高分子物理试验的电子版教案

1、实验9维卡软化点测定实验一、试验目的.测定热塑材料的维卡软化点温度，并掌握其实验方法；.正确使用热变形、维卡软化点测定仪，二、实验原理无定形高聚物在较低温度时，整个分子链和链段只能在平衡位置上振动，此时，聚合物 很硬，像玻璃一样，加上外力只能产生较小的变形，除掉外力，又恢复原状。这时聚合物是 处于玻璃态，当温度升高到某一温度， 整个分子链相对其他分子来说仍然不能运动，但分子内各个链段可以运动，通过链段运动，分子可以改变形状，这时在外力作用下，高聚物可以 发生很大变形，这时高聚物处于高弹态，再继续升温，高聚物整个分子链都可以发生位移， 高聚物成为可以流动的粘稠态，称为粘流态。各种塑料在高温作用下

2、，所发生的变化是不同的，温度在很大的程度上影响着塑料各 方面的性质，为了测量塑料随着温度上升而发生的变形，确定塑料的使用温度范围，设计了各种各样的仪器，规定了许多实验方法。最常用的是“马丁耐热实验方法”、“维卡软化实验方法”、“热变形温度实验方法”。这些方法所测定的温度，仅仅是该方法规定的载荷大小， 施力方式，升温速度下到达规定的变形值的温度，而不是这种材料的使用温度上限。维卡软化点温度指在特定的均匀的升温速度条件下，施加特定的负载后，横截面积 佃脑头针刺入塑料试样中 1mm寸的温度。将被测试样装在顶针下面，载荷杆与其垂直，放入热载体硅油中，装好百分表，然后用选定的升温速度开始升温，用百分表读

3、取针头垂直压入试样的深度，当该深度达到1mm时，读取此时的温度即为维卡软化点温度。三、实验设备及条件XWY-300型热变形、维卡软化点温度测定仪。.技术参数：.测试范围室温120 oC(2)每次测量试样数量 3件(3)加热功率3000W/200V(4)保温浴槽等速升温 A= 50.5 oC /6 min B = 121.0 oC /6 min静负载范围A=5000B = 5000变形测量精度液体传热介质硅油或变压器油本机为机电一体化结构， 主要由测量控制系统与主机两部分组成。主机装有自动提升、 保温浴槽、位移传感器及温度传感器，实现了电控测量、数字显示、计算机数据处理。作面板使用说明工作台停止

4、；工作台降；加热启动按钮；搅拌机开/停开关。3LD O2SQB O4LD Q KK Q2STB O3SQB O1SQH。1STB O3LD电源指示灯；2STB2SQB工作台升；3SQB4LD加热指示；1SQB1STB加热停止按钮；KK维卡试验机测控软件界面说明度显示框：显示当前三架位摄氏温度位移显示框：显示当前三架位相对零点的位移量数显示框：显示当前上次试验以及当前试验设置的温升速率以及最高温限间显示框：显示当前时间以及当前试验进行时间显示框：显示三架位温度传感器的工作参数以及工作状态，并在试验中显示已经得到的目标温度数值形显示框：显示测试中温度一位移曲线能选择：维卡”“变形”：选择系统功能状

5、态，选择“维卡”功能状态后，系统进入维卡测试状态，下面的各项操作功能均为维卡试验；选择“变形”功能后，系统进 入热变形测试状态，下面的各项操作功能均为热变形测试。试验开始：启动所设定的试验实验终止：中断所设定的试验实验参数：根据 GB-1633以及GB-1634要求，对所作试验需要的参数，进行设置。其中，试验序号必须为唯一值，并符合文件名命名规范，它用来对温度一位移曲线数据进行文件保存。系统设置：可以设置统本身的一些参数设置，以及对系统的温度、位移进行校准结果处理：对上次完成的试验结果进行报告处理。该项处理应当及时进行，当有新的试验完成后，上次试验结果将丢失！退出：系统退出实验条件1.试样厚度

6、3mm面积10mm10mmiI求表面平整光滑。5 kg。四、实验步骤.接通电源，使主机和控制系统接通.进入控制界面.放置试样.维卡测试过程选择“维卡”功能，设置实验数据，启动实验，结果处理实验参数设置五、实验报告要求1、简述实验原理。2、明确操作步骤和注意事项。.列出实验结果。六、预习要求1、弄清实验原理。2、了解维卡试验机结构，操作规程及注意事项（来实验室进行）。.写好预习报告。七、实验注意事项实验前要认真预习，集中精神听指导讲解， 操作维卡试验机时，应认真细致，注意安全, 维护实验室秩序。高分子物理课程习题思考题（王经武执笔，第六次修订）第一章 高分子链的结构（I ）一.解释名词、概念1.

7、高分子的构型 2.全同立构高分子 3.间同立构高分子 4.等规度5.平均（数均）序列长 度6.高分子的构象 7.高分子的柔顺性 8.链段9.静态柔顺性10.动态柔顺性pq二.线型聚异戊二烯可能有哪些构型？三.聚合物有哪些层次的结构 ？哪些属于化学结构？哪些属于物理结构？四.为什么说柔顺性是高分子材料独具的特性？五.通常情况下 PS是一种刚性很好的塑料，而丁二烯与苯乙烯的无规共聚物（B:S=75:25）和三嵌段共聚物 SBS （B:S=75:25）是相当好的橡胶材料，从结构上分析其原因。六.若聚丙烯的等规度不高，能否用改变构象的方法提高其等规度？为什么？七.天然橡胶和古塔玻胶在结构上有何不同？画

8、出示性结构式。八.有些维尼纶的湿强度低、缩水性大，根本原因是什么？九.高分子最基本的构象有哪些？在不同条件下可能呈现的典型的构象有哪些？十.链段的组成、大小有什么特点？第一章高分子链的结构（n ）一.解释名词、概念1.等效自由连接链 2.高斯链3.高分子末端距分布函数二.已知两种聚合物都是 PE,如何鉴别哪一种是 HDPE,哪一种是LDPE?举出三种方法并 说明其依据。三.假设一种线型聚乙烯高分子链的聚合度为2000,键角为，C-C键长为，求：（1）若按落江自由连接链处理，儿）=? （ 2）若按自由旋转链处理，工=? （ 3）若在无扰条件口一八 庐、一八人Q 人匚匚小十工小、日Q下的溶液中测得

9、高分子链的 2,该高分子链中含有多少个链段？链段的平均长度是多少？（ 4）计算短/% ,片/，当/,，并说明三个比值的物理意义。四.求：（1）聚合度为5 X 104的线型聚乙烯的均方末端距（作为自由旋转链），用两种方法计算；（2）求这种聚乙烯的最可几末端距；（3）末端距为10 ?、100 ?的几率。五.试分析纤维素的分子链为什么是刚性的。六.一块交联度比较小的橡皮，是软的还是硬的？为什么？七.说说你用过、见过的高分子制品，各是用什么高分子材料制成的?第二章高分子聚集态结构.解释名词、概念1.高分子的聚集态结构 2.结晶性聚合物 3.液晶性聚合物 4.球晶5.高分子液晶6.液晶原 （介原）7.内

10、聚能密度8.半结晶期9.结晶度10.结晶聚合物的熔点 11.取向聚合物12.晶面指数13.胆管型液晶的螺距.高分子聚集态结构包括哪些内容？试述高分子聚集态结构有哪些特点及与成型加工条 件、性能的关系。.列举5种用于聚合物结构研究的近代物理方法。.如何从结构上分析某种聚合物属于结晶性聚合物？.以聚乙烯为例，说明在什么条件下可以形成单晶、球晶、串晶、伸直链片晶，这些形态的晶体特征是什么？为什么在聚合物不易形成100 %结晶的宏观单晶体？.在正交偏光显微镜上观察球晶时，可以看到消光黑十字、 明暗相间的同心圆环 （消光环，对某些球晶），解释这些现象。.选择题.通常条件下，本体聚合物的结晶温度为：（1）

11、高于Tm； （2）低于Tg； （3）在TgTm之.熔点最高的聚合物是：（1）聚偏二氯乙烯；（2）聚二氟氯乙烯；（3）聚四氟乙 烯.结晶能力最小的聚合物是：（1） PE; （2） PET; （3） PC.熔点最低的是：（1） PA66; （2） PA610; （3） PA1010.试述Avrami方程在本体聚合物结晶动力学研究中的意义。.最大结晶速度温度 Tmax和Tm的关系如何？十.如何制得尺寸稳定性好、韧性好、透明性也比较好的均聚聚丙烯注塑制品？十一.温度对本体聚合物结晶速度影响的规律是什么？解释其原因。十二.均聚物A是一种结晶聚合物，若加入 10%体积分数的增塑剂（Xi）或者用10%摩尔

12、的单体B与单体A进行无规共聚（单体 B的均聚物为非结晶性聚合物），增塑均聚 物A的熔点与AB无规共聚物的熔点何者高？能从中得到什么规律？十三.今有两种 HDPE ,其平均分子量分别为 为-68C）。（1）选择一种实验方法，做如=8X104,=4X 106 (Tm为 137 C,TgHDPE结晶速度与温度 T关系曲线，简要说明实验方法及作图步骤；（2）两种HDPE的片 T曲线的异同点是什么？十四.两种聚丙烯丝，在纺丝过程中，牵伸比相同，而分别采用冰水冷却和90c热水冷却。将这两种丝加热到 90 C,何者收缩率大？为什么？十五.有两种乙烯和丙稀的共聚物，其组成相同，其中一种在室温时是橡胶状的，一直

13、到温度降低到-70 C时才变硬；另一种在室温时却是硬而韧又不透明的材料，试解释它们 内在结构上的差别。十六.在聚合物纺丝工艺中， 都有牵伸和热定型两道工序，为什么？热定型温度如何选择？十七.高分子液晶的结构有几种类型？特征如何？液晶性聚合物溶液的q-C、叩-T、耳N的关系如何？这些关系的意义如何？十八.Flory的结晶聚合物、非结晶聚合物结构模型的要点是什么？有什么实验事实支持他 的模型？十九.将氯纶、涤纶同时泡入90c左右的热水中，现象如何？为什么？二十.有常用的聚丙烯试样一块， 体积为3,重量为。求这一试样的比容、 结晶度（“口 3,3）。A R二十一.如何求得一种结晶聚合物的.、口必？

14、久,求证必久。第三章聚合物的分子运动、力学状态和转变一.解释名词、概念.聚合物的转变2.聚合物的力学状态3.高分子运动的时-温等效原理4.玻璃化转变5.剪切流动 6.拉伸流动 7.假塑性流体方程 9.离模膨胀 10.韦森堡效应 11.内应 力二.聚合物分子运动有哪些特点？三.聚合物的玻璃化转变在工艺上、科学上的意义是什么？不同方法测得的Tg值可以互相比较吗？为什么？四.画出线型非结晶、线型结晶、线型非结晶的结晶性聚合物及交联聚合物的温度一形变曲 线，说明这些聚合物有哪些力学状态、转变，并说明相应的分子运动机理 （考虑分子量、结晶度、交联度）。五.线型结晶聚合物在 Tg温度附近时，链段都能进行重

15、排运动；处于Tm温度时，链段和整个高分子都能进行重排运动。这些说法对吗？为什么？六.塑料都是在Tg以下温度使用，纤维的最高使用温度为Tm,这些说法对吗？为什么？七.玻璃化转变的自由体积理论的内容是什么？玻璃化转变时聚合物的自由体积分数是多 少？八.表征聚合物流体剪切流动时剪切应力与剪切速率关系的哥律方程是什么？如何利用这一方程判断流体的类型？聚合物熔体、浓溶液剪切流动时，于一般条件下属于什么流体？九.聚合物熔体粘性流动的特征是什么？十.何谓聚合物熔体流动速率指数？它与熔体的粘度、分子量有什么关系？十一.聚合物熔体的粘度与 T、或声的关系如何？有什么实际意义？第四章聚合物溶液的性质.解释名词、概

16、念1.溶度参数参数 3.临界Huggins参数4.平衡溶胀度 5.第二维利系数溶剂、。温度 7.沉 淀点8.过量的溶剂混合化学势 9.相对粘度10.增比粘度11.比浓粘度12.特性粘度13. 支化因子方程 15.冻胶16.凝胶17.亚浓溶液.什么是溶胀？什么是溶解？试从分子运动的观点说明线型聚合物和交联聚合物溶胀的最 终状态的区别。三四五六七.Huggins参数的物理意义是什么？其值与哪些因素有关？.如何选择 PVC的良溶剂？.如何制备常用聚丙烯的溶液？.如何测求出聚合物的溶度参数？. A2的物理意义如何？ A2的大小与哪些因素有关？. 一交联丁苯橡胶试样，25 c于溶剂苯中达到溶胀平衡时，溶

17、胀体重。已知：干胶重，干胶密度3,苯的分子量为78,苯的密度为3, 求试样网链的平均分子量。九.说明聚合物稀溶液热力学性质偏离理想溶液性质的原因。举出一个表示偏离程度大小的热力学函数，从这一函数分析在什么条件下聚合物稀溶液具有“理想溶液”的性质。十.由聚合物稀溶液的哪些参数、这些参数等于什么数值时可判定聚合物稀溶液是。溶液？十一.当T等于8高于。、低于。时，A2的数值如何？高分子在稀溶液中的形态如何？十二.详细说明聚合物溶液 的测求。以的大小与哪些因素有关？十三.通过测求卬可以得到哪些重要的物理量？十四.已知PS环己烷体系的 。温度为34C, PS-甲苯体系的。温度低于34C,假如于40 C

18、测定同一种 PS试样溶于此两种溶剂的溶液的渗透压和粘度，问：两种溶液的(巴人一口、为、A2、b、人*、值、0值的大小顺序如何？两种体系两种方法测得 的试样的平均分子量之间有什么关系？十五.有哪些物理量可以表征高分子在稀溶液中的形态？十六.若用不良溶剂，聚合物溶液的叮随温度升高而,是什么原因？若用良溶剂，聚合物溶液的V随温度升高而。在。温度以上不太高的温度范围内，聚合物溶液 的斤随温度升高而,为什么？十七.通过研究聚合物稀溶液中高分子散射光强度，可以得到哪些重要物理量？用什么公式计算的？高分子散射光强度包含在这些公式的哪一个物理量中？十八.某PS试样，经精细分级后，得到 7个级分，用渗透压法测定

19、了各级分的分子量，并在30 C的苯溶液中测定了各级分溶液的汽,结果如下：1 x10-4(g/mol)(ml/g)14711710192705929求出公式“户上鲍中的上、之值。十九.聚合物增塑的类型有哪些？举例说明聚合物加增塑剂后物理机械性能的变化。二十.有哪些实验方法可以测求出聚合物溶液的。温度？第五章聚合物的分子量及分子量分布(I)一.解释名词、概念1.写出也、叫、甫、峭r的定义式法二.测定聚合物平均分子量的方法有哪些？得到的是何种统计平均分子量？三.可以用哪些实验方法测求出聚合物稀溶液的A2、?四.在25c的。溶剂中，测得的浓度为x 10-3g/ml的聚氯乙稀溶液的渗透压为0.248g/

20、(cm)2,求此试样的分子量及溶液的第二维利系数，得到的是何种平均分子量？五.用粘度法测定一 PS的分子量，查出 PS-苯体系在30c时的归X 10-2, a。称取试样， 配制成25ml PS-苯溶液，用移液管移取 10ml此溶液注入乌氏粘度计中，于 30c测出 流出时间t1秒；然后依次加入苯 5ml、5ml、10ml、10ml稀释，分别测出流出时间为t2秒、t3秒、t4秒、t5秒，又测得纯苯流出时间 t0秒，求出此试样的分子量。六.用光散射法测求聚合物的分子量时，如何测求出& 就口何进行数据处理可得到 拒中、*(S* )、A2(胃 1)?七.100g重的分子量为105的试样加入1g重的分子量

21、为103的组分；100g重的分子量为105 的试样加入1g重的分子量为107的组分。就此两种体系分别计算出场、垢,其结果能说明什么？九.凡 是GPC谱图的纵坐标读数,采用此式的充分必要=i/ j。用二区江区在计算级分的重量分数时，通常可以用/ ，/工每 一条件是什么？证明以=1/，以；的物理意义是什么？八.GPC的普适校正曲线是对 的关系曲线，为什么可称为普适校正曲线？第五章聚合物分子量及分子量分布（n ）一.解释名词、概念1.聚合物分子量分布 2.分子量分布宽度指数3.分子量多分散系数色谱柱的分辨率色谱柱的加宽效应 6.普适校正曲线二.测定聚合物分子量分布的方法有哪几类？如何表征聚合物分子量

22、分布？三.一种聚合物的几种平均分子量间的关系如何？.简述GPC法测定聚合物分子量分布的方法原理、分离机理。.得到GPC谱图后，如何进行数据处理？可以得到哪些结果？.今有一组聚碉标样，以二氯乙烷为溶剂，25 c作GPC试验，其分子量 M与洗提体积Ve如下所示：M X 10-4Ve （序数）（1）由上列数据作 LgMVe校正曲线，求出该色谱柱的死体积和分离范围；（2）求出校正方程式LnM=A-BV e中的常数A、B; （3）求在同样条件下测定的淋出体积为的单分散 聚碉试样的分子量。七,叫、/闾、第六章 聚合物的力学性能（I）一.解释名词、概念1.屈服2.冷拉3.脆性断裂 4.韧性断裂 5.应变诱发

23、塑料橡胶转变6.应力集中 7.银纹 8.剪切带 9.强迫高弹性 10.高弹性 11.嫡弹性 12.粘弹性 13.蠕变14.应力松 弛15.滞后现象 16.力学内耗二.何谓拉伸弹性模量？物理意义是什么？ 一种聚合物E=3G的条件是什么（E、G分别为拉伸、剪切弹性模量）？三.在合适条件下拉伸玻璃态、结晶态聚合物，二者的拉伸行为如何？四.聚合物屈服的形变机理是什么？五.如何解释聚合物拉伸应力-应变行为的时-温等效性？六.聚合物拉伸的真应力一应变曲线有几种类型？相应的拉伸行为如何？七.对某一单轴取向的高分子材料制品，在平行于取向方向进行高速拉伸应力一应变试验得到的冲击强度值，与落重冲击试验方法得到的冲击强度值一致吗？为什么？八.聚合物脆性断裂的理论有哪几种？要点是什么？脆性断裂转变为韧性断裂的有效途径有 哪些？九.在测定聚合物的力学强度时，为什么对试条的尺寸、形状，测试的