高分子材料测试技术系统介绍第一章

1、1,第一章 绪论,高分子材料的重要性,2,高聚物材料发展之所以如此迅速，其原因有以下几点： 它的原料石油和煤资源非常丰富 在生产技术和加工工艺上已非常成熟，且效率高 它具有良好的性能,3,1.1 高聚物结构与形态的特点,高聚物是由许多巨大的分子组成的。这些大分子又是由成千上万个原子以共价键连接起来的，而且可以看出其中有许多重复的结构单元。某些高聚物的结构单元是完全一致的（均聚），但另一些则是由两种或两种以上的结构单元混合组成（共聚），同时大分子之间又有各种联系,4,高聚物结构,一次结构（近程结构） 二次结构（远程结构） 三次结构（聚集态结构） 高次结构,5,大分子的化学组成，均聚或共聚、大分子

2、的相对分子质量、链状分子的形态如直链、支链、交联及大分子的立体构型（如全同、间同、无规、顺式、反式等,6,单个大分子的形态。如：无规线团、折叠链、螺旋链等,7,具有不同二次结构的单个大分子聚集在一起形成不同的聚集态结构。如：无规线团胶团、线团交缠、缨束状结构、折叠链晶体等,8,指三次结构以及与其它物质构成尺寸更大的结构，如：由折叠链形成的片晶构成球晶；嵌段或接枝共聚物和共混高聚物形成具有微区分相的结构；此外还有添加填料或纤维的复合材料等,9,1.2 高聚物的状态及其行为,结构是材料物理和力学性能的基础，但即使同一种结构已确定的物质，由于处在不同的状态下，其分子运动方式也不一样，将显示出不同的物

3、理和力学性能,10,如,11,PP室温下是硬而脆，象玻璃一样的物质，但加热到一定温度后，就变得柔软如橡胶，这说明分子的化学结构没有变化，但由于温度改变了分子的运动状态而表现出不同的行为。 高聚物结构形态的复杂性导致分子运动单元的多重性。如温度由低高，高聚物历经三态：玻璃态、高弹态和粘流态，分别对于不同的运动单元，且力学性能显著不同,12,1.3 高聚物结构和性能测定方法,1.3.1高聚物结构的测定方法 聚合物结构分析的方法很多，对于分析不同尺度大小的聚合物结构单元，应选用适当的测试工具和分析方法,13,测定链结构的方法有X-射线衍射、电子衍射法、裂解色谱-质谱、紫外吸收光谱、红外吸收光谱、拉曼

4、光谱、核磁共振法、荧光光谱、电子能谱等。 测定聚集态结构的方法有X-射线小角散射、电子衍射法、电子显微镜（TEM、SEM）、光学显微镜、原子力显微镜等。 测定结晶度的方法有X-射线衍射法、电子衍射法、红外吸收光谱、密度法、热分析等,14,测定高聚物分子链整体的结构形态可分四部分： 相对分子质量的测定方法有溶液光散射法、凝胶渗透色谱法（GPC）、粘度法、扩散法、超速离心法、渗透压法、沸点升高法、端基滴定法等 支化度的测定方法有化学反应法、红外光谱法、凝胶渗透色谱法、粘度法 交联度测定方法有溶胀法、力学测量法（模量）等 相对分子质量分布的测定方法有凝胶渗透色谱法、分级沉淀法、超速离心法等,15,1

5、.3.2高聚物性能的测定 性能是结构在一定条件下的反应，高聚物的性能主要是指直接为生产使用服务的性质，这些表征材料某一性质的物理参数，对控制产品质量，了解加工性能和使用范围，评价和应用新型材料，研究结构与性能的关系有着重要的意义,16,高聚物的力学性能主要是测定材料的强度和模量以及变形。试验方法有很多种，如拉伸、压缩、剪切、弯曲、冲击、蠕变、应力松弛等。 材料的电学性能，主要测材料的电阻、介电常数、介电损耗角正切、击穿电压，采用仪器有电容电桥介电性能测定仪、高压电击穿试验机等。 材料的热性能，主要测材料的导热系数、比热、热膨胀系数、耐热性、耐燃性、分解温度等。测试仪器有高低温导热系数测定仪、差

6、示扫描量热仪、线膨胀和体膨胀测定仪等,17,材料的其它性能还很多，如耐热老化性能、耐自然老化性能等，采用热老化箱和模拟自然的人工气候老化箱等。测定材料的密度，采用比重计法和密度梯度管法。测定透光度采用透光度计。测定透气性采用透气性测定仪。测定吸湿性采用吸湿计等,18,本课程所要讨论的分析测试手段主要有：热分析法、红外吸收光谱法、核磁共振波谱、X射线衍射及电子显微镜等,19,对于具体的每一种分析方法来说，它都有其独特的原理及应用范围。如热分析法，它是一类在程序控制温度下，跟踪物质的物理性质与温度关系的技术，是研究物质受热或冷却过程中所发生的各种物理和化学变化的有力工具。它的应用范围非常广泛,20

7、,对于红外分析技术，它主要是用于推断和验证化合物的结构。作为一种分析方法，红外光谱有以下两种主要的应用： 分子中特殊基团的识别 通过与已知样品的红外光谱谱图进行比较鉴定化合物,21,对于核磁共振波谱，它是来源于原子核能级间跃迁的一种吸收光谱，所吸收的电磁辐射频率为兆赫数量级,22,对于X射线衍射技术，它的起因是相干散射线的干涉作用。X射线衍射在高聚物研究中的应用主要有以下两个方面： 高聚物材料的物相分析 聚集态结构参数的测定,23,对于电子显微镜技术，它分为： 透射电子显微镜（TEM） 扫描电子显微镜（SEM,24,TEM在聚合物研究中有以下几方面的应用： 研究聚合物的结晶结构 研究由表面起伏