高分子材料測試技術(shù)系統(tǒng)介紹第一章.ppt

第一章 緒論,高分子材料的重要性：,高聚物材料發(fā)展之所以如此迅速，其原因有以下幾點： 它的原料石油和煤資源非常豐富 在生產(chǎn)技術(shù)和加工工藝上已非常成熟，且效率高 它具有良好的性能,1.1 高聚物結(jié)構(gòu)與形態(tài)的特點,高聚物是由許多巨大的分子組成的。這些大分子又是由成千上萬個原子以共價鍵連接起來的，而且可以看出其中有許多重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。某些高聚物的結(jié)構(gòu)單元是完全一致的（均聚），但另一些則是由兩種或兩種以上的結(jié)構(gòu)單元混合組成（共聚），同時大分子之間又有各種聯(lián)系。,高聚物結(jié)構(gòu)：,一次結(jié)構(gòu)（近程結(jié)構(gòu)） 二次結(jié)構(gòu)（遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)） 三次結(jié)構(gòu)（聚集態(tài)結(jié)構(gòu)） 高次結(jié)構(gòu),大分子的化學(xué)組成，均聚或共聚、大分子的相對分子質(zhì)量、鏈狀分子的形態(tài)如直鏈、支鏈、交聯(lián)及大分子的立體構(gòu)型（如全同、間同、無規(guī)、順式、反式等）,單個大分子的形態(tài)。如：無規(guī)線團(tuán)、折疊鏈、螺旋鏈等,具有不同二次結(jié)構(gòu)的單個大分子聚集在一起形成不同的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。如：無規(guī)線團(tuán)膠團(tuán)、線團(tuán)交纏、纓束狀結(jié)構(gòu)、折疊鏈晶體等。,指三次結(jié)構(gòu)以及與其它物質(zhì)構(gòu)成尺寸更大的結(jié)構(gòu)，如：由折疊鏈形成的片晶構(gòu)成球晶；嵌段或接枝共聚物和共混高聚物形成具有微區(qū)分相的結(jié)構(gòu)；此外還有添加填料或纖維的復(fù)合材料等。,1.2 高聚物的狀態(tài)及其行為,結(jié)構(gòu)是材料物理和力學(xué)性能的基礎(chǔ)，但即使同一種結(jié)構(gòu)已確定的物質(zhì)，由于處在不同的狀態(tài)下，其分子運動方式也不一樣，將顯示出不同的物理和力學(xué)性能。,如：,PP室溫下是硬而脆，象玻璃一樣的物質(zhì)，但加熱到一定溫度后，就變得柔軟如橡膠，這說明分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有變化，但由于溫度改變了分子的運動狀態(tài)而表現(xiàn)出不同的行為。 高聚物結(jié)構(gòu)形態(tài)的復(fù)雜性導(dǎo)致分子運動單元的多重性。如溫度由低高，高聚物歷經(jīng)三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，分別對于不同的運動單元，且力學(xué)性能顯著不同。,1.3 高聚物結(jié)構(gòu)和性能測定方法,1.3.1高聚物結(jié)構(gòu)的測定方法 聚合物結(jié)構(gòu)分析的方法很多，對于分析不同尺度大小的聚合物結(jié)構(gòu)單元，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)臏y試工具和分析方法。,測定鏈結(jié)構(gòu)的方法有X-射線衍射、電子衍射法、裂解色譜-質(zhì)譜、紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、拉曼光譜、核磁共振法、熒光光譜、電子能譜等。 測定聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的方法有X-射線小角散射、電子衍射法、電子顯微鏡（TEM、SEM）、光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡等。 測定結(jié)晶度的方法有X-射線衍射法、電子衍射法、紅外吸收光譜、密度法、熱分析等。,測定高聚物分子鏈整體的結(jié)構(gòu)形態(tài)可分四部分： 相對分子質(zhì)量的測定方法有溶液光散射法、凝膠滲透色譜法（GPC）、粘度法、擴(kuò)散法、超速離心法、滲透壓法、沸點升高法、端基滴定法等 支化度的測定方法有化學(xué)反應(yīng)法、紅外光譜法、凝膠滲透色譜法、粘度法 交聯(lián)度測定方法有溶脹法、力學(xué)測量法（模量）等 相對分子質(zhì)量分布的測定方法有凝膠滲透色譜法、分級沉淀法、超速離心法等,1.3.2高聚物性能的測定 性能是結(jié)構(gòu)在一定條件下的反應(yīng)，高聚物的性能主要是指直接為生產(chǎn)使用服務(wù)的性質(zhì)，這些表征材料某一性質(zhì)的物理參數(shù)，對控制產(chǎn)品質(zhì)量，了解加工性能和使用范圍，評價和應(yīng)用新型材料，研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系有著重要的意義。,高聚物的力學(xué)性能主要是測定材料的強度和模量以及變形。試驗方法有很多種，如拉伸、壓縮、剪切、彎曲、沖擊、蠕變、應(yīng)力松弛等。 材料的電學(xué)性能，主要測材料的電阻、介電常數(shù)、介電損耗角正切、擊穿電壓，采用儀器有電容電橋介電性能測定儀、高壓電擊穿試驗機(jī)等。 材料的熱性能，主要測材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、熱膨脹系數(shù)、耐熱性、耐燃性、分解溫度等。測試儀器有高低溫導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、差示掃描量熱儀、線膨脹和體膨脹測定儀等。,材料的其它性能還很多，如耐熱老化性能、耐自然老化性能等，采用熱老化箱和模擬自然的人工氣候老化箱等。測定材料的密度，采用比重計法和密度梯度管法。測定透光度采用透光度計。測定透氣性采用透氣性測定儀。測定吸濕性采用吸濕計等。,本課程所要討論的分析測試手段主要有：熱分析法、紅外吸收光譜法、核磁共振波譜、X射線衍射及電子顯微鏡等。,對于具體的每一種分析方法來說，它都有其獨特的原理及應(yīng)用范圍。如熱分析法，它是一類在程序控制溫度下，跟蹤物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的技術(shù)，是研究物質(zhì)受熱或冷卻過程中所發(fā)生的各種物理和化學(xué)變化的有力工具。它的應(yīng)用范圍非常廣泛。,對于紅外分析技術(shù)，它主要是用于推斷和驗證化合物的結(jié)構(gòu)。作為一種分析方法，紅外光譜有以下兩種主要的應(yīng)用： 分子中特殊基團(tuán)的識別 通過與已知樣品的紅外光譜譜圖進(jìn)行比較鑒定化合物,對于核磁共振波譜，它是來源于原子核能級間躍遷的一種吸收光譜，所吸收的電磁輻射頻率為兆赫數(shù)量級。,對于X射線衍射技術(shù)，它的起因是相干散射線的干涉作用。X射線衍射在高聚物研究中的應(yīng)用主要有以下兩個方面： 高聚物材料的物相分析 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)的測定,對于電子顯微鏡技術(shù)，它分為： 透射電子顯微鏡（TEM） 掃描電子顯微鏡（SEM）,TEM在聚合物研究中有以下幾方面的應(yīng)用： 研究聚合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu) 研究由表面起伏現(xiàn)