专题二 学生实验 胶黏剂的配制与使用 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

专题二 化学与材料 学生实验 胶黏剂的配制与使用 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于胶黏剂的说法，正确的是（ ） A. 胶黏剂仅能粘接金属材料，无法粘接非金属材料 B. 胶黏剂的核心作用是通过物理或化学作用使两个物体紧密结合 C. 天然胶黏剂（如淀粉胶）的粘接强度均高于合成胶黏剂 D. 胶黏剂的粘接过程仅涉及物理变化，无化学变化发生 2. 实验中常用的聚乙烯醇（PVA）胶黏剂，其主要粘接原理是（ ） A. 化学反应形成共价键 B. 分子间作用力（如氢键、范德华力） C. 机械镶嵌作用 D. 静电引力 3. 下列实验操作中，不属于胶黏剂配制关键步骤的是（ ） A. 控制原料配比 B. 调节反应温度 C. 搅拌速度控制 D. 原料颜色筛选 4. 实验中，探究胶黏剂粘接强度与固化时间的关系时，控制变量错误的是（ ） A. 粘接材料的材质、尺寸相同 B. 胶黏剂的用量相同 C. 固化温度相同 D. 粘接面的清洁程度不同 5. 下列材料中，不适宜用聚乙烯醇胶黏剂粘接的是（ ） A. 木材 B. 纸张 C. 金属薄片 D. 棉布 6. 关于胶黏剂固化的说法，正确的是（ ） A. 所有胶黏剂的固化都需要加热，常温下无法固化 B. 固化过程是胶黏剂从液态变为固态，形成粘接层的过程 C. 固化时间越短，胶黏剂的粘接强度越高 D. 胶黏剂固化后，粘接层的硬度一定高于被粘材料 7. 实验中，为提高聚乙烯醇胶黏剂的粘接强度，可采取的措施是（ ） A. 降低聚乙烯醇的浓度 B. 加入适量硼酸作为交联剂 C. 减少搅拌时间，保留气泡 D. 缩短固化时间 8. 下列实验现象中，能说明胶黏剂粘接效果良好的是（ ） A. 粘接后被粘材料轻易分离，粘接面干净 B. 粘接后被粘材料难以分离，断裂发生在被粘材料内部 C. 粘接层出现气泡、裂纹 D. 固化后粘接层发黄、变脆 9. 关于胶黏剂性能检测的说法，错误的是（ ） A. 粘接强度可通过拉伸实验测量，单位为MPa B. 耐水性检测可将粘接样品浸泡在水中，观察剥离情况 C. 粘接强度仅与胶黏剂本身性能有关，与粘接工艺无关 D. 耐温性检测可将样品置于不同温度环境，观察性能变化 10. 实验中，配制聚乙烯醇胶黏剂时，加入水的作用是（ ） A. 催化剂 B. 溶剂，溶解聚乙烯醇 C. 交联剂，提高粘接强度 D. 阻燃剂，降低易燃性 11. 下列关于胶黏剂实验安全的说法，错误的是（ ） A. 配制时若接触皮肤，需及时用清水冲洗 B. 加热配制时，需远离易燃物 C. 实验后剩余胶黏剂可直接倒入下水道 D. 称量原料时，需佩戴防护手套 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 胶黏剂通常由______、______、______等成分组成，其中______是胶黏剂的核心成分，决定粘接性能。 2. 实验中配制的聚乙烯醇（PVA）胶黏剂属于______型胶黏剂，其粘接原理主要是______，适用于粘接______、______等多孔材料。 3. 胶黏剂的主要性能包括______、______、______、______等，其中______是衡量粘接效果的核心指标。 4. 胶黏剂的固化方式主要有______、______、______等，聚乙烯醇胶黏剂的固化方式为______。 5. 实验中，探究胶黏剂性能的影响因素时，常见的自变量有______、______、______等。 6. 提高胶黏剂粘接效果的关键工艺包括______、______、______等。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 胶黏剂的粘接强度越高，其适用性越强，可用于所有材料的粘接。（ ） 2. 聚乙烯醇胶黏剂的浓度越高，粘接强度一定越大，因此配制时应尽可能提高浓度。（ ） 3. 胶黏剂的固化时间越长，粘接层越致密，粘接强度越高，但效率越低。（ ） 4. 实验中，粘接面的清洁程度会影响胶黏剂的粘接效果，油污、灰尘会降低粘接强度。（ ） 5. 交联剂的作用是使胶黏剂分子形成网状结构，提高粘接强度和稳定性。（ ） 6. 所有胶黏剂都具有耐水性，浸泡在水中不会影响粘接效果。（ ） 7. 实验中，搅拌速度过快会导致胶黏剂中混入过多气泡，降低粘接强度。（ ） 8. 胶黏剂的粘接过程是不可逆的，一旦粘接成型，无法分离被粘材料。（ ） 9. 合成胶黏剂（如环氧树脂胶）的粘接强度和稳定性通常优于天然胶黏剂。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 某学生设计实验探究“交联剂用量对聚乙烯醇胶黏剂粘接强度的影响”，实验器材有：聚乙烯醇粉末、硼酸（交联剂）、水、木材样品、拉力计、烧杯、天平、加热器等。请分析：（1）实验的自变量、因变量和控制变量；（2）实验步骤（简要写出操作流程）；（3）预期实验现象和结论。 2. 实验课上，学生用配制的聚乙烯醇胶黏剂粘接木材和金属片，发现木材粘接效果良好，而金属片粘接后轻易脱落。请分析：（1）金属片粘接效果差的原因；（2）若要提高胶黏剂对金属的粘接强度，可采取哪些改进措施（从胶黏剂改性、粘接工艺两方面说明）；（3）简述改进措施的原理。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列实验操作的正误，若错误请指出问题并改正，说明理由： （1）配制聚乙烯醇胶黏剂时，为加快溶解，直接用明火加热至沸腾； （2）粘接实验中，将胶黏剂厚涂在粘接面，认为涂量越多粘接强度越高； （3）检测胶黏剂耐水性时，将粘接好的样品直接浸泡在沸水中，观察1分钟。 2. 某加工厂使用环氧树脂胶粘接金属零部件，在潮湿环境中使用一段时间后，出现粘接层剥离、强度下降的问题。经检测，胶黏剂固化完全，且金属表面无明显锈蚀。请分析可能的原因（从胶黏剂特性、粘接工艺、使用环境等方面说明）；并提出改进措施，以提高粘接的耐水性和稳定性。 （三）计算题（10分） 1. 配制聚乙烯醇胶黏剂时，需制备质量分数为10%的PVA溶液50g。计算： （1）需要聚乙烯醇粉末的质量和水的体积（水的密度按1g/cm³计算）； （2）若实际称量PVA粉末4.5g，配制的溶液质量分数为多少； （3）若要将上述4.5g PVA配制成10%的溶液，需补充PVA的质量（写出计算过程）。 2. 某胶黏剂的粘接强度检测实验中，将两块尺寸为5cm×2cm的木材样品粘接，粘接面积为2cm²。拉伸实验时，测得断裂拉力为400N（1MPa=1N/mm²）。计算： （1）粘接面的受力面积（单位：mm²）； （2）该胶黏剂的粘接强度（单位：MPa）； （3）若粘接面积扩大至4cm²，相同断裂拉力下，粘接强度为多少（写出计算过程）。 3. 环氧树脂胶的配制比例为环氧树脂:固化剂=2:1（质量比）。若要配制300g该胶黏剂，计算： （1）需要环氧树脂和固化剂的质量； （2）若固化剂的密度为1.2g/cm³，需要固化剂的体积； （3）若实际使用时，环氧树脂过量10%，则需要固化剂的质量（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. B 3. D 4. D 5. C 6. B 7. B 8. B 9. C 10. B 11. C （二）填空题 1. 基料；固化剂；助剂；基料 2. 水溶性；分子间作用力（氢键、范德华力）；木材；纸张（或棉布等多孔材料） 3. 粘接强度；耐水性；耐温性；耐腐蚀性；粘接强度 4. 常温固化；加热固化；紫外光固化；常温固化 5. 原料配比；固化温度；固化时间（或助剂用量等） 6. 粘接面清洁；胶黏剂均匀涂布；控制固化条件 （三）判断题 1. × 2. × 3. √ 4. √ 5. √ 6. × 7. √ 8. × 9. √ 二、提升题 （一）简答题 1. （1）① 自变量：硼酸（交联剂）的用量（如0%、1%、2%、3%，以PVA质量为基准）；② 因变量：胶黏剂的粘接强度（通过拉力计测量，单位N或MPa）；③ 控制变量：PVA浓度、溶液总质量、搅拌速度、固化温度、固化时间、木材样品的材质和尺寸、粘接面积等。 （2）实验步骤：① 称取4份等质量（如5g）的PVA粉末，分别放入4个烧杯中，各加入45g水，加热搅拌至完全溶解，得到10%的PVA溶液；② 分别向4个烧杯中加入0g、0.05g、0.1g、0.15g硼酸，继续搅拌10分钟，冷却至室温，得到不同交联剂用量的胶黏剂；③ 取8块相同尺寸的木材样品，成对粘接，每对粘接面均匀涂布对应胶黏剂，控制涂量一致；④ 置于相同温度环境中固化24小时；⑤ 用拉力计测量每对样品的断裂拉力，记录数据并计算平均粘接强度。 （3）预期现象和结论：随着硼酸用量增加，粘接强度先升高后降低；当硼酸用量为某一值（如1%~2%）时，粘接强度达到最大值；结论：适量交联剂可提高胶黏剂的粘接强度，过量则会导致胶黏剂变脆，强度下降。 2. （1）金属片粘接效果差的原因：金属片表面致密、光滑，无多孔结构，聚乙烯醇胶黏剂主要依靠分子间作用力和多孔吸附实现粘接，无法与金属表面形成有效结合；且金属表面可能存在氧化膜或油污，进一步降低粘接效果。 （2）改进措施：① 胶黏剂改性：在聚乙烯醇胶黏剂中加入硅烷偶联剂（如KH-550），或更换为环氧树脂胶等合成胶黏剂；② 粘接工艺：对金属表面进行打磨（增加粗糙度）、酸洗（去除氧化膜）、脱脂（去除油污）处理。 （3）改进原理：① 硅烷偶联剂一端可与聚乙烯醇分子结合，另一端能与金属表面的羟基反应形成化学键，增强粘接作用；环氧树脂胶可与金属表面发生化学反应，形成牢固的共价键；② 打磨增加金属表面粗糙度，产生机械镶嵌作用；酸洗和脱脂去除表面杂质，使胶黏剂与金属表面直接接触，提高分子间作用力或化学反应效率。 （二）分析题 1. （1）错误；问题：明火加热温度过高，易导致聚乙烯醇分解、碳化，影响胶黏剂性能，且存在安全隐患；改正：采用水浴加热（温度控制在80~90℃），缓慢搅拌，使PVA均匀溶解，避免局部过热。 （2）错误；问题：胶黏剂厚涂会导致固化时内部热量难以散发，产生气泡、裂纹，且固化不完全，反而降低粘接强度；改正：均匀薄涂胶黏剂，保证粘接面完全覆盖即可，涂量以胶黏剂能填满粘接面缝隙为宜（通常涂量为0.1~0.2mm厚）。 （3）错误；问题：沸水温度过高，且浸泡时间过短，无法准确检测胶黏剂的长期耐水性；改正：将粘接好的样品浸泡在常温自来水中，定期观察（如1天、3天、7天）粘接面是否剥离、强度是否下降，或按标准规定的温度和时间进行检测。 2. （1）粘接层剥离的原因：① 胶黏剂特性：环氧树脂胶本身耐水性较差，分子结构中含有亲水基团，易吸收水分导致粘接层软化、剥离；② 粘接工艺：金属表面未彻底脱脂、除锈，胶黏剂与金属表面结合不紧密，水分易从界面渗入；胶黏剂涂布不均匀，存在薄弱区域；③ 使用环境：潮湿环境中水分持续侵蚀粘接层，破坏胶黏剂与金属表面的结合力。 （2）改进措施：① 胶黏剂改性：选用耐水性环氧树脂胶，或在胶黏剂中加入疏水助剂（如硅烷偶联剂、纳米二氧化硅），降低粘接层的吸水性；② 粘接工艺优化：对金属表面进行喷砂处理（增加粗糙度）+ 酸洗脱脂（去除杂质）+ 烘干，提高表面活性；均匀涂布胶黏剂，确保粘接面无气泡、无缺胶；延长固化时间，保证粘接层完全致密；③ 使用环境防护：对粘接部位进行密封处理（如涂覆防水涂层），避免直接接触水分；在潮湿环境中定期维护，及时清除表面水分。 （三）计算题 1. 解：（1）需要PVA的质量=50g×10%=5g；需要水的质量=50g-5g=45g；水的体积=45g÷1g/cm³=45cm³=45mL。 （2）实际溶液质量分数=（4.5g÷（4.5g+45g））×100%≈9.09%。 （3）设需补充PVA的质量为x，则（4.5g+x）÷（4.5g+45g+x）×100%=10%；解得x=0.5g。 答：（1）PVA 5g，水45mL；（2）≈9.09%；（3）0.5g。 2. 解：（1）粘接面面积=2cm²=2×100mm²=200mm²。 （2）粘接强度=断裂拉力÷受力面积=400N÷200mm²=2MPa。 （3）扩大后粘接面积=4cm²=400mm²；粘接强度=400N÷400mm²=1MPa。 答：（1）200mm²；（2）2MPa；（3）1MPa。 3. 解：（1）环氧树脂质量=300g×（2÷（2+1））=200g；固化剂质量=300g×（1÷（2+1））=100g。 （2）固化剂体积=100g÷1.2g/cm³≈83.33cm³=83.33mL。 （3）环氧树脂过量10%，则实际环氧树脂质量=200g×（1+10%）=220g；固化剂质量=220g÷2=110g。 答：（1）环氧树脂200g，固化剂100g；（2）≈83.33mL；（3）110g。 学科网（北京）股份有限公司 $