聚合物结构与性能

聚合物结构与性能
聚合物结构与性能

一、名词解释(5个)

聚合物分子(高聚物分子,通常简称为高分子):(1)这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节) (2)并且只有一种或少数几种链节(3)这些需要的链节多重重复重现。

长周期:在纤维轴方向片晶和非晶能重复出现的最短距离,即片晶和非晶的平均厚度之和缚结分子:连结至少两个晶体的分子。

初期结晶:是指液态或气态初步形成晶体的过程

预先成核:晶核预先存在,成核速率与时间无关。

二、概念的区别与联系(4对)

1、微构象与宏构象

微构象:分子中的一小部分由于一个或数个键的内旋转所引起的构象。

宏构象:表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间排列。

2、玻璃化转变温度与熔融温度

玻璃化转变温度:非晶态聚合物或部分结晶聚合物中非晶相发生玻璃化转变所对应的温度。熔融温度:晶体物质由固态向液态转变时固液两相共存的温度。

3. 应力与应变

应力:受力物体截面上内力的集度,即单位面积上的内力。

应变:物体内任一点因各种作用引起的相对变形。

4、质量结晶度与体积结晶度

质量结晶度:X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关,原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状,不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比,等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。即()。理论上,只要知道晶区和非晶区衍射的X射线的总强度,就可计算结晶度。在实际工作中,只能在一定的角度范围收集衍射强度数据,无法收集到样品衍射或散射X射线的总强度。这样,在所收集的数据中,晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。所以,应加入比例常数即,,式中,K为比例常数。

体积结晶度:用X-射线衍射法体积结晶度。根据微原纤结构模型即可测得结晶度式中,D为晶片厚度,L为长周期。

三、球晶的光学性质与其内部结构的关系

在正交偏光显微镜下,球晶呈现特有的黑十字消光图像及明暗相间的消光环,其中黑十字消光图像反映的是球晶中晶片的径向生长,消光环反映的是球晶中晶片的扭曲生长。

四、什么是超分子结构?超分子结构参数有哪些?用简述或图示法说明用X-射线图确定超分子结构参数的基本依据。

答:超分子结构:高分子链之间通过强的或弱的相互作用所形成的聚集体。

结构参数:1.结晶度 2. 取向度 3 .晶粒尺寸 4.长周期

X-射线可测定质量结晶度和体积结晶度。

假设:X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关,原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状,不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比,等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。

理论上,只要知道晶区和非晶区衍射的X射线的总强度,就可根据上式计算结晶度。在实际工作中,只能在一定的角度范围收集衍射强度数据,无法收集到样品衍射或散射X射线的总强度。这样,在所收集的数据中,晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。所以,

应在上式中加入比例常数

式中,K为比例常数。晶区的衍射强度Ic和非晶区的散射强度Ia则表示在一定角度范围内收集到的X射线衍射的积分强度。对有些高聚物,晶区和非晶区对衍射强度的贡献集中在一定的角度范围内,可近似取K值为1。为计算方便,有时用衍射峰的面积代替积分强度。

主要计算方法有:作图法,Ruland法(考虑晶格畸变的影响),拟合分峰法(Hindeleh),回归线法

(1) 晶峰和非晶峰可以分开的样品(作图法)

(2) 非晶峰和晶峰重叠的样品(Hindeleh, Farrow, Ruland, 回归线法)

体积结晶度:

用X-射线衍射法体积结晶度。根据微原纤结构模型:

式中,D为晶片厚度,L为长周期。

五、概述结晶高聚物从低温到高温升温时,可能发生的热转变,其相应温度的名称;并给出转变的分子运动解释。

答、随着受热温度的增加,结晶高聚物可能发生的热转变有:玻璃化转变,对应的温度名称为玻璃化温度Tg;熔融态转变,对应的温度名称为熔点Tm;最后到达向粘流态转变,对应的温度名称为粘流温度Tf。分子运动角度对发生的热转变解释如下:结晶高聚物由于含有非结晶部分,因此其温度形变曲线也会出现玻璃化转变,但由于结晶部分的存在,链段运动受到限制,模量下降较少。对于结晶度很高的材料也会不出现玻璃化转变,即在Tg-Tm之间并不出现高弹态,只有达到熔点Tm,结晶瓦解,链段热运动程度迅速增加,模量才迅速下降。为什么PE能制成高强高模纤维就是这个道理。若高聚物分子量较高TmTf,大分子晶体熔融后直接变成粘流态。

六、绘出玻璃态聚合物纤维在单轴拉伸时的应力–应变曲线,并指出从应力应变曲线可获得的参数

σb断裂强度,σy屈服强度,εb断裂伸长率,εy屈服伸长率。

七、影响高聚物材料强度的因素

1)化学结构的影响:①链结构。提高化学结构的规整性,使之具有结晶性,引入交联键或增加分子链的刚性均有利于提高材料的强度。②分子量。随着分子量的增大,强度增加,但当分子量相当大时,强度与分子量几乎无关。③交联的影响,通过化学交联,物体形成坚硬网络结构,有利于提高材料的强度。材料的强度不只受交联密度的影响,主要还取决于分子间作用力和结果的均匀性。④分子间作用力的影响,分子间作用力愈强(极性基团),高聚物的强度也愈高。

2)超分子结构影响:①单位立方体模型的影响,在串联模型中,两相的应力相等,应变为两相应变之和,在并联模型中,两相的应变相等,应力为两相应力之和,混合模型则可以看成并串联之间的组合。②结晶度。结晶度增大,E增大。③晶粒尺寸。在结晶度一定时,晶粒的体积越小,纤维的强度越大。同时,晶粒的长径比越大,纤维的强度越大。④取向度。取向度提高强度增大。⑤织态结构的影响,高聚物中加入增塑剂、填料,以及高聚物共混物等复合材料都会影响其强度。

3)测试条件影响:①湿度的影响,湿度对纤维力学性能影响最严重的是初始模量,湿度增加,初始模量减少。②温度的影响,一般说来,随着温度的降低,材料的断裂强度有所提高。

③试样夹持长度的影响,夹持长度越长,纤维的强度越低,伸长率越大。④拉伸速率的影响,拉伸速率越小,伸长率越高,强度越低,拉伸速率越大,伸长率越小,强度越高。

八、材料结构、性能、制备工艺之间的关系(先综述后举例)

不同的材料具有不同的性能,材料的组成与结构决定材料的性能,而组成和结构又是合成和

制备过程(制备工艺)的产物。材料的组成与结构是指构成材料物质的原子、分子以及它们在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布;性能是指材料固有的物理化学特性,也是确定材料用途的依据;制备工艺是指促使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过程。材料的组成和结构决定材料的性能,如组成物质的基本单元是原子,各种原子以不同的结合键形成材料,其性能也有所差异;如:以离子键为主的材料强度高,硬度大,脆性大(力学性能);熔点高,热膨胀系数小(热学性能);导电性较差,熔融态为离子导体(电学性能);对红外光吸收较强,多是无色或浅色透明的(光学性能)。

制备工艺影响性能,如:制备多孔陶瓷的过程中,不同的成孔方法所制备的多孔陶瓷性能不同,添加造孔剂法可制备气孔形状复杂的材料,此类材料可作为催化剂载体;有机泡沫浸渍工艺可制备高气孔率且强度高的制品,用作金属熔体过滤器等,而且除此之外,制备过程中原料粉末松装程度,成型压力,烧结温度等对制品气孔率,气孔尺寸都有影响。

《聚合物结构与性能测试 》实验教学大纲

《聚合物结构与性能测试》实验教学大纲 一、课程简介 本课程为高分子材料与工程本科专业的限选课。主要内容包括聚合物材料的光谱分析、热分析、力学性能分析、分子量测定及其电性能测试技术。课程不但讲授各类分子测试方法的基本原理、实验技术、主要用途及局限性等。同时介绍这些方法的最新进展和发展趋势等。拟通过本课程的学习,使学生掌握了解材料特别是高分子材料的结构与性能的各种研究测试方法。 二、课程实验教学目的与要求 本课程的目的是让学生在理论课程学习的同时,了解和掌握各种现代化的聚合物材料的微观结构和各种分析测试手段方法。使学生系统地掌握分析测试实验的原理、实验基本知识和技能,为以后学习和从事高分子学科内的工作打下基础。本课程基本要求:理解实验原理及实验方案,掌握正确操作规程;掌握各种仪器的使用,了解其性能参数、适用范围及注意事项等。 三、试验项目 四、实验一:红外光谱再聚合物结构鉴定中的应用 【实验目的、任务】 通过本实验了解红外光谱仪的结构特点及操作规程;掌握红外样品的制备方法;掌握红外光谱分析的原理和图谱分析。 【实验内容】 使用红外光谱鉴定聚合物中的红外基团。 【实验原理】 红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行结构测定。 【实验难重点】 1.重点:红外光谱分析的基本原理 2.难点:红外光谱的解析 实验二:聚合物材料的热分析 【实验目的、任务】 通过本实验掌握聚合物TG、DSC的分析原理和应用。了解热分析仪的结构及操作程序。 【实验内容】 使用热分析仪测量聚合物的热转变 【实验原理】 在加热或冷却过程中,随着物质的结构、相态(如Tg)和化学性质的变化都会

高聚物结构与性能

1.聚合物表面改性 聚合物表面改性方法可以分为以下几种:化学改性、光化学改性、表面改性剂改性、力化学处理、火焰处理与热处理、偶联剂改性、辐照与等离子体表面改性。 (1)化学改性是通过化学手段对聚合物表面进行改性处理,其具体方法包括化学氧化法、化学浸蚀法、化学法表面接枝等。 化学氧化法是通过氧化反应改变聚合物表面活性。常用的氧化体系有:氯酸-硫酸系、高锰酸-硫酸系、无水铬酸-四氯乙烷系、铬酸-醋酸系、重铬酸-硫酸系及硫代硫酸铵-硝酸银系等,其中以后两种体系最为常用。 化学浸蚀法是用溶剂清洗可除去聚烯烃表面的弱边界层,例如通过用脱脂棉蘸取有机溶剂,反复擦拭聚合物表面多次等。 聚合物表面接枝,是通过在表面生长出一层新的有特殊性能的接枝聚合物层,从而达到显著的表面改性效果。 (2)光化学改性主要包括光照射反应、光接枝反应。 光照射反应是利用可见光或紫外光直接照射聚合物表面引起化学反应,如链裂解、交联和氧化等,从而提高了表面张力。 光接枝反应就是利用紫外光引发单体在聚合物表面进行的接枝反应。 (3)表面改性剂改性 采用将聚合物表面改性剂与聚合物共混的方式是一种简单的改性办法,它只需要在成型加工前将改性剂混到聚合物中,加工成型后,改性剂分子迁移到聚合物材料的表面,从而达到改善聚合物表面性能的目的。 (4)力化学处理是针对聚乙烯、聚丙烯等高分子材料而提出来的一种表面处理和粘接方法,该方法主要是对涂有胶的被粘材料表面进行摩擦,通过力化学作用,使胶黏剂分子与材料表面产生化学键结合,从而大大提高了接头的胶接强度。力化学粘接主要是通过外力作用下高分子键产生断裂而发生化学反应,包括力降解、力化学交联、力化学接枝和嵌段共聚等。(5)火焰处理就是在特别的灯头上,用可燃气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时处理,使其表面发生氧化反应而达到表面改性的效果。热处理是将聚合物暴露在热空气中,使其表面氧化而引入含氧基团。 (6)偶联剂是一种同时具有能分别与无机物和有机物反应的两种性质不同官能团的低分子化合物。其分子结构最大的特点是分子中含有化学性质不相同的两个基团,一个基团的性质亲无机物,易于与无机物表面起化学反应;另一个基团亲有机物,能与聚合物起化学反应,生成化学键,或者能互相融合在一起。偶联剂主要包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂两大类,其作用机理同表面活性剂的改性机理相同。 (7)辐照改性是聚合物利用电离辐射(直接或间接的导致分子的激发和电离)来诱发一些物理化学变化,从而达到改性的目的。等离子体表面改性是通过适当选择形成等离子体的气体种类和等离子体化条件,对高分子表面层的化学结构或物理结构进行有目的的改性。2.哪些物质能形成液晶,判断、表征 形成液晶物质的条件: (1)具有刚性的分子结构。 (2)分子的长宽比。棒状分子长宽比>4左右的物质才能形成液晶态;盘状分子轴比<1/4左右的物质才能呈现液晶态。 (3)具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的凝聚力。这种凝聚力通常是与结构中的强极性基团、高度可极化基团、氢键等相联系的。 液晶相的判断:各种液晶相主要是通过它们各自的光学形态即织构来识别的,即在正交偏光显微镜下可观察到各种不同的由双折射产生的光学图像,这些图像是由“畴”和向错构成的。

聚合物结构与性能题目

《聚合物结构与性能》习题集考试为开卷考试,但只能带课本,不能带任何资料,就是希望大家完全掌握下列知识,做合格高分子专业研究生! 一、提高聚合物样品电镜下稳定性的方法 对样品进行支撑: 1.大目数电镜铜网,如 400目铜网; 2.无定型材料作支持膜:硝化纤维素(火棉胶),聚乙烯醇缩甲醛(PVF),或无定型碳;碳支持膜:通过真空蒸涂的办法,将碳沉积在光洁的载玻片或新剥离云母片表面,然后漂在蒸馏水表面,转移至铜网上。 二、提高聚合物样品成像衬度的方法有几个? (1)染色:将电子密度高的重金属原子渗入聚合物的某些区域通过提高其电子密度来增大衬度的。从最终效果上染色分正染色和负染色。从作用机制上染色分化学反应和物理渗透。从手段上分直接染色和间接染色。 最常用的染色剂有:四氧化锇(OsO4)、四氧化钌(RuO4) 四氧化锇(OsO4)染色:四氧化锇染色是利用其与-C=C-双键以及-OH和-NH2基团间的化学反应,使被染色的聚合物含有重金属锇,从而使图像的衬度提高。 四氧化钌(RuO4)染色:四氧化钌染色是利用其对不同聚合物或同一聚合物的不同部位(如晶区和非晶区)的不同渗透速率,使不同

聚合物或同一聚合物的不同部位含有不同量的重金属钌,从而使图像的衬度提高。 (2)晶粒方向: 为得到清晰的衬度,可调整晶体样品的取向,使得除透射电子束外,只出现一个很强的衍射束,一般称为双光束情况 (3)调整样品厚度; (4) 结构缺陷; (5)一次电子与二次电子相位 三、何为橡胶的高弹性?高弹性的本质是什么?什么化学结构和聚集态结构的高分子能够作为橡胶材料?请用应力应变曲线表达出橡胶、塑料、有机纤维三者的区别。 橡胶的高弹性:小应力下的大形变、外力除去后可以恢复; 高弹性的本质是熵弹性。橡胶弹性是由熵变引起的,在外力作用下,橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态,熵减小,当外力移去后,由于热运动,分子链自发地趋向熵增大的状态,分子链由伸展再回复卷曲状态,因而形变可逆。 具有橡胶弹性的化学结构条件: (1)由长分子链组成 (2)分子链必须有高度的柔性 (3)分子链必须结合在一个交联网络之中 第一个条件是熵弹性的本源;第二个条件是分子链迅速改变构想的可能;第三个条件保证了可恢复性,这是橡胶材料不同于单分子链之处。 (4)具有橡胶弹性的凝聚态结构:无定形态。(橡胶的聚集态是指很多生胶分子聚集在一起时分子链之间的几何排列方式和堆砌

聚合物材料的动态力学性能测试

测量形状记忆高聚物性能原理及应用 聚合物材料地动态力学性能测试 在外力作用下,对样品地应变和应力关系随温度等条件地变化进行分析,即为动态力学分析.动态力学分析能得到聚合物地动态模量( ′)、损耗模量(″)和力学损耗(δ).这些物理量是决定聚合物使用特性地重要参数.同时,动态力学分析对聚合物分子运动状态地反应也十分灵敏,考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件地变化地特性可得到聚合物结构和性能地许多信息,如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等.b5E2R。 实验原理 高聚物是黏弹性材料之一,具有黏性和弹性固体地特性.它一方面像弹性材料具有贮存械能地特性,这种特性不消耗能量;另一方面,它又具有像非流体静应力状态下地黏液,会损耗能量而不能贮存能量.当高分子材料形变时,一部分能量变成位能,一部分能量变成热而损耗.能量地损耗可由力学阻尼或内摩擦生成地热得到证明.材料地内耗是很重要地,它不仅是性能地标志,而且也是确定它在工业上地应用和使用环境地条件.p1Ean。 如果一个外应力作用于一个弹性体,产生地应变正比于应力,根据虎克定律,比例常数就是该固体地弹性模量.形变时产生地能量由物体贮存起来,除去外力物体恢复原状,贮存地能量又释放出来.如果所用应力是一个周期性变化地力,产生地应变与应力同位相,过程也没有能量损耗.假如外应力作用于完全黏性地液体,液体产生永久形变,在这个过程中消耗地能量正比于液体地黏度,应变落后于应力,如图()所示.聚合物对外力地响应是弹性和黏性两者兼有,这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用,而分子链又倾向于排列成最低能量地构象.在周期性应力作用地情况下,这些分子重排跟不上应力变化,造成了应变落后于应力,而且使一部分能量损耗.图()是典型地黏弹性材料对正弦应力地响应.正弦应变落后一个相位角.应力和应变可以用复数形式表示如下.DXDiT。 σ*σ(ω) γ*γ [ (ωδ) ] 式中,σ和γ为应力和应变地振幅;ω是角频率;是虚数.用复数应力σ*除以复数形变γ*,便得到材料地复数模量.模量可能是拉伸模量和切变模量等,这取决于所用力地性质.为了方便起见,将复数模量分为两部分,一部分与应力同位相,另一部分与应力差一个地相位角,如图()所示.对于复数切变模量RTCrp。 *′″ (-) 式中

聚合物的流变性能

第四节聚合物的流变性能 一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。这时可把熔体看成连续介质,在机器某些部位上,如螺杆,料筒,喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力,时间,温度的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切的联系。 处于层流状态下的聚合物熔体,依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。 1 关于流变性能 (1)剪切速率,剪切应力对粘度的影响 通常,剪切应力随剪切速率提高而增加,而粘度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。 剪切粘度对剪切速率的依赖性越强,粘度随剪切速率的提高而讯速降低,这种聚合物称作剪性聚合物,这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征,但不同聚合物剪切变稀程度是不同的,了解这一点对注塑有重要意义。 (2)离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时,熔体流的直径,大于流道出口的直径,这种现象称为离模膨胀效应。 普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应,粘弹效应要影响膨胀比的大小,温度,剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹性反映,这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。 在纯剪切流动中法向效应是较小的。粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。流道的影响;假如流道长度很短,离模效应将受到入口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要收剑流动,流动正处在速度重新分布的不稳定时期,如果浇口段很短,熔体料流会很快地出口,剪切应力的作用会突然消失,速度梯度也要消除,大分子发生蜷曲,产生弹性恢复,这会使离模膨胀效应加剧。如果流道足够长,则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。这时影响离模膨胀效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。 (3)剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区:低剪切速率区,在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢复,所以表现出粘度不变的牛顿特性。中剪切区,随着剪切速率的提高,高分子链段缠结被顺开且来不及重新恢复。这样就助止了链段之间相对运动和内磨擦的减小。可使熔体粘度降低二至三个数量级,产生了剪切稀化作用。在高剪切区,当剪切速率很高粘度可降至最小,并且难以维持恒定,大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直,表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提高,出现不稳定流动,这种不稳定流动形成弹性湍流熔体出现波纹,破裂现象是熔体不稳定的重要标志。 当剪切速率达到弹性湍流时,熔体不仅不会继续变稀,反而会变稠。这是因为熔体发生破裂。 (4)温度对粘度的影响

结构与性能(聚合物部分)整理

高聚物结构与性能 一、高聚物的分子结构 概念: 1大分子(macromolecule);是由大量原子组成的,具有相对高的分子质量或分子重量 2聚合物分子(polymer molecule);也叫高聚物分子,通常简称为高分子,它意味着:(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节);(2) 并且只有一种或少数几种链节;(3) 这些需要的链节多重重复重现 3星形大分子(star macromolecule);从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)的分子若从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)则称为星型高分子 则称为星型高分子 4共聚物(copolymer);由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物 5共聚物分子(copolymer molecule); 6构型(configuration);是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列 7构象(conformation);构象指一个分子中,不改变共价键结构,仅单键周围的原子放置所产生的空间排布(由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为~) 8链段(macromolecular segments);高分子链上对应于伸直长度和柔性与该高分子链相同的自由连结链内一个统计单元的一段分子链 9高分子链的柔性(flexibility of polymer chain), 高分子链在绕单键内旋转自由度,内旋转可导致高分子链构象的变化,因为伴随着状态熵增大,自发地趋向于蜷曲状态,这种特性就称为高分子链柔性 10聚合度(degree of polymerization); 指聚合物大分子中重复结构单元的数目 11侧基(side group);连接在有机物碳链上的取代基 12端基(end group);聚合物分子链端的基团 13无规共聚物(random copolymer);具有Bernoullian序列统计的统计聚合物(聚合物中组成聚合物的结构单元呈无规排列) 14嵌段共聚物(block copolymer);由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的共聚物(聚合物由较长的一种结构单元链段和其它结构单元链段构成) 15统计共聚物(statistic copolymer);通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物分子中的序列 16交替共聚物(alternating copolymer)单体单元A和单体单元B在共聚物分子中交替分布

国家标准塑料及塑料制品性能检测方法标准

1 GB/T 1033-1986 塑料密度和相对密度试验方法 2 GB/T 1034-1998 塑料吸水性试验方法 3 GB/T 1036-1989 塑料线膨胀系数测定方法 4 GB/T 1037-1988 塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法 5 GB/T 1038-2000 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法 6 GB/T 1039-1992 塑料力学性能试验方法总则 7 GB/T 1040-1992 塑料拉伸性能试验方法 8 GB/T 1041-1992 塑料压缩性能试验方法 9 GB/T 1043-1993 硬质塑料简支梁冲击试验方法 11 GB/T 1408.1-1999 固体绝缘材料电气强度试验方法工频下的试验 13 GB/T 1409-1988 固体绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波长在内)下相对介电常数和介质损耗因数的试验方法 14 GB/T 1410-1989 固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法 15 GB/T 1411-2002 干固体绝缘材料耐高电压、小电流电弧放电的试验 16 GB/T 1446-2005 纤维增强塑料性能试验方法总则 17 GB/T 1447-2005 纤维增强塑料拉伸性能试验方法 18 GB/T 1448-2005 纤维增强塑料压缩性能试验方法 19 GB/T 1449-2005 纤维增强塑料弯曲性能试验方法 20 GB/T 1450.1-2005 纤维增强塑料层间剪切强度试验方法 21 GB/T 1450.2-2005 纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法 22 GB/T 1451-2005 纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法 23 GB/T 1458-1988 纤维缠绕增强塑料环形试样拉伸试验方法 24 GB/T 1461-1988 纤维缠绕增强塑料环形试样剪切试验方法 25 GB/T 1462-2005 纤维增强塑料吸水性试验方法 26 GB/T 1463-2005 纤维增强塑料密度和相对密度试验方法 27 GB/T 1633-2000 热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定 28 GB/T 1634.1-2004 塑料负荷变形温度的测定第1部分:通用试验方法 29 GB/T 1634.2-2004 塑料负荷变形温度的测定第2部分:塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料 30 GB/T 1634.3-2004 塑料负荷变形温度的测定第3部分:高强度热固性层压材料 31 GB/T 1636-1979 模塑料表观密度试验方法 32 GB/T 1843-1996 塑料悬臂梁冲击试验方法 33 GB/T 1844.1-1995 塑料及树脂缩写代号第一部分:基础聚合物及其特征性能 34 GB/T 1844.2-1995 塑料及树脂缩写代号第二部分:填充及增强材料 35 GB/T 1844.3-1995 塑料及树脂缩写代号第三部分:增塑剂 36 GB/T 2035-1996 塑料术语及其定义 37 GB/T 2406-1993 塑料燃烧性能试验方法氧指数法 38 GB/T 2407-1980 塑料燃烧性能试验方法炽热棒法 39 GB/T 2408-1996 塑料燃烧性能试验方法水平法和垂直法 40 GB/T 2409-1980 塑料黄色指数试验方法 41 GB/T 2410-1980 透明塑料透光率和雾度试验方法 42 GB/T 2411-1980 塑料邵氏硬度试验方法 43 GB/T 2546.2-2003 塑料聚丙烯(PP)模塑和挤出材料第2部分: 试样制备和

2010年聚合物结构分析习题

《聚合物结构分析》基础习题 。 第二章红外光谱 1、红外光谱试验中有哪几种制样方法?分别适应于哪种类型的样品?对于那些易于溶解 的聚合物可以采用哪一种制样方法?对于那些不容易溶解的热塑性聚合物可以采用哪一种制样方法?对于那些仅仅能在溶剂中溶胀的橡胶样品,可以采用哪一种制样方法? 对于粘稠的低聚物和黏合剂可以采用哪种方法制样? 2、红外光谱仪中常用的附件有哪些?各自的用途是什么? 3、红外光谱图的表示方法,即纵、横坐标分别表示什么? 4、记住书中表2-1中红外光谱中各种键的特征频率范围。 5、名词:红外光谱中基团的特征吸收峰和特征吸收频率,官能团区,指纹区,透过率,吸光度,红外二向色性,衰减全反射,光声效应 6、红外光谱图中,基团的特征频率和键力常数成___正比____,与折合质量成___反比____。 7、官能团区和指纹区的波数范围分别是1300-4000cm-1和400-1300cm-1。 9、论述影响吸收谱带位移的因素。 10、在红外谱图中C=O的伸缩振动谱带一般在1650-1900cm-1,该谱带通常是含C=O 聚合物的最强谱带;记住表2-2中C=O在不同分子中红外光谱图上对应的吸收谱带的位置。对于聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯来说,按C=O的伸缩振动谱带波数高低,依次是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯。 12、为什么可以用红外光谱技术来判断两种聚合物的相容性?p14 13、对于伸缩振动,氢键会使基团的吸收频率下降,谱带变宽;对于弯曲振动,氢键会使基团的吸收频率升高,谱带变窄。

14、共轭效应会造成基团的吸收频率降低。 16、叙述傅立叶变换红外光谱仪工作原理。会画图2-7的原理图。 17、简述红外光谱定量分析的基础。p25 19、接枝共聚物和相应均聚物的共混物的红外谱图是相同的,可以用共混物模拟接枝共聚物。 22、如何用红外光谱鉴别(1)PMMA和PS;(2)PVC和PP;(3)环氧树脂和不饱和聚酯。 24、写出透过率和吸光度的定义式,并标明各符号意义。 第三章激光拉曼散射光谱法 2、与红外光谱相比,拉曼光谱有什么优缺点? 3、名词:拉曼散射,瑞利散射,斯托克斯线,反斯托克斯线,拉曼位移, 4、红外吸收的选择定则是分子振动时只有伴随有分子偶极矩发生变化的振动才能产生红外吸收;拉曼活性的选择定则是分子振动时只有伴随有分子极化度发生变化的振动才能产生红外吸收。 5、对多数吸收光谱,只有频率和强度两个基本参数,但对激光拉曼光谱还有一个重要参数,即去偏振度或退偏振比。 7、如果一个化合物的红外和拉曼光谱中没有波数相同的谱带,说明该化合物具有对称中心。 8、拉曼光谱在聚合物结构研究中有哪些应用? 第四章紫外光谱

实验四 聚合物材料力学性能的测试

实验六聚合物材料拉伸性能的测试 一、实验目的: 1、通过实验了解聚合物材料拉伸强度及断裂伸长率的意义。 2、熟悉它们的测试方法 3、通过测试应力—应变曲线来判断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应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。 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。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、主要仪器设备及原料: 1、主要仪器设备:万能试验机 2、主要原料:各种高分子试样 四、操作方法和实验步骤: 1、试样制备 拉伸实验中所用的试样依据不同材料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,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。 2、拉伸性能的测试

①将合格试样编号并在试样平行部分划二标线,即标距。测量试样工作段任意三处宽度和厚度,取其平均值。 ②安装拉伸试验用夹具。 ③调整引伸计标距至规定值。 ④装夹试样,要使试样纵轴与上下夹头的中心线重合。 ⑤在工作段装夹大变形引伸计,使引伸计中心线与上下夹头的中心线重合。 ⑥录入试样信息并按照标准设置试验条件。 ⑦联机。检查屏幕显示的试验信息是否正确,如有不适之处进行修改,然后 对负荷清零、轴向变形清零、位移清零。按“试验开始”键进行试验。 ⑦横梁以设定的速度开始移动,同时屏幕显示出试验曲线,根据需要可随时打 开想要观察的曲线。如应力—应变曲线、负荷—变形曲线等多种曲线 ⑧观察试样直到被拉断为止,按“试验结束”键结束试验。按“数据管理”键查看试验结果。 五、实验报告: 1、简述实验原理。 2、明确操作步骤和注意事项。 3、附实验中测试所得的多种曲线。 六、思考题 1、影响拉伸强度的因素有哪些? 2、在拉伸实验中如何测定模量?

2013年聚合物结构及性能测试试题集 2

《聚合物结构及性能测试》基础习题 第一篇波谱分析 第一章红外光谱 1、红外光谱试验中有哪几种制样方法?分别适应于哪种类型的样品?对于那些易于溶解 的聚合物可以采用哪一种制样方法?对于那些不容易溶解的热塑性聚合物可以采用哪一种制样方法?对于那些仅仅能在溶剂中溶胀的橡胶样品,可以采用哪一种制样方法? 对于粘稠的低聚物和黏合剂可以采用哪种方法制样? 2、红外光谱图的表示方法,即纵、横坐标分别表示什么? 3、记住书中红外光谱中各种键的特征频率范围。 6、红外光谱图中,基团的特征频率和键力常数成___正比____,与折合质量成___反比____。 7、官能团区和指纹区的波数范围分别是1300-4000cm-1和400-1300cm-1。 9、论述影响吸收谱带位移的因素。 10、在红外谱图中C=O的伸缩振动谱带一般在1650-1900cm-1,该谱带通常是含C=O 聚合物的最强谱带;对于聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯来说,按C=O的伸缩振动谱带波数高低,依次是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯。 12、为什么可以用红外光谱技术来判断两种聚合物的相容性? 13、对于伸缩振动,氢键会使基团的吸收频率下降,谱带变宽;对于弯曲振动,氢键会使基团的吸收频率升高,谱带变窄。 14、共轭效应会造成基团的吸收频率降低。 16、接枝共聚物和相应均聚物的共混物的红外谱图是相同的,可以用共混物模拟接枝共聚物。 17、如何用红外光谱鉴别(1)PMMA和PS;(2)PVC和PP;(3)环氧树脂和不饱和聚酯。 19、写出透过率和吸光度的定义式,并标明各符号意义。 、问答题 1. 某化合物的红外谱图如下。试推测该化合物是否含有羰基 (C=O),苯环及双键 (=C=C=)?为什么? 2.简单说明下列化合物的红外吸收光谱有何不同? A. CH3-COO-CO-CH3 B. CH3-COO-CH3

高聚物结构与性能的关系

高聚物结构与性能的关系 1. 高聚物的结构 按研究单元的不同分类,高聚物结构可分为两大类:一类为高聚物的链结构,即分子内的结构,是研究一个分子链中原子或基团之间的几何排列;另一类为高聚物的分子聚集态结构,即分子间的结构,是研究单位体积内许多分子链之间的几何排列。对高聚物材料来说,链结构只是间接影响其性能,而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。 1.1 高聚物链结构 高聚物的链结构包括近程结构和远程结构。近程结构是指结构单元的化学组成、立体异构、连接顺序、以及支化、交联等;远程结构是指高分子链的构象、分子量等。 高聚物链结构是决定高聚物基本性质的主要因素,各种高聚物由于链结构不同其性质则完全不同。例如,聚乙烯柔软容易结晶,聚苯乙烯硬而脆不能结晶;全同立构聚丙烯在常温下是固休,可以结晶,而无规立构聚丙烯在常温下则为粘稠的液体等。 1.2 高聚物的聚集态结构 高聚物的分子聚集态结构包括晶态、非晶态、液晶态、取向态等;高聚物的分子聚集态结构是在加工成型过程中形成的,是决定高聚物制品使用性能的主要因素。即使具有相同链结构的同一种高聚物,由于加工成型条件的不同,其成型品的使用性能就有很大差别。例如,结晶取向程度不同直接影响纤维和薄膜的力学性能;结晶大小和形态不同可影响塑料制品的耐冲击强度,开裂性能和透明性。 因此对高聚物材料来说,链结构只是间接影响其性能,而分子聚集态结构才是直接影响其性能的因素。研究高聚物分子聚集态结构的意义就在于了解高聚物分子聚集态结构的特征,形成条件及其与材料性能之间的关系,以便人为地控制加工成型条件得到具有预定结构和性能的材料,同时为高聚物材料的物理改性和材料设计建立科学基础。 2.高聚物结构与力学性能的关系 2.1链结构与力学性能的关系 不同的高聚物,有不同的分子结构,当然会显示出不同的材料性能出来。聚

最新聚合物复合材料性能及测试标准

聚合物复合材料性能解释以及测试标准指南1.1拉伸性能 拉伸性能包括拉伸强度,弹性模量、泊松比、断裂伸长率等。对于如高压容器、高压管、叶片等产品,必须要测出聚合物复合材料的拉伸性能,才能进行产品设计及检验。 对于不同的聚合物复合材料,拉伸性能试验方法是不同。对于普通的,用国标GB/T1447进行测试;对于缠绕成型的,用国标GB/T1458进行测试;对于定向纤维增强的,用国标GB/T33541进行测试;对于拉挤成型的,用国标GB/T13096-1进行测试。使用最多的是 GB/T1447。 国标GB/T1447,对于不同成型工艺复合材料,又规定不同形状的拉伸试样,有带R型、直条型及哑铃型。使用拉伸试验机或万能试验按规定的加载速度对试样施加拉伸载荷直到试样破坏。用破坏载荷除以试样横截面面积则为拉伸强度。从测出的应力----应变曲线的直线段的斜率则为弹性模量,试样横向应变与纵向应变比为泊松比。破坏时的应变称为断裂伸长率。 单位面积上的力,称为应力,通常用MPa(兆帕)表示,1MPa相当于1N/mm2的应力。应变是单位长度的伸长量,是没有量刚(单位)的。 不同的现代复合材料其拉伸性能大不一样,以玻璃纤维增强的玻璃钢为例:1:1玻璃钢,拉伸强度为(200-250)MPa,弹性模量为(10-16)GPa;4:1玻璃钢,拉伸强度为(250-350)MPa,弹性模量为(15-22)GPa;单向纤维的玻璃钢(如缠绕),拉伸强度大于800MPa,弹性模量大于24GPa;SMC材料,拉伸强度为(40-80)MPa,弹性模量为(5-8)GPa;DMC 材料,拉伸强度为(20-60)MPa,弹性模量为(4-6)GPa。 1. 2弯曲性能 一般产品普遍存在弯曲载荷,弯曲性能是很重要的,同时,往往用弯曲性能来进行原材料,成型工艺参数,产品使用条件因素等的选择。

聚合物结构与性能

1、分析HIPS结构组成、加工原理、结构特点与性能 高抗冲聚苯乙烯,是将少量聚丁二烯接技到聚苯乙烯基体上。具有“海岛结构”,基体是塑料,分散相是橡胶 .具有诸多的特性 : ①耐冲击聚苯乙烯为热塑性树脂; ②无臭、无味、硬质材料、成形后尺寸安定性良好; ③有优秀的高介电性绝缘性; ④为非晶质低吸水性材料; ⑤其光泽性良好易于涂装。 2、分析ABS结构组成、结构特点、性能 ABS树脂是丙烯酸、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。共聚的方式是无规共聚与接枝共聚相结合:它可以是以丁苯橡胶为主链,将苯乙烯、丙烯腈接在支链上;也可以是丁腈橡胶为主链,将苯乙烯接在支链上;也可以以苯乙烯-丙烯腈的共聚物为主链,将丁二烯和丙烯腈接在支链上等等。ABS三元接枝共聚物兼有三种组分的特性。其中丙烯腈有氰基,能使聚合物耐化学腐蚀,提高制品的抗张强度和硬度;丁二烯能使聚合物呈现橡胶状的韧性,这是材料抗张强度增强的主要因素;苯乙烯的高温流动性能好,便于加工成型,且可改善制品的表面光洁度,是一种性能优良的热塑性塑料。 3、聚合物的增韧增强 增韧:①橡胶增韧,如通过橡胶增韧苯乙烯-丙烯腈共聚物树脂,制备性能优良的ABS工程塑料。②刚性无机填料增韧,如纳米碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯。③热塑性塑料增韧,如热塑性塑料增韧双马来酰亚胺树脂。④液晶聚合物增韧,如热致性液晶聚合物增韧环氧树脂。 增强:添加无机纳米粒子如TiO2、SiO2、Al2O3、CaCO3 等和橡胶纳米粒子以及蒙脱土等片状硅酸盐等形成聚合物基纳米复合材料;添加纤维状填料如碳纤维、石墨纤维、硼纤维和单晶纤维-晶须或短玻璃纤维等。 4、PE结构、材料的加工原理 聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构,为典型的结晶聚合物。在固体状态下,结晶部分与无定型共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异,一般情况下,密度高结晶度就越大。LDPE结晶度通常为

聚合物锂离子电池测试标准

1.0范围scope 本规范规定了聚合物锂离子电池定义、要求、测验方法。 本规范适用于聚合物锂离子电池(聚合物软包/固态/二次圆柱/一次圆柱),不适用于动力电池。 2.0 3.0引用标准reference standard 下列是本文引用的标准。执行本规范时,所示版本均应为有效版本。使用本规范的各部门应注意下列引用标准是否是最新版本。 GB/T2900.11-1988蓄电池名词术语 GB/T18287-2000蜂窝电话用锂离子电池总规范 UL 1642 锂电池安全测试标准 4.0 定义definition 4.1充电限制电压--电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。 4.2标称容量—指电池在环境温度为25±2℃的条件下,以5h率放电至终止电压时所应提供的电量,用C5表示, 单位为Ah(安培小时)或mAh(毫安小时)。 4.3恢复容量—在规定的温度、时间下贮存一段时间,电池放电后进行充电,并再次放电的容量。 4.4标称电压—用以标识电池电压的适宜的近似值。 4.5终止电压—规定放电终止时电池的负载电压。 4.6漏液—可见液体电解液的漏出。 4.7鼓胀—电池内部压力增加,内有气体,厚度(直径)膨胀率108%以上。 4.8破裂—由于内部外部因素引起电池外壳的机械变形,导致内部物质暴露或溢出,但没有喷出。 4.9起火—电池有可见火焰或冒黑烟等。 4.10爆炸—电池的外壳猛烈破裂导致主要成分抛射出来。 4.11聚合物软包—外包装膜为铝塑膜可循环充放电使用的电池。 4.12聚合物固态—外包装膜为铝塑膜,内部极片与隔膜混为一体可循环充放电使用的电池。 4.13聚合物二次圆柱—可循环充放电使用的聚合物圆柱电池。 4.14聚合物一次圆柱—不可再次充放电使用聚合物圆柱电池。 5.0测试条件和要求test conditions and requirement

聚合物流变性能测试

聚合物流变性能测试-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

聚合物流变性能测试 一、实验目的 1、熟悉和了解RHEOGRAPH25型流变仪的工作原理及操作方法。 2、掌握将计算机输出流动曲线(σ-γ曲线)转换为其他形式流动曲线(lg σ-lgγ)、(lgη-lgγ)的方法。 3、掌握非牛顿指数n的计算方法。 4、掌握利用Arrhenius方程计算粘流活化能Eη的方法。 二、RHEOGRAPH25型流变仪工作原理 毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一,其主要优点在于操作简单,测量准确,测量范围宽(剪切速率γ:10-2~105s-1 )。 毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理:在一个无限长的圆形毛细管中,聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动,毛细管两端分压力差为△P,由于流体具有粘性,它必然受到自管体与流动方向相反的作用力,根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导,可得到毛细管管壁处的剪切应力σ和剪切速率γ与压力、熔体流率的关系。仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度,并得到相应的剪切速率和剪切应力,表观粘度的关系曲线图。 三、实验仪器及材料 仪器:德国高特福RH25型毛细管流变仪、毛细管口模,长径比30:1,5:0.5,5:0.3;、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。 原料:PE、PP 四、实验内容 测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能,具体如下 第一组:PE,170℃,175℃,180℃,185℃。 第二组:PE,185℃,190℃,195℃,200℃。 第三组:PP,190℃,195℃,200℃,205℃。 第四组:PP,205℃,210℃,215℃,220℃。 五、操作步骤 1、开机 打开仪器,电脑,等候约一分钟,待初始化结束后,显示屏出现“Refere nce drive”; 2) 点击“Reference drive”进入操作界面。 2、程序设定 包括测试温度、熔融时间、活塞速度、毛细管的尺寸选择等参数的设置, 3、测试膛升温 编辑测试程序后,点击“parameter send”,开始升温,待温度达到测试温度并恒温10-15分钟; 4、毛细管安装 安装毛细管过程中,毛细管上的销钉必须在上方,安装时四个固定螺丝加抗磨糊后拧紧,再退回2圈,等候5-10分钟后再用扭矩扳手拧紧,扭矩扳手扭矩值设定为60N·m,PVT测试时设定为80 N.m; 5、压力传感器安装

聚合物结构与性能

一、名词解释(5个) 聚合物分子(高聚物分子,通常简称为高分子):(1)这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节) (2)并且只有一种或少数几种链节(3)这些需要的链节多重重复重现。 长周期:在纤维轴方向片晶和非晶能重复出现的最短距离,即片晶和非晶的平均厚度之和缚结分子:连结至少两个晶体的分子。 初期结晶:是指液态或气态初步形成晶体的过程 预先成核:晶核预先存在,成核速率与时间无关。 二、概念的区别与联系(4对) 1、微构象与宏构象 微构象:分子中的一小部分由于一个或数个键的内旋转所引起的构象。 宏构象:表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间排列。 2、玻璃化转变温度与熔融温度 玻璃化转变温度:非晶态聚合物或部分结晶聚合物中非晶相发生玻璃化转变所对应的温度。熔融温度:晶体物质由固态向液态转变时固液两相共存的温度。 3. 应力与应变 应力:受力物体截面上内力的集度,即单位面积上的内力。 应变:物体内任一点因各种作用引起的相对变形。 4、质量结晶度与体积结晶度 质量结晶度:X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关,原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状,不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比,等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。即()。理论上,只要知道晶区和非晶区衍射的X射线的总强度,就可计算结晶度。在实际工作中,只能在一定的角度范围收集衍射强度数据,无法收集到样品衍射或散射X射线的总强度。这样,在所收集的数据中,晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。所以,应加入比例常数即,,式中,K为比例常数。 体积结晶度:用X-射线衍射法体积结晶度。根据微原纤结构模型即可测得结晶度式中,D为晶片厚度,L为长周期。 三、球晶的光学性质与其内部结构的关系 在正交偏光显微镜下,球晶呈现特有的黑十字消光图像及明暗相间的消光环,其中黑十字消光图像反映的是球晶中晶片的径向生长,消光环反映的是球晶中晶片的扭曲生长。 四、什么是超分子结构?超分子结构参数有哪些?用简述或图示法说明用X-射线图确定超分子结构参数的基本依据。 答:超分子结构:高分子链之间通过强的或弱的相互作用所形成的聚集体。 结构参数:1.结晶度 2. 取向度 3 .晶粒尺寸 4.长周期 X-射线可测定质量结晶度和体积结晶度。 假设:X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关,原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状,不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比,等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。 理论上,只要知道晶区和非晶区衍射的X射线的总强度,就可根据上式计算结晶度。在实际工作中,只能在一定的角度范围收集衍射强度数据,无法收集到样品衍射或散射X射线的总强度。这样,在所收集的数据中,晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。所以,

21聚合物材料的动态力学性能测试

实验15 聚合物材料的动态力学性能测试 在外力作用下,对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析,即为动态力学分析。动态力学分析能得到聚合物的动态模量( E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时,动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏,考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息,如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。 1. 实验目的 (1)了解聚合物黏弹特性,学会从分子运动的角度来解释高聚物的动态力学行为。 (2)了解聚合物动态力学分析(DMA)原理和方法,学会使用动态力学分析仪测定多频率下聚合物动态力学温度谱。 2. 实验原理 高聚物是黏弹性材料之一,具有黏性和弹性固体的特性。它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性,这种特性不消耗能量;另一方面,它又具有像非流体静应力状态下的黏液,会损耗能量而不能贮存能量。当高分子材料形变时,一部分能量变成位能,一部分能量变成热而损耗。能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。材料的内耗是很重要的,它不仅是性能的标志,而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。 如果一个外应力作用于一个弹性体,产生的应变正比于应力,根据虎克定律,比例常数就是该固体的弹性模量。形变时产生的能量由物体贮存起来,除去外力物体恢复原状,贮存的能量又释放出来。如果所用应力是一个周期性变化的力,产生的应变与应力同位相,过程也没有能量损耗。假如外应力作用于完全黏性的液体,液体产生永久形变,在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度,应变落后于应力90o,如图2-61(a)所示。聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有,这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用,而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。在周期性应力作用的情况下,这些分子重排跟不上应力变化,造成了应变落后于应力,而且使一部分能量损耗。图2-61(b)是典型的黏弹性材料对正弦应力的响应。正弦应变落后一个相位角。应力和应变可以用复数形式表示如下。 σ*=σ0exp(iωt) γ*=γ0 exp[i (ωt-δ) ] 式中,σ0和γ0为应力和应变的振幅;ω是角频率;i是虚数。用复数应力σ*除以复数形变γ*,便得到材料的复数模量。模量可能是拉伸模量和切变模量等,这取决于所用力的性质。为了方便起见,将复数模量分为两部分,一部分与应力同位相,另一部分与应力差一个90o 的相位角,如图2-61(c)所示。对于复数切变模量 E*=E′+i E″(2-60) 式中 E′=∣E*∣cosδ E″=∣E*∣sinδ 显然,与应力同位相的切变模量给出样品在最大形变时弹性贮存模量,而有相位差的切变模量代表在形变过程中消耗的能量。在一个完整周期应力作用内,所消耗的能量△W与所贮存能量W之比,即为黏弹性物体的特征量,叫做内耗。它与复数模量的直接关系为

聚合物结构与性能

1. 假定PMMA 样品由相对分子质量100000和400000两个单分散组分以1:2的质量比组成,求它的n M 和w M ,并计算分布指数d 。 解:假定A 的质量为1,B 的质量为2,则 n M =∑∑i i i n M n =∑i i M N =B B A A M N M N + =B B A A M n n M n n 总总+ =100000400000210000011000001?++400000400000210000014000002?+ =200000 w M =∑∑i i i i M n M n 2=∑i i M w =B B A A M w M w + =4000003210000031?+?=300000 5.1200000300000===n w M M d 2. 简述凝胶渗透色谱的体积排除机理。 答:凝胶渗透色谱的核心部件是一根装有多孔性颗粒的柱子。假定颗粒内部的空洞体积为i V ,颗粒的粒间体积为0V ,(0V V i +)是色谱柱内的空间。假如高分子的体积比空洞的尺寸大,任何空洞它都进不去,只能从颗粒的粒间流过,其淋出体积0V V e =。假如高分子的体积很小,远远小于所有的空洞尺寸,则淋出体积。i e V V V +=0假如高分子的体积是中等大小,则高分子可进入较大的孔而不能进入较小的孔,这样,它不但可以在粒间体积扩散还可以进入部分空洞体积中去,因此它的淋出体积e V 大于0V 而小于(0V V i +),以上说明淋出体积e V 仅仅由高分子尺寸和颗粒的孔的尺寸决定,由此看来,高分子的分离完全是由于

体积排除效应所致,故称为体积排除机理。 一、简答题 1.聚丙烯中碳—碳单链是可以转动的,通过单键的转动能否把全同立构的聚丙烯变为“间 同立构”的聚丙烯?说明理由。 答:不能。全同立构和间同立构是两种不同的立体构型,构型是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。单键的内旋转只能改变构象不能改变构型。所以通过单键的转动不能把全同立构的聚丙烯变为“间同立构”的聚丙烯。 2.为何采用均方末端距和均方回转半径而不是直接用平均末端距或平均回转半径以及轮 廓长度来描述高分子的尺寸? 答:因为柔性的高分子链在不断地热运动,它的形态是瞬息万变的,所以只能用平均值来表示,又因为末端距h是矢量,它的数值可正可负,所以要取h得平方的平均

而不是h的平均。轮廓长度是高分子链的伸直长度,由于热运动,分子链呈伸直构象的几率很小,而呈全取构象的几率较大。所以不能用轮廓长度来描述高分子尺寸,且自由结合链的尺寸比完全甚至连的尺寸nl要小得多。 二、计算题 已知:线形聚乙烯的相对分子质量为280 000,试计算: 1. 全伸直时大分子链的理论长度。(键长0.154nm,键角为109.5°)。 2. 看作Gauss链时的均方末端距; 3. 自由旋转链的均方末端距。 4. 用光散射法测得在θ溶剂中该聚乙烯链的均方根末端为56.7nm,求其空间位阻参数σ。 5. 由自由旋转链的均方末端距求均方旋转半径。 答:1. max 280000280000 2()0.1542()0.1543080 28 L Nl nm M ==?=?= 2. 222 0 474.32 h Nl nm == 3. 222 1cos1cos109.5 474.32949.65 1cos1cos109.5 fr h Nl nm θ θ -- ==?= ++ 4. ()() 11 2 222 /56.7/949.650.24 fr h h σ===

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