用密度法测定聚乙烯的结晶度
密度法测定聚乙烯的结晶度实验报告
实验四 密度法测定聚乙烯的结晶度聚合物的结晶度是结晶聚合物的重要性能指标, 对高聚物的许多物理化学及其应用有很大的影响。
聚合物的结晶与小分子的结晶不完全相同, 它比小分子晶体有更多的缺陷。
通过结晶度的测定, 可以进一步了解到聚合物的一些重要物理参数。
聚合物结晶度的测定方法主要有：X 射线衍射法、红外吸收光谱法、核磁共振法、差热分析法、反相色谱法和密度法。
其中密度法具有设备简单、操作容易、准确快速的特点, 常用来研究高聚物结晶度。
一、实验目的与要求1.掌握密度法测定聚合物结晶度的基本原理和方法。
2.用密度法测定聚乙烯的密度并计算其结晶度。
二、实验原理由于聚合物大分子链结构的复杂性, 聚合物的结晶往往表现得不完善。
如果假定结晶聚合物中只包括晶区和无定形区两部分, 则定义晶区部分所占的百分数为聚合物的结晶度, 用重量百分数 表示, 则有:%100⨯+=无定形区重量晶区重量晶区重量c x （4-1） 聚合物密度与表征内部结构规整程度的结晶度有着一定关系。
通常把密度ρ看作是聚合物中静态部分和非晶态部分的平均效果。
一般而言, 聚合物结晶度越高, 其密度也就越大。
由于结晶高聚物只有晶相和非晶相共存结构状态, 因而可以假定高聚物的比容（密度的倒数）是晶相的比容与非晶相的比容的线性加和:)1(111c ac c x x -ρ+ρ=ρ （4-2） 若能得知被测高聚物试样完全结晶（即100%结晶）时的密度ρ和无定形时的密度ρa, 则可用测得的高聚物试样密度ρ计算出结晶度 , 即:%100)()(⨯ρ-ρρρ-ρρ=a c a c c x （4-3） 该式表明, 只要测出聚合物试样的密度, 即可求得其结晶度。
聚合物的密度ρ可用悬浮法测定。
恒温条件下, 在试管中调配一种能均匀混合的液体, 使混合液体与待测试样密度相等。
此时, 试样便悬浮在液体中间, 保持不浮不沉, 再测定该混合液体的密度, 即得该试样的密度。
三、仪器与药品1、仪器试管、滴液漏斗、滴管、玻璃棒、超级恒温槽、精密温度计和比重瓶等。
密度梯度管法测定高聚物的密度和结晶度
实验1 密度梯度管法测定高聚物的密度和结晶度高聚物的密度是高聚物的重要物理参数之一，它对于指导高聚物的合成、成型工艺以及探索结构与性能之间的关系等方面都是不可缺少的数据。
而对于结晶高聚物来说，结晶度反映了物质内部结构规则程度，影响着其许多物理、化学性能和应用性能，密度和结晶度之间有着密切的关系。
因此，测定高聚物的密度和结晶度，对研究其结构状态进而控制材料的性能有着很大的实用意义。
测定高聚物结晶度的方法很多，有X-射线衍射法、红外吸收光谱法、核磁共振法、差热分析法、反相色谱法、化学方法（水解法、甲酰化法、氘交换法）、密度法等等。
其中前几种方法都需要使用复杂的仪器设备，而密度法是从较容易测定的高聚物密度换算成结晶度，既简单易行，又较为准确。
凡是能测定出高聚物试样密度的方法都属于密度法。
本实验采用密度法中的一种方法 ── 密度梯度管法测定高聚物的结晶度。
一、实验目的1. 了解用密度梯度管法测定高聚物的密度和结晶度的基本原理和方法。
2. 学会用连续灌注法制备密度梯度管的技术及密度梯度管的标定方法。
3. 用密度梯度管测定结晶高聚物试样的密度，并计算其结晶度。
二、实验原理将两种密度不同且又能互溶的液体配制成一系列等差密度的混合液，并按照低密度液体（轻液）位于高密度液体（重液）之上的层次，把不同密度的混合液置于带有刻度的玻璃管中，由于液体分子的扩散作用，管中的液体密度将会从下到上呈连续的线性分布，这就是密度梯度管。
当把一个颗粒状试样放入密度梯度管中时，根据悬浮原理，试样会在与其密度相等的液位上悬浮不动。
配制密度梯度管所选用的轻液和重液种类不同时，密度梯度管的密度梯度范围就会不同。
在本实验后面的附表1-1中列出了一些常用的密度梯度管溶液体系。
高度图 1-1 密度梯度管的标定曲线将若干个已知其准确密度的标准玻璃小球放入密度梯度管中，读出各个小球在密度梯度管中的高度值，再以玻璃小球的密度值对小球的高度值作图，就可得到该密度梯度管的标定曲线。
高分子物理实验
高分子物理实验目录实验一粘度法测定聚合物的分子量 (1)实验二聚合物熔融指数的测定 (6)实验三偏光显微镜法观察聚合物结晶形态 (10)实验四密度法测定聚乙烯的结晶度 (14)实验五膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度 (16)实验六聚合物的差热分析及应用 (19)前言高分子科学既是基础科学也是实验科学。
实际上高分子科学就是在大量的实验基础上发展起来。
尤其是聚合物加工成型作为高分子科学中重要的分支，我校又以其作为高分子材料与工程专业的专业方向，实验技术在高分子材料的研究和教学中尤为重要。
高分子物理实验是一门综合性极强的实验课，涉及多种学科领域和相应测试方法及仪器，其实验目的一方面是学生掌握高分子物理理论知识，另一方面进一步扩大学生的知识面，帮助学生了解实验方法和仪器结构及性能，分析实验操作过程中具体影响因素，提高解决实际问题的能力。
本实验讲义主要根据教学大纲和对学生实验要求进行编写。
在实验水平上，即介绍高分子科学的传统实验方法，也尽可能介绍一些有关的新技术。
对近年来高分子科学、特别是高分子物理领域涌现的许多新方法、新技术，由于实验条件和教学时数的限制，只好舍弃。
实验一粘度法测定聚合物的分子量粘度法是测定聚合物分子量的相对方法。
高聚物分子量对高聚物的力学性能、溶解性、流动性均有极大影响。
由于粘度法具有设备简单、操作方便、分子量适用范围广、实验精度高等优点，在聚合物的生产及科研中得到十分广泛的应用。
本实验是采用乌氏粘度计测定甲苯溶液中聚苯乙烯粘度，进而测定求出PS试样分子量。
一、实验目的要求1、掌握粘度法测定聚合物分子量的实验基本方法。
2、了解粘度法测定聚合物分子量的基本原理。
3、通过测定特性粘度，能够计算PS的分子量。
二、实验原理1、粘性液体的牛顿型流动粘性流体在流动过程中，由于分子间的相互作用，产生了阻碍运动的内摩擦力，粘度就是这种内摩擦力的表现。
即粘度可以表征粘性液体在流动过程中所受阻力的大小。
按照牛顿的粘性流动定律，当两层流动液体间由于粘性液体分子间的内摩擦力在其相邻各流层之间产生流动速度梯度是()，液体对流动dv/drF/A,,,dv/dr的粘性阻力是: (1-1) 该式即为牛顿流体定律。
实验 密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度
实验 密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度密度梯度法是测定聚合物密度的方法之一。
聚合物的密度是聚合物的重要参数。
聚合物结晶过程中密度变化的测定，可研究结晶度和结晶速率；拉伸、退火可以改变取向度和结晶度，也可通过密度来进行研究；对许多结晶性聚合物其结晶度的大小对聚合物的性能、加工条件选择及应用都有很大影响。
聚合物的结晶度的测定方法虽有X 射线衍射法、红外吸收光谱法、核磁共振法、差热分析、反相色谱等等，但都要使用复杂的仪器设备。
而用密度梯度管法从测得的密度换算到结晶度，既简单易行又较为准确。
而且它能同时测定一定范围内多个不同密度的样品，尤其对很小的样品或是密度改变极小的一组样品，需要高灵敏的测定方法来观察其密度改变，此法既方便又灵敏。
一、实验目的：1．掌握用密度梯度法测定聚合物密度、结晶度的基本原理和方法。
2．利用文献上某些结晶性聚合物PE 和PP 晶区和非晶区的密度数据，计算结晶度。
二、基本原理：由于高分子结构的不均一性，大分子内摩擦的阻碍等原因，聚合物的结晶总是不完善的，而是晶相与非晶相共存的两相结构，结晶度f w 即表征聚合物样品中晶区部分重量占全部重量的百分数：在结晶聚合物中（如PP 、PE 等），晶相结构排列规则，堆砌紧密，因而密度大；而非晶结构排列无序，堆砌松散，密度小。
所以，晶区与非晶区以不同比例两相共存的聚合物，结晶度的差别反映了密度的差别。
测定聚合物样品的密度，便可求出聚合物的结晶度。
密度梯度法测定结晶度的原理就是在此基础上，利用聚合物比容的线性加和关 系，即聚合物的比容是晶区部分比容与无定形部分比容之和。
聚合物的比容V 和结晶度w f 有如下关系：()1c w a w V V f V f =+- --------------------------------- （2） 式中c V 为样品中结晶区比容，可以从X 光衍射分析所得的晶胞参数计算求得；a V 为样品中无定形区的比容，可以用膨胀计测定不同温度时该聚合物熔体的比容，然后外推得到该温度时非晶区的比容a V 的数值。
结晶度
结晶度结晶度用来表示聚合物中结晶区域所占的比例，聚合物结晶度变化的范围很宽，一般从30％～80％。
测定方法有：1.密度法：结晶度=（Va-V）/（Va-Vc）*100%Va——完全无定形聚合物的比容；Vc——完全结晶聚合物的比容；V——试样的比容（比容为密度的倒数）；2.热分析法；3.X射线检测、核磁共振等。
一、什么是结晶性塑料？结晶性塑料有明显的熔点，固体时分子呈规则排列。
规则排列区域称为晶区，无序排列区域称为非晶区，晶区所占的百分比称为结晶度，通常结晶度在80%以上的聚合物称为结晶性塑料。
常见的结晶性塑料有：聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚甲醛POM、聚酰胺PA6、聚酰胺PA66、PET、PBT等。
二、结晶对塑料性能的影响 1）力学性能结晶使塑料变脆（耐冲击强度下降），韧性较强，延展性较差。
2）光学性能结晶使塑料不透明，因为晶区与非晶区的界面会发生光散射。
减小球晶尺寸到一定程式度，不仅提高了塑料的强度（减小了晶间缺陷）而且提高了透明度，（当球晶尺寸小于光波长时不会产生散射）。
3）热性能结晶性塑料在温度升高时不出现高弹态，温度升高至熔融温度TM 时，呈现粘流态。
因此结晶性塑料的使用温度从Tg （玻璃化温度）提高到TM（熔融温度）。
4）耐溶剂性，渗透性等得到提高，因为结晶分排列更加紧密。
三、影响结晶的因素有哪些？ 1）高分子链结构，对称性好、无支链或支链很少或侧基体积小的、大分子间作用力大的高分子容易相互靠紧，容易发生结晶。
2）温度，高分子从无序的卷团移动到正在生长的晶体的表面，模温较高时提高了高分子的活动性从而加快了结晶。
3）压力，在冷却过程中如果有外力作用，也能促进聚合物的结晶，故生产中可调高射出压力和保压压力来控制结晶性塑料的结晶度。
4）形核剂，由于低温有利于快速形核，但却减慢了晶粒的成长，因此为了消除这一矛盾，在成型材料中加入形核剂，这样使得塑料能在高模温下快速结晶。
四、结晶性塑料对注塑机和模具有什么要求 1）结晶性塑料熔解时需要较多的能量来摧毁晶格，所以由固体转化为熔融的熔体时需要输入较多的热量，所以注塑机的塑化能力要大，最大注射量也要相应提高。
密度法测量聚乙烯结晶度的实验改进
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｐｏｌｙｍｅｒｉｓｗｈａｔｗｅｃａｌｌｓｉｍｐｌｅｍｅａｎｓ．Ａｔｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍ，ｉｔｉｓｓｅｎｓｉｂｌｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｏｔｈａｔｏｎｅｃａｎｍｅａｓｕｒｅｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙｏｆｐｏｌｙｍｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙｂｅｔｔｅｒ．Ｉｎｔｈｅｏｔｈｅｒｗｏｒｄｓ，ｂｅｔｔｅｒｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｖｅｒｉｆｙｉｎｇｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｍｏｒｅ ｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｅｒｒｏｒｓ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｐｏｌｙｍｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙａｃｃｕｒａｔｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｎｓｉｔｙｍｅｔｈｏｄ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ；ｇｌａｓｓｓｃａｌｅｔｅｓｔｔｕｂｅ
此可表示为：
ρ＝ Ｘｃρｃ＋ Ｘａρａ
（３）
Ｘｃ＝（ρ－ρａ）／（ρｃ－ρａ）×１００％
（４）
式中：ρ—待测高聚物样品的密度；ρａ—已知高聚物完全非
结晶样品的密度；ρｃ—已知高聚物完全结晶样品的密度。
本实验采用悬浮法，测定高聚物的密度。即在恒 温 条 件
下，在加有聚合物 试 样 的 带 刻 度 试 管 中，调 节 能 完 全 互 相 溶 解
时上下移动搅拌棒，使液体混合均匀，当加入蒸馏水约 １０ｍＬ
时，由于搅拌而上 升 的 样 品 下 降 速 度 会 变 得 缓 慢，此 时 加 入 蒸
馏水的速度应当减慢，当样品悬浮在试管中混合液体的中间位
密度法测定聚合物结晶度
密度法测定聚合物结晶度在我们的日常生活中，聚合物无处不在。
想象一下，你身边的塑料瓶、购物袋、甚至是那些神奇的保鲜膜，它们都是聚合物的杰作。
哇，这些看似简单的物品其实蕴藏着复杂的科学原理。
今天，我们来聊聊一个有趣的主题，密度法测定聚合物的结晶度。
听上去有点高深，但别担心，咱们慢慢来，把它说得简单易懂，保证你听了之后不至于头晕脑胀。
结晶度这个词可能让你想起那些古老的宝石，闪闪发光。
不过在聚合物的世界里，结晶度其实是个很关键的概念。
简单来说，就是指聚合物分子链的有序程度。
结晶度越高，聚合物就越结实，物理性能也就越好。
就像你喝的可乐，瓶子硬邦邦的，说明它的聚合物结晶度高，反之则可能不那么耐用。
那我们怎么来测定这种结晶度呢？密度法就是一个不错的选择。
说到密度法，你可能会想，“这不是测水的嘛？”其实不然。
密度是物质的质量与体积之比，简单说，就是单位体积里装了多少东西。
就像你盛饭的时候，米饭和水的比例决定了碗里的重量。
聚合物的密度变化跟结晶度息息相关。
高结晶度的聚合物，密度通常会比较高，因为分子链紧紧地挤在一起，空间利用得很巧妙。
具体操作是怎样的呢？其实挺简单的。
你得准备好样品，把它称重，看看它的“身价”有多高。
然后，把它放入特定的液体中，比如说水或者某些有机溶剂。
这里有个小窍门，选对液体非常关键。
要确保这个液体的密度和你聚合物的密度差不多，这样才能精准地“探测”出聚合物的结晶度。
样品在液体中的浮沉情况就会告诉你结晶度的高低。
浮得越好，说明结晶度越低；沉得越快，则结晶度越高。
在这个过程中，你会发现，聚合物的神秘面纱一点点被揭开。
每一次实验都像是在解谜，每一个数据都在告诉你它的秘密。
你会感叹，科学原来如此有趣，聚合物的世界如此精彩。
通过密度法，我们不仅可以了解聚合物的结晶度，还能揭示它在实际应用中的表现。
比如说，塑料袋的强度和韧性可能和它的结晶度有关。
高结晶度的塑料袋，扛得住重物；而低结晶度的袋子，可能经不起一点儿压力就撕裂。
结晶度测定
Branched PE
7.0 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65
Volume crystallinity
扩散系数与体积结晶度c的关系
D Da (1 c )n
B
Da为无定形组分的扩散系数，n为可调参数，最小 为1，B为描述晶片间物理交联的“阻碍因子” 。
结晶度与扩散系数D的关系
D (cm2 s-1)
Wc W
c ( (c
a ) a )
85.0%
B.
1
1
X
m c
X
m c
a
c
(2) X射线衍射法 Wide-angle X-ray diffraction (WAXD)
Xc
Ac
Ac k Aa
100 %
广角X光衍射法
分峰法：分清晶区和无定形区对曲线下面积的贡献， 用下列公式计算重量结晶度：
wc
题
现有一该聚合物的试样，实际密度测得为 0.900g/cm3，试计算此样品的体积和重量
结晶度各是多少？
c= 0.936g/cm3 a= 0.845g/cm3 = 0.900g/cm3
X
v c
Vc V
a c a
0.900 0.854 56% 0.936 0.854
X
m c
Wc W
c ( (c
a) a)
0.936*(0.900 0.854) 58% 0.900*(0.936 0.854)
判断
高聚物的体积结晶度Xcv和重量结 晶度Xcm有什么关系？为什么？
Xcv >Xcm
Xcv <Xcm
X
v c
Vc V
a c a
X
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结晶度是聚合物性质上一个重要指标，它是反映物质内部结构规则程度的物理量。测定结晶度的方法有X射线法、红外光谱法和密度法等，一般密度法较为方便。本实验采用比重瓶测定混合液体的密度，从而计算高、低压聚乙烯的结晶度。
在聚合物的聚集态结构中，分子链排列的有序状态不同，其密度就不同。有序程度愈高，分子堆积愈紧密，聚合物密度就愈大，或者说比容愈小。聚合物在结晶时，分子链在晶体中作有序密堆积，使晶区的密度 高于非晶区的密度 。如果采用两相结构模型，即假定结晶聚合物由晶区和非晶区两部分组成，且聚合物晶区密度与非晶区密度具有线性加和性，即结晶聚合物式样的比容 (密度的倒数)等于晶区和非晶区比容的线性加和，则有：
用密度法测定聚乙烯的结晶度
海洋与生化工程学院应用化学专业姓名：彭福气座号：47指导老师：林爱琴
课程
高分子材料试验
实训（实验）项目
用密度法测定聚乙烯的结晶度
时间
2015年10月10日下午
第9节至第12节
实训（实验）地点
S411
1.掌握密度法测定聚合物结晶度的基本原理和方法。
2.区别和理解用体积百分数和质量百分数表示结晶度。
式中：
——结晶度，即聚合物中结晶部分的体积百分数；
——被测聚合物完全结晶，即100%结晶时的密度；
——被测聚合物完全不结晶(无定形)时的密度
则从测得的高聚物试样密度 可算出结晶度：
若假定晶区与非晶区的比容具有加和性，则：
整理得
式中：
、度，即聚合物中结晶部分的质量百分数；
若已知聚合物试样完全结晶时的密度 和聚合物完全非结晶体的密度 ，只要测得聚合物试样的密度 ，即可求得其结晶度。
本实验采用悬浮法，测得聚合物试样的密度，即在恒温条件下，在加有聚合物式样的