試驗3光學顯微鏡法觀察聚合物的結晶形態(tài)

1、實驗3光學顯微鏡法觀察聚合物的結晶形態(tài)1. 實驗目的(1) 熟悉偏光顯微鏡的構造及原理，掌握偏光顯微鏡的使用方法。(2) 學習用熔融法制備聚合物球晶，觀察不同結晶溫度下得到的球晶的形態(tài)，測量聚 合物球晶的半徑。2. 實驗原理晶體和無定形體是聚合物聚集態(tài)的兩種基本形式，很多聚合物都能結晶。結晶聚合物 材料的實際使用性能 (如光學透明性、沖擊強度等)與材料內部的結晶形態(tài)、晶粒大小及完 善程度有著密切的聯(lián)系。因此，對于聚合物結晶形態(tài)等的研究具有重要的理論和實際意義。 聚合物在不同條件下形成不同的結晶，比如單晶、球晶、纖維晶等等，聚合物從熔融狀態(tài)冷卻時主要生成球晶，它是聚合物結晶時最常見的一種形式，對

2、制品性能有很大影響。球晶是以晶核為中心成放射狀增長構成球形而得名，是竺維結構”。但在極薄的試片中也可以近似的看成是圓盤形的土維結構”，球晶是多面體。由分子鏈構成晶胞，晶胞的堆積構成晶片，晶片迭合構成微纖束，微纖束沿半徑方向增長構成球晶。晶片間存在著結晶缺陷，微纖束之間存在著無定形夾雜物。球晶的大小取決于聚合物的分子結構及結晶條件，因此隨著聚合物種類和結晶條件的不同，球晶尺寸差別很大，直徑可以從微米級到毫米級，甚至可以大到厘米。球晶分散在無定形聚合物中，一般說來無定形是連續(xù)相，球晶的周邊可以相交，成為不規(guī)則的多邊形。球晶具有光學各向異性，對光線有折射作用，因此能夠用偏光顯微鏡進行觀察。聚合物球晶

3、在偏光顯微鏡的正交偏振片之間呈現(xiàn)出特有的黑十字消光圖 象。有些聚合物生成球晶時，晶片沿半徑增長時可以進行螺旋性扭曲，因此還能在偏光顯微鏡下看到同心圓消光圖象。X-射線衍射法結合可提供較全面的晶體結構信息。光是電磁波，也就是橫波，動方向均勻分布，沒有任何方向占優(yōu)勢。變?yōu)橹辉谝粋€方向上振動的光波，相互垂直，光線就無法通過了。而變化，折射率值也隨之改變，同、折射率不同的兩條偏振光。偏光顯微鏡的最佳分辨率為 200 nm,有效放大倍數(shù)超過 5001000倍，與電子顯微鏡、它的傳播方向與振動方向垂直。但對于自然光來說，它的振但是自然光通過反射、折射或選擇吸收后，可以轉即偏振光。一束自然光經(jīng)過兩片偏振片，

4、如果兩個偏振軸光波在各向異性介質中傳播時，其傳播速度隨振動方向不同一般都發(fā)生雙折射，分解成振動方向相互垂直、傳播速度不 而這兩束偏振光通過第二個偏振片時，只有在與第二偏振軸 平行方向的光線可以通過。而通過的兩束光由于光程差將會發(fā)生干涉現(xiàn)象。在正交偏光顯微鏡下觀察，非晶體聚合物因為其各向同性，沒有發(fā)生雙折射現(xiàn)象，光線被正交的偏振鏡阻礙，視場黑暗。球晶會呈現(xiàn)出特有的黑十字消光現(xiàn)象，黑十字的兩臂分別平行于兩偏振軸的方向。 而除了偏振片的振動方向外，其余部分就出現(xiàn)了因折射而產(chǎn)生的光亮。如圖2 7是等規(guī)聚丙烯的球晶照片。圖2 7等規(guī)聚丙烯的球晶照片在偏振光條件下，還可以觀察晶體的形態(tài)，測定晶粒大小和研究

5、晶體的多色性等等。3. 實驗儀器及試劑(1) 偏光顯微鏡 XPT 7一臺(如圖2 8,或其它帶攝影裝置的偏光顯微鏡)、附件一 盒、擦鏡紙、鑲子。(2) 壓片機、控溫儀、電爐。(3) 蓋玻片、載玻片。(4) 聚丙烯薄膜或粒料。圖2-8 XPT-7型偏光顯微鏡1、目鏡，2、鏡筒，3、勃氏鏡，4、粗動手輪，5、微調手輪，6、鏡臂，7、鏡座，8、上偏光鏡，9、試板 孔，10、物鏡，11、載物臺，12、聚光鏡，13、鎖光圈，14、下偏光鏡，15、反光鏡4. 實驗步驟(1) 試樣制備1) 切一小塊聚丙烯薄膜或 1/51/4粒料，放于干凈的載玻片上，使之離開玻片邊緣， 在試樣上蓋上一塊蓋玻片。2) 預先把壓

6、片機加熱到 240C,將聚丙烯樣品在電熱板上熔融(試樣完全透明)，加壓 成膜保溫2min,然后迅速轉移到50 C的熱臺使之結晶。把同樣的樣品在熔融后于 100 C和0C 條件下結晶。(2) 調節(jié)顯微鏡1) 預先打開汞弧燈10 min,以獲得穩(wěn)定的光強，插入單色濾波片。2) 去掉顯微鏡目鏡，起偏片和檢偏片置于90。邊觀察顯微鏡筒，邊調節(jié)燈和反光鏡的位置，如需要可調整檢偏片以獲得完全消光(視野盡可能暗)。(3) 測量球晶直徑聚合物晶體薄片放在正交顯微鏡下觀察，用顯微鏡目鏡分度尺測量球晶直徑，測定步驟如下：1) 將帶有分度尺的目鏡插入鏡筒內，將載物臺顯微尺置于載物臺上，使視區(qū)內同時見 兩尺。2) 調節(jié)焦距使兩尺平行排列、刻度清楚，并使兩零點相互重合，即可算出目鏡分度尺 的值。3) 取走載物臺顯微尺，將預測之樣品置于載物臺視域中心，觀察并記錄晶形，讀出球 晶在目鏡分度尺上的刻度，即可算出球晶直徑大小。5. 實驗報告(1) 記錄制備試樣的條件，簡繪實驗所觀察到的球晶狀態(tài)圖；(2) 寫出顯微鏡標定目鏡分度尺的標定關系，計算球晶的直徑；(3) 討論影響球晶生長的主要因素。6. 問題與討論(1) 聚合物