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高分子近代测试聚合物测试考试热分析部分

1、下图为某一复合材料的热失重曲线，请从图中指出该复合材料的主要配方组成。图书馆学会

答：上图表明挥发物（增塑剂）的质量分数为19.8%，聚合物的质量分数为43.3%，炭黑为34.5%，灰分为2.4%。

2简要说明TG.DTG.DTA.DSC的原理,在他们的热谱中,纵坐标和横坐标各代表什么?

答：TG：热重分析法为使样品处于一定的温度程序（升/降/恒温）控制下，观察样品的质量随温度或时间的变化过程。热谱中纵坐标为质量保持率，横坐标为时间或温度。

DTG：微商热重法是TG对温度或时间的一阶导数。热谱图中纵坐标为质量变化率，横坐标为温度或时间。

DTA：热差分析法是把试样和参考试样同置于相同的加热或冷却的条件下，观察随温度或时间变化，它们之间的温差与温度间的关系的一种技术。其纵坐标为样品与参考试样的温差，横坐标为温度或时间。

DSC：差示扫描量热法是使试样与参考试样绝热分离，分别输入能量，测量使两者温差为0时需的能量差△E与温度的关系。纵坐标代表能量差△W或功率变化率dw/dt和热焓变化率dH/dt,横坐标为温差△T

3应用DTA或DSC如何测定高分子材料的玻璃化转变温度Tg。

答：聚合物随温度升高，当达到Tg时在DTA或DSC曲线上会显示出拐弯的变化。在测定Tg时由于开始温度很难准确地确定，一般要以拐弯处的外延线与基线交点作为Tg的值。

4如何应用DTA或DSC研究某二元聚合物共混物样品中两种聚合物的相容性，并画出示意图。

答：聚合物共混的相容性往往用Tg测定来研究，相容性好的的两聚合物的Tg在共混物中表示出相互靠近或称一个统一的Tg。相反，不相容的两聚合物的Tg在共混后仍表现出远离的Tg。

（图见老师课件）

对于结晶型聚合物，若相容性好，混炼均匀，分散性好，则其结晶度降低较大。相反，不相容或混炼不均匀而造成互相分散性差的对结晶度影响较小。即可以通过结晶度的变化大小推断两者的相容性，

女夭5为考察PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）与EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）共混体系的相容性，采用一种热分析方法测定了不同比例共混体系的玻璃化转变温度Tg、冷结晶温度Tc和结晶熔融温度Tm，以及热焓变化等热性能，结果见下表所示。请回答PET/EVA共混体系的相容性如何？为什么？（15分）

第1题表 PET/EVA共混体系的热分析谱图数据

三聚氰胺

答：聚合物共混的相容性往往用Tg测定来研究。在上表可知，组分 PET 的Tg并没有因共混比例的变化而出现大幅的变化 ,基本保持在 80 ℃左右 ,这表明 PET 与 EVA 共混后在无定形区是不相容的。而且共混后 PET 的 Tm 与纯 PET 的 Tm 相一致 ,也不随共混组分比例变化而变化 ,可见其晶区也是不相容的。

6已知聚丙烯（PP）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）均为部分结晶聚合物，将两者按一定比例共混，可得到抗冲性能良好的改性塑料。采用示差扫描量热法（DSC）研究PP/LLDPE=50/50（质量比）共混体系的结晶行为曲线，见图1所示。表1则给出不同质量

比的共混体系中PP组份的结晶度Xc(PP)和PE组份的结晶度Xc（PE）。请简述如何应用DSC法来计算PP/LLDPE共混体系的结晶度？（15分）

答：根据DSC曲线上熔融峰的面积A可测出晶体熔融热焓△H,△Hm=KA，其中m是试样的质量，K是校正系数。

如果已知100%结晶PP和LLDPE的熔融热焓△Hc(PP)和△Hc(LLDPE),可根据Xc=△H/△Hc×100%求得共混体系中PP和LLDPE的结晶度Xc(PP) 和Xc(LLDPE)。

7有研究发现，炭黑有从饱和聚合物向高不饱和聚合物转移的特点。请选用适当的热分析方法，设计合理的实验方案，阐述炭黑在氯化丁基橡胶CIIR和顺丁橡胶BR并用胶中的分散状态，请简要说明。

答：用DTA或DSC分别测定计算以下并用胶(控制并用胶比50:50，炭黑加50份)中BR的结晶度损失率，a炭黑只加在BR中，b炭黑只加在CIIR中，c先混合CIIR和BR后加入炭黑，d先加入炭黑后混合。若各种加入方法中BR的结晶损失大致一样，则说明炭黑在BR/CIIR并用胶中发生两胶相之间的转移，符合炭黑有从饱和聚合物向高不饱和聚合物转移的特点。

7请选择适当的热分析方法，将下列各组中的两种聚合物鉴别出来，请做出简要说明。

（1）高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）；

（2）聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）；

（3）顺式聚丁二烯和

（4）丁二烯-苯乙烯无规共聚物（丁苯橡胶SBR）和丁二烯-苯乙烯-丁二烯三嵌段共聚物（热塑性弹性体SBS）。

集效应答：（1）可以用DTA或者DSC法测定HDPE和LDPE的熔点作比较，HDPE比LDPE具有更高的熔点和结晶度。（PA66>PA6）

（2）可以用DTA或者DSC法测聚合物的Tg，其中Tg较大的是PVC【PP（0℃）， PVC（80℃）】。

（3）用DTA或者DSC法测聚合物的Tg，其中Tg较大的是反式聚丁二烯

（4）用DTA或者DSC法测聚合物的Tg，其中有一个Tg的是无规共聚物，两个Tg的是嵌段共聚物

（5）热稳定性顺序：PI>PTFE>HDPE>PMMA >PVC，在相同条件下用TG或者DTG测定，

看谁较快失重。

8聚合物中常添加一些增塑剂改善材料的加工性能和耐寒性，使材料质地变软。如PVC中常加入邻苯二甲酸二丁酯（DOP）作为增塑剂。请运用热分析方法简要说明如何判断增塑剂的作用及如何定量分析出DOP在PVC中的含量。

答：使用DTA或者DSC法测定含有不同分量DOP的PVC的Tm和Tg，如果熔点降低，就表明结晶度降低，也就是材料的塑性增加。Tg降低则说明材料的耐寒性增加。

耦合度使用TG在氮气环境下测定含有DOP的PVC，首先失重的就是DOP，从而得到DOP含量。

9高密度聚乙烯( HDPE) 和聚酰胺6(PA6) 是广泛使用的塑料材料, HDPE 价格低廉、质轻、成型性好、吸水率低；PA6 具有优异的力学性能、耐热性及良好的耐油性和耐溶剂性。但是聚烯烃和尼龙共混体系属于极不相容共混体系，必须进行增容才有实用价值。下图是以聚乙烯接枝马来酸酐( PE－g－MAH) 为增容剂,采用示差扫描量热分析法(DSC)对HDPE/ PA6 共混合金的增容作用进行的研究结果。图1 和图2 分别是有无PE－gsoa 案例－MAH 体系和不