高分子材料研究方法-第一章

1、辽宁石油化工大学聚合物材料表征与测试聚合物材料表征与测试辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院辽宁石油化工大学课程说明课程说明参考书参考书p薛奇薛奇. 有机及高分子化合物结构研究中的光谱方法有机及高分子化合物结构研究中的光谱方法M, 北京：科学出版社，北京：科学出版社，2011.p朱诚身朱诚身. 聚合物结构分析聚合物结构分析M, 北京：科学出版社，北京：科学出版社，2010.p杨睿等杨睿等. 聚合物近代仪器分析（第聚合物近代仪器分析（第3版）版）M, 北京：清华北京：清华大学出版社，大学出版社，2010. 成绩评定成绩评定p平时成绩占平时成绩占30%，满分为，满分

2、为30分分p考试成绩占考试成绩占70%，卷面为，卷面为100分，满分为分，满分为70分分p总成绩总成绩=平时成绩平时成绩+考试成绩，满分为考试成绩，满分为100分分辽宁石油化工大学 哪种是聚合物？哪种是聚合物？辽宁石油化工大学摩托罗拉摩托罗拉 XT910 辽宁石油化工大学Window Phone辽宁石油化工大学D3O凝胶凝胶 能随心改变车身颜能随心改变车身颜色和图案的汽车色和图案的汽车 丰田概念车丰田概念车 辽宁石油化工大学带全景天窗的飞机带全景天窗的飞机辽宁石油化工大学第一章第一章 绪论绪论 高分子科学的一个重要方面：利用现代分析技术高分子科学的一个重要方面：利用现代分析技术研究高分子结构、

3、确定结构与性能的关系。研究高分子结构、确定结构与性能的关系。 本课程主要涉及聚合物材料结构与性能表征中最本课程主要涉及聚合物材料结构与性能表征中最基本的一些表征手段，简要介绍分析仪器的基本基本的一些表征手段，简要介绍分析仪器的基本结构和测试原理，介绍样品制备的方法和实验影结构和测试原理，介绍样品制备的方法和实验影响因素。重点在于数据处理、综合分析和谱图解响因素。重点在于数据处理、综合分析和谱图解析方法的介绍。对于实际工作学习有指导意义。析方法的介绍。对于实际工作学习有指导意义。辽宁石油化工大学 定义定义 通过一定的分析方法将未知结构变成已知结构。通过一定的分析方法将未知结构变成已知结构。 应用

4、应用p 科学研究中对聚合物产物结构的确认科学研究中对聚合物产物结构的确认p 在生产过程中对产品质量的监测在生产过程中对产品质量的监测p 分析和研究未知产品的结构分析和研究未知产品的结构辽宁石油化工大学1.1 高聚物结构和形态的特点高聚物结构和形态的特点 均聚均聚 e.g. PP，PE，PVC 共聚共聚 e.g. SBS，ABS 二者同属有机单体聚合。二者同属有机单体聚合。 一次结构一次结构（一级结构，近程结构）：链结构单元、（一级结构，近程结构）：链结构单元、分子结构、均聚共聚物结构、高分子链的构型分子结构、均聚共聚物结构、高分子链的构型 共聚物结构类型共聚物结构类型：无规则聚合物、交替聚合物

5、、：无规则聚合物、交替聚合物、接枝共聚物、嵌段共聚物接枝共聚物、嵌段共聚物辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学线型（直链）线型（直链）支化支化交联交联三维网络分子三维网络分子辽宁石油化工大学聚丙烯的立体构型聚丙烯的立体构型a 全同；全同；b 间同；间同；c 无规；无规；d 形象化示意图形象化示意图辽宁石油化工大学 二次结构二次结构（二级结构、远程结构）（二级结构、远程结构）单个高分子构象示意图单个高分子构象示意图辽宁石油化工大学 三次结构三次结构（三级结构、聚集态结构、超分子结构）（三级结构、聚集态结构、超分子结构） 包括包括 晶态、非晶态、取向态、液晶态、织态等。晶态、非晶态、取向态、液晶态、织

6、态等。 高次结构高次结构球晶生长示意图球晶生长示意图球晶内晶片示意图球晶内晶片示意图辽宁石油化工大学1.2 高聚物的状态及其行为高聚物的状态及其行为 高聚物由于结构形态的复杂性，导致分子运动单高聚物由于结构形态的复杂性，导致分子运动单元的多重性，从而使其状态依赖元的多重性，从而使其状态依赖温度和时间温度和时间两个两个参数。参数。p 温度依赖性温度依赖性体现在由于升高温度使分子的热运动体现在由于升高温度使分子的热运动程度和运动空间增大。高聚物历经三种状态：程度和运动空间增大。高聚物历经三种状态：玻玻璃态、高弹态和粘流态璃态、高弹态和粘流态。p 从另一方面来看，外力使高聚物从一个平衡状态从另一方面

7、来看，外力使高聚物从一个平衡状态通过分子运动到另一个形态需要一定的时间，称通过分子运动到另一个形态需要一定的时间，称之为之为松弛时间松弛时间。辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学 高聚物力学性能出现高聚物力学性能出现高弹性高弹性和和黏弹性黏弹性行为。行为。 在涉及高聚物力学行为的场合下，必须同时考虑在涉及高聚物力学行为的场合下，必须同时考虑应力、应变、温度和时间应力、应变、温度和时间四个参数。四个参数。 一些一些结晶性高聚物结晶性高聚物也有上述各种分子运动状态。也有上述各种分子运动状态。但不同之处在于非晶区的分子运动受到晶区的牵但不同之处在于非晶区的分子运动受到晶区的牵制，同时晶区本身也还有晶区内

8、分子链段运动和制，同时晶区本身也还有晶区内分子链段运动和晶型转变的运动。因此晶型转变的运动。因此有很多具有不同机理的松有很多具有不同机理的松弛时间弛时间。辽宁石油化工大学1.3 高聚物结构和性能测定方法概述高聚物结构和性能测定方法概述 测定链结构的方法测定链结构的方法：X射线衍射法（大角）、电射线衍射法（大角）、电子衍射法、中子散射法、裂解色谱子衍射法、中子散射法、裂解色谱-质谱、紫外吸质谱、紫外吸收光谱、红外吸收光谱、拉曼光谱、微波分光法、收光谱、红外吸收光谱、拉曼光谱、微波分光法、核磁共振法、顺磁共振法、荧光光谱、偶极距法、核磁共振法、顺磁共振法、荧光光谱、偶极距法、旋光分光法、电子能谱等

9、。旋光分光法、电子能谱等。 测定聚集态结构的方法测定聚集态结构的方法：X射线小角散射、电子射线小角散射、电子衍射法、电子显微镜、光学显微镜、原子力显微衍射法、电子显微镜、光学显微镜、原子力显微镜、固体小角激光光散射镜、固体小角激光光散射1.3.1 高聚物结构的测定方法高聚物结构的测定方法辽宁石油化工大学 测定结晶度的方法测定结晶度的方法：X射线衍射法、电子衍射法、射线衍射法、电子衍射法、核磁共振吸收（宽线）、红外吸收光谱、密度法、核磁共振吸收（宽线）、红外吸收光谱、密度法、热分析法热分析法 测定高聚物取向程度测定高聚物取向程度*的方法的方法：双折射法、：双折射法、X射线射线衍射、圆二色性法、红

10、外二色性法衍射、圆二色性法、红外二色性法辽宁石油化工大学 测定高聚物分子链整体的结构形态测定高聚物分子链整体的结构形态：可分四部分。：可分四部分。p 相对分子质量的测定方法相对分子质量的测定方法：溶液光散射法、凝胶：溶液光散射法、凝胶渗透色谱法、粘度法、扩散法、超速离心法、溶渗透色谱法、粘度法、扩散法、超速离心法、溶液激光小角光散射法、渗透压法、气相渗透压法、液激光小角光散射法、渗透压法、气相渗透压法、沸点升高法、端基滴定法沸点升高法、端基滴定法p 交联度的测定方法交联度的测定方法：溶胀法、力学测量法（模量）：溶胀法、力学测量法（模量）p 支化度的测定方法支化度的测定方法：化学反应法、红外光谱

11、法、：化学反应法、红外光谱法、凝胶渗透色谱法、粘度法凝胶渗透色谱法、粘度法p 相对分子质量分布的测定相对分子质量分布的测定：凝胶渗透色谱、熔体：凝胶渗透色谱、熔体流变行为、分级沉淀法、超速离心法流变行为、分级沉淀法、超速离心法辽宁石油化工大学 高聚物本身从某种模式分子运动状态改变到另一高聚物本身从某种模式分子运动状态改变到另一种平衡模式分子运动状态，就称为种平衡模式分子运动状态，就称为转变或松弛转变或松弛。p 转变或松弛现象一方面反映了高聚物的结构及结转变或松弛现象一方面反映了高聚物的结构及结构变化，另一方面也使材料的一些物理性能发生构变化，另一方面也使材料的一些物理性能发生改变。改变。 了解

12、高聚物多重转变与运动有各种方法：了解高聚物多重转变与运动有各种方法：体积的体积的变化、热力学性质及力学性质的变化和电磁效应变化、热力学性质及力学性质的变化和电磁效应。1.3.2 高聚物分子运动的测定高聚物分子运动的测定辽宁石油化工大学测定体积的变化测定体积的变化：膨胀计法、折射系数测定法：膨胀计法、折射系数测定法测定热学性质的方法测定热学性质的方法：差热分析方法（：差热分析方法（DTA）和）和差式扫描量热法（差式扫描量热法（DSC）测定力学性质的变化测定力学性质的变化：热机械法、应力松弛法、：热机械法、应力松弛法、动态测量法动态测量法电磁效应电磁效应：测定介电松弛、核磁共振：测定介电松弛、核磁

13、共振辽宁石油化工大学 高聚物高聚物力学性能力学性能主要测定材料的主要测定材料的强度和模量及变强度和模量及变形形。 材料本体材料本体粘流行为粘流行为主要测定主要测定黏度以及黏度和切变黏度以及黏度和切变速率的关系、剪应力与切变速率的关系速率的关系、剪应力与切变速率的关系。 材料的材料的电学性能电学性能主要测材料的主要测材料的电阻、介电常数、电阻、介电常数、介电损耗角正切、击穿电压介电损耗角正切、击穿电压。 材料的材料的热性能热性能主要测材料的主要测材料的导热系数、比热、热导热系数、比热、热膨胀系数、耐热性、耐燃性、分解温度等膨胀系数、耐热性、耐燃性、分解温度等。1.3.3 高聚物性能的测定高聚物性

14、能的测定辽宁石油化工大学 高聚物取向度：高分子和它的链段本身具有较大的长度，高聚物取向度：高分子和它的链段本身具有较大的长度，因此在空间上必然指向一定的方向。当高分子链段在空间因此在空间上必然指向一定的方向。当高分子链段在空间随机取向时，由概率论可知，此时分子或分子链段指向各随机取向时，由概率论可知，此时分子或分子链段指向各个方向的几率是相同的。在宏观上，高分子的这种取向方个方向的几率是相同的。在宏观上，高分子的这种取向方式使高分子聚合物在各个方向上呈现相同的品质，即各向式使高分子聚合物在各个方向上呈现相同的品质，即各向同性性质。高分子链段也可能沿某些方向规整地周期性排同性性质。高分子链段也可能沿某些方向规整地周