶材料在恒定湿热条件的暴露试验的指标（质量变化）、（尺寸变化）、（目测外观变化）、（物理性能变化）等四方面的测定。
16、塑料燃烧性能的试验方法中，最具有代表性、应用最广泛的方法为（水平燃烧法）和（垂直燃烧法），这两种方法都属于（塑料表面火焰传播实验方法）。
17、高聚物点性能指标主要有（介电强度）、（介电常数）、（损耗因子）、（体积电阻率）、（表面电阻率）、（耐电弧性）等六方面。
18、防止高聚物老化的办法是在高聚物合成或成型加工过程中加入（抗氧剂）和（防老剂）来防止高聚物的氧化降解和光降解。
三、解释说明题
1、聚合物溶液的粘度能提供粘性液体的性质、组成和结构方面的许多信息，另一方面溶液的粘度和聚合物的分子量有关，试说明应用黏度法测定聚苯乙烯（PS）分子量的原理。（写公式，注明公式中符合的意义）
答：利用黏度法测定PS分子量
聚合物分子量与其溶液黏度的关系由Mark—Houwink方程推出[η]=KMα
式中[η]是聚合物溶液（聚苯乙烯溶液）的特性黏度；K、α是与聚合物种类、温度、溶剂以及分子量范围有关的常数。当K、α已知后，从聚合物溶液的特性黏度[η]就可以计算聚合物的分子量。
2、橡胶硫化性能测试试验中，硫化历程分为四个阶段，画出硫化的典型硫化阶段，并简要说明较为理想的硫化曲线具备的条件。
答：典型硫化曲线如课本第109页图5-11
0-5min是诱导硫化期 5-10min是热硫化期
10-15min是平坦硫化期 15-20min是过硫化期
较为理想的橡胶硫化曲线应满足：
①硫化诱导期足够长
②硫化速度要快
③硫化平坦期要长
3、塑料和橡胶的拉伸性能是力学性能中最重要、最基本的的性能之一。画出用一定速度拉伸，由应力-应变值对应的绘出的曲线。说明曲线上对应是哪三种材料两个区域中应力与应变的关系如何
答：拉伸应力—应变曲线是课本第112页图6-1
A—脆性材B—具有屈服点的韧性材料 C—无屈服点的韧性材料应力—应变一般分为弹性变形区和塑性变形区两个部分。在弹性变形区域，材料发生可完全恢复的弹性变形，应力—应变成正比例关系。曲线中直线部分的斜率是拉伸弹性模量值，它代表材料的刚性，弹性模量越大刚性越好。在塑性变形区，应力—应变不成正比例关系，最后出现断裂。
4．塑料和橡胶的力学性能是最重要、最基本的的性能之一，简述力学性能测试包括哪些项目的测试？
答：力学性能测试包括拉伸性能、弯曲性能、压缩性能、冲击性能、剪切试验、蠕变及应力松弛试验、硬度试验、疲劳试验、摩擦及磨耗性能九个项目的测试。
5．简述橡塑材料洛氏硬度的试验原理。
答：橡塑材料洛氏硬度的试验原理：洛氏硬度是用规定的压头对试样先施加初试验力，接着再施加主试验力，然后卸除主试验力，保留初试验力，用前后两次初试验力作用下压头压入试样的深度差计算出的硬度值。其作用原理如课本第140页图6-28所示。采用金刚石圆锥或钢球作为压头，分两次对试样加
，接着荷，首先施加初试验力，压头压入试样的压痕深度为h
1
；然在施加主试验力，压头在总试验力作用下的压痕深度为h
2
后压头在总试验力下保持一定时间后卸除主试验力，只保留初
，试验力，压痕因试样的弹性回复而最终形成的压痕深度为h
3
从而求出其硬度值。
6．高分子材料的蠕变及应力松弛性能试验中，材料的形变随时间增加而逐渐增大的现象是蠕变现象，试画出线型高聚物在恒定应力下和除去应力后的形变时间曲线。并说明曲线上四个阶段的特点。
答：线型高聚物在恒定应力下和除去应力后的形变时间曲线是课本第133页图6-21
AB阶段：普弹形变，这是分子链内键长与键角的改变所引起的形变，这种形变是瞬时发生的，形变量很小，弹性模量很大，是可逆形变
BC阶段：高弹形变，是由于分子量构象的改变引起的形变，这种形变需要一个松弛时间，形变量很大，弹性模量很小，是可逆形变
CD阶段：黏性形变，是由于分子链之间产生了相对滑动引起的形变，这种形变会随时间无限发展，是不可逆形变
DE阶段：永久形变，是由于黏性流动的不可逆形变造成的
7．在高分子材料的力学性能试验中，发现材料会产生应力松弛和蠕变现象，论述在高分子材料在蠕变及应力松弛性能试验中的影响因素。
答：高分子材料在蠕变及应力松弛性能试验中的影响因素：
①温度温度越高，蠕变和应力松弛速率越大，蠕变值和
应力松弛值也越大。但对硫化橡胶这类交联高聚物，温
度升高一定值时其蠕变和应力松弛速率显著降低，蠕变
值和应力松弛值也变化很小。
②压力增大压力可以使材料的自由体积减少
③聚合物分子量黏性与高聚物的熔融黏度密切相关，而
熔融黏度又与分子量有关。当分子量较小时，熔融黏度
与分子量成正比；分子量足够大时，熔融黏度与分子量
的3.4~3.5次幂成正比。
④交联状态不同的交联网，其蠕变和应力松弛不相同，
随着交联度的提高，蠕变速率明显下降。
⑤共聚和增塑作用改变了高聚物的玻璃化温度，是蠕变
和应力松弛曲线在温度轴方向产生平移。
⑥结晶化结晶度不高也能大大减少蠕变或应力松弛。
⑦聚合物分子结构
8．叙述毛细管法测定高聚物的熔点的原理和主要影响因素。
答：
（1）原理：
在控制升温速率的情况下对毛线管中的试样加热，观察其形状变化，将试样刚刚变透明或凝聚时的温度，作为该聚合物的熔点。
（2）主要影响因素：
①升温速率随着升温速率的增加，试样的熔点逐
渐变低。在1.5—3℃/min范围内，测得的熔点值相
差很小，所以把升温速率规定为（2 0.5）℃/min。
②控温起点高低按ISO3416—1985规定，当试验
温度到达比预期的熔点大约20℃时，即把升温速率调整到2—0.5℃/min。
③装样高度装样高度相差较大时，对试验结果有
一定影响。