高分子物理实验
高分子物理实验指导书
刘艳辉周金华
材料科学与工程学院
目录
实验一、偏光显微镜法观察聚合物球晶
一、实验目的
1.熟悉偏光显微镜的构造，掌握偏光显微镜的使用方法。
2.观察不同结晶温度下得到的球晶的形态，估算聚丙烯球晶大小。
3.测定聚丙烯在不同结晶度下晶体的熔点。
4.测定25℃下聚丙烯的球晶生长速度。
二、实验原理
聚合物的结晶受外界条件影响很大，而结晶聚合物的性能与其结晶形态等有密切的关系，所以对聚合物的结晶形态研究有着很重要的意义。聚合物在不同条件下形成不同的结晶，比如单晶、球晶、纤维晶等等，而其中球晶是聚合物结晶时最常见的一种形式。球晶可以长得比较大，直径甚至可以达到厘米数量级．球晶是从一个晶核在三维方向上一齐向外生长而形成的径向对称的结构，由于是各向异性的，就会产生双折射的性质。聚合物球晶在偏光显微镜的正交偏振片之间呈现出特有的黑十字消光图形，因此，普通的偏光显微镜就可以对球晶进行观察。
偏光显微镜的最佳分辨率为200 nm，有效放大倍数超过100—630倍，与电子显微镜、x射线衍射法结合可提供较全面的晶体结构信息。
球晶的基本结构单元是具有折叠链结构的片晶，球晶是从一个中心(晶核)在三维方向上一齐向外生长晶体而形成的径向对称的结构，即—个球状聚集体。光是电磁波，也就是横波，它的传播方向与振动方向垂直。但对于自然光来说，它的振动方向均匀分布，没有任何方向占优势。但是自然光通过反射、折射或选择吸收后，可以转变为只在一个方向上振动的光波，即偏振光。—束自然光经过两片偏振片，如果两个偏振轴相互垂直，光线就无法通过了。光波在各向异性介质中传播时，其传播速度随振动方向不同而变化。折射率值也随之改变，一般都发生双折射，分解成振动方向相互垂直、传播速度不同、折射率不同的两条偏振光。而这两束偏振光通过第二个偏振片时。只有在与第二偏振轴平行方向的光线可以通过。而通过的两束光由于光程差将会发生干涉现象。
在正交偏光显微镜下观察，非晶体聚合物因为其各向同性，没有发生双折射现象，光线被正交的偏振镜阻碍，视场黑暗。球晶会呈现出特有的黑十字消光现象，黑十字的两臂分别平行于两偏振轴的方向。而除了偏振片的振动方向外，其余部分就出现了因折射而产生的光亮。在偏振光条件下，还可以观察晶体的形态，测定晶粒大小和研究晶体的多色性等等。
三、实验仪器和材料
1.偏光显微镜(图1-1)及电脑一台、附件一盒、擦镜纸、镊子；
2.热台、恒温水浴、电炉。
3.盖玻片、裁玻片。
4.聚丙烯薄膜。
四、实验步骤
1.启动电脑,打开显微镜摄像程序AVerMedia EZCapture.
2.显徽镜调整
(1)预先打开汞弧灯10min，以获得稳定的光强，插入单色滤波片。
(2)去掉显微镜目镜，起偏片和检偏片置于90°，边观察显微镜筒，边调节灯和反光镜的位置，如需要可调整检偏片以获得完全消光(视野尽可能暗)。
3.聚丙烯的结晶形态观察
(1)切一小块聚丙烯薄膜，放于干净的载破片上，使之离开玻片边缘，在试样上盖上一块盖玻片。
(2)预先把电热板加热到200℃，将聚丙烯样品在电热板上熔融，然后迅速转移到50℃的热台使之结晶，在偏光显微镜下观察球晶体，观察黑十字消光及干涉色。
(3)拉开摄像杆,微调至在屏幕上观察到清晰球晶体,保存图象，把同样的样品在熔融后于100℃和0℃条件下结晶，分别在电脑上保存清晰的图案。
3.聚丙烯球晶尺寸的测定
??? 测定聚合物球晶体大小。聚合物晶体薄片放在正交显微镜下观察，用显微镜目镜分度尺测量球晶直径，测定步骤如下；
(1)将带有分度尺的目镜插入镜筒内，将载物台显微尺置于载物台上，使视区内同时见两尺。
(2)调节焦距使两尺平行排列、刻度清楚。并使两零点相互重合，即可算出目镜分度尺的值。
(3)取走载物台显微尺，将预测之样品置于载物台视域中心，观察并记录晶形，读出球晶在目镜分度尺上的刻度，即可算出球晶直径大小。
4.球晶生长速度的测定
(1)将聚丙烯样品在200度下熔融，然后迅速放在25度的热台上，每隔10min把球晶的形态保存下来、直到球晶的大小不再变化为止。
(2)对照照片，测量出不同时间球晶的大小，用球晶半径对时间作图，得到球晶生长速度。
5.测定在不同温度下结晶的聚丙烯晶体的熔点
(1)预先把电热板调节到200℃，使聚丙烯充分熔融，然后分别在20℃、25℃、30℃下结晶。每个结晶样品置于偏光显微镜的热台上加热，观察黑十字开始消失的温度、消失一半的温度和全部消失的温度，记下这三个熔融温度。
(2)实验完毕，关掉热台的电源，从显微镜上取下热台。
(3)关闭汞弧灯。
1仪器底座 2视场光阑
3粗动调焦手轮 4微动调焦手轮
5起偏器 6聚光镜
7旋转工作台 8物镜
9检偏器
图 1-1 偏光显微镜结构示意图
五、思考题
1.聚合物结晶过程有何特点?形态特征如何(包括球晶大小和分布、球晶的边界、球晶的颜色等)结晶温度对球晶形态有何影响?
2.利用晶体光学原理解释正交偏光系统下聚合物球晶的黑十字消光现象。
实验二、聚合物熔体流动速率的测定
一、实验目的
1.了解聚合物熔体流动速率的意义，以及负荷与剪切应力、熔体流动速率与剪切速率的关系。
2.测定不同负荷下聚乙烯的熔体流动速率，并计算剪切应力、聚乙烯熔体的流动曲线。
3.学习掌握XRN-400AM型熔体流动速率测定仪的使用方法。
二、实验原理
聚合物的剪切粘度(以下简称聚合物的粘度)是它的重要物性指标，与聚合物的加工成型密切相关、在科学研究中，聚合物的粘度可由毛细管挤出流变仪、同轴圆筒粘度计和锥板粘度计精确测定，在不具备上述粘度计时，有时可用小球(如自行车用的小钢珠)在聚合物熔体的自由落下来测定熔体粘度。但在工业上，聚合物熔体的粘度可用熔体指数或熔体流动速率来方便地表征。熔体流动速率是指在一定温度和负荷下，聚合物熔体每10min通过标准口摸的质量，通常用英文缩写MFR(Melt Flow Rate)表示，它是衡量聚合物流动性能的—个重要指标。对于同一种聚合物，在相同的条件下，单位时间内流出量越大，熔体流动速率就越大，说明其平均分子量越低，流动性越好。但对于不同聚合物，由于测定时所规定的条件不同，不能用熔体流动速率的大小来比较它们的流动性。
不同的用途和不同的加工方法，对聚合物的熔体流动速率有不同的要求。一般情况下，注射成型用的聚合物其熔体流动速率较高；挤出成型用的聚合物熔体流动速率较低；吹塑成型的介于两者之间。但熔体流动速率是在给定的切应力下测得的。而在实际加工过程中，聚合物熔体处在一定的剪切速率范围内，因此在生产中经常出现熔体流动速率值相同而牌号不同的同一种聚合物表现出不同的流动行为，而熔体流动速率值不同却有相似的加工性能的现象。
熔体流动速率的测量是在熔体流动速率测定仪上进行的。熔体流动速率测定仪装置相对简单，使用方便，价格也比较低，在聚合物工业中应用很普遍。本质上熔体流动速率测定仪是一种固定压力型的毛细管流变仪，因此可以应用毛细管流变仪的理论对其进行数据处理。在通常的加工条件下，聚合物熔体的粘度很高，剪切速率一般都小于104s-1，雷诺数很小。聚合物熔体在毛细管中的流动是一种不可压缩的粘性流体的稳定流动。当毛细管两端的压力差为ΔP时，管壁处的剪切应力δr和剪切速率Y与压力差、熔体流动速率的关系式为：??? δr=rΔP/2L????????????2-1
??? Y=4Q/πr3??????????????2-2
式中r为毛细管的半径，cm；L为毛细管的长度,cm；ΔP为毛细管两端的压力差，Pa;Q 为熔体体积流动速率cm3／s。
对于熔体流动速率测定仪,毛细管两端的压力差ΔP和熔体体积流动速率Q分别为：??? ΔP=G/πR2,? Q=MFR/600d??? 2-3
式中G为实验所加负荷；R为活塞头的半径,cm；MFR为在此负荷下测定的熔体流动速率，
g/10 min;d为被测样品的密度,g／cm3。则剪切应力和剪切速率与试验负荷和熔体流动速率分别有如下关系：
??? δr=rG/2πR2L????????????2-4
??? Y=MFR/150πr3d?????????????2-5
而表观粘度ηα与熔体流动速率的关系则为：
??? ηα=δr/Y=[75r″d/R2L][G/MFR]
由此,利用熔体流动速率测定仪，在恒定温度下测定不同负荷下的聚合物的熔体流动速率，由(2-4)～(2-6)式可计算得到相应的剪切应力和剪切速率以及表观粘度,并可绘制出聚合物熔体的流动曲线,由毛细管流变仪和熔体流动速率测定仪测得的聚合物流动曲线基本一致，熔体流动速率测定仪测得的速率范围∽比流变仪测得的范围(10-1-103/s-1)稍窄。
??? Y修正= [(3n+1)/4n]Y修正
由于绝大多数的聚合物熔体属于非牛顿流体，必须对其流动行为进行非牛顿修正。修正的公式是Rabinnowitsch—Mooney经验式在剪切速率范围不大的情况下，聚合物熔体流动曲线的过渡区近似直线，以此直线的斜率来表征流动的非牛顿性程度，n就称为非牛顿性指数。
?由于熔体流动速率测定仪所用的毛细管长径比约为4，远远小于40，其入口效应不可忽略，入口处的流动过程中存在着—个压力降，因此由式(4-4)计算出的剪切应力比实际作用于流体的应力大，出于实际剪切应力的减小与毛细管有效长度的延长是等价的，所以毛细管人口压力降的校正，可假想一段管长(er)加到实际的毛细管长度L上；用(er+L)作为毛细管的总长度；用Δp/(er+L)作为均匀的压力梯度来补偿入口端压力的较大下降，这时真实的剪切应力计算为：
??? δγ修正=Δp/2(er+L)=1/(1+er/L)δγ????????????????????????????????2-7
式中r为毛细管的半径；e为与流动速率有关的经验常数，可以通过如下方法测得：在某一剪切速率下，测定不同长径比的标准口模 mm，压力降ΔP，以ΔP对L／D作曲，得一直线，在L／D轴上的截距即为—e。
?入口效应的校正过程比较繁琐，工作量很大。若测试数据仅用于实验对比时，可不做入口校正。
三、实验仪器与材料
电子天平（万分之一）
XNR—400AM熔体流动速率测定仪
试样：聚苯乙烯粒料
四、实验步骤
本仪器负荷分八级：
：由活塞杠+砝码托盘+隔热套+1号砝码组成。
：由活塞杠+砝码托盘+隔热套+1号+2号砝码组成。
kg)：由活塞杠+砝码托盘+隔热套+1号+3号砝码组成。
：由活塞杠+砝码托盘+隔热套+1号+5号砝码组成。
（）：由活塞杠+砝码托盘+隔热套+1号+5号+6号砝码组成。
: 由活塞杠+砝码托盘+隔热套+1号+5号+6号+7号砝码组成。
: 由活塞杠+砝码托盘+隔热套+1号+2号+3号+4号+5号+6号+7号砝码组成。
具体步骤：
1.仪器安放平稳，用水平仪调节水平。
2.将标准口模从上端放人料筒底部，并用装料杆将其压到与口模挡板接触为止。
3.打开控制面板上的电源开关，在实验参数页设定温度至190℃，刮料次数设定为7/s,开始升温。实际温度达到设定值后，恒温15min。
4.带上手套，取出活塞杆，将事先准备好的试样4g加入料筒。试样经压料杆压实后插入活塞、此操作需在1min内完成。
5.加负荷，预热4min。如果试样的MFR>10，在预热期间可不加或少加负荷.
6. 当活塞杆下降到其上的下环形标记与套管的上表面相平时，按“开始”键并将取样盘放到出料口下方。
7.保留连续切取的无气泡样条3-5个，冷却后，测量样条的直径，计算挤出胀大比B。
8.分别称取上述3-5个样条质量，取平均值，在实验主页输入平均值，按“确认”键，仪器自动计算出熔体流动速率值，并在界面主页显示出来。按“打印”键，打印实验报告。称量样条的质量，计算熔体流动速率。并测量样条的直径，计算口模胀大比B。
9.带上手套趁热清理口模与料筒。拉出口模锁板，可使口模从料简下端落下；用口模清理杆清理口模；料筒用料筒清理杆顶端绕棉纱布清理至内壁光洁明亮为止。
10重复步骤3—9，测定负荷时聚乙烯的熔体流动速率。
11.关机。工具及砝码各归原位，以备下次试验使用。
五、数据处理
1.熔体流动速率计算:??? MFR=600W/T
式中，MFR为熔体流动速率，g/10min;w为样条质量的算术平均值，g；T为切样时间间隔，s,? 计算结果取二位有效数字。
2.挤出胀大比B:??????? B=D s/D
式中,D s为挤出样条的直径,cm；D为口摸内径，cm。
3.流动曲线的绘制
按式(2—4)和式(2—5)、由不同负荷下测定的聚苯乙烯熔体流动速率值计算出相应的剪切应力和剪切速率，并列入记录表中。同时在双对数坐标纸中绘制剪切应力对剪切速率的曲线。在剪切速率不大的范围内可得一条直线，该直线的斜率即为作牛顿件指数(n)。
表2-1 数据记录
六、思考题
1.聚合物的分子量与其熔体流动速率有什么关系?为什么熔体流动速率不能在结构不同的聚合物之间进行比较?
2.如何利用流动曲线分析聚合物熔体流体的类型?
3.为什么要进行“非牛顿修正”和“入口修正”？
实验三、聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定
一、实验目的
通过实验了解聚合物材料拉伸强度及断裂伸长率的意义，熟悉它们的测试方法；并通过测试应力—应变曲线来判断不同聚合物材料的力学性能。
二、实验原理
为了评价聚合物材料的力学性能，通常用等速施力下所获得的应力—应变曲线来进行描述。这里，所谓应力是指拉伸力引起的在试样内部单位截面上产生的内力；而应变是指试样在外力作用下发生形变时，相对其原尺寸的相对形变量。不同种类聚合物有不同的应力—应变曲线。
等速条件下，无定形聚合物典型的应力应变曲线如图3—1所示。图中的。α点为弹性极限，σα为弹性(比例)极限强度，εt为弹性极限伸长。在α点前，应力—应变服从虎克定律：σ＝Eε。曲线的斜率E称为弹性(杨氏)模量，它反映材料的硬性。y称屈服点，对应的σy′和E y′称屈服强度和屈服伸长。材料屈服后，可在t点处，也可在t′点处断裂。因而视情况，材料断裂强度可大于或小于屈服强度。εt (或εt′)称断裂伸长率，反映材料的延伸性。
从曲线的形状以及σt和εt的大小。可以看出材料的性能，并借以判断它的应用范围。如从σt的大小，可以判断材料的强与弱；而从εt的大小，更正确地讲是从曲线下的面积大小，可判断材料的脆性与韧性。从微观结构看，在外力的作用下，聚合物产生大分子链的运动，包括分子内的键长、键角变化，分子链段的运动，以及分子间的相对位移。沿力方向的整体运动(伸长)是通过上述各种运动来达到的。由键长、键角产生的形变较小(普弹形变)，而链段运动和分子间的相对位移(塑性流动)产生的形变较大。材料在拉伸到破坏时，链段运动或分子位移基本上仍不能发生，或只是很小，此时材料就脆。若达到一定负荷，可以克服链段运动及分子位移所需要的能量，这些运动就能发生，形变就大，材料就韧。如果要使材料产生链段运动及分子位移所需要的负荷较大，材料就较强及硬。
图3-1 无定形聚合物的应力—应变曲线图3-2 结晶型聚合物的应力—应变曲线结晶型聚合物的应力—应变曲线与无定形聚合物的曲线是有差异的，它的典型曲线如图3-2所示。微晶在c点以后将出现取向或熔解，然后沿力场方向进行重排或重结晶，故σc 称重结晶强度，它同时也是材料“屈服”的反映。从宏观上看，材料在c点将出现细颈，随着拉伸的进行，细颈不断发展，至d点细颈发展完全，然后应力继续增大至t点时，材料就断裂。对于结晶型聚合物，当结晶度非常高时(尤其当晶相为大的球晶时)，会出现聚合物脆性断裂的特征。总之，当聚合物的结晶度增加时，模量将增加，屈服强度和断裂强度也增加，但屈服形变和断裂形变却减小。聚合物晶相的形态和尺寸对材料的性能影响也很大。同样的结晶度，如果晶相是由很大的球晶组成，则材料表现出低强度、高脆性倾向。如果晶相是由很多的微晶组成，则材料的性能有相反的特征。
另外，聚合物分子链间的化学交联对材料的力学性能也有很大的影响，这是因为有化学交联时，聚合物分子链之间不可能发生滑移，黏流态消失。当交联密度增加时，对于T g以上的橡胶态聚合物来说，其抗张强度增加，模量增加，断裂伸长率下降。交联度很高时，聚合物成为三维网状链的刚硬结构。因此，只有在适当的交联度时抗张强度才有最大值。综上所述，材料的组成、化学结构及聚态结构都会对应力与应变产生影响。归纳各种不同类聚合物的应力—应变线，主要有以下5种类型，如图3-3所示。应力—应变实验所得的数据也与
温度、湿度、拉伸速度有关，因此，应规定一定的测试条件。
三、实验仪器
采用RGT-10型微电子拉力机。最大测量负荷10KN，速度～500mm／min，试验类型有拉伸、压缩、弯曲等。
图3-3 5种类型聚合物的应力-应变曲线
(a)软而弱，(b)硬而脆(c)硬而强，(d)软而韧，(e)硬而韧
四、试样制备
拉伸实验中所用的试样依据不同材料可按国家标准GB 1040—70加工成不同形状和尺寸。每组试样应不少于5个。试验前，需对试样的外观进行检查，试样应表面平整，无气泡、裂纹、分层和机械损伤等缺陷。另外，为了减小环境对试样性能的影响，应在测试前将试样在测试环境中放置一定时间，使试样与测试环境达到平衡。一般试样越厚，放置时间应越长，具体按国家标准规定。
取合格的试样进行编号，在试样中部量出10cm为有效段，做好记号。在有效段均匀取3点，测量试样的宽度和厚度，取算术平均值。对于压制、压注、层压板及其他板材测量精确到；软片测量精确到；薄膜测量精确到。
五、试验步骤
1．接通试验机电源，预热15min。
2．打开电脑,进入应用程序。
３.选择试验方式(拉伸方式)，将相应的参数按对话框要求输入，注意拉伸速度，(拉伸速度应为使试样能在—5min试验时间内断裂的最低速度。本实验试样为PET薄膜，可采用100mm/mm的速度)。
４.按上、下键将上下夹具的距离调整到l0cm。并调整自动定位螺丝。
将距离固定。记录试样的初始标线间的有效距离。
５．将样品在上下夹具上夹牢。夹试样时，应使试样的中心线与上下夹具中心线一致。
６．在电脑的本程序界面上将载荷和位移同时清零后，按开始按钮，此时电脑自动画出载荷-变形曲线。
７.试样断裂时，拉伸自动停止。记录试样断裂时标线间的有效距离
８.重复３～７操作。测量下一个试样。
９. 测量实验结束，由“文件”菜单下点击“输出报告”，在出现的对话框中选择“输出到EXCEL”。然后保存该报告。
六、数据处理
1．断裂强度σt的计算：σt＝［P/(bd)］×104(Pa)
式中Ｐ—最大载荷(由打印报告读出)，Ｎ；
b—试样宽度，cm
d—试样厚度,cm
2. 断裂伸长率εt计算：εt=［（Ｌ－Ｌ０）/Ｌ０］×100%
式中Ｌ０—试样的初始标线间的有效距离。
L一试样断裂时标线间的有效距离。
把测定所得各值列入下表，计算，算出平均值，并和电脑计算的结果进行比较。
编号d/cm b/cm bd/cm2 P/N L０/cm L/cm σt/Pa εt
1
2
3
4
5
t t t t
平均εt= 打印报告中平均εt′＝二者偏差率＝︱εt－εt′︳×100%=
注意事项：
①为了仪器的安全，测试前应根据自己试样的长短，设置动横梁上下移动的极限；
②夹具安装应注意上下垂直在同一平面上，防止实验过程中试样性能受到额外剪切力
的影响；
③对于拉伸伸长很小的试样，可安装微形变测量仪测量伸长。
七、思考题
１.如何根据聚合物材料的应力—应变曲线来判断材料的性能?
２.在拉伸实验中，如何测定模量?
实验四、聚合物材料弯曲强度的测定
一、实验目的
了解聚合物材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子拉力机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。
二、实验原理
弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的应力是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图４—1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。
图4—1 支梁受到力的作用而弯曲的情况
弯曲强度σf，是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定绕度时能承载的最大应力，弯曲应变εf是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：s=εf L2/sh(L为试样跨度，h为试样厚度)。
弯曲性能测试有以下主要影响因素。
①试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。
②加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪
切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。
③应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。
④试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可减少剪切应力，使三点弯曲试验更接近纯弯曲。
⑤温度。就同一种材料来说，屈服强度受温度的影响比脆性强度的大。现行塑料弯曲性能实验的国家标准为GB/T9341-2000。
三、实验仪器
采用RGT-10型微电子拉力机。最大测量负荷10KN，速度～500mm／min，试验类型有拉伸、压缩、弯曲等。
四、试样制备
弯曲试验所用试样是矩形截面的棒，可从板材、片材上切割，或由模塑加工制备加工。一般是把试样模压成所需尺寸。常用试样尺寸为(GB／T 9341—1800)长度80mm：宽度10mm；厚度4mm。每组试样应不少于5个。试验前，需对试样的外观进行检查，试样应表面应平整，无气泡、裂纹、分层和机械损伤等缺陷。另外，在测试前应将试样在测试环境中放置—定时间，使试样与测试环境达到平衡。取合格的试样进行编号，在试样中间的1／3跨度内任意取3点测量试样的宽度和厚度，取算术平均值。试样尺寸小于或等于10mm的，精确到０.02mm；大于10mm的，精确到０.05mm。
五、试验步骤
1．接通试验机电源，预热15min。
2．打开电脑,进入应用程序。
３.选择试验方式(压缩方式)，将相应的参数按对话框要求输入，注意压缩速度应使试样应变速率接近l％／min。本实验试样为ＰＰ样条，采用１０mm/min?的速度。
４.将样品放置在样品支座上，按下降键将压头调整至刚好与试样接触。
５.在电脑的本程序界面上将载荷和位移同时清零后，按开始按钮。此时电脑自动画出载荷-变形曲线。
６.试样断裂时，拉伸自动停止。记录试样断裂时标线间的有效距离
７.重复３～７操作。测量下一个试样。
８. 测量实验结束，由“文件”菜单下点击“输出报告”，在出现的对话框中选择“输出到EXCEL”。然后保存该报告。
注意事项：
①安装压头和支座时，必须注意保持压头和支座的圆柱面轴线相平行；
六、数据处理
1．弯曲强度σf的计算：σf＝3PL/(2bh2) (MPa)
式中Ｐ—最大载荷(由打印报告读出)，Ｎ；
L—跨距，mm
b—试样宽度,mm
h—试样厚度,mm
2. 计算弯曲强度算术平均值、标准偏差和离散系数
算术平均值：
标准偏差：
离散系数：
式中Ｘi—每个试样的测试值。
n一试样数。
把测定所得各值按上式算出平均值，并和电脑计算的结果进行比较。
七、思考题
１.试样的尺寸对测试结果有何影响?
２.在弯曲实验中，如何测定和计算弯曲模量?
实验五、聚合物材料冲击强度的测定
一、实验目的
1．了解高分子材料的冲击性能。
2．掌握冲击强度的测试方法和摆锤式冲击试验机的使用。
二、实验原理
冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位面积所吸收的能量。
α＝[A／(bd)]×103
式中，α为冲击强度,J/cm2; A为冲断试样所消耗的功,J；b为试样宽度，mm；
d试样厚度，mm。冲击强度的测试方法很多，应用较广的有以下3种测试方法：
①摆锤式冲击试验；
②落球法冲击试验；
③高速拉伸试验。
本实验采用摆锤式冲击试验法。摆锤冲击试验，是将标准试样放在冲击机规定的位置上，然后让重锤自由落下冲击试样，测量摆锤冲断试样所消耗的功，根据上述公式计算试样的冲击强度。摆锤冲击试验机的基本构造有3部分：机架部分、摆锤冲击部分和指示系统部分。根据试样的按放方式，摆锤式冲击试验又分为简支梁型(Charpy法)和悬臂梁型。前者试样两端固定，摆锤冲击试样的中部；后者试样一端固定，摆锤冲击自由端。如图5—1所示。
图5—1 摆锤冲击试验中试样的安放方式
试样可采用带缺口和无缺口两种。采用带缺口试样的目的是使缺口处试样的截面积大为减小，受冲击时，试样断裂一定发生在这一薄弱处，所有的冲击能量都能在这局部的地方被吸收，从而提高试验的准确性。
测定时的温度对冲击强度有很大影响。温度越高，分子链运动的松弛过程进行越快，冲击强度越高。相反，当温度低于脆化温度时，几乎所有的塑料都会失去抗冲击的能力。当然，结构不同的各种聚合物，其冲击强度对温度的依赖性也各不相同。
湿度对有些塑料的冲击强度也有很大影响。如尼龙类塑料，特别是尼龙6、尼龙66等
在湿度较大时，其冲击强度更主要表现为韧性的大大增加，在绝干状态下几乎完全丧失冲击韧性。这是因为水分在尼龙中起着增塑剂和润滑剂的作用。
试样尺寸和缺口的大小和形状对测试结果也有影响。用同—种配方，同一种成型条件而厚度不同的塑料作冲击试验时，会发现不同厚度的试样在同一跨度上作冲击试验，以及相同厚度在不同跨度上试验，其所得的冲击强度均不相同，且都不能进行比较和换算。而只有用相同厚度的试样在同一跨度上试验，其结果才能相互比较，因此在标准试验方法中规定了材料的厚度和跨度。缺口半径越小，即缺口越尖锐，则应力越易集中，冲击强度就越低。因此，同一种试样，加工的缺口尺寸和形状不同，所测得冲击强度数据也不——样。这在比较强度数据时应该注意。
三、实验仪器
XJU-22J型悬臂梁冲击实验机（其基本结构如图5-2示），10～150mm游标卡尺
1、摆体
2、冲击刀
3、摆杆
4、固定螺栓
5、连接套
6、主动指针
7、被动指针8、支锤轴
9、按钮10、固定架
11、活动座12、丝杠
13、旋转手轮14、底板
15、电源按钮
图5-2 XJU-22J型悬臂梁冲击实验机结构简图
四、实验步骤
1、按标准要求制备冲击试样。本实验材料为聚丙烯，宽度15mm,厚度10mm，缺口深度3mm。
2、测量试样中部的宽度和厚度，缺口试样应测量缺口宽度，准确至。测量3
点，取平均值。
3、根据试样的冲击韧性，选用适当能量的摆锤(本机备有三种能量的摆锤，其能量分
别是、11J、22J)。所选用的摆锤，应使试样断裂所消耗的能量在摆锤总储量的l％一90％范围内。
4、将所选用的摆锤上连接套(5)安装在摆轴上并用紧固螺钉(4)紧固。
5、为了使冲击后指针能正确地进行工作，在试验前应使摆锤处于铅垂位置，并检查被动指针是否与主动指针靠紧。被动指针指示的位置是否处于最大能量处(目视即可)。如不重合则需松开主动指针上的螺钉，将被动指针与主动指针靠紧，使被动指针指示在最大能量处，然后将螺钉紧固。
6、试样装夹方法图5-3：松开旋转手轮(6)准备装试样，如果试样厚度为10，则应加厚度调整块（1），如果试样厚度为，则不用加厚度调整块。使用对中样板(4)，将试样校准后，转动旋转手轮(6)，使试样夹紧。同时记下手轮刻线的位置，以保证相同厚度的一批试样具有相同的夹持力。
7、试验时将摆锤扬起1600后，按动按钮(9)，支锤轴（8）自动伸出，使摆锤固定在1600位置上，然后将被动指针拨至最大能量处，按下按钮开关(15)放摆冲断试样，冲击后度盘上记录冲断功的数值。
8、试验数据处理：按GBl843—80《塑料悬臂粱冲击试验方法》有关条款执行。
1、厚度调整块
2、固定钳口
3、试样
4、对中样板
5、活动钳口
6、手轮
图5-3 钳口总成结构简图
五、数据处理
1．计算冲击强度
无缺口冲击强度a K＝A／(bh)(kJ／m2)
缺口冲击强度a K＝A／b[(h-a)](kJ／m2)
式中A——冲断试样所消耗的功。
标准试样：宽度b=15mm，厚度h=10mm，缺口深度a=3mm。
2．计算所测冲击强度值的算术平均值、标准偏差和离散系数
算术平均值：
标准偏差：
离散系数：
式中Ｘi—每个试样的测试值。
n一试样数。
实验六、聚甲基丙烯酸甲酯温度—形变曲线的测定
一、目的要求
1．通过聚甲基丙烯酸甲酯温度—形变曲线的测定，了解所合成聚合物在受力情况下的形变特征。
2．掌握温度—形变曲线的测定方法及玻璃化转变温度T g的求取。
二、基本原理
当线形非晶态聚合物在等速升温条件下，受到恒定外力作用时，在不同的温度范围内表现出不同的力学行为，这是高分子链在运动单元上的宏观体现，处于不同行为的聚合物，因为提供的形变单元不同，其形变行为也不同。对于同一种聚合物材料，由于相对分子量不同，它们的温度-形变曲线也是不同的。随着聚合物相对分子质量的增加，曲线向高温方向移动。温度形变曲线的测定同样也受到各种操作因索的影响，主要是升温速率、载荷大小、及样品尺寸。一般来说，升温速率增大，T g向高温方向移动。这是因为力学状态的转变不是热力学的相变过程，而且升温速率的变化是运动松弛所决定的。而增加载荷有利于运动过程的进行，因此T g就会降低。温度—形变曲线的形态及各区域的大小，与聚合物的结构及实验条件有密切关系，测定聚合物温度—形变曲线对估计聚合物使用温度的范围，制定成型
工艺条件，估计相对分子质量的大小，配合高分子材料结构研究有很重要的意义。
三、仪器
德国XWK-500B型热机分析仪
四、实验步骤
1．制样本实验样品为直径，厚6mm的圆柱形样品，所制得的样品以保证上下两个平面完全平行。
2．压缩、针入度试验：首先将压缩试验室放入吊筒内，把升降架探出的测温探头对正插入试验室内，把吊筒缩紧在升降试架上，保证吊筒对正高温炉体内中心孔。摇动升降手轮，使吊筒进入炉体内，锁紧升降试架。把测量杆压头穿入升降试架上方孔内，同时把传感器托片对正传感器压头，紧固在测量杆压头上。调整螺旋测微仪，恒温后放上所需砝码进行试验。一个试验作完后，松开升降试架手柄，摇动升降手轮，使吊筒提出炉外，再更换另一个试样，进行下一个试验。
3. 打开计算机，在计算机控制桌面上用鼠标左键双击XWJ-500B图标，进入本实验系统，此时计算机屏幕上会出现“欢迎您使用XWJ-500B热机分析仪’’滚动显示。
4.输入密码：进入到用户管理界面后，用户既可对本试验操作。（1）在试验的种类“试验方法’’窗口中选择本次试验的种类“压缩”。（2）在“试验尺寸”窗口中选择本次试验的试样尺寸。（3）在“载荷选配表”窗口中选择本次试验的砝码质量并加载到试验架上。（4）速率的设定：根据试验方法来选择升、降温速率。升温速率：—5℃/min，之间任意设定。降温速率：—2℃／min之间任意设定。（5）根据试验的经验值设定升温的上限温度和下限温度。（6）变形量的选择：根据试验的理论值来设置变形量，其中膨胀变形的最大值为。（7）试验架位移传感器的调零：当开始调零或膨胀试验调零不在零点附近时，调整试验架的位移传感器，使之在零点附近。（8）当上述参数设置完成后，单击“开始试验”按钮，稍后即开始试验，开始后会出现两个界面，即温度一变形曲线和时间一温度曲线。（9）打印报告：当试验完成后，蜂鸣器报警，用户必须在“试验”菜单下选择消音按钮来解除报警。在“试验’’菜单下选择“打印”按钮，即弹出打印试验报告报表，用户根据报告提示输入要求的内容，连结好打印机，选择“确定’’按钮，即可打印报告和试验的变形曲线。
五、数据处理
1、根据温度—形变曲线，求出转变温度。
2、将所得的温度—形变曲线转换为模量-温度曲线。
六、思考题
1、实验中影响玻璃化温度的主要因素是什么？
2、画出高相对分子质量、低结晶聚合物的温度-形变曲线。
实验七、介电常数及介电损耗测定
一、目的要求
1．加深理解介电常数、介电损耗的物理意义。
2．掌握优值计(Q表)的使用方法。
二、基本原理
介电常数ε能表征电介质贮存电能的能力大小，是介电材料的一个十分重要的性能指标。介电损耗tgσ是指电介质在交变电场中，每周期内介质的损耗能量与贮存能量之比值。这种损耗由通过介质的漏导电流引起的漏导电流损耗和由吸收电流引起的吸收损耗所组成。为了表明交变电场下介电损耗，实际计算时常利用电容器的等效电路。
如果选择介电测定的温度，使链段运动的松弛时间可与实验所用的频率相比较，则可用介电测量方法来检测极性聚合物在玻璃化转变时才表现出的链段运动。此时，因为聚合物的偶极跟不上电场方向的改变，所以介电常数随频率增加而减小，同时介质损耗系数经
过一极大值。根据聚合物作为电介质的电容器的电容和损耗因子，来计算介电常数和介质损耗系数。大多数测定T g的方法(如膨胀计或热测量)都是很慢的，松弛时间一般超过100s，而介电方法相反，只需10-2—10-6s。用WLF方程可以算出与上面所述的松弛时间之差相对应的T g变化值。
测定介电常数和介电损耗的仪器常用优值计(Q表)。优值计由高频信号发生器、LC谱振回路、电子管电压表和稳压电源组成。其原理如图6-1所示。在这个线路中，R作为一个耦合元件：，且设计成无感的。如果保持回路中电流不变，那么当回路发生谐振时，其谐振电压比输入电压高Q倍，即正E0＝QE i，因此，直接把电压指示刻度记作Q值，Q又称为品优因数。
图6-1 Q表工作原理图
不加样品时，回路的能量损耗小，Q值最高：加了样品后，Q值降低。分别测定不加样品与加样品时的Q值(以Q1，Q2表示)以及相应的谐振电容C1,C2，则介电常数和介电损耗的计算公式如下：
ε=(C1-C2)/D2，
式中，d为样品厚度，cm；D为电极直径，cm。
tgσ=[C1(Q1-Q2)]/[Q1Q2(C1-C2)]
材料的ε和tgσ影响因素很多，如湿度、温度、施于样品上的电压、接触电极材料等都对ε和tgσ有影响。因此，在测试时必须在标准湿度、温度、一定的电压范围内条件下才能进行。
三、仪器与样品
表(如图6—2所示)。
介质损耗测试装置：用该装置和WY2851Q表电感器（LK-3，LK-9）配用，能对绝缘材料进行高频介质损耗角正切值和介电常数的测试。
型电感组：其中LK-3专用于15MHz测ε和tgσ值；LK-9专用于1MHz测ε和tgσ值。
4.实验样品：样品要求为圆形，直径为～，厚度可在l～5mm之间，若太薄或太厚测试精度会下降。样品尽可能平直，表面平滑，无裂纹、气泡或机械杂质。本实验使用PP、PE 注射成型样品。在测定前用溶剂(对试样无作用)清洁试样表面，并在25（±2）℃或25（±5）℃，相对湿度为65(±5)％的环境中放置16h以上。
图6-1 Q表的结构图
1、电源开关
2、电源指示灯
3、ΔQ和Q选择，按下时为ΔQ测量
4、Q予置
设置5、Q予置合格显示LED（GO）6、Q量程选择7、Q零位调节8、ΔQ调
零位细调9、ΔQ调零位粗调10、频率调节11、频率频段选择12、频率显示13、
频率单位MHz 14、频率单位MHz 15、测试回路接线柱16、调谐电容刻度17、
刻度指针座18、慢速调谐旋钮19、微调电容刻度20、微调谐旋钮21、Q和ΔQ
指示电表22、测电感时相应频率表格
四、实验步骤
1.测试前准备
①检查仪器Q值指示电表的机械零点是否准确。
②将Q表主调协电容器置于最小电容，即顺时针转到底。调谐电容量及调节振荡频率时，当刻度已达最大或最小时，不要用力继续再调，以免损坏刻度和调节机构。
③选择适当电感量的线圈接在L X接线柱上，本实验选用标准电感LKI-3（L=μH、C=5PF、Q≥250）
④将介电损耗测试装置插到Q表测试回路的“电容”即“C X”两个端口上。
2.接通电源，仪器预热150min，待频率读数稳定方可进行有效测试。注意测试时手不得靠近被测样品，以免人休感应影响。
3.选择合适频率挡(本实验选择高频段)，分别用粗调和细调两个旋钮调节频率开关，使测量频率处于本实验所需的1 5MHz。
4.选择Q 值量程(选样高量程时，低量程按钮同时按下。本文验选1000，注意把31、100、310、1000挡的开关都一起按下)。
5.调节平板电容器测微杆，使二个极片相接为止，读取刻度值记为D0,测微杆应在0附近。
6.松开二极片，将被测样品插入二极片之间，调节平板电容器测微杆顶端调节头
使二极片夹住样品，读取新的刻度值，记为D1,这样可测得样品的厚度D2= D1- D0。
7.调节圆筒电容器使其刻度置于。
8.使测试频率保持不变(以电子板上的读数为准，可调节调频旋钮使频率不变)，改变Q表调协电容，使之谐振，读得Q值(即Q最大值)。
9.先顺时针方向，后逆时针方向，调节圆筒电容器，读取当Q表指示为原来最大值一半时测微杆上的两个刻度值，取这两个刻度差为M1。
10.调节圆筒电容器，使Q表再次谐振（谐振时，Q值应与前次谐振值一致），此时，圆筒电容器从新回到刻度处。
11.取出平板电容器中的样品，这时Q表又失谐，调节平板电容器，使Q表再次谐振,读取测微杆刻度值记为D3,其变化值为D4= D3- D0。
12.和步骤9操作一样，得到新的两个刻度值之差，记为M2，M2总比M1小。
13.测试完毕，顺时针旋转调谐钮，使Q表主调协电容器重新置于最小电容处，关闭仪器电源。
五、数据处理
记录测试条件及计算。
式样名称：室温：湿度：
被测样品的介电常数：ε=D2/D4
被测样品的介电损耗：tgσ=K(M1-M2)/
K为圆筒电容器的线形系数，K=
六、思考题
1.影响样品厚度测定的因素有什么？
2. 影响样品介电损耗因素有什么？
实验八、聚合物电阻的测量
一、实验目的
1.了解聚合物电阻与结构的关系
2.掌握用PC28型高阻计测定绝缘材料电阻的方法。
二、基本原理
聚合物的导电性通常用与尺寸无关的体积电阻率（ρv）和表面电阻率（ρs）来表示。ρv表示聚合物截面积为1cm2和厚1cm的单位体积对电流的阻抗。
ρv=R v S/h (Ω?cm)
式中R v为体积电阻，S为测量电极的面积；h为式样的厚度。表面电阻率ρs表示聚合物长为1cm和宽为1cm的单位表面对电流的阻抗
ρv=R s L/b (Ω)
式中R s为表面电阻，L为平行电极的长，b为平行电极间距；电导率是电阻率的倒数。电导是表征物体导电能力的物理量。它是在电场的作用下物体中的载流子移动的现象。高分子是由许多原子以共价键连接起来的，分子中没有自由电子，也没有可流动的自由离子(除高分子电解质含有离子外)，所以它是优良的绝缘材料。其导电能力很低。一般认为，聚合物的主要导电因素是小杂质所引起，称为杂质电导。但也有特殊结构的聚合物呈现半导体的性质，如聚乙炔、聚乙烯基咔唑等。当聚合物被加于直流电压时，流经聚合物的电流最初随时间而衰减，最后趋于平稳。其中包括3种电流，即瞬时允电电流、吸收电流和漏导电流(见图7-1)
图7-1 流经聚合物的电流
由于吸收电流的存在，在测定电阻（电流）时，要统一规定读取数值时间（1min）。另
外，在测定中，通过改变电场方向反复测量取平均值，以尽量消除电场方向对吸收电流的影响所引起的误差。
三、实验仪器
PC68型数字高阻计
四、实验步骤
1.使用前的准备和检查
（1）检查测试环境的温度和湿度是否在允许范围内，尤其当环境湿度高于80％以上时，对测量较高的绝缘电阻(>1010Ω)及微电流（<10-8A)时可能会导致较大的误差。
（2）检查交流电源电压是否符合220V±22V。
（3）将数字高阻计接通电源，合上电源开关，显示屏有显示：如发现显示屏不显示，应立即切断电源，待查明原因后方可使用。
（4）接通电源预热5min。
2. 测量电阻：
(1)将被测试样，用测量电缆线接至R输入端钮和高压端钮
(2)按面板上的“R”键。
(3)按面板上的“充电”键
(4)按面板上的“自动”键。根据测试电压的需要调节▲键或▼键。
(5)按面板上的“测量”键，直读显示屏上显示的数据。
(6)一个试样测试完毕，先按“放电”键，再按“复位”键，取出试样，对电容量较大的试样(约在以上者)需经1min左右的放电，方能取山试样，否则测试者将受到电容中残余电荷的电击。
(7)按“复位”键，进入—个试样的测试，具体操作步骤如前。
(8)数字高阻计使用完毕后，应先切断电源，安放好所有接线，将数字高阻计安放至保管处。注：在测试试样电阻时，如发现数据有不断上升的现象，这是由介质的吸收现象所致，若在很长时间内未能稳定时，一般情况下是取其合上测量键后lmin时的读数作为试样的绝缘电阻值。在测量>1010Ω的高值电阻时，要使用屏蔽箱，以保证测量数据的稳定性。
五、数据处理
记录原始数据
式样名称：室温：湿度：
主电极直径D1= cm 保护环直径D2= cm
样品厚度h= 平均h= cm
R v= 平均R v= Ω
R s= 平均R s= Ω
按照基本原理中的公式计算R v、R s，其中ρv=R v S/h=ЛD12R v/4h (Ω?cm)
D1为测量电极直径，本电极直径为5cm。
六、思考题
1.影响电阻测定的因素有什么？
2.用电性能研究结构有什么优点？
实验九、用旋转黏度计方法测定聚合物浓溶液的流动曲线
一、实验目的
1．学会使用NDJ—79型旋转黏度计。
2．计算恒温条件下，当剪切速率变化时被测流体黏度值，并绘制流体的流动曲线。
3．求出流动幂律指数n和稠度系数K，并根据流动幂律指数n判定所测流体性质。
二、基本原理
取相距为dy的两薄层流体，下层静止，上层有一剪切力F，使其产生一速度du“。由于流体间有内摩擦力影响，使下层流体的流速比紧贴的上一层流体的流速稍慢一些，至静止面处流体的速度为零，其流速变化呈线性。这样，在运动和静止面之间形成一速度梯度du ／dy，也称之为剪切速率。在稳态下，施于运动面上的力F，必然与流体内因黏性而产生的内摩擦力相平衡，据牛顿黏性定律，施于运动面上的剪切应力σ与速度梯度du／dy成正比，即：
σ=F/A=ηdu／dy=ηγ
式中：η－黏度系数，又称为黏度；du／dy－剪切速率，用γ表示，以剪切应力对剪切速率做图，所得的图形称为剪切流动曲线，简称流动曲线。
(1)牛顿流体的流动曲线是通过坐标原点的一直线。其斜率即为黏度，即牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系完全服从于牛顿黏性定律：η=σ／γ，水、酒精、醇类、酯类、油类等均属于牛顿流体。
(2)凡是流动曲线不是直线或虽为直线但不通过坐标轴原点的流体，都称之为非牛顿流体。此时黏度随剪切速率的改变而改变，这时将黏度称为表观黏度，用ηa表示。聚合物浓溶液、熔融体、悬浮体、浆状液等大多属于此类。聚合物流体多数属于非牛顿流体，它们与牛顿流体的确有不同的流动特性，两者的动量传递特性也有所差别。进而影响到热量传递、质量传递及反应结果。对于某些聚合物的浓溶液通常用幂律定律来描述它的黏弹性，即：σ=kγn
式中：n－流动幂律指数；k－稠变系数（常数）。表观黏度又可表示为：
ηa= kγn-1，
幂律定律在表征流体的黏弹性上的优点是通过n值的大小来判定流体的性质。n>1为胀塑性流体；n<1为假塑性流体；n＝1为牛顿流体。几种流体可以用图8-1表示。将σ=kγn取对数得
lgσ=lgk+nlgγ
用lgσ对lgγ作图得一直线，n值及k值即可定量求出。
图8-1 几种典型的流变曲线
三、仪器与样品
1.仪器：NDJ-79型旋转黏度计
2.样品：聚乙烯醇浓溶液；硅油
四、实验步骤
1．将黏度计放置平稳后接通电源，空载调零。
2. 将被测溶液小心地倒入测试容器，直至液体能完全浸没转子为止。
高分子化学与物理发展前景
高分子化学与物理 星期五, 02/26/2010 - 05:25 — wangting 高分子化学与物理 第一、专业介绍 高分子化学与物理是以高分子材料为基本研究对象的交叉学科，是高分子科学的基础。与化学的其它二级学科相比，它与现代物理学有着更加深刻的连带关系，其发展更加依赖于化学和物理学的进步,同时也对这两大轴心科学的进步产生深刻影响。高分子化学与物理研究的主要目的，是通过研究高分子材料的结构及化学、物理性质，设计、创制出高性能的高分子材料和制品。近年来，工业发展对新材料的大量需求和现代科技尤其纳米科技的飞速进展，从两方面极大地推动了该研究领域的深入发展。具有高强度和耐高温、强辐射等恶劣环境条件的特种高分子材料，具有特殊光、电、磁性能以及高效率能量传递和转化性能的高分子材料，具有对化学和生物多种刺激发生智能反应的高分子材料，环境友好高分子材料，医药高分子材料等不断涌现，为高分子化学与物理研究提出了全新的课题和广阔的研究空间。 第二、培养方案 各研究生招生单位的研究方向有所不同，在此，以北京大学为例： 1、研究方向 01.高分子可控合成与材料制备 02.高分子溶液及凝聚态物理
03.特种与高性能高分子材料 04.生物医用与环境友好高分子材料 05.光电功能高分子材料及相关器件 2、培养目标 掌握马克思主义、毛泽东思想的基本原理，坚持四项基本原则，热爱祖国，遵纪守法，品德良好，具备严谨的科学态度和优良学风，树立愿为社会主义现代化建设做贡献的思想。 具备良好的化学基础知识和实验技能训练，熟练的外语基础，初具独立开展科学研究的能力，能胜任本学科有关教学和解决实际问题。 3、硕士研究生入学考试科目 1）101思想政治理论 2 ）201英语一 3 ）607综合化学I (无机化学、有机化学) 4 ）813综合化学II (分析化学和仪分、物化和结构) （各研究生招生单位的研究方向有所不同，以上以北京大学为例） 第三、推荐院校 全国高校中实力较强招生院校： 吉林大学、复旦大学、南开大学、北京大学、中山大学、南京大学、浙江大学、四川大学、上海交通大学、华南理工大学、中国科学技术大学、北京化工大学、清华大学、武汉大学、兰州大学……
高分子物理实验
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 《高分子物理实验》是高分子科学体系的重要组成部分，是从事高分子科学与材料研究的最基础的实验技术，是研究和表征聚合物结构和性能关系的一门实验科学，是高分子材料与工程专业的一门专业必修课。本实验课的主要内容是使学生掌握研究和表征聚合物的结构、力学性能、电性能、热性能及溶液性质的基本方法和手段，掌握基础的相关实验技能与数据分析处理方法。通过实验使学生能够理论结合实践，进一步加深高分子物理专业知识的理解，使学生基本掌握高分子物理实验的基本原理、操作过程、数据采集、数据分析与处理，实验知识和技能，提高学生的动手能力与实验技能，培养学生严谨的科学态度与思维方法，为后续的高分子材料与科学的相关实践和毕业设计打下基础。 2.设计思路： 本课程实验内容主要包括以下几个方面：高聚物结构的表征与分析（包括实验一、五、六、七、九、十），力学性能的表征与分析（包括实验二、三、四），电性能（实验十一、十二）及热性能（实验七与实验九涉及到了材料的热性能）。实验中既有基本实验技能的操作，又有实验报告、数据处理分析及相应的思考题，使学生通过实验原理学习、实验操作、数据分析与讨论，掌握高分子物理结构与性能研究的基本方法与过程、操作技能、数据分析处理能力，分析解决问题能力，加深对实际科研实践的认识，提高理论知识的综合运用能力和实践能力，为后续的实验、实践和毕业设计打下基础。 - 6 -
3. 课程与其他课程的关系 先修课程：高分子化学、高分子物理。本课程需要学习材料与化学的相关基础课程，这些课程是学习高分子化学与高分子物理的基础，因此在此不再列出。 二、课程目标 本实验课的目的是使学生掌握测定和研究聚合物的结构、力学性能、电性能、热性能及溶液性质的方法和手段，对聚合物结构与性能之间关系获得初步认识。通过本课程的学习使学生增加感性认识，加深理论知识的理解，提高学生的动手能力和实验技能，培养学生的科学态度和工作作风。使学生逐步具备一定的从事科学研究的思维方法和实验能力。 基本要求： 1、使学生进一步理解高分子物理学中的一些基本概念与相关理论知识。 2、使学生掌握测定和表征聚合物结构与性能的基本方法的原理、正确进行仪器操作与使用。 3、能够互相配合完成实验过程，处理实验过程中遇到的简单问题。 4、能够独立进行数据处理分析，并完成实验报告。 三、学习要求 高分子物理实验是理论基础上的实验操作技能课，有利于学生加深对基础理论的理解与实际运用，对提高学生的实验动手能力与实践能力非常重要。另外，课程在实验室进行，因此必须严格遵守实验室的相关规章制度，保障实验过程中的实验安全与人身安全。具体要求如下： 1、学生必须严格遵守实验室的相关规章制度，严禁违反实验室安全要求的任何行为。 2、实验前认真阅读讲义，实验前进行预习，就实验目的、原理、实验注意事项等书写预习报告。实验必须准时，不能擅自更换实验时间。 3、实验时要认真操作，认真观察现象，做好记录。必须准备实验记录本，所有原始记录（实验数据及现象）均记录在记录本上，不允许记在他处。不允许篡改，编造实验数据与记录。 4、实验时，遵守操作规程，注意安全。有与实验相关问题，及时与老师交流，未 - 6 -
高分子物理实验的电子版教案(1)
*实验12 塑料中空吹塑成型实验 一.实验目的： 1.了解中空吹塑过程和工艺条件。 2.掌握中空吹塑成型工艺参数的确定及其对制品的影响。 3.了解中空吹塑机的结构。 二.实验原理及流程 流程：长城牌塑料罐中空吹塑流程如图所示 流程图： 实验原理：将聚乙烯原料投入吹塑机，加热成熔融状态，再从吹塑机的直角机头挤出管坯，当管坯达到要求的长度时，迅速合模，切断管坯，并在管坯中注入压缩气体，使模具中的管坯吹胀成型。 三.实验原料及设备 1.实验原料：高密度聚乙烯(上海金菲公司生产，牌号为HHM5502)和红色母。 2.实验设备：AO-70NL型中空吹塑机破碎机混色机4L吹塑模具 四.实验步骤 1.原料、辅助材料的计量根据配方需要计量好HDPE和色母的重量。 2.将计量好的料放入混色机中搅拌均匀。 3.将拌好的料放进吹塑机的料斗中。 4.开机吹塑，操作过程如下：
(1)预热根据使用原料的技术要求设定各段的加热温度，然后开始加热，为了确保料筒内原料充分熔融，预热时间约为1.5~2小时。 (2)开机前检查与准备工作 ①给两料斗加足原料(注意：螺杆不能空运转)。 ②按顺序启动空气压缩机、冷却塔、循环水泵和冷水机，调整好冷水机的设定温度，打开两螺杆进料段冷却水阀。 ③打开机器总进气阀，检查气压是否正常，定期排放机器空气过滤器内的积水，并往油雾器里加足雾化油。 ④开油泵，使左右模具打开，再关油泵，按下RESET按钮。检查模具的清洁情况，及时清除模腔内的防锈剂、水、胶料和其它杂物等。 ⑤开油泵,手动测试左右模具的开合模、上下移模、吹针上下等功能是否正常。 (3)开机操作 ①启动挤出装置挤料 ⅰ.经过充分的预热，检查各加热段温度是否已达到了设定值。 ⅱ.按开螺杆按钮，设定主副螺杆变频器所需的频率，然后按FWD键，使主副螺杆逐渐加速至所需的转速。 ⅲ.调整口模部分，使下料坯均匀、平直，根据需要调整胀气大小。 ②.全自动方式运行操作 ⅰ.关好安全门，按AUTO键，按L&R键，按START键，机器开始全自动运行。 ⅱ.打开模具冷却阀。
完整word版,高分子化学与物理习题2
1. 涤纶聚酯属于 ( ) A. 线性饱和脂肪族聚酯 B. 线性芳族聚酯 C. 不饱和聚酯 D. 醇酸树脂 2. 能同时进行自由基聚合，阳离子聚合和阴离子聚合的是 ( ) A. 丙烯腈 B. α—甲基苯乙烯 C. 烷基乙烯基醚 D. 乙烯 3. 在氯乙烯的自由基聚合中，聚氯乙烯的聚合度主要取决于向（） 转移的速率常数。 A.溶剂 B.引发剂 C.聚合物 D.单体 4. 两种单体共聚时得到交替共聚物，则它们的竞聚率应是（） A. r1=r2=0 B. r1= r2 =1 C. r1﹥1，r2﹥1 D. r1﹤1，r2﹤1 5.同时获得高聚合速率和高相对分子质量聚合物的聚合方法是（） A. 溶液聚合 B. 悬浮聚合 C 乳液聚合D. 本体聚合 1. 分子量分布指数 2、竞聚率 3、引发剂效率 4、动力学琏长 5、阻聚作用 三、简单回答下列问题。〖每小题5分，共25分〗 1. 为提高聚甲醛的热稳定性，可以采取的两个措施是什么？简述理由 2. 在自由基聚合反应中，何种条件下会出现反应自动加速现象。采取什么措施可减轻这种现象？ 3．分别绘出自由基聚合与缩合聚合这两类反应的分子量与反应时间的关系示意图，简单说明反应特点。 4．欲使逐步聚合成功，必须考虑哪些原则和措施？ 5. 解释笼蔽效应和诱导分解，它们对引发效率有什么影响？ 四、写出下列聚合反应，并指出其机理。〖每小题2分，共10分〗 1. 3，3′-二（氯亚甲基）丁氧环的开环聚合； 2. 尼龙-66的制备；
3. 聚乙烯醇与甲醛的反应； 4. 有机玻璃的制备； 5. 环氧树脂的制备。 五、写出下列聚合反应的机理。〖每小题10 分，共20 分】 1. 四氢呋喃中用SnCl4 + H2O 引发异丁烯聚合，写出引发，增长，终止的基元反应。 2. 写出用AIBN 引发甲基丙烯酸丁酯聚合的各基元反应。 六、计算题。【每小题10 分，共30 分】 1. 邻苯二甲酸酐(1.5 摩尔)、乙二醇（1.35 摩尔）、甘油（0.1 摩尔）混合体系进行缩 聚。试求 a. p=0.98 时的X b.X = 500 时的p 2. 甲基丙烯酸甲酯由引发剂引发进行自由基聚合，终止后每一大分子含有1.50个引发剂残基，假设无链转移发生，试计算歧化终止与偶合终止的相对数量。 3. 在搅拌下依次向装有四氢呋喃的反应釜中加入0.2mol n-BuLi和20kg苯乙烯。当单体聚合了一半时，向体系中加入1.8g H2O，然后继续反应。假如用水终止的和继续增长的聚苯乙烯的分子量分布指数均是1，试计算 （1）被水终止的聚合物的数均分子量； （2）继续增长所得聚合物的数均分子量； （3）整个体系所得聚合物的数均分子量及其分子量分布指数。 一、选择正确答案填空【每小题1分，共5分】 1—5 ： B B D A C 二、解释下列概念：【每小题2分，共10分】 1、诱导分解实际上是自由基向引发剂的转移反应
高分子化学实验(2015级)
实验1 脲醛树脂的制备 一、目的要求 1．了解脲醛树脂的反应原理及PH 值对反应过程的影响 2．掌握脲醛树脂的制备方法 二、原理 脲醛树脂是尿素与甲醛在催化剂（碱性或酸性）作用下缩聚而成的初期树脂、以及在固化剂或助剂作用下形成的不溶不熔的末期树脂的总称。 脲醛树脂胶粘剂具有较高的粘合强度，较好的耐热性、腐蚀性和一定的耐水性。树脂呈无色透明粘稠液体或乳白色液体，不污染胶合制品。加之制造简单、使用方便、成本低廉，已成为人造板生产的主要胶种。脲醛胶粘剂的缺点是，胶合制品中常存在游离甲醛，污染空气，胶层易老化，耐水性不如酚醛树脂。 一般认为，脲醛树脂是经过两类化学反应形成的。一类是尿素与甲醛在中性或弱碱性介质中进行加成，生成一羟甲脲或二羟甲脲的反应： C O NH 2NH 2 + HCHO C O NH 2NHCH 2OH C O NHCH 2OH NHCH 2OH + 一羟甲脲 二羟甲脲 另一类反应是在酸性介质中脱水缩聚形成线型结构脲醛树脂的反应，包括羟甲基与胺基之间脱水生成亚甲基的反应，羟甲基与羟甲基之间脱水生成二亚甲基醚键（－CH 2－O －CH 2－）的反应，后者可能进一步脱甲醛仍生成亚甲基，最后生成线型或环化低聚体。 低聚体分子中存在大量的羟甲基，易反应，应在中性条件下保存。在使用时，将介质调至酸性，脲醛树脂的羟甲基在酸性条件下会进一步缩聚，发生三维交联，形成不溶不熔的体型结构。 三、主要试剂和仪器 尿素 甲醛（37%） 氢氧化钠 盐酸 氯化铵 pH 试纸 三颈瓶 搅拌器 回流冷凝管 烧杯 吸管 四、实验步骤 在装有搅拌棒、回流冷凝管和温度计的三颈瓶中，装入130 mL 浓度为37%的甲醛水溶液，用5%的NaOH 溶液调节pH 为7.0－7.5。然后加入50 g 尿素，搅拌溶解。加热升温至90－92℃，并在此温度下反应30 min 。此时，体系的pH 值下降到6.0－6.5。
高分子化学与物理实验指导书总结
高分子化学与物理实验指导书
1. 实验课时间安排 高分子化学实验是在学生主修《高分子化学与物理》课程基础上开设的。其中学时安排如下： 2. 预习情况检查方式 要求学生在实验前必须做好实验预习，否则不予参加实验。实验预习主要包括以下两个方面的内容： 1、检查实验预习报告（预习报告要求包括实验目的、实验原理、实验所需仪器及药品、实验步骤等） 2、老师在实验前要检查学生的实验预习情况，可采取口头提问的方式了解学是对实验的预习情况。 3. 相关知识的讲解 针对高分子化学开设的不同实验，指导教师要做好相关的讲解工作。主要包括：实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 实验二酚醛树脂的缩聚 实验三PP球晶观察 实验四PS粘均分子量测定
实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 一、实验目的 1. 掌握自由基本体聚合的原理及合成方法； 2. 了解有机玻璃的生产工艺。 二、实验原理 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃。有机玻璃广泛用在工业、农业、军事、生活等的各个领域，如飞机、汽车的透明窗玻璃、罩盖等。在建筑、电气、医疗卫生、机电等行业也广泛使用，如制造光学仪器、电器、医疗器械、透明模型、装饰品、广告铭牌等。每年全世界要消耗数以百万吨的有机玻璃及其制品。 工业上制备有机玻璃主要采用本体、悬浮聚合法，其次是溶液和乳液法。而有机玻璃的板、棒、管材制品通常都用本体浇铸聚合的方法来制备。如果直接做甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，则由于发热而产生气体只能得到有气泡的聚合物。如果选用其它聚合方法（如悬浮聚合等）由于杂质的引入，产品的透明度都远不及本体聚合方法。因此，工业上或实验室目前多采用浇注方法。即：将本体聚合迅速进行到某种程度（转化率 10% 左右）做成单体中溶有聚合物的粘稠溶液（预聚物）后，再将其注入模具中，在低温下缓慢聚合使转化率达到 93 ～ 95% 左右，最后在 100 ℃下聚合至反应完全。其反应方程式如下： 本实验采用本体聚合法制备有机玻璃。本体聚合是在没有介质存在的情况下进行的聚合反应，体系中可以加引发剂，也可以不加引发剂。按照聚合物在单体中的溶解情况，可以分为均相聚合和多相聚合两种：聚合物溶于单体，为均相聚合，如甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯等的聚合；聚合物不溶于单体，则为多相聚合，如氯乙烯，丙烯腈的聚合。 本体聚合中因为体系中无介质存在，反应是粘度不断增大，反应热不容易排出，局部容易过热，导致单体气化或聚合物裂解，结果产品内有气泡或空心。在甲基丙烯酸甲酯聚合过程中甚至会使反应进入爆炸聚合阶段（爆聚），所以反应必须严格控制温度。
高分子物理实验思考题(自整理)资料
实验一黏度法测定聚合物分子量 1.实验操作中，哪些因素对实验结果有影响？ 粘度管口径，粘度管是否垂直及是否干净，溶液密度，人的读数误差，秒表精度等等。 2.如何测定mark-houwink方程中的参数k，α值？ 答：将聚合物式样进行分级，获得分子量从小到大比均一的组分，然后测定各组分的平均分子量及特性粘度[η]=kMα，两边取对数，作图得斜率和截距。 实验二偏光显微镜法观察聚合物球晶 1.聚合物结晶体生长依赖什么条件，在实际生产中如何控制晶体的形态？ 依赖于分子结构的对称性与规整性，以及温度，浓度，成核剂，杂质，机械力等条件。 ①控制形成速度：将熔体急速冷却生成较小球晶，缓慢冷却则生成较大球晶 ②采用共聚的方法：破坏链的均一性和规整性，生成小球晶3外加成核剂可获得甚至更微小的球晶。 实验三扫描电镜观察物质表面微观结构 1.为什么样品边缘或者表面斜坡处比较亮？ 因为扫描电镜收集的是二次电子,通过收集的二次电子成像,而样品的边缘和斜坡处由于形貌都比较尖锐突出,所以对二次电子的反射强度高,因而在边缘和斜坡处的图像比较发亮。 2. 电镜的固有缺陷有哪几种？像闪是怎样产生的？ 球差，色差，衍色差，像闪。极革化材料加工精度，极革化材料结构和成分不均匀性影响磁饱和，导致场的不均匀性造成像闪。
实验四DSC，DTA 1.解释DSC和DTA测试原理的差异 DTA是测量试样和参比物的温度差，而DSC使试样和参比物的温度相等，而测的是维持试样和参比物的温度相等所需要的功率 DTA：测温差，定性分析，测温范围大，灵敏性低 DSC：测能量差，定量分析，精度高，测温范围小（相对DTA）灵敏度高 2.同一聚合物样品，TGA测试得到样品分解温度及分解步骤有差异，可能原因是什么？ 1，通入气体的种类即气氛不同，N2不参与反应，热效应小，影响不大；2升温速率不同，如果升温速率太快反应温度就会不均匀不能得到准确的峰，相反，试量少一些温度会相对均匀，就可以得到尖锐的峰形和相对准确的峰温；3，实验开始时仪器的校准不准确；4样品用量的多少，用量多一点好，在侧重感相同的情况下，可以得到较高的相对精度。 实验五电子拉力机测定聚合物的应力-应变曲线 1. 拉伸速度对测试结果有何影响? 一般情况下，拉伸速度越大，所测得的强度值越高。在低的拉伸速度下，有充足的时间利于缺陷的发展，从而强度值较小，而较大的拉伸速度下，材料的断裂主要是其化学键的破坏引起，测得的强度值较大。 2. 根据拉伸过程中屈服点的表现、伸长率大小及断裂情况，应力-应变曲线大致可分为几种类型？ 目前大致可归纳成5种类型
全国高分子化学与物理排名
07中国研究生教育分专业排行榜(武汉大学中国科学评价研究中心)：070305高分子化学与物理 排名学校等级排名学校等级排名学校等级 1 吉林大学A+ 6 南京大学A 11 中国科学技术大学A 2 复旦大学A+ 7 浙江大学A 12 北京化工大学A 3 南开大学A+ 8 四川大学A 13 清华大学A 4 北京大学A 9 上海交通大学A 14 武汉大学A 5 中山大学A 10 华南理工大学A B+ 等(22 个) ：兰州大学、苏州大学、西北工业大学、东华大学、华中科技大学、郑州大学、华东理工大学、湘潭大学、山东大学、湖南大学、青岛科技大学、西北师范大学、大连理工大学、厦门大学、福建师范大学、河北大学、河南大学、安徽大学、福州大学、西北大学、广东工业大学、湖北大学 B 等(22 个) ：东南大学、华侨大学、东北大学、河北工业大学、济南大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学、华东师范大学、南京工业大学、江西师范大学、西安交通大学、鲁东大学、北京师范大学、南京理工大学、江苏工业学院、北京航空航天大学、哈尔滨理工大学、上海大学、太原理工大学、华南师范大学、中北大学、陕西师范大学 C 等(15 个) ：名单略 国家重点学科 北京大学南开大学中山大学复旦大学吉林大学南京大学 博士点 安徽大学北京大学北京化工大学北京师范大学大连理工大学东北师范大学东华大学福建师范大学福州大学复旦大学河北大学河南大学湖南大学华东理工大学华东师范大学华南理工大学华中科技大学吉林大学兰州大学南京大学南开大学青岛科技大学清华大学山东大学山西大学陕西师范大学上海交通大学四川大学苏州大学天津大学同济大学武汉大学西北大学西北工业大学西北师范大学厦门大学湘潭大学浙江大学郑州大学中国科学技术大学中国科学院研究生院中山大学
高分子化学实验指导
前言 通过高分子化学实验，可以获得许多感性认识，加深对高分子化学基础知识和基本原理的理解；通过高分子化学实验课程的学习，能够熟练和规范地进行高分子化学实验的基本操作，掌握实验技术和基本技能，了解高分子化学中采用的特殊实验技术，在实验的过程中训练科学研究的方法和思维，培养学生严谨求实的科研精神，为以后的科研工作打下坚实的实验基础。 实验规则 1．实验前认真预习，明确目的和要求，弄清基本原理，了解操作步骤和方法，做到心中有数。 2．实验过程中要听从教师的指导，保持实验室的安静，正确操作，细致观察，认真做好操作记录。 3．特别要注意安全，同时还要爱护仪器、设备，并注意整洁和节约，养成良好的实验习惯。 4．实验完毕，立即把仪器洗刷干净，并整理好药品、实验台。 5．根据原始记录，整理出实验报告，按时交给教师。
实验1 聚乙烯醇缩甲醛的制备 一、实验目的 1. 了解小分子的基本有机化学反应，在高分子链上有合适的反应性基团时，均可按有机小分子反应历程进行高分子化学反应。 2. 了解缩醛化反应的主要影响因素。 3. 了解聚乙烯醇缩醛化反应的原理，并制备红旗牌胶水。 二、实验原理 早在 1931年，人们就已经研制出聚乙烯醇(PV A)的纤维，但由于 PV A 的水溶性而无法实际应用。利用"缩醛化"减少其水溶性，就使得PV A 有了较大的实际应用价值，用甲醛进行缩醛化反应得到聚乙烯醇缩甲醛(PVF)。PVF 随缩醛化程度不同，性质和用途有所不同。控制缩醛在35%左右，就得到了人们称为"维纶'的纤维(vinylon)。维纶的强度是棉花的1.5～2.0倍，吸湿性5%，接近天然纤维,又称为"合成棉花"。在PVF 分子中，如果控制其缩醛度在较低水平，由于PVF 分子中含有羟基，乙酸基和醛基，因此有较强的粘接性能，可作胶水使用，用来粘结金属、木材、皮革、玻璃、陶瓷、橡胶等。 聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇缩与甲醛在盐酸催化的作用下而制得的，其反应如下： CH 2O +H +C +H 2OH CH 2CH CH 2 CHCH 2OH C +H 2 OH +CH 2CH CH 2CHCH 2OH C H 2+~~~~~~~~~~~~+H 2O CH 2CH CH 2 CHCH 2O OH C H 2+~~~ ~~~CH 2CH CH 2 CHCH 2O ~~~~~~CH 2+H + 由于几率效应，聚乙烯醇中邻近羟基成环后，中间往往会夹着一些无法成环的孤立的羟基，因此缩醛化反应不能完全。为了定量表示缩醛化的程度，定义已缩合的羟基量占原始羟基量的百分数为缩醛度。 聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛将它进行部分缩甲醛化，随着缩醛度的增加，水溶性愈差。作为维尼纶纤维的聚乙烯醇缩甲醛的缩醛度一般控制在35%左右。它不溶于水，是性能优良的合成纤维。 本实验是合成水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶水。反应过程中须控制较低的缩醛度，使产物保持水溶性。如反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于水中，影响胶水质量。因此在反应过程中，特别要注意严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。 聚乙烯醇缩甲醛随缩醛化程度的不同，性质和用途各有所不同。它能溶于甲酸、乙酸、二氧六环、氯化烃（二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷）、乙醇-苯混合物（30：70）、乙醇-甲苯混合物（40：60）以及60%的含水乙醇等。本实验中，由于缩醛化反应的程度较低，胶水中尚含有未反应的甲醛，产物往往有甲醛的刺激性气味。缩醛基团在碱性环境下较稳定，故要调整胶水的pH 值。 三、实验仪器和试剂 仪器：250mL 三口瓶一只，电动搅拌器一台，温度计一支，球形冷凝管一只，恒温水浴槽一只，10mL 量筒一只，100mL 量筒一只，培养皿一个； 试剂：聚乙烯醇（PV A1799），甲醛水溶液(40%工业甲醛)，盐酸，NaOH 水溶液（8%），去
高分子材料物理化学实验复习
一、热塑性高聚物熔融指数的测定 熔融指数 (Melt Index 缩写为MI) 是在规定的温度、压力下，10min 内高聚物熔体通过规定尺寸毛细管的重量值，其单位为g 。 min)10/(600 g t W MI ?= 影响高聚物熔体流动性的因素有内因和外因两个方面。内因主要指分子链的结构、分子量及其分布等；外因则主要指温度、压力、毛细管的内径与长度为了使MI 值能相对地反映高聚物的分子量及分子结构等物理性质，必须将外界条件相对固定。在本实验中，按照标准试验条件，对于不同的高聚物须选取不同的测试温度与压力。因为各种高聚物的粘度对温度与剪切力的依赖关系不同，MI 值只能在同种高聚物间相对比较。一般说来，熔融指数小，即在 12、 34测定取向度的方法有X 射线衍射法、双折射法、二色性法和声速法等。其中，声速法是通过对声波在纤维中传播速度的测定，来计算纤维的取向度。其原理是基于在纤维材料中因大分子链的取向而导致声波传播的各向异性。 几个重要公式： ①传播速度C=)/(10 )(106 3 s km t T L L ??-?- 单位：C-km/s ；L-m ；T L -?s ；△t-?s ②模量关系式 2 C E ρ= ③声速取向因子 22 1C C f u a -= ④?t(ms)=2t 20－t 40（解释原因）
Cu 值（km/s ）：PET= 1.35，PP=1.45，PAN=2.1，CEL=2.0 （可能出选择题） 测定纤维的C u 值一般有两种方法：一种是将聚合物制成基本无取向的薄膜，然后测定其声速值；另一种是反推法，即先通过拉伸试验，绘出某种纤维在不同拉伸倍率下的声速曲线，然后将曲线反推到拉伸倍率为零处，该点的声速值即可看做该纤维的无规取向声速值C u (见图1)。 思考题： 1、影响实验数据精确性的关键问题是什么？ 答：对纤维的拉伸会改变纤维的取向。所以为保证测试的精确性，每种纤维试样至少取3根以上迸行测定。 2、比较声速法与双折射法，两者各有什么特点？ 三、光学解偏振法测聚合物的结晶速度 （无计算题，最好知道公式。背思考题。） 测定聚合物等温结晶速率的方法：比容、红外光谱、X 射线衍射、广谱核磁共振、双折射法等。 本实验采用光学解偏振法，它具有制样简便、操作容易、结晶温度平衡快、实验重复性好等优点。 实验原理：由实验测定等温结晶的解偏振光强－时间曲线，从曲线可以看出，在达到样品的热平衡时间后，首先是结晶速度很慢的诱导期，在此期间没有透过光的解偏振发生，而随着结晶开始，解偏振光强的增强越来越快，并以指数函数形式增大到某一数值后又逐渐减小，直到趋近于一个平衡值。对于聚合物而言，因链段松弛时间范围很宽，结晶终止往往需要很长时间，为了实验测量的方便，通常采用 2 1 1t 作为表征聚合物结晶速度的参数，2 1t 为半结晶期。 即为图2中 2 1 0=--∞∞I I I I t 时所对应的时间。 聚合物结晶过程可用下面的方程式描述： n Kt e C -=-1 。式中：C 为t 时刻的结晶度；K 为 与成核及核成长有关的结晶速度常数；n 为Avrami 指数，为整数，它与成核机理和生长方式有关。 若将上式左边对lg t 作图得一条直线，其斜率为Awami 指数n ，截距就是lg K 。 本实验以等规聚丙烯粒料为试样，采用结晶速度仪测定其结晶速率。 思考题： 1、聚合物的结晶速度与哪些因素有关？ 答：分子主链结构，取代基侧链，分子量；温度，压力，应力、添加剂等。 2、根据实验图分析结晶温度对结晶速度的影响。 四、差示扫描量热法测定聚合物等温结晶速率 实验原理：采用DSC 法测定聚合物的等温结晶速率时，首先将样品装入样品池，加热到熔点以上某温度保温一段时间，消除热历史，然后迅速降到并保持某一低于熔点的温度，记录结晶热随时间的变化，如图1（a ）。可以看到随结晶过程的进行，DSC 谱图上出现一个结晶放热峰。当曲线回到基线时，表明结晶过程已完成。记放热峰总面积为A0，从结晶起始时刻（t 0）到任一时刻t 的放热峰面积A t 与A 0之比 2 I I +∞0 I ∞ I i τ0 t 2 1 t ∞ 解偏振光强 时间 图2 等温结晶的解偏振光强—时间曲线 结晶在Tg 和Tm 之间。靠近Tg ， 链段难运动；靠近Tm ，晶核难生
中科院高分子物理考研概念及要点、考点总结(强烈推荐)
第一章 高分子的链结构 1.1 高分子结构的特点和内容 高聚物结构的特点: 1. 是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子，相对分子质量大，相对分子质量往往存着分布。 2. 一般高分子主链都有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。 3.晶态有序性较差，但非晶态却具有一定的有序性。 4.要使高聚物加工成有用的材料，往往需要在其中加入填料，各种助剂，色料等.。 5. 凝聚态结构的复杂性: 结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。 1.2 高分子的近程结构 (,)(,)??????????????????????????????????????????????????????????? 结构单元的化学组成结构单元键接方式 结构单元空间立构近程结构支化高分子链结构交联结构单元键接序列高聚物结构高分子链尺寸分子量均方半径和均方末端距远程结构高分子链的形态构象柔性与刚性非晶态结构晶态结构高分子聚集态结构液晶结构 取向结构多相结构 链结构:指单个分子的结构和形态. 链段:指由高分子链中划出来的可以任意取向的最小链单元. 近程结构:指链结构单元的化学组成，键接方式，空间方式，空间立构，支化和交联，序列结构等问题. 共聚物:由两种以上单体所组成的聚合物. 有规立构聚合物:指其化学结构单元至少含有一个带有两个不同取代原子或基团的主链碳原子，并且沿整个分子链环绕这种碳原子是有规律的. 全同立构:高分子全部由一种旋光异构单元键接而成. 间同立构:由两种旋光异构单元交替键接. 无规立构:两种旋光异构单元完全无规则键接时. 等规度:高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数. 临界聚合度:聚合物的分子量或聚合度一定要达到某一数值后，才能显示出适用的机械强度，这一数值称为~. 键接结构:是指结构单元在高分子链中的连接方式. 支化度:以支化点密度或相邻支化点之间的链的平均分子量来表示运货的程度. 交联结构:高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网型大分子时即成为交联结构. 交联度:通常用相邻两个交联点之间的链的平均分子量Mc 来表示. 交联点密度:为交联的结构单元占总结构单元的分数，即每一结构单元的交联几率. 1.3 高分子的远程结构 构造: 是指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列顺序，支链的类型和长度等. 构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为~ 构型: 是指某一原子的取代基在空间的排列. 遥爪高分子：是端基具有特定反应性技的聚合物.
高分子化学与物理总结
一、名词解释 3.单体单元:(与单体具有相同的化学组成，只是电子结构不同的原子组合。） 4.结构单元:(构成高分子主链，并决定主链结构的最小的原子组合。) 5.重复结构单元:（主链上化学组成相同的最小原子组合，有时简称为重复单元或链节。) 7.聚合度：(结构单元数n定义位高分子的聚合度X。)1.体型缩聚:多官能单体参加反应，能形成非线性的多支链产物，支化的大分子有可能进一步交联成体型结构的产物,这种凡能形成体型结构缩聚物的缩聚反应,称为体型缩聚。 2．凝胶现象：体型缩聚反应在聚合过程中一般表现为反应体系的黏度在聚合初期逐渐增大，当反应进行一定程度后，黏度突然急剧增大，体系转变为具有弹性的凝胶状物质，这一现象称为凝胶化或凝胶现象。 3.凝胶点：出现凝胶现象时的反应程度(临界反应程度)称为凝胶点。 1７. 转化率 :已转化为聚合物的单体量占起始单体量的百分数 18. 反应程度：参加反应的官能团数目与起始官能团数目的比值 偶合终止：两个大分子自由基相互结合生成一个大分子的终止方式,称为偶合终止。 歧化终止:歧化终止两个大分子自由基相互间反应,生成两个大分子的终止方式，称为歧化终止。 链转移反应:链转移反应是指在聚合过程中,链自由基可能从单体、引发剂、溶剂或大分子上夺取一个原子(大多数为氢原子)而终止，而失去一个原子的分子则成为新的自由基,并能继续进行反应形成新的活性自由基链,使聚合反应继续进行。 引发剂效率：用于引发聚合的引发剂量占引发剂分解总量的百分率。 诱导分解：自由基（包括初级自由基、单体自由基、链自由基）向引发剂分子的链转移反应。 笼蔽效应：引发剂分解产生的初级自由基在与单体反应生成单体自由基之前，发生了副反应而失活这种效应称为笼蔽效应。 诱导效应:有机分子中引入一原子或基团后,使分子中成键电子云密度分布发生变化,从而使化学键发生极化的现象,称为诱导效应 6.异构化聚合:阳离子聚合中由于碳正离子的不稳定，异构成更稳定的结构,发生所谓的异构化反应。若异构化反应比链增长更快,则进行异构化聚合。 7．活性聚合:当单体转化率达到１00％时，聚合仍不终止,形成所具有反应活性聚合物的聚合。 ８.等规度：表征聚合物的立构规整指数,即有规立聚合物量当的分率。 ５、构型:分子链中通过化学键相连接的原子和原子团的排列方式 ７、几何异构：当分子链的双键两侧的碳原子所连接的原子或者集团在空间的排列方式不同时就会形成顺势结构和反式结构,这种结构称为几何异构 １0、构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是稳定的,要改变构型必须经过化学键的断裂和重组; 1１、构象:由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化； 1３、内聚能密度：单位体积的内聚能,内聚能是指将1mｏl的液体或固体分子气化所需要的能量； 17、结晶度:聚合物中结晶部分的重量或体积对全体重量或体积的百分数； 1８、结晶形态:由晶胞排列堆砌生长而成的晶体大小和几何形态; 19、取向：聚合物受到外力作用后，分子链和链段沿外力作用方向的择优排列;
高分子化学实验讲义
实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 一、实验目的 1.了解自由基本体聚合的特点和实施方法。 2.熟悉有机玻璃的制备方法，了解其工艺过程。 二、实验原理 本体聚合是在不加溶剂与介质条件下单体进行聚合反应的一种聚合方法。与其它聚合方法如溶液聚合、乳液聚合等相比，本体聚合可以制得较纯净、分子量较高的聚合物，对环境污染较低。 在本体聚合中，随着转化率的提高，聚合物的黏度增大，反应所产生的热量难于散发，同时增长链自由基末端被黏性体系包埋，很难扩散，使得双基终止速率大大降低，聚合速率急剧增加，从而导致出现“自加速现象”或“凝胶效应”。这些都将引起聚合物分子量分布增宽，并影响制品性能。 本实验以甲基丙烯酸甲酯为单体，在引发剂的存在下，通过本体聚合法，一步制备有机玻璃板。在实验中，为了避免因体系黏度增大导致的体系热量积聚、“自动加速现象”可能引起的爆聚及聚合体系体积收缩等问题，一般采用预聚合的方法，严格控制反应温度，降低聚合反应速率，从而使聚合反应安全度过“危险期”，进一步提高聚合温度，完成聚合反应。 三、主要药品和仪器 甲基丙烯酸甲酯（MMA—单体）20 ml 过氧化二苯甲酰（BPO—引发剂）0.04 g 锥形瓶（50mL）1个 胶塞1个 恒温水浴1套 试管夹1个 四、实验步骤 1.预聚合 在50mL锥形瓶中加入20mLMMA及BPO，瓶口用胶塞盖上或直接用铝箔封口，用试管夹夹住瓶颈在85~90 o C的水浴中不断摇动，进行预聚合约1h，注意观察体系的黏度变化，当体系黏度变大，但仍能顺利流动时（黏度近似室温下的甘油），结束预聚合。 2.浇铸灌模
将以上制备的预聚液小心地倒入一次性纸杯，盖上盖子，浇灌时注意防止锥形瓶外的水珠滴入。 3.后聚合 将灌好预聚液的纸杯放入45~50 o C的水浴中反应约48小时，注意控制温度不能太高，否则易使产物内部产生气泡。然后再在烘箱中升温至100~105 o C反应2~3h，使单体转化完全，完成聚合。 4.取出所得有机玻璃板，观察其透明性，是否有气泡。 五、思考题 1.采用预聚制浆有什么好处？ 2.怎样防止有机玻璃中产生气泡？ 3.写出MMA聚合反应历程。 实验二醋酸乙烯酯的乳液聚合 概述 聚醋酸乙烯酯乳液( Polyvinyl acetate, 简称PV Ac)最重要的应用是作为胶粘剂，它除了具有粘接强度大、耐久性好、粘结层坚韧、使用温度范围宽、制造成本低廉外，还具有其他胶粘剂不可比拟的无毒、无腐蚀和优良的环保性能，在胶粘剂中所占的比例也越来越大。被广泛用于木材加工、家具组装和建筑装潢等领域。 PV Ac乳液也存在一些缺点，主要是耐水性差，在湿热条件下其粘接强度会有很大程度下降，其成膜的抗蠕变性差。因此，为了更好满足市场的要求，扩大其应用范围，许多研究者对PV Ac乳液进行改性。主要集中在共混、共聚、保护胶体、乳化体系和引发体系等方面。 一、实验目的 1.学习乳液聚合方法，制备聚醋酸乙烯酯乳液。 2.了解乳液聚合机理及乳液聚合中各个组分。 二、实验原理 乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下分散在介质中，加入水溶性引发剂，在搅拌或振荡下进行的非均相聚合反应。它既不同于溶液聚合，也不同于悬浮聚合。乳化剂是乳液聚合的主要成分。乳液聚合的引发、增长和终止都在胶束的乳胶粒内进行，单体液滴只是单体的储库。反应速率主要决定于粒子数，具有快速与分子量高的特点。 醋酸乙烯酯乳液聚合机理于一般乳液聚合相同，采用过硫酸盐为引发剂。为使反应平稳
高分子化学与物理实验
高分子化学与物理实验一、实验课程： 高分子化学与物理 二、实验项目： 三、实验教材： 《高分子化学与物理实验教程》，卢神州，自编 四、主要仪器设备： 膨胀计20个
稀释型乌氏粘度计20个 GJY-III型光学解偏振仪2台 RL—11B1熔体流动速率测定仪2台五、实验教学课件
实验1 乙酸乙烯酯的乳液聚合 1 实验目的 了解乳液聚合的基本原理并掌握相应的实验技术。 2 试验仪器、工具及试样 （1）试剂和试样： 乙酸乙烯酯（化学纯），过硫酸铵（化学纯），聚乙烯醇（PV A1788）（化学纯），乳化剂OP－10（化学纯），邻苯二甲酸二丁酯（化学纯），碳酸氢钠（化学纯） （2）试验仪器和工具： 水浴锅（1000ml），增力搅拌器，聚四氟乙烯搅拌棒，变压器（1KV），滴液漏斗（磨口，60ml），球形冷凝管（磨口），温度计（0～100℃），量筒（100ml，50ml，10ml），烧杯（250ml，50ml，10ml），移液管（10ml，5ml，1ml），三口磨口烧瓶(250ml（19×3）)，玻璃棒，封闭电炉（1000瓦）、氮气瓶（高纯氮），电子天平 3 基本知识 聚乙酸乙烯酯是由乙酸乙烯酯在光或过氧化物引发下聚合而得。根据反应条件，如反应温度、引发剂浓度的不同，可以得到分子量从几千到十几万的聚合物。聚合反应可按本体、溶液或乳液等方式进行。采用何种方法决定于产物的用途。如果作为涂料或粘合剂，则采用乳液聚合方法。聚乙酸乙烯酯胶乳漆具有水基漆的优点，即粘度较小，而分子量较大，不用易燃的有机溶剂。作为粘合剂时(俗称白胶)，无论木材、纸张和织物，均可使用。 乙酸乙烯酯乳液聚合的机理与一般乳液聚合相同。采用过硫酸盐为引发剂，为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分批加入。聚合中最常用的乳化剂是聚乙烯醇。实践中还常把两种乳化剂合并使用，乳化效果和稳定性比单独用一种要好。本实验采用聚乙烯醇和OP－10两种乳化剂。 单体纯度、引发剂以及聚合温度和转化率等都对产物分子量有很大影响。另外，由于乙酸乙烯酯自由基活性很高，容易对聚合物发生链转移而形成支链或交联产物。 4 实验方法与操作步骤 在装有搅拌器、回流冷凝管与滴液漏斗的三颈瓶中加入乳化剂[注1]（6g聚乙烯醇溶于78ml 蒸馏水及1g乳化剂OP－10）及20ml乙酸乙烯酯。称1g过硫酸铵[注2]，用5ml水溶解于小烧
《高分子物理实验讲义》
实验1 平衡溶胀法测定交联聚合物的溶度参数与交联度 溶度参数是与物质的内聚能密度有关的热力学参数，实际上也是表征分子间作用力的物理量。在高分子溶液性质的研究中以及生产实际中，常常凭借溶度参数来判断非极性体系的互溶性。例如，溶度参数对聚合物的溶解、油漆和涂料的稀释、胶黏剂的配制、塑料的增塑、聚合物的相容性、纤维的溶液纺丝等等，都有一定的参考价值。 对于交联聚合物，与交联度直接相关的有效链平均分子量 C M 是一个重要的结构参数，C M 的大小对交联聚合物的物理机械性能具有很大的影响。 因此，测定和研究聚合物的溶度参数与交联度十分重要，平衡溶胀法是间接测定交联聚合物的溶度参数与有效链平均分子量 C M 的一种简单易行的方法。另外还可间接测得高分子-溶剂的相互作用参数1x 。 一、实验目的： （1）了解溶胀法测聚合物溶度参数及 C M 的基本原理。 （2）掌握重量法测交联聚合物溶胀度的实验技术。 （3）粗略地测出交联聚合物的溶度参数、C M 及1x 。 二、实验原理： 聚合物的溶度参数不像低分子化合物可直接从汽化热测出，因为聚合物分子间的相互作用能很大，欲使其汽化，势必裂解为小分子，所以只能用间接的方法测定，平衡溶胀法是其中的一种方法。交联结构的聚合物不能为溶剂所溶解，但能吸收大量的溶剂而溶胀。溶胀过程中，溶剂分子渗入聚合物内使体积膨胀，以致引起三维分子网的伸展，而分子网受到应力产生了弹性收缩力，阻止溶剂进入网状链。当这两种相反的倾向相互抵消时，即溶剂分子进入交联网的速度与被排出的速度相等，就达到了溶胀平衡态。 溶胀的凝胶实际上是聚合物的溶解液，能溶胀的条件与线性聚合物形成溶液相同。根据热力学原理，聚合物能够在液体中溶胀的必要调节是混合自由能 m F <0 ，而
高分子物理详细重点总结
名词解释： 1.时间依赖性：在一定的温度和外力作用下，高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间 2.松弛时间τ:橡皮由ΔX(t)恢复到ΔX(0)的1/e时所需的时间 3. 4. 5.松弛时间谱：松弛过程与高聚物的相对分子质量有关，而高聚物存在一定的分子量分布，因此其松弛时间不是一个定值，而呈现一定的分布。 6.时温等效原理：升高温度或者延长观察时间（外力作用时间）对于聚合物的分子运动是等效的，对于观察同一个松弛过程也是等效的。 7.模量：材料受力时，应力与应变的比值 8.玻璃化温度：为模量下降最大处的温度。 9.自由体积：任何分子的转变都需要有一个自由活动的空间,高分子链活动的空间 10.自由体积分数（f）：自由体积与总体积之比。 11.自由体积理论：当自由体积分数为2.5%时，它不能够再容纳链段的运动，链段运动的冻结导致玻璃化转变发生。 12.物理老化：聚合物的某些性质随时间而变化的现象 13.化学老化：聚合物由于光、热等作用下发生的老化 14.外增塑：添加某些低分子组分使聚合物T g下降的现象 15.次级转变或多重转变：Tg以下，链段运动被冻结，存在需要能量小的小尺寸运动单元的运动 16.结晶速率：物品结晶过程进行到一半所需要时间的倒数 17.结晶成核剂：能促进结晶的杂质在结晶过程中起到晶核的作用 18.熔融：物质从结晶态转变为液态的过程 19.熔限：结晶聚合物的熔融过程，呈现一个较宽的熔融温度范围 20.熔融熵S m：熔融前后分子混乱程度的变化
21.橡胶: 施加外力时发生大的形变，外力除去后可以恢复的弹性材料 22.应变: 材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时,它的几何形 状和尺寸将发生变化 23.附加应力：可以抵抗外力的力 24.泊松比：拉伸实验中材料横向应变与纵向应变比值的负数 25.热塑性弹性体：兼有橡胶和塑料两者的特性，在常温下显示高弹，高温下又能 塑化成型 26.力学松弛：聚合物的各种性能表现出对时间的依赖性 27.蠕变：在一定的温度下和较小恒应力的持续作用下，材料应变随时间的增加而 增大的现象 28.应力松驰：在恒定温度和形变保持不变条件下，聚合物内部应力随时间的增加 而逐渐衰减的现象 29.滞后：聚合物在交变应力作用下形变落后于应力变化的现象 30.力学损耗或者内耗：单位体积橡胶经过一个拉伸~回缩循环后所消耗的功 31.储存模量E’：同相位的应力与应变的比值 32.损耗模量E”：相差90度相位的应力振幅与应变振幅的比值 33.Boltzmann叠加原理：聚合物的力学松弛行为是其整个历史上各松弛过程的 线性加和 34.应变软化：随应变增大，应力不再增加反而有所下降 35.银纹屈服：聚合物受到张应力作用后，由于应力集中产生分子链局部取向和塑 性变形，在材料表面或内部垂直于应力方向上形成的长100、宽10、厚为1微米左右的微细凹槽或裂纹的现象 36.裂纹：由于分子链断裂而在材料内部形成的空隙，不具有强度，也不能恢复。 37.应力银纹——当应力达到临界应力值后在聚合物材料内部引发形成的银纹 38.环境银纹——在环境和应力的共同作用下，在远低于临界应力值时在聚合物材 料内部引发形成的银纹 39.剪切屈服：拉伸韧性聚合物材料到达屈服点时，试样在与拉伸方向成450角