表征与测试.doc

高分子材料研究方法复习大纲第一章 聚合物材料力学性能测定1、应力与应变应变当材料受到外力作用而它所处的环境又使其不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸就会发生变化，这种变化就称为“应变”。应力当材料产生宏观变形时，材料内部分子间或者原子间原来的引力平衡受到了破坏，因而会产生一种附加的内力来抵抗外力、恢复平衡。当到达新的平衡时附加内力和外力大小相等，方向相反。单位面积上的附加内力称为“应力”。2、弹性模量弹性模量在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。是材料刚性的一种表征，代表材料抵抗变形的能力。3、强度与硬度材料强度材料抵抗外力破坏的能力(1) 拉伸强度材料抵抗拉伸破坏的能力，也称抗张强度。t = P/bd (2) 弯曲强度材料抵抗弯曲破坏的能力(3) 冲击强度材料抵抗冲击载荷破坏的能力，反映材料的韧性指标。硬度表征材料表面抵抗外力变形的能力4应力应变曲线与屈服对聚合物进行拉伸试验，以试样的应力值对试样的形变值作图所得到的曲线。通常以应力为纵坐标、应变为横坐标。屈服点Y Y：屈服应力 Y：屈服伸长率断裂点B B：断裂应力 B：断裂伸长率5拉伸力学性能测试步骤n 准备试样做标距、测量尺寸；n 用夹具夹持试样n 选定试验量程和拉伸速度，进行试验n 记录试验数据n 计算试验结果第二章 聚合物分子量与分子量分布测定1、测定数均分子量的方法有哪些？一、端基分析法二、沸点升高法三、渗透压法2使用端基分析法测定聚合物分子量的条件：1）聚合物必须是已知化学结构的线型或支链型大分子；2）大分子链端带有可供定量分析的基团；3）每个分子链上所含的基团数量是一定的3端基分析法测定聚合物分子量的程序1) 精确称量出试样重量W；2) 测出重量为W的试样中端基的摩尔数nt；3) 根据每个大分子链所带有的端基数X，得到试样的摩尔数4) 计算出聚合物的分子量 4、简述如何用渗透压法测定第二维利系数5、使用光散射法测定分子量的实验步骤n 配制45个不同浓度的聚合物稀溶液；n 使用LALLS测定纯溶剂和每个溶液的R值；n 使用折光指数仪测定不同浓度溶液的n，以n/c对c作图，外推至c0，得到dn/dc值；n 由dn/dc值计算出k值；n 以kc/R对c作图，得一直线，截距为 ，斜率为2A2；6、简述用特性黏数法测定粘均分子量的过程1. 选择适当的毛细管使溶剂的流出大于100s，即可忽略动能修正项；2. 使用稀溶液，使溶液密度与溶质密度相差很小（o ）； 3.用毛细管粘度计先测定出纯溶剂的流出时间to，然后再测出不同浓度C的聚合物溶液的流出时间 t，由此可以得到不同浓度C下的r 和sp；分别以sp/C 和lnr/C为纵坐标，溶液浓度C为横坐标作图，得到两条直线，将直线外推至C=0，得到的共同截距就是特性粘数如果已知 K、，就可以从Mark Houwink 公式计算出聚合物的粘均分子量：7、凝胶色谱法原理：先留出的分子量大分子量分布测定是将聚合物按照其分子量的大小分离成若干个级分分级，然后测定出各个级分的分子量和相对含量。8、简述GPC标准曲线的确定选择已知分子量且分子量分布为单分散性的聚合物作为标准样品，在相同的条件下对标准样品进行GPC测试，得到淋出体积。以log M 对Ve作图，可以得到一条直线 分子量-淋出体积标定曲线。9、凝胶色谱法测定分子量的特点在对聚合物样品进行分级的同时还可以有效地检测出各级分的分子量和相对含量，快速简便。第三章聚合物流变性能测定1、测定聚合物流变性能的目的1）为选择材料成型加工方法、确定成型加工条件提供依据；2）研究添加剂对聚合物流动性能的影响；3）研究聚合物材料的粘弹性；4）研究聚合物共混材料的形态和相行为。2、熔体流动速率和门尼粘度的定义熔体流动速率:在一定温度和压力下，聚合物熔体在10分钟内流过一个规定直径和长度的标准口模的质量克数（g/10min）。门尼粘度:在一定温度（通常为100度）和一定转速下，测定未硫化胶对转子转动的阻力3、熔体流动速率测定步骤n 加热仪器至所要求的测试温度；n 准备试样粒料、粉料或碎片；n 选择负荷法码；n 将试样加入料筒、压实并预热；n 计时并切割挤出物；n 称重并计算试验结果4、旋转流变仪的三种形式：同轴圆筒、平行板和锥板式5、毛细管流变仪测定过程的影响因素P196第四章热分析在聚合物材料中的应用1、热分析的特点n 测量温度范围很宽；n 可使用不同的温度程序；n 对样品的物理形态无特殊要求；n 所需要的样品量极少；n 测量气氛可以控制；n 完成实验的时间范围很宽；n 获取的信息多样化；2、主要的热分析方法性 质热分析技术缩 写质量热重分析TG或TGA温度差示热分析DTA热量示差扫描量热DSC尺寸热膨胀法TD力学性质（模量、形变等）热机械分析TMA动态力学分析DMA电学性质热释电法DEA或DETA光学性质热光谱法TPA3、影响DSC测试的因素 P125n 升温速率升温速率越快，灵敏度提高，分辨率下降。n 样品用量样品用量少，分辨率高，灵敏度下降一般为510mgn 样品粒度n 样品的热历史n 气氛和气速4、利用DSC方法测定玻璃化温度（测定步骤，如何确定Tg，以及影响因素）测定步骤n 样品用量1015 mgn 以20C/min加热至发生热焓松弛以上的温度n 以最快速率将温度降到预估Tg以下50Cn 再以20C/min加热测定Tgn 对比测定前后样品重量，如发现有失重则重复以上过程影响因素化学结构对Tg影响：具有僵硬的主链或带有大的侧基的聚合物将具有较高的Tg结晶度对Tg影响：不同聚合物随结晶度提高对Tg有不同影响交联固化对Tg影响：聚合物交联一般引起Tg升高。相对分子质量对Tg影响：相对分子质量升高，一般Tg升高。样品历史效应对Tg影响：5、利用TG技术评价聚合物热稳定性6、DMA的定义及动态力学热分析的优点 P156定义：在程序温度下测定物质在振动负荷下力学性能(模量、内耗)与温度、频率的关系Dynamic Mechanical Analysis优点:1)更能反映实际条件下的性能 2）同时提供材料的弹性性能和粘性性能3）需要的样品小4）在测定高分子材料Tg和次级转变方面灵敏度远高于DTA、DSC之累的仪器。第五章显微分析技术在聚合物中的应用1、偏光显微镜样品制备技术：热压成膜、溶液浇铸制膜、切片、打磨2、电子与样品相互作用后产生的信息 P222透射电子 二次电子 特征X射线 俄歇电子 阴极荧光3、电镜构造的两个特点：磁透镜和高真空4、电镜三要素：分辨率、放大倍数和衬度5、TEM对样品的一般要求1、样品需置于直径为23mm的铜制载网上，网上附有支持膜；2、样品必须很薄，使电子束能够穿透，一般厚度为100nm左右；3、样品应是固体，不能含有水分及挥发物；4、样品应有足够的强度和稳定性，在电子线照射下不至于损坏或发生变化；5、样品及其周围应非常清洁，以免污染而造成对像质的影响。6、TEM样品处理技术1、粉末样品可将其分散在支持膜上进行观察。 2、直接制成厚度在100200nn之间的薄膜样品，观察其形貌及结晶性质。一般有真空蒸发法、溶液凝固(结晶)法、离子轰击减薄法、超薄切片法等。 3、采用复型技术，即制作表面显微组织浮雕的复形膜，然后放在透射电子显微镜中观察。制作方法一般有四种，即塑料(火棉胶)膜一级复型、碳膜一级复型、塑料碳膜二级复型、萃取复型。7、SEM的最大特点焦深大，图像富有立体感，特别适合于表面形貌的研究放大倍数范围广，从十几倍到2万倍，几乎覆盖了光学显微镜和TEM的范围制样简单，样品的电子损伤小 这些方面优于TEM，所以SEM成为高分子材料 常用的重要剖析手段8、SEM与TEM的主要区别在原理上，SEM不是用透射电子成像，而是用二次电子加背景散射电子成像。在仪器构造上，除了光源、真空系统相似外，检测系统完全不同。9、SEM常见的制样方法有金属涂层法 离子刻蚀 金属涂层法10、AFM工作原理 P234第六章波谱分析在聚合物材料中的应用1、吸收光谱、发射光谱和散射光谱吸收光谱：基态分子吸收光能从低能级跃迁到高能级产生吸收光谱。发射光谱：高能级回到低能级释放出光能，形成发射光谱。散射光谱：当光被样品散射时，随着分子内能 级的跃迁，散射光频率发生变化,这样形成的光谱叫散射光谱。2、分子中基团的基本振动形式原子沿键轴方向伸缩使键长变化伸缩振动对称伸缩振动/非对称伸缩振动原子垂直键轴方向振动使键角变化弯曲振动3、红外光谱产生的条件：辐射应具有能满足分子产生振动跃迁所需的能量和辐射与分子振动有相互偶合作用。4、基团特征吸收频率不同化合物中相同的官能团近似地具有一个共同的吸收频率范围，通常将这种能代表某种基团存在并具有较高强度的吸收峰称为基团特征吸收峰。这个峰所在的频率为特征吸收频率。5、红外光谱的表示方法（吸光度和透光率）6、影响频率位移的因素（诱导效应、共轭效应、氢键效应和偶合效应） P137、IR制样方法 P12气体样品气体池；液体样品溶液法：用CCl4或CS2常作为溶剂液体池液膜法：对难挥发液体，使用涂膜的方法固体样品薄膜法热压薄膜/流延薄膜KBr压片法适合粉末试样研糊法用液体石腊研磨成煳8、IR图的三个基本要素：吸收谱带的位置、谱带的形状和谱带的强度。9、衰减全反射（ATR）P30（字太多，不打了）10、与红外光谱的比较，激光拉曼光谱具有的优点 P3711、紫外光谱谱图解析步骤 P4512、核磁共振定义及能够产生核磁共振的首要条件 定义：处于静磁场中的核自旋体系，当其拉莫尔进动频率与作用于该体系的射频场频率相等时，所发生的吸收电磁波的现象称为核磁共振定首要条件：核自旋时要有磁矩产生。13、质子核磁共振的化学位移和耦合常数化学位移：由于原子核外电子运动产生了感应磁场，对外磁场产生屏蔽作用（屏蔽常数，反映核所处的化学环境），使质子的共振频率发生变化，在谱图上反映出谱峰的位置移动了耦合常数：P5214、质子核磁共振谱图的表示方法：P5215、影响化学位移的主要因素电负性的影响：有机基团电负性越大，质子周围电子云密度越低，屏蔽效应越弱，核磁共振发生在较低场，化学位移增加。 电子环流效应：多重键化合物价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，去屏蔽，低场移动，化学位移增加。反之化学位移减小。氢键：氢键使质子周围电子云密度降低，具有氢键的质子信号移向低场，化学位移变大。16、核磁碳谱与核磁氢谱的比较（参考）13C谱特点：（1）提供化合物分子中（特别是高分子）中碳的骨架结构的分析测定，可获得C=O和季碳原