偏光顯微鏡法觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)

1、游利M工學(xué)觀高分子物理實(shí)驗(yàn)講義材料學(xué)院2008.5目錄實(shí)驗(yàn)一偏光顯微鏡法觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)2實(shí)驗(yàn)二粘度法測定聚合物的分子量5實(shí)驗(yàn)三聚合物的熱分析一差示掃描量熱法9實(shí)驗(yàn)四聚合物溫度-形變曲線的測定13實(shí)驗(yàn)五高聚物表觀粘度和粘流活化能的測定16實(shí)驗(yàn)六高分子材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測定23實(shí)驗(yàn)七高聚物的應(yīng)力松弛測定26實(shí)驗(yàn)八動態(tài)粘彈譜法測定聚合物的動態(tài)力學(xué)性能29實(shí)驗(yàn)九高聚物的高頻介電損耗測定35參加本實(shí)驗(yàn)講義編寫人員如下：實(shí)驗(yàn)一偏光顯微鏡法觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)富露祥實(shí)驗(yàn)二粘度法測定聚合物的分子量王娜實(shí)驗(yàn)三聚合物的熱分析一差示掃描量熱法馬馳實(shí)驗(yàn)四聚合物溫度-形變曲線的測定何秀娟實(shí)驗(yàn)五高聚物表觀粘度和粘

2、流活化能的測定張秀彬?qū)嶒?yàn)六高分子材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測定劉大晨實(shí)驗(yàn)七高聚物的應(yīng)力松弛測定于洋實(shí)驗(yàn)八動態(tài)粘彈譜法測定聚合物的動態(tài)力學(xué)性能王重實(shí)驗(yàn)九高聚物的高頻介電損耗測定王濤實(shí)驗(yàn)一偏光顯微鏡法觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)用偏光顯微鏡研究聚合物的結(jié)晶形態(tài)是目前在實(shí)驗(yàn)室中較為簡便而實(shí)用的方法。結(jié)晶條件的不同聚合物的結(jié)晶可以具有不同的形態(tài)，如單晶、球晶、纖維晶及伸直鏈晶體等。在通常條件下，熔體冷卻結(jié)晶或濃溶液中析出結(jié)晶體時，聚合物傾向于生成球晶結(jié)構(gòu)，它是由無數(shù)小晶片按結(jié)晶生長規(guī)律長在一起的多晶聚集體，球晶直徑可長到幾微米，甚至可達(dá)厘米數(shù)量級，用偏光顯微鏡可以進(jìn)行觀察。結(jié)晶聚合物的實(shí)際使用性能與材料內(nèi)部的結(jié)晶形

3、態(tài)、晶粒大小及完善程度有密切關(guān)系，如：光學(xué)透明性、沖擊強(qiáng)度等。因此，對于聚合物結(jié)晶形態(tài)的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)、使用方法及目鏡分度尺的標(biāo)定方法。2、學(xué)習(xí)用熔融法制備聚合物球晶樣品。3、觀察聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)，估算聚丙烯的球晶大小。二、實(shí)驗(yàn)原理：1 .自然光與偏振光光的傳播方向和振動方向所組成的平面叫振動面，自然光的振動面時刻在改變。偏振光是電矢量相對于傳播方向以一固定方式振動的光。由光源發(fā)出的自然光經(jīng)過起偏器變?yōu)槠窆夂?，照射到聚合物晶體樣品上，由于晶體的雙折射效應(yīng)，這束光被分解為振動方向相互垂直的兩束偏振光。這兩束光不能完全通過檢偏器，只有其中平行

4、于檢偏器振動方向的分量才能通過。2 .偏光顯微鏡的構(gòu)造偏光顯微鏡是一種精密的光學(xué)儀器，有一套光學(xué)放大系統(tǒng)和兩個偏振片，可用來對結(jié)晶物質(zhì)的形態(tài)進(jìn)行觀察和測量。常見偏光顯微鏡的構(gòu)造如圖1.1所示，主要部件為：1目鏡2目鏡筒3勃氏鏡手輪4勃氏鏡左右調(diào)節(jié)手輪6檢偏鏡7補(bǔ)償器9物鏡座12聚光鏡15起偏鏡18鏡架5勃氏鏡前后調(diào)節(jié)手輪8物鏡定位器10物鏡13拉索透鏡16濾色片19微調(diào)手輪11旋轉(zhuǎn)工作臺14可變光欄17反射鏡20粗調(diào)手輪圖1.1偏光顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖使用方法：首先要對光，可先裝上低倍物鏡和目鏡，推出起偏振片，使在目鏡中看到的視域?yàn)樽盍?，再推進(jìn)起偏振片。其次是對焦，將制好的試片置于載物臺上，旋轉(zhuǎn)粗

5、調(diào)手輪，使載物臺上升，讓試樣表面接觸物鏡（且勿觸及物鏡），通過目鏡仔細(xì)觀察，并慢慢使試樣下降，直到觀察到圖像以后，再轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，使物象達(dá)到最清晰為止。此時可轉(zhuǎn)換其他倍率物鏡，偏光顯微鏡即處于可用狀態(tài)。3 .PLM研究聚合物的球晶結(jié)構(gòu)球晶的基本結(jié)構(gòu)單元是具有折疊鏈結(jié)構(gòu)的晶片，厚度在100?左右。許多這樣的晶片從一個中心（晶核）向四面八方生長，發(fā)展成為一個球狀聚集體，電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了球晶分子鏈總是垂直于球晶半徑方間排列的。在正交偏光顯微鏡下觀察時，在分子鏈平行于起偏鏡或檢偏鏡的方向上將產(chǎn)生消光現(xiàn)象，呈現(xiàn)出球晶特有的黑十字消光圖案（稱為Maltase十字），如圖1.2所示。黑十字消光圖像是高聚物

6、球晶的雙折射性質(zhì)和對稱性的反映。在分子鏈平行于起偏器和檢偏器的偏振面的位置將發(fā)生消光現(xiàn)象。分子鏈的取間排列使球晶在光學(xué)性質(zhì)上是各向異性的，即在平行于分子鏈和垂直于分子鏈的方向上有不同的折光率。在球晶中由于晶片以徑向發(fā)射狀生長，分子鏈取向總是與徑向相垂直，因此圓中只有四個區(qū)域，分子鏈的取向與起偏器和檢偏器的偏振面相平行，正好形成正交的黑十字消光圖像。并且當(dāng)樣品在自己的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，黑十字保持不動，這意味著所有的徑向結(jié)構(gòu)單元在結(jié)晶學(xué)上是等效的，因此球晶是具有等效徑向單元的多晶體。此外，在有的情況下（如PE）,還可看到一系列明暗相間的消光同心圓環(huán)，那是由于球晶中的條狀晶片周期性地扭轉(zhuǎn)的結(jié)果，如圖1.3

7、所示。在多數(shù)情況下，偏光顯微鏡觀察到的球晶形態(tài)不是球狀，而是一些不規(guī)則的多邊形。這是由于許多球晶以各自的任意位置的晶核為中心，不斷向外生長，當(dāng)增長的球晶和周圍相鄰球晶相碰時，則形成任意形狀的多面體。體系中晶核越少，球晶碰撞的機(jī)會越小，球晶可以長的很大，相反，則球晶長的不大。圖1.2等規(guī)聚丙烯的球晶偏光顯微鏡照片。圖1.3球晶內(nèi)的晶片的排列和分子鏈的取向。4 .測量粒徑及其分布通過目鏡顯微尺與載物臺顯微尺，可進(jìn)行樣品粒徑的測定。方法是：在非正交偏光下，將此兩顯微尺平行排列，并使其零點(diǎn)重合，看兩者刻度數(shù)的關(guān)系。因載物臺顯微尺為1mm分成100格，每格為10m,若目鏡分度尺50格與載物臺顯微尺10格

8、相等，則目鏡分度尺每格相當(dāng)于2pm。測得待測晶粒在目鏡顯微尺上的格數(shù)，即可計算出粒徑大小。測量一定數(shù)量顆粒的粒徑值，可分析粒徑的分布。5 .PLM研究液晶態(tài)的織構(gòu)液晶態(tài)織構(gòu)的研究，可鑒定液晶類型，探索液晶內(nèi)部指向矢變化。液晶織構(gòu)實(shí)質(zhì)上是液晶薄膜在正交PLM下所呈現(xiàn)的光學(xué)圖象，各種織構(gòu)特征均是由結(jié)構(gòu)缺陷引起的。對于液晶來說有兩種缺陷：平移缺陷一一位錯，和由分子取向發(fā)生不連續(xù)變化產(chǎn)生的局部缺陷一一向錯。厚度不同、雜質(zhì)、表面等都可導(dǎo)致位錯與向錯。常見的高分子液晶的織構(gòu)有絲狀、紋影、焦錐、鑲嵌織構(gòu)等，此外還有鏈剛性較大的主鏈型液晶高分子所具有的條帶織構(gòu)。三、儀器藥品：1 .熱臺偏光顯微鏡；載玻片和蓋玻

9、片；鐐子、刀片。2 .試樣：等規(guī)聚丙烯粒料。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1 .聚合物試樣的制備熔融法制備聚合物球晶。將少許聚合物（粒料的1/5左右）放在干凈的蓋玻片之間，在Tm以上30c恒溫5min,使聚合物充分熔融，并壓試樣至薄和排除氣泡，并在稍低于熔點(diǎn)的溫度結(jié)晶，恒溫一定時間后冷卻至室溫。如制備聚丙烯（PP）和低壓聚乙烯（HDPE）球晶時，分別在230c和220c熔融5min,然后PP在150C、PE在120c保溫30min,自然降溫，在不同的恒定溫度下所得的球晶形態(tài)是不同的。另一種制樣方法是把聚合物熔融后馬上淬冷至Tg以下得到無定形態(tài)，然后在高于Tg的某一溫度恒溫一定時間后，冷卻至室溫觀察。溶液法制備

10、聚合物球晶試樣。先將聚合物溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后緩慢冷卻，或溶劑揮發(fā)使聚合物析出。常用的方法，一種是把聚合物溶液滴在與其溶劑不相容的液體表面，讓溶劑緩慢揮發(fā)后形成薄膜，用玻片把薄膜撈起進(jìn)行觀察。如把聚葵二酸乙二醇酯溶于100c的澳苯中，趁熱倒在70c左右的水面上，控制一定的冷卻速度，冷卻至室溫。另一種方法是把聚葵二酸乙二醇酯溶于味喃甲醇中（90c水?。┡涑?.02g/ml的溶液。將幾滴溶液滴在玻片上，用蓋玻片蓋好，靜置于有蓋的培養(yǎng)皿中，讓其自然緩慢結(jié)晶。2 .熟悉偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)、使用方法及目鏡分度尺的標(biāo)定方法。3 .將制備好的樣品放在載物臺上，在正交偏光條件下觀察球晶形態(tài)，并測量球晶的半徑。

11、五、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果與討論：1 .記錄制備試樣的條件、觀察到的現(xiàn)象。2 .給出所觀察到的球晶形貌圖。3 .寫出顯微尺標(biāo)定目鏡分度尺的標(biāo)定關(guān)系，計算所測球晶半徑大小。六、思考題：1 .使用偏光顯微鏡應(yīng)注意那些問題？2 .結(jié)合實(shí)驗(yàn)討論影響球晶生長的主要因素。3 .結(jié)晶溫度的控制對球晶大小有什么關(guān)系？4 .討論結(jié)晶生長條件與結(jié)晶形態(tài)的關(guān)系，結(jié)晶形態(tài)與聚合物制品性質(zhì)之間的關(guān)系。七、注意事項(xiàng)：1 .偏光顯微鏡開關(guān)電源時，務(wù)必先將亮度調(diào)節(jié)鈕調(diào)至最小。調(diào)節(jié)亮度鈕時，將其調(diào)至所需亮度即可，一般不要調(diào)至最強(qiáng)狀態(tài)。2 .偏光顯微鏡是精密的光學(xué)儀器，操作時要十分仔細(xì)和小心，不要隨意拆卸零件，不可手摸或用硬物擦試玻璃鏡

12、頭。3 .在偏光顯微鏡下使用熱臺時，不可超過300C,而且高溫處理時間不要過長。八、參考文獻(xiàn)1 .馮開才等，高分子物理實(shí)驗(yàn)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004年。2 .殷敬華，莫志深主編，現(xiàn)代高分子物理學(xué)，北京，科學(xué)出版社，2001年。實(shí)驗(yàn)二粘度法測定聚合物的分子量在所有的聚合分子量測定方法中，粘度法盡管是一種相對的方法，但因它儀器設(shè)備簡單，操作便利，分子量適用范圍大，又有相當(dāng)好的實(shí)驗(yàn)精確度，所以成為人們最常用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。粘度法除了主要用來測定粘均分子量外，還可用于測定溶液中的大分子尺寸，測定聚合物的溶度參數(shù)等。-、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握測定聚合物溶液粘度的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。(2)掌握粘度法測定聚合物分子量的

13、基本原理以及計算方法。(3)測定聚乙烯醇水溶液的特性粘度，并計算其平均分子量。二、實(shí)驗(yàn)原理線型高分子溶液的基本特性之一是粘度比較大，并且其粘度值與平均分子量有關(guān)，因此可利用這一特性測定其分子量。粘度除與分子量有密切關(guān)系外，對溶液濃度也有很大的依賴性，故實(shí)驗(yàn)中首先要消除濃度對粘度的影響，常以如下二個經(jīng)驗(yàn)公式表達(dá)粘度對濃度的依賴關(guān)系。打sf/c=刀+k'刀2c(1)InYr/c=Y-3Y2c(2)4r二刀/40；sPSp=(刀一40)/式(1)和(2)中的c為溶液濃度，limnsp/c=liminr/c=式中YSP叫做增比粘度，Yr叫做相對粘度，若以Y0表示溶液的粘度，Y表示溶液粘度，則刀

14、0二刀r-1(3)k'和3均為常數(shù)，顯然刀(4)Y即是聚合物溶液的特性粘度，和濃度無關(guān)。若以YSF/C和InYr/c分別對C作圖(如圖2-1),則它們外推到c-0的截距應(yīng)重合于一點(diǎn)，其值等于刀,這也可用來檢查實(shí)驗(yàn)的可靠性。tea碧一】ri"Jo圖2-1和In*/u對匚作圖當(dāng)聚合物的化學(xué)組成、溶劑、溫度確定后，刀值只和聚合物的分子最有關(guān)，常用Mark-Houwink方程表達(dá)這一關(guān)系：otY=KM假定液體流動時沒有湍流發(fā)生，即外力P全部用以克服液體對流動的粘滯阻力，則可將牛頓粘性流動定律應(yīng)用于液體在毛細(xì)管中的流動，得到泊松義耳定律。刀=兀PF4t/8lv=兀ghR4Pt/8lv=

15、AptY /p=AtA=ggh前8kA-儀器常數(shù)。實(shí)驗(yàn)時，在恒定條件下，用同一支粘度計測定幾種不同濃度的溶液和純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間t及to,由于極稀溶液中溶劑的密度近似相等p弋po所以：Y r=APt/Apoto=t/t0由純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間to和溶液流出時間t即可求出溶液的相對粘度YroY r=t/t0,YSP=Yr-1=(t-to)/to(6)把聚合物溶液加以稀釋，測不同濃度的流出時間，通過(1)(2)和(6),經(jīng)濃度外推求得刀值，再利用式(5)計算粘均分子量，此即謂“外推法”。“外推法”至少要測量三個以上不同濃度下的溶液粘度，而在某些情況下，如急需快速知道結(jié)果，或樣品很少，這時就要采用“一點(diǎn)法

16、”，即只需測定一個濃度下溶液的粘度，就可求得特性粘度刀,“一點(diǎn)法”選擇下列公式(7)計算刀值。一般指線型柔性高分子-良溶劑體系，k'+3=o.5,則：Y=2(YSP-InY!r)o.5/c(7)三、儀器和試劑1 .儀器：恒溫槽一套，溫度波動在土o.1C以下；秒表一個；改良烏式粘度計一只；25ml容量瓶一只；250ml磨口三角燒瓶一只；10m和5ml移液管各一只；三角漏斗1只；20cm長醫(yī)用橡皮管2根；吸球一個；夾子一個。2 .藥品：聚乙烯醇，正丁醇，蒸儲水。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)玻璃儀器的洗滌：粘度計、容量瓶、移液管、三角燒瓶等玻璃儀器需經(jīng)蒸儲水洗凈，干燥。一般放過聚合溶液的儀器，應(yīng)先以溶

17、劑泡洗，洗去聚合物和吹干溶劑等有機(jī)物質(zhì)后，才可用洗液去浸；否則有機(jī)物把洗液中的K2Cr2O7還原，洗液將失效，在用洗液以前，儀器中的水份也必須吹干，不然，水把洗液稀釋，去污效果也將大大降低。(2)溶液的配制：稱取聚乙烯醇0.2至0.3克(準(zhǔn)確至0.1毫克)小心倒入25毫升容量瓶中，加入約20毫升蒸儲水放在約90c的水浴中，使其全部溶解，溶解后稍稍搖動，置恒溫水槽中恒溫，用水稀釋至刻度，再經(jīng)砂芯漏半濾入另一只25毫升無塵干凈的容量瓶中，它和無塵的蒸儲水(100毫升容量瓶)同時放入恒溫水槽，待用。配制溶液也可用下法：把樣品稱干于25毫升容量瓶中，加10毫升溶劑，溶解搖勻，用2號砂芯漏斗濾入另一只同

18、樣的容量瓶中，用少量溶劑把第一只容量瓶和漏斗中的聚合物洗至第二只容量瓶中，洗三次，務(wù)必洗凈，但總體積切勿超過25毫升，然后把后一只容量瓶置恒溫水槽中，稀釋至刻度。(3)測定溶液流出時間；將恒溫槽調(diào)節(jié)至30c±0.1C,在粘度計(見圖2-2)B、C管上小心地接上醫(yī)用橡皮管，用鐵夾夾好粘度計，放入恒溫水槽，使毛細(xì)管垂直于水面，使水面浸沒a線上方的球，用移液管從A管注入10毫升聚乙烯醇溶液，恒溫十分鐘后，用夾子夾住C管橡皮管使不通氣，而將接在B管的橡皮管用注射器抽氣，使溶劑吸至a線上方的球一半時停止抽氣，先把注射器撥下，然后放開C管的夾子，空氣進(jìn)入D球，使毛細(xì)管內(nèi)溶劑和A管下端的球分開，這

19、時水平地注視液面的下降，用停表記下液面的流經(jīng)a和b線的時間，此即為流出時間前。然后再移入5毫升溶劑（水），這時粘度計內(nèi)的溶液濃度是原來的2/3,將它混合均勻，并把溶液吸至Q線上方球的一半，洗二次，再用同法測定t2。同樣操作再加入5、10、10毫升溶劑，即將溶液濃度稀釋為原來的1/2、1/3、1/4,分別測得t3、t4、t5。將溶劑倒出，用蒸儲水立即洗滌粘度計（包括小球、毛細(xì)管、B管和C管），洗三次，務(wù)必洗凈。（4）測定溶劑流出時間：用移液管吸取10毫升溶劑（水）注入粘度計，測定流出時間t。（5）全部測定后，關(guān)閉恒溫槽的電熱系統(tǒng)及攪拌器，取出粘度計用丙酮洗滌粘度計一次，干燥，用紙罩上放置。五、結(jié)

20、果處理試樣,溶劑,濃度C0溫度,粘度計號碼。濃度流出時間（秒）YrInYrInYr/C'Ysp刀sp/C'一一三平均值0G2C0/3C0/2C0/3G/4為作圖方便，設(shè)溶液初始濃度為C0,真實(shí)濃度C=C/C0O依次加入5、5、10毫升溶劑稀釋后的相對濃度各為2/3、1/2、1/3、1/4（以C'表示）,計算刀r、In刀r、Inr1r/C'、刀sp/C填入表內(nèi)。（作Ysp/C'對C或Inr1r/C'對C'）?？捎米鴺?biāo)紙12格為相對濃度橫坐標(biāo)（C'=1）。則其它各點(diǎn)就相應(yīng)于8、6、4、3格處。外推彳#到截距A,那么特性粘度y=A/C&

21、#176;。由手冊查得聚乙烯醇水溶液，30C,K=6.65X10-2ml/g,“=0.64。已知ti=kMM那么Mn=六、注意事項(xiàng)1 .粘度計的毛細(xì)管很細(xì)，很容易阻塞，試驗(yàn)后要用蒸儲水充分洗滌兩次，盡量防止塵粒帶入粘度計、容量瓶和移液管中。2 .粘度計和移液管為易壞的玻璃儀器，要輕拿輕放，烏式粘度計3根管中，日C管較細(xì),極易折斷，拿烏式粘度計時不能拿它們，應(yīng)拿A管。七、思考題1 .實(shí)驗(yàn)過程中，有哪些因素影響最后測定數(shù)據(jù)的精確性？2 .Mark-Houwink方程中K和a在什么條件下是常數(shù)？實(shí)驗(yàn)三聚合物的熱分析一差示掃描量熱法DSC聚合物的熱分析是指在程序控溫下，測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一

22、類技術(shù)，它包括差熱分析（DTA）和差動分析法（DSC）,在高分子方面有著廣泛的應(yīng)用。它們可以用于研究聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、相轉(zhuǎn)變、結(jié)晶溫度Tc、熔點(diǎn)Tm、結(jié)晶度Xc、等溫結(jié)晶動力學(xué)參數(shù)，研究聚合、固化、交聯(lián)、氧化、分解等反應(yīng)以及測定反應(yīng)溫度或反應(yīng)熱、反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)等。CDR-4P差動熱分析儀是用于測量物質(zhì)在熱反應(yīng)時的特征溫度及吸熱或放出的熱量，包括物質(zhì)相變、分解、化合、凝固、脫水、蒸發(fā)等物理或化學(xué)反應(yīng)，廣泛應(yīng)用于無機(jī)、硅酸鹽、陶瓷、礦物金屬、航天耐溫材料等領(lǐng)域，是無機(jī)、有機(jī)、特別是高分子、玻璃鋼等方面熱分析的重要儀器。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解DTA、DSC的實(shí)驗(yàn)原理及應(yīng)用范圍。2、學(xué)會應(yīng)用D

23、SC測定聚合物的加熱及冷卻譜圖。3、掌握應(yīng)用DSC測定聚合物Tg、Tc、Tm、AH”Xc的方法。、實(shí)驗(yàn)原理1、DTA與DSC的區(qū)別傳統(tǒng)的DTA的基本原理是，將試樣和參比物置于以一定速率加熱或冷卻的相同溫度狀態(tài)的環(huán)境中，記錄下試樣和參比物之間的溫度差A(yù)T,并對時間或溫度作圖，得到DTA曲線（如圖3.1）。Ml】如出翳11JIAL山海用！】乂圖3.1三種主要的熱分析系統(tǒng)的示意圖DSC則分為兩種，一種是熱流型，另一種是功率補(bǔ)償型。前者的原理與DTA類似，只是測溫元件是貼在樣品支持架上，而不像傳統(tǒng)DTA那樣插在樣品或參比物內(nèi)。由于這種設(shè)計減少了樣品本身所引起的熱阻變化的影響，定量準(zhǔn)確性較DTA好，所以

24、又被稱為定量DTA。功率補(bǔ)償型DSC的原理是，在程序升溫（或降溫、恒溫）的過程中，始終保持試樣與參比物的溫度相同，為此試樣和參比物各用一個獨(dú)立的加熱器和溫度檢測器。當(dāng)試樣發(fā)生吸熱效應(yīng)時，由補(bǔ)償加熱器增加熱量，使試樣和參比物之間保持相同溫度；反之當(dāng)試樣產(chǎn)生發(fā)熱效應(yīng)時，則減少熱量，使試樣和參比物之間仍保持相同溫度。然后將此補(bǔ)償?shù)墓β手苯佑涗浵聛?，它精確的等于吸熱和放熱的熱量，因此可以記錄熱流速率（dH/dt或dQ/dt）對溫度DTA的變化曲線，即DSC曲線。用DSC方法可以直接測量熱量、進(jìn)行定量分析，這是與的一個重要區(qū)別。3.2功率補(bǔ)償式DSM意圖。圖DSC與DTA相比，另一個突出的優(yōu)點(diǎn)是，在差動

25、熱分析時，試樣與參比的溫度始終相等，避免了DTA測試時，試樣發(fā)生熱效應(yīng)造成的參比物與試樣之間的熱傳遞，故儀器反應(yīng)靈敏，分辨率高，重現(xiàn)性好。2、DTA曲線與DSC曲線FFE一二不？0<3DSC通線國%3聚合物l）TA和DSC的曲線示意圖1戰(zhàn)固氣幃變；2偏核的觸俄；3母做轉(zhuǎn)變，4降解技?xì)饣ひ欢鸦虿ＡЩㄏⅲ┺D(zhuǎn)變卜結(jié)晶f7曲化，國比.化學(xué)反應(yīng)或交罪由于各種儀器的DTA/DSC曲線的吸熱、放熱方向不同，所以曲線上必須注明吸熱和/或放熱方向。如圖所示。當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg（圖中5處）時試樣的熱容增大就需要吸收更多的熱量，使基線發(fā)生位移（圖中2處），假如試樣能夠結(jié)晶，并且處于過冷的非晶態(tài)

26、，那么在Tg以上可以進(jìn)行結(jié)晶，同時放出大量的結(jié)晶熱而產(chǎn)生一個放熱峰（圖中6）,進(jìn)一步升溫，結(jié)晶熔融吸熱，出現(xiàn)吸熱峰（圖中7）,最后發(fā)生分解、吸熱，出現(xiàn)吸熱峰（圖中4）。當(dāng)然不是所有的聚合物試樣都能存在上述全部物理化學(xué)變化。DSC曲線中結(jié)晶試樣熔融峰的峰面積對試樣的熔融熱Hf（J/mg）,若百分之百結(jié)晶的試樣.-.-的熔融熱AHf是已知的則按下式計算試樣的結(jié)晶度Xc“，Hf改Xcfc1Hf10DTA和DSC雖然在原理及操作上都不復(fù)雜，但影響試驗(yàn)精度的因素很多。(1)儀器因素：與爐子的形狀、大小和溫度梯度有關(guān)。(2)測試時所用的氣氛是否惰性。(3)熱電偶的粗細(xì)及其位置會影響差熱曲線的形狀和峰的面積

27、。(4)升溫速度：玻璃化轉(zhuǎn)變是一個松弛過程，升溫速度太慢，轉(zhuǎn)變不明顯，甚至觀察不到玻璃化轉(zhuǎn)變；升溫太快，Tg移向高溫。結(jié)晶性聚合物在升溫過程中晶體完善化，使Tm和結(jié)晶度都提高。升溫速度對峰的形狀也有影響，升溫速度快、基線漂移大，會降低兩個相鄰峰的分辨率；升溫速度適當(dāng)、峰尖銳、分辨率好，但速度太慢，峰變得圓滑，且峰的面積也減小。(5)試樣因素：試樣的量和參比物的量要匹配，以免兩者熱容相差太大引起基線漂移。試樣裝填應(yīng)該緊密。三、儀器藥品1、儀器：CDR-4P差動熱分析儀(上海天平儀器廠生產(chǎn))；電子分析天平。2、樣品：聚乙烯、聚丙烯、非晶態(tài)聚對苯二甲酸乙二醇酯等；參比物為“-A12O3。I.遮飛口英

28、誦2.住品“一半國冷卻圈兒不俵闡蜘母工事何石英管0克431”*克上(I)J*-ffiX(IO圖4CDR-4P差動熱分析儀四、實(shí)驗(yàn)步驟1、開啟水源，并使水流暢通；需要?dú)夥毡Ｗo(hù)時，也要接通。2、打開各電源開關(guān)，預(yù)熱20分鐘。打開計算機(jī)的電源開關(guān)，一定要后開先關(guān)。3、轉(zhuǎn)動手柄將電爐的爐體升到頂部，然后將爐體向前方轉(zhuǎn)出。(注意：爐體轉(zhuǎn)出時，不要碰到樣品支架)。4、按照實(shí)驗(yàn)要求稱好樣品(5-8mg)放入堪蝸中，另一個堪蝸放入重量相近的參比物。用鐐子將樣品塔蝸置于支架左側(cè)，參比物塔蝸置于右側(cè)。5、將上蓋逆時針旋回，旋到位置，看鏡面對準(zhǔn)中央，旋下爐體(注意：不要碰到樣品支架).6、將差熱放大單元的“量程pv

29、旋鈕轉(zhuǎn)到短路”位置，預(yù)熱30分鐘。然后調(diào)節(jié)調(diào)零”旋鈕,使差熱指示”指針指向零位。7、差動熱補(bǔ)償單元放在準(zhǔn)備”位置。憑經(jīng)驗(yàn)選取差動熱補(bǔ)償單元的量程旋鈕，選取合適的測量精度(一般高分子材料選擇±100W)。若進(jìn)行DSC測試，差熱放大單元放在差動”位置,量程v旋鈕必須旋于±00w位置，差動熱補(bǔ)償單元放在工作”位置。118、按實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行溫度曲線控制，在Windows98下雙擊溫控監(jiān)視系統(tǒng)XML2001圖標(biāo)，點(diǎn)擊設(shè)置按鈕進(jìn)入溫度控制曲線。依次填寫控制曲線名稱、程序段、起點(diǎn)溫度（注意：起點(diǎn)溫度必須是0C）、終點(diǎn)溫度、升溫速率等內(nèi)容。并依次點(diǎn)擊添加，完成，確定進(jìn)入下一步操作。9、點(diǎn)擊讀

30、取曲線和曲線下載,確定完畢。點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察溫控單元的溫控單元設(shè)定值到達(dá)3c時，溫控單元的輸出電壓是否小于10V,若小于10V時，啟動溫控單元的電爐啟動按鈕；若輸出電壓大于10V時，點(diǎn)擊恒溫按鈕，待小于10V時，再點(diǎn)擊運(yùn)行和按下電爐啟動按鈕。（注意：若開始輸出電壓大于10V時，禁止點(diǎn)擊運(yùn)行和按下電爐啟動按鈕。）10、在Windows98下雙擊熱分析圖標(biāo)，點(diǎn)擊采樣,選擇工作模式（DTA/DSC轉(zhuǎn)換鈕）、選擇直接采樣模式和量程、并填寫起始溫度、結(jié)束溫度、升溫速率、樣品名、樣品質(zhì)量（此項(xiàng)必須準(zhǔn)確填入）等項(xiàng)目，最后單擊確認(rèn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。11、實(shí)驗(yàn)完畢，存盤返回。12、點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理,調(diào)出存盤的文件。然后按下處

31、理設(shè)置,選擇處理峰的個數(shù)，再用上下箭頭選擇峰起始和終點(diǎn)位置。再用鼠標(biāo)點(diǎn)擊峰處理屏幕自動給出外延起始點(diǎn)的位置。輸入對話框中并可以重復(fù)進(jìn)行。而后保存和輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其它參數(shù)計算處理類似峰處理操作。13、最后先關(guān)閉計算機(jī)，再關(guān)閉個單元的電源和水源等單元，結(jié)束實(shí)驗(yàn)操作。五、數(shù)據(jù)處理1、在“數(shù)據(jù)采樣程序”界面中，點(diǎn)擊“分析”菜單下的“曲線分析”選項(xiàng)，出現(xiàn)“曲線/選項(xiàng)/報告框”界面時，點(diǎn)擊“打開”文件圖標(biāo)，雙擊打開選定曲線。2、點(diǎn)擊“處理”菜單下的“設(shè)置”選項(xiàng)，選擇“常規(guī)處理”或“玻璃化轉(zhuǎn)變溫度”，輸入需要處理的“待處理峰數(shù)”，按“確定”鍵。3、分別點(diǎn)擊起點(diǎn)、終點(diǎn)圖標(biāo)，用鼠標(biāo)確定待處理峰的起點(diǎn)、終點(diǎn)，然后

32、點(diǎn)擊“處理”菜單中的“計算”，得到該峰的熔融溫度、烙變值等處理結(jié)果。4、點(diǎn)擊“報告”菜單中的“打印選擇”，選擇“圖譜/DSC/標(biāo)志/T/結(jié)果”，按“確認(rèn)”即開始打印結(jié)果。六、注意事項(xiàng)1、旋出爐體時，搖桿要先慢而后可以快些并搖到位置。順時針旋出爐體，漏出樣品桿，搖回時切記對準(zhǔn)中心，不要碰到樣品桿。2、進(jìn)行DTA和DSC操作時要進(jìn)行差動-差熱轉(zhuǎn)換DSC操作時，差熱放大單元上的量程置于100N處。3、剛開始加熱輸出電壓大于10V時，禁止點(diǎn)擊運(yùn)行和按下電爐啟動按鈕，否則損壞儀器。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要存盤返回，否則實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)丟失。七、思考題1、影響DSC試驗(yàn)結(jié)果的影響因素有那些？如何確定Tm、Tc、Tg?2、

33、升溫速率對Tg的測量結(jié)果有何影響？八、參考文獻(xiàn)1上海天平儀器廠，CDR-4P型差動熱分析儀使用說明書，2002年。2劉振興等編，高分子物理實(shí)驗(yàn)，廣州：中山大學(xué)出版社，1991年。3董炎明，高分子材料實(shí)用剖析技術(shù)，北京：中國石化出版社，1997年。12實(shí)驗(yàn)四聚合物溫度形變曲線的測定測定溫度-形變曲線（熱機(jī)械曲線）是研究聚合物和力學(xué)性能的一種重要的方法。在高聚物試樣上施加一定的荷重，并使試樣以一定的速度受熱升溫，采用記錄儀器記錄在某個溫度變化范圍內(nèi)試樣的形變曲線。在該曲線的兩個轉(zhuǎn)折范圍內(nèi)，可以確定出玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和黏度溫度Tf,從而可估計被試樣材料的適用范圍和加工條件。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證線形

34、高聚物的三種力學(xué)狀態(tài)理論。2、掌握測定高聚物溫度-形變曲線的方法。3、測定有機(jī)玻璃白玻璃化溫度Tg和粘流溫度丁產(chǎn)二、實(shí)驗(yàn)原理：1、高聚物的溫度-形變曲線：無定型高聚物在較低溫度時，整個分子鏈和布局的鏈段能在平衡位置上振動，不能平移和轉(zhuǎn)動而離開原來的位置，此時，高聚物表現(xiàn)得很硬。象玻璃一樣，當(dāng)加上外力時，它只產(chǎn)生較小的形變；外力去掉后，又立即恢復(fù)原狀，這時高聚物處于玻璃態(tài)。溫度升高后，熱運(yùn)動能量逐漸增加，在達(dá)到玻璃化溫度Tg后，鏈段開始運(yùn)動，通過鏈段的運(yùn)動，分子鏈可以不斷的改變形變。在外力的作用下，高聚物可以發(fā)生很大的可逆形變（可達(dá)原長的幾倍甚至十倍），這時，高聚物處于高彈態(tài)。繼續(xù)升溫，直至達(dá)粘

35、流溫度Tf,此時在外力的作用下，整個大分子鏈開始發(fā)生位移運(yùn)動，開始產(chǎn)生不可逆形變，高聚物逐漸變成可以流動的粘稠液體，稱為粘流態(tài)。如圖4.1中曲線所示。由此可知Tg和Tf標(biāo)志著高聚物分子運(yùn)動狀態(tài)的區(qū)分，前者是玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成高彈態(tài)的溫度，后者是高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度。高聚物力學(xué)轉(zhuǎn)化的一個特征是其不同于相變發(fā)生在一確定溫度而是發(fā)生在一個溫度范圍內(nèi)。故通常在不同資料里給出的同一高聚物的轉(zhuǎn)化溫度（Tg、Tf）,不僅可因測試條件不同而異，而且可因取轉(zhuǎn)變點(diǎn)的作圖方法不同而有所差別。本實(shí)驗(yàn)采用固定負(fù)荷的靜態(tài)方法，相當(dāng)于力的作用速度很慢的情況加熱，采取等速升溫,升溫速度通?？刂圃?2oC/min。這些條件必須在

36、實(shí)驗(yàn)結(jié)果中注明。132、測試原理：本實(shí)驗(yàn)采用RJY-1P型熱機(jī)分析儀。其組成為三部分：a:主機(jī)：包括主體架，高低溫爐、試樣裝置等。b:形變測量單元和溫度控制器。(包括形變量的電氣放大和溫度程序升降裝置)等。c:數(shù)據(jù)接口單元和計算機(jī)實(shí)驗(yàn)時，聚合物試樣隨溫度上升。即從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)。在轉(zhuǎn)變過程中相應(yīng)產(chǎn)生了形變。這種熱形變導(dǎo)致施加載荷的壓桿的下沉，來帶動差動變壓器的鐵芯移動，差動變壓器將這個變化的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)放大后輸入記錄儀記錄下曲線，溫度經(jīng)熱電偶輸入記錄儀記錄下溫度變化。然后從形變曲線上通過做切線求出Tg和Tf。g三、實(shí)驗(yàn)儀器藥品：(1) RJY-80型熱機(jī)分析儀一臺。(2)試樣：有

37、機(jī)玻璃6X5mm。四、實(shí)驗(yàn)步驟：由上而下開啟微機(jī)控溫單元，可控硅加熱單元，機(jī)械檢測單元，數(shù)據(jù)站接口單元電源，預(yù)熱15min以上。檢查各單元工作狀態(tài)及旋鈕設(shè)置。檢測單元。選擇測量程"±1000Nm”，檢測旋鈕置于“出4”，微分量程旋到“10”，濾波旋至“中”。數(shù)據(jù)站接口單元。顯示選擇置于“TMA準(zhǔn)備測試樣品： 取直彳空為6mm的PMMA棒，截取5mm,用砂紙打磨平整，用卡尺測其厚度。 將試樣放在樣品架上，用鋁箔將樣品與石英探頭隔離。選擇適當(dāng)負(fù)荷，將石英探頭壓在樣片上。均勻用力托起電爐，使樣品置于電爐中。(4)調(diào)節(jié)主機(jī)右側(cè)機(jī)械調(diào)零旋鈕，使檢測指示指針位于“0”附近。通過微機(jī)溫控

38、單元面板輸入檢測條件，步驟如下：打開Windows桌面的“XMI2001”程序，在主界面選擇“設(shè)置”菜單下的“溫度控溫曲線”。在打開的對話窗口中，輸入程序名，設(shè)置“程序段為1”，“起始溫度為0”，“終止溫度為250”，“升溫速率為5”。按“添加”鍵，將設(shè)置內(nèi)容添加到程序列表中。按“完成”，按“確定”。 按“讀取數(shù)據(jù)”鍵，再按“曲線下載”鍵，然后運(yùn)行升溫程序。觀察數(shù)碼顯示器程序段顯示的實(shí)際程序的給定溫度開始上升后，當(dāng)SV的讀數(shù)小于3時,輸出電壓小于10V,若大于10V,則點(diǎn)“恒溫”鍵，使電壓回到10V左右。當(dāng)程序溫度接近室溫時，按綠色“啟動電爐”按鈕開啟電爐電源，電爐開始加熱。開啟電爐時，或在升

39、溫中，如果電爐突然大幅上升，應(yīng)立即切斷電爐電源，待爐子冷卻后再繼續(xù)工作。打開windows界面的溫度形變檢測RTY-1P,在主界面點(diǎn)擊“文件”菜單下的“開始采樣”，按照試樣和實(shí)驗(yàn)條件輸入各項(xiàng)基本信息后，開始采樣。測試完成后，保存采樣數(shù)據(jù)。關(guān)閉電爐電源，及時將電爐放下，清理樣品。五、數(shù)據(jù)處理：在溫度-形變曲線上，將每一轉(zhuǎn)折前后的直線部分延伸至相交，從交點(diǎn)即可求出Tg和Tf。實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須注明測試條件:14(1)試樣應(yīng)力=負(fù)載/兀r2(kg/cm2)r為壓頭半徑r=5mm。(2)升溫速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果可表示如下：測試條件測試結(jié)果樣品應(yīng)力升溫速度TgTf六、實(shí)驗(yàn)報告：1、實(shí)驗(yàn)記錄，包括實(shí)驗(yàn)曲線、儀器樣品及測

40、試條件;2、列表表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果；3、回答問題。七、思考題：1,聚合物的溫度-形變曲線與其分子運(yùn)動有什么聯(lián)系2.那些實(shí)驗(yàn)條件會影響Tg的數(shù)值，它們各產(chǎn)生何種影響?3,本實(shí)驗(yàn)測得的Tg與膨脹計法所測得的Tg是否一致？15實(shí)驗(yàn)五、高聚物表觀粘度和粘流活化能的測定流變學(xué)是研究材料流動和變形規(guī)律的一門科學(xué)。絕大多數(shù)高分子特別是熱塑性塑料的成型加工都是在粘流態(tài)進(jìn)行的，如擠出，注射，吹塑等。線性聚合物在一定溫度下的流動性，正是高分子成型加工的重要依據(jù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解高聚物流體的非牛頓流體行為。2. 了解XLY-II型毛細(xì)管流變儀的工作原理，掌握其使用方法。3. 學(xué)會用XLY-II型毛細(xì)管流變儀測定熱

41、塑性聚合物的表觀粘度和粘流活化能。二、實(shí)驗(yàn)原理：高聚物熔體的流動特性強(qiáng)烈地依賴于聚合物本身的結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、分子的支化與交聯(lián)、溫度、壓力、時間、作用力的性質(zhì)和大小等外界條件的影響。了解高聚物熔體的流動特性對于選擇加工工藝條件和成型設(shè)備等具有重要指導(dǎo)意義。牛頓流動定律：t=nY（1）凡流動行為符合牛頓流動定律的流體，稱為牛頓流體。牛頓流體的粘度僅與流體分子的結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)，與切應(yīng)力和切變速率無關(guān)。典型的牛頓流體有水、甘油、高分子稀溶液等。而聚合物熔體和濃溶液并不符合牛頓流動定律，哥律方程：i=K，ynn=1牛頓流體，n<1假塑性流體,多屬于非牛頓流體，如圖5.1和圖5.2所示。（2）

42、n>1膨脹性流體£8-1各腫流體的流動曲典網(wǎng)牛株.2為北拄窗棒.D務(wù)或住通陸*R為寓部體£82各種潼體的巍觀樁度與剪切速率的關(guān)系本實(shí)驗(yàn)是在XLY-II型毛細(xì)管流變儀進(jìn)行的。簡單，可以在較寬的范圍調(diào)節(jié)切變速率和溫度，MSf串體.S為假斑性霰件.D為本裱如離株'H為界a*體毛細(xì)管流變儀使用最為廣泛，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)得到十分接近加工條件的流變學(xué)物理量。常用的切變速率范圍為101106s-1,切應(yīng)力為104106N/m2。除了可測定粘度外，還可以觀察聚合物的熔體彈性和不穩(wěn)定流動現(xiàn)象，可以方便的測定高聚物熔體的流動曲線。圖5.3為XLY-II型毛細(xì)管流變儀工作原理圖。高聚物在

43、料筒中被加熱熔融，在一定負(fù)荷下，柱塞將高聚物熔體從毛細(xì)管擠出。電子記錄儀記錄溫度、柱塞的下降位移和走紙距離、走紙速度，由負(fù)荷和柱塞的下降速度計算出切應(yīng)力、切變速率和粘度等，進(jìn)一步繪制流動曲線lgc-lg7、N?、中以及g-T和粘流活化能。當(dāng)牛頓流體在一個無限長的毛細(xì)管（長度L,半徑R）中穩(wěn)定流動時，阻礙流動的粘流阻力與兩端壓差所產(chǎn)生的促使液柱流動的推動力相平衡，即二r2甲二2二rL16則:2L(3)當(dāng)r=R時，壓差A(yù)p可由所加負(fù)荷F求出，即tp=4F二dp其中dp為柱塞桿的直徑。當(dāng)r=R時，即管壁處的切應(yīng)力為:：pR2R_w-=2F2L二dpL因?yàn)榕ｎD流動定律：T="W(4)則切變速

44、率7與壓差A(yù)p的關(guān)系(5)當(dāng)r=R時，即管壁處的切變速率Yw為:LpR2L(6)由Hagen-Poiseuille方程求體積流率Q,即4.二Rp將(7)代入(5)得:：pR4Q2L二R3(8)又由于體積流率Q與柱塞桿的下降速度V的關(guān)系為2Q=-dpv(9)4電子記錄儀記錄的如圖5.4的流動速率曲線，可計算柱塞桿的下降速度VnV=(10)3t其中：橫坐標(biāo)b(格數(shù))可計算出柱塞的下降位移An(柱塞下降2cm,對應(yīng)記錄筆移動記錄紙長100格)，縱坐標(biāo)a(cm)可計算走紙時間At(由走紙距離即和走紙速度v計算)。ben=父2(cm)(11)100a&=一(s)(12)u因?yàn)橹臋M截面積為S=

45、1cm2,故熔體的體積流率Q_n3、Q=VS=父1(cms)(13)t17因此，在流變儀口模尺寸和負(fù)荷給定的條件下，只要測出給定溫度下熔體的體積流率,即可計算出相應(yīng)的粘度值。4二R.：p刀=(Pas)8QL(14)注意：XLY-II型毛細(xì)管流變儀的毛細(xì)管規(guī)格直徑D=1mm,毛細(xì)管長度L=40cm。其加壓系統(tǒng)采用祛碼加壓和1:20杠桿機(jī)構(gòu)，所以每個小祛碼提供負(fù)荷為10kgf/cm2,每個中祛碼提供負(fù)荷20kgf/cm2,不加祛碼時掛鉤等為20kgf/cm2。以上公式是在假定牛頓流體條件下推導(dǎo)的，但是實(shí)際高聚物流體并不是牛頓流體,進(jìn)行非牛頓流體修正。4n修正二二二'牛3n1式中n為非牛頓指

46、數(shù)，其值可由下式來表示(15)dlogwdlog(.p)n=dlogwdlogQ(16)由上式可知，非牛頓指數(shù)n即為10gAplogQ曲線的切線的斜率，本實(shí)驗(yàn)每個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)都需要進(jìn)行非牛頓修正。一般聚合物的熔體粘度與溫度的關(guān)系可用Arrhenius方程來描述二AeE/RT(17)式中AE刈為粘流活化能，分子間發(fā)生相對位移時所必須的能量，單位為kJ/mol。高分子的粘流活化能僅取決于高分子鏈的柔順性，與分子量、溫度、切變速率和切應(yīng)力無關(guān)。將Arrhenius方程取對數(shù)，則有l(wèi)n=lnAE/RT(18)因此，以1gti作圖就可得到如圖5.5所示的一條直線，從直線的斜率就可求出該聚合物的表觀粘流活化能。

47、I加壓系統(tǒng)I,位移洌鼠卜一記錄測溫I控海I圖5.3XLY-II型毛細(xì)管流變儀工作原理圖18圖5.4流動速率曲線圖5.5lg一：的關(guān)系圖三、儀器與樣品：1. XLY-II型毛細(xì)管流變儀，記錄紙，手套等。2. PS樹脂和PP樹脂；PE樹脂和PC樹脂。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .測試前聚合物樣品真空干燥，除去水分。2 .選擇適當(dāng)長徑比的毛細(xì)管，清潔干凈后，從料筒下方旋上（要旋緊），料筒上面放入柱塞。3 .接通XLY-II型毛細(xì)管流變儀及記錄儀的電源。4 .設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度（快速升溫），當(dāng)溫度升到所需溫度，用漏斗裝入約2g試樣，放進(jìn)柱塞，并用壓頭壓緊柱塞，壓實(shí)后保溫10min,同時選好負(fù)荷壓力和走紙速度（600mm

48、/hr即可）。5 .使壓頭下壓，開始開啟記錄儀，記錄流變速率曲線，每隔一定間隔加一祛碼，每個溫度做56個不同負(fù)荷下的流變速率曲線。再改變溫度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。6 .實(shí)驗(yàn)完成后，趁熱將料筒和毛細(xì)管清理干凈，最后切斷電源。五、數(shù)據(jù)處理1 .記錄不同溫度和負(fù)荷下的原始數(shù)據(jù)，并繪制表格。2 .計算柱塞的下降位移和走紙時間，計算負(fù)荷和體積流率做10gAplogQ曲線，由曲線的切線的斜率確定非牛頓指數(shù)n,每個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)都需要進(jìn)行非牛頓修正。3 .計算出不同溫度和負(fù)荷下的切應(yīng)力、切變速率和粘度等，進(jìn)一步繪制流動曲線lgt-lg、V3 I、中P。4 .恒定切應(yīng)力或恒定切變速率下以lg"-。作圖，從直線的斜

49、率就可求出該聚合物的表觀粘流活化能。5 .原始數(shù)據(jù)記錄：XLY-II型毛細(xì)管流變儀的毛細(xì)管半徑R=mm,長度L=cm；記錄儀的走紙速度v=mm/hr;柱塞的橫截面積為S=1cm2。19樹脂溫度/C壓力Ap,一2/kgf/cm橫坐標(biāo)b/格數(shù)縱坐標(biāo)a/cm柱塞位移An/cm走紙時間t/s體積流率Q/cm3/sPP190200210220PS19020021022020樹脂溫度/ClogAplogQ非牛頓指數(shù)nTw/Payw-1/sIgtwIgWwra牛/Pas中非牛PasPP190200210220PS19020021022021六、注意事項(xiàng)1 .裝卸毛細(xì)管時應(yīng)戴手套操作，以免將手燙傷。2 .實(shí)驗(yàn)

50、完成后，趁熱將料筒和毛細(xì)管清理干凈。3 .做熔點(diǎn)或粘流溫度較高的物料如PC和PA等，要用LDPE或PP清洗料筒和毛細(xì)管。七、思考題1 .測定熱塑性聚合物的表觀粘度和粘流活化能有何實(shí)際意義？就流動性而言，PC對溫度更敏感，而PE對切變速率更敏感，為什么？成型加工如何設(shè)定它們的加工工藝參數(shù)？2 .本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定那些實(shí)驗(yàn)條件和測那些原始數(shù)據(jù)？3 .示意繪出聚合物熔體在寬切變速率下的流動曲線，并用纏結(jié)理論作出解釋。4 .簡述毛細(xì)管流變儀的工作原理。22實(shí)驗(yàn)六高分子材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測定聚合物材料在拉力作用下的應(yīng)力-應(yīng)變測試是一種廣泛使用的最基礎(chǔ)的力學(xué)試驗(yàn)。聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線提供力學(xué)行為的許多重要線索及表征參數(shù)（楊氏模量、屈服應(yīng)力、屈服伸長率、破壞應(yīng)力、極限伸長率、斷裂能等）以評價材料抵抗載荷，抵抗變形和吸收能量的性質(zhì)優(yōu)劣；從寬廣的試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)速度范圍內(nèi)測得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有助于判斷聚合物材料的強(qiáng)弱、軟硬、韌脆和粗略估算聚合物所處的狀況與拉伸取向、結(jié)晶過程，并為設(shè)計和應(yīng)用部門選用最佳材料提供科學(xué)依據(jù)。一、目的要求1 .熟悉拉力機(jī)（包括電子拉力機(jī)）的使用；2 .測定不同拉伸速度下PE板的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；3 .掌握圖解法求算聚合物材料抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率和彈性模量;二、實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)力-應(yīng)變試驗(yàn)通常是在張力下進(jìn)行，即將試樣等速拉伸，并同時測定試