1、遼寧石油化工大學(xué),聚合物材料表征與測試,遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,遼寧石油化工大學(xué),課程說明,參考書 薛奇. 有機(jī)及高分子化合物結(jié)構(gòu)研究中的光譜方法M, 北京：科學(xué)出版社，2011. 朱誠身. 聚合物結(jié)構(gòu)分析M, 北京：科學(xué)出版社，2010. 楊睿等. 聚合物近代儀器分析（第3版）M, 北京：清華大學(xué)出版社，2010. 成績評定 平時成績占30%，滿分為30分 考試成績占70%，卷面為100分，滿分為70分 總成績=平時成績+考試成績，滿分為100分,遼寧石油化工大學(xué),哪種是聚合物？,遼寧石油化工大學(xué),摩托羅拉 XT910,卡夫拉,遼寧石油化工大學(xué),Window Phone,遼寧石

2、油化工大學(xué),D3O凝膠,能隨心改變車身顏 色和圖案的汽車,豐田概念車,遼寧石油化工大學(xué),帶全景天窗的飛機(jī),遼寧石油化工大學(xué),第一章 緒論,高分子科學(xué)的一個重要方面：利用現(xiàn)代分析技術(shù)研究高分子結(jié)構(gòu)、確定結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。 本課程主要涉及聚合物材料結(jié)構(gòu)與性能表征中最基本的一些表征手段，簡要介紹分析儀器的基本結(jié)構(gòu)和測試原理，介紹樣品制備的方法和實(shí)驗(yàn)影響因素。重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)處理、綜合分析和譜圖解析方法的介紹。對于實(shí)際工作學(xué)習(xí)有指導(dǎo)意義。,遼寧石油化工大學(xué),什么是表征？,定義 通過一定的分析方法將未知結(jié)構(gòu)變成已知結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用 科學(xué)研究中對聚合物產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的確認(rèn) 在生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測 分析和研究未知產(chǎn)

3、品的結(jié)構(gòu),遼寧石油化工大學(xué),1.1 高聚物結(jié)構(gòu)和形態(tài)的特點(diǎn),均聚 e.g. PP，PE，PVC 共聚 e.g. SBS，ABS 二者同屬有機(jī)單體聚合。 一次結(jié)構(gòu)（一級結(jié)構(gòu)，近程結(jié)構(gòu)）：鏈結(jié)構(gòu)單元、分子結(jié)構(gòu)、均聚共聚物結(jié)構(gòu)、高分子鏈的構(gòu)型 共聚物結(jié)構(gòu)類型：無規(guī)則聚合物、交替聚合物、接枝共聚物、嵌段共聚物,遼寧石油化工大學(xué),遼寧石油化工大學(xué),分子結(jié)構(gòu)（分子的形態(tài)）,線型（直鏈）,支化,交聯(lián),三維網(wǎng)絡(luò)分子,遼寧石油化工大學(xué),高分子鏈的構(gòu)型,聚丙烯的立體構(gòu)型 a 全同；b 間同； c 無規(guī)； d 形象化示意圖,遼寧石油化工大學(xué),二次結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)、遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)）,單個高分子構(gòu)象示意圖,遼寧石油化工大學(xué),三

4、次結(jié)構(gòu)（三級結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)） 包括 晶態(tài)、非晶態(tài)、取向態(tài)、液晶態(tài)、織態(tài)等。 高次結(jié)構(gòu),球晶生長示意圖,球晶內(nèi)晶片示意圖,遼寧石油化工大學(xué),1.2 高聚物的狀態(tài)及其行為,高聚物由于結(jié)構(gòu)形態(tài)的復(fù)雜性，導(dǎo)致分子運(yùn)動單元的多重性，從而使其狀態(tài)依賴溫度和時間兩個參數(shù)。 溫度依賴性體現(xiàn)在由于升高溫度使分子的熱運(yùn)動程度和運(yùn)動空間增大。高聚物歷經(jīng)三種狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。 從另一方面來看，外力使高聚物從一個平衡狀態(tài)通過分子運(yùn)動到另一個形態(tài)需要一定的時間，稱之為松弛時間。,遼寧石油化工大學(xué),遼寧石油化工大學(xué),高聚物力學(xué)性能出現(xiàn)高彈性和黏彈性行為。 在涉及高聚物力學(xué)行為的場合下，必須同時考慮

5、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時間四個參數(shù)。 一些結(jié)晶性高聚物也有上述各種分子運(yùn)動狀態(tài)。但不同之處在于非晶區(qū)的分子運(yùn)動受到晶區(qū)的牽制，同時晶區(qū)本身也還有晶區(qū)內(nèi)分子鏈段運(yùn)動和晶型轉(zhuǎn)變的運(yùn)動。因此有很多具有不同機(jī)理的松弛時間。,遼寧石油化工大學(xué),1.3 高聚物結(jié)構(gòu)和性能測定方法概述,測定鏈結(jié)構(gòu)的方法：X射線衍射法（大角）、電子衍射法、中子散射法、裂解色譜-質(zhì)譜、紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、拉曼光譜、微波分光法、核磁共振法、順磁共振法、熒光光譜、偶極距法、旋光分光法、電子能譜等。 測定聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的方法：X射線小角散射、電子衍射法、電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡、固體小角激光光散射,1.3.1 高聚物結(jié)構(gòu)的

6、測定方法,遼寧石油化工大學(xué),測定結(jié)晶度的方法：X射線衍射法、電子衍射法、核磁共振吸收（寬線）、紅外吸收光譜、密度法、熱分析法 測定高聚物取向程度*的方法：雙折射法、X射線衍射、圓二色性法、紅外二色性法,遼寧石油化工大學(xué),測定高聚物分子鏈整體的結(jié)構(gòu)形態(tài)：可分四部分。 相對分子質(zhì)量的測定方法：溶液光散射法、凝膠滲透色譜法、粘度法、擴(kuò)散法、超速離心法、溶液激光小角光散射法、滲透壓法、氣相滲透壓法、沸點(diǎn)升高法、端基滴定法 交聯(lián)度的測定方法：溶脹法、力學(xué)測量法（模量） 支化度的測定方法：化學(xué)反應(yīng)法、紅外光譜法、凝膠滲透色譜法、粘度法 相對分子質(zhì)量分布的測定：凝膠滲透色譜、熔體流變行為、分級沉淀法、超速離

7、心法,遼寧石油化工大學(xué),高聚物本身從某種模式分子運(yùn)動狀態(tài)改變到另一種平衡模式分子運(yùn)動狀態(tài)，就稱為轉(zhuǎn)變或松弛。 轉(zhuǎn)變或松弛現(xiàn)象一方面反映了高聚物的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)變化，另一方面也使材料的一些物理性能發(fā)生改變。 了解高聚物多重轉(zhuǎn)變與運(yùn)動有各種方法：體積的變化、熱力學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)的變化和電磁效應(yīng)。,1.3.2 高聚物分子運(yùn)動的測定,遼寧石油化工大學(xué),測定體積的變化：膨脹計法、折射系數(shù)測定法 測定熱學(xué)性質(zhì)的方法：差熱分析方法（DTA）和差式掃描量熱法（DSC） 測定力學(xué)性質(zhì)的變化：熱機(jī)械法、應(yīng)力松弛法、動態(tài)測量法 電磁效應(yīng)：測定介電松弛、核磁共振,遼寧石油化工大學(xué),高聚物力學(xué)性能主要測定材料的強(qiáng)度和模量及變形。 材料本體粘流行為主要測定黏度以及黏度和切變速率的關(guān)系、剪應(yīng)力與切變速率的關(guān)系。 材料的電學(xué)性能主要測材料的電阻、介電常數(shù)、介電損耗角正切、擊穿電壓。 材料的熱性能主要測材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、熱膨脹系數(shù)、耐熱性、耐燃性、分解溫度等。,1.3.3 高聚物性能的測定,遼寧石油化工大學(xué),高聚物取向度：高分子和它的鏈段本身具有較大的長度，因此在空間上必然指向一定的方向。當(dāng)高分子鏈段在空間隨機(jī)取向時，由概率論可知，此時分子或分子鏈段指向各個方向的幾率是相同的。在宏觀上，高分子的這種取向方式使高分子聚合物在各個方向上呈現(xiàn)相同的品質(zhì)，即各向同性性質(zhì)。高分子鏈段