高分子材料與工程專業(yè)實驗專用周指導書

1、 實 驗 指 導 書院（系） 材料科學與工程系 專 業(yè) 高分子材料與工程 年 級 2009級 實踐性質 實驗專用周 2012年 12 月實驗一 轉矩流變儀實驗一、實驗目的1、了解轉矩流變儀的基本結構及應用范圍；2、了解轉矩流變儀的工作原理及使用方法；3、掌握聚氯乙烯熱穩(wěn)定性的測試方法。二、實驗原理高分子材料的成型過程，如塑料的壓制、壓延、擠出、注射等工藝，化纖抽絲，橡膠加工等過程，都是利用高分子材料熔體進行的。熔體受力作用，不但表現(xiàn)有流動和變形、而且這種流動和變形行為強烈地依賴于材料結構和外界條件，高分子材料的這種性質稱為流變行為（即流變性）。測定高聚物熔體流變性質，根據(jù)施力方式不同，有多種類

2、型的儀器，轉矩流變儀是其中的一種。 轉矩流變儀由微機控制系統(tǒng)、混合裝置（擠出機、混煉器）等組成。測量時，物料被加到混煉室中，受到兩個轉子所施加的作用力，使物料在轉子與室壁間進行混煉剪切，物料對轉子凸棱施加反作用力，這個力由測力傳感器測量，在經(jīng)過機械分級的杠桿和臂轉換成轉矩值的單位牛頓米（）讀數(shù)。其轉矩值的大小反應了物料黏度的大小。通過熱電偶對轉子溫度的控制，可以得到不同溫度下物料的黏度。轉矩數(shù)據(jù)與材料的粘度直接有關，但它不是絕對數(shù)據(jù)。絕對粘度只有在穩(wěn)定的剪切速率下才能測得，在加工狀態(tài)下材料是非牛頓流體，流動是非常復雜的湍流，有徑向的流動也有軸向的流動，因此不可能將扭矩數(shù)據(jù)與絕對粘度對應起來。但

3、這種相對數(shù)據(jù)能提供聚合物材料的有關加工性能的重要信息，這種信息是絕對法的流變儀得不到的。因此，實際上相對和絕對法的流變儀是互相協(xié)同的。從轉矩流變儀可以得到在設定溫度和轉速（平均剪切速率）下扭矩隨時間變化的曲線，這種曲線常稱為“扭矩譜”，除此之外，還可同時得到溫度曲線、壓力曲線等信息。在不同溫度和不同轉速下進行測定，可以了解加工性能與溫度、剪切速度的關系。轉矩流變儀在共混物性能研究方面應用最為廣泛。轉矩流變儀可以用來研究熱塑性材料的熱穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性、流動和固化行為。三、實驗原料和儀器設備1、原料：硬質PVC干混料在硬質PVC干混料配方中，除PVC樹脂外，為了獲得合適的工作及加工性能，需要配合

4、各種成分，這些成分對干混料熔體的流變性有不同的影響，從而顯著地影響物料最終的加工性能。在混煉器上測量干混料的流變曲線是了解配方中各組成成份對物料加工性能影響的有效方法。典型的硬質PVC流變曲線（扭矩譜）以及物料狀態(tài)與實際加工設備之間的關系如圖1所示。圖中第一個峰（A）為加料峰，第二個峰（B）為塑化峰，第三個峰（C）為分解峰，分別表示物料的加入、塑化和分解。加料峰到塑化峰之間的時間間隔為塑化時間，塑化峰到分解峰之間的時間間隔為熱穩(wěn)定時間。在實際加工時，物料在螺桿塑化段內的停留時間應不小于塑化時間，保證物料的充分塑化，并且在熱分解之前完成加工。圖1硬質 PVC干混料密煉的扭矩譜2、 儀器設備RM-

5、200型轉矩流變儀（哈爾濱哈普電氣技術有限責任公司）與混煉器單元一套構成密煉機式轉矩流變儀，如圖1 所示 。圖1 轉矩流變儀示意圖1壓桿；2加料口；3密煉室；4漏料；5混煉器；6緊急制動開關；7手動面板；8驅動及扭矩傳感器；9開關；10計算機（1）轉矩流變儀的組成： 混煉器 內部配備壓力傳感器、熱電偶，測量測試過程中的壓力和溫度的變化。 驅動及轉矩傳感器 轉矩傳感器是關鍵設備，用它測定測試過程中轉矩隨時間的變化。轉矩的大小反映了材料在加工過程中許多性能的變化。 計算機控制裝置 用計算機設定測試的條件如溫度、轉速時間等。并可記錄各種參數(shù)（如溫度、轉矩和壓力等）隨時間的變化。（2）性能指標混煉器轉

6、速最大值120r/min；轉矩最大值200；熔體溫度測量范圍為室溫至300，溫度控制精度為±1。（3）扭矩流變儀轉子轉矩流變儀轉子如圖2所示，轉子有不同的形狀，以適應不同的材料加工?；鞜捚鳈C配備的轉子為西格瑪（）型轉子。在密煉室內不同部位的剪切速率是不同的，兩個轉子有一定的速比，一般為3:2（左轉子：右轉子），兩轉子相向而行，左轉子為順時針，右轉子為逆時針。圖2 密煉室轉子示意圖四、實驗步驟（1）稱量 按照上面所列配方準確稱量，加入試樣的質量（M）應按照下式計算: （2-9）而且: 式中 V密煉室的容積，ml； Vr轉子的體積，ml； 物料密度，g/mL。為便于對試樣的測試結果進行比

7、較，每次應稱取相同質量的試樣。（2）合上總電源開關，打開扭矩流變儀上的開關，開啟計算機；（3）10min后按下手動面板上的START，這時START上的指示燈變亮；（4）雙擊計算機桌面的轉矩流變儀應用軟件圖標，然后按照一系列的操作步驟（由實驗教師對照計算機向學生講解完成），通過這些操作，完成實驗所需溫度、轉子轉速及時間的設定；（5）當達到實驗所設定的溫度并穩(wěn)定10min后，開始進行實驗。先對轉矩進行校正，并觀察轉子是否旋轉，轉子不旋轉不能進行下面的實驗，當轉子旋轉正常時，才可進行下一步實驗；（6）點擊開始實驗快捷鍵，將原料加入混煉器中，并將壓桿放下用雙手將壓桿鎖緊；（7）實驗時仔細觀察轉矩和熔

8、體溫度隨時間的變化； （8）到達實驗時間，混煉器會自動停止，或點擊結束實驗快捷鍵可隨時結束實驗；（9）提升壓桿，依次打開混煉器二塊動板，卸下兩個轉子，并分別進行清理，準備下一次實驗用；（10）待儀器清理干凈后,將已卸下的動板和轉子安裝好。五、思考題1. 那些主要因素將影響高聚物的流變性質？2. 測試物料及實驗過程如何保證實驗結果的可靠性。3. 試比較毛細管流變儀和轉矩流變儀各自的特點？4. 轉矩流變儀在聚合物成型加工中有哪些方面的應用？5. 加料量、轉速、測試溫度對實驗結果有哪些影響？實驗二 塑料拉伸強度及應力-應變曲線測定實驗一、實驗目的1、了解高分子材料拉伸性能測試標準條件和測試原理；2、

9、掌握測定聚合物拉伸強度、斷裂伸長率和應力應變曲線的測定方法；3、考察拉伸速度等因素對聚合物拉伸性能的影響。二、實驗原理拉伸實驗是最基本、用途最廣泛的一種材料力學實驗。其基本過程是在規(guī)定的試驗溫度、試驗速度和濕度條件下，對標準試樣沿其縱軸方向施加拉伸載荷，直到試樣被拉斷為止，由此來測量試樣所能承受的最大載荷及相應的形變。通過拉伸實驗可得到材料的拉伸強度、斷裂伸長率以及拉伸彈性模量。拉伸強度：在實驗過程中，試樣的有效部分原始橫截面單位面積所承受最大負荷。斷裂伸長率：由拉伸負荷使試樣有效部分標線間距離的增量與原始標距之比的百分率。應力應變曲線：以拉伸應力為縱坐標所得到的拉伸特性曲線稱為應力應變曲線。

10、它往往是通過拉力機在一定的拉伸速度下自動記錄拉伸負荷形變曲線，經(jīng)變換而得。拉伸試驗基本公式如下： （1） （2） （3） 式中，伸長率即應變；為應力；為樣品某時刻的伸長；為初始長度；為初始橫截面積；為拉伸力；為拉伸模量。 聚合物的拉伸性能可通過其應力應變曲線來分析，典型的聚合物拉伸應力應變曲線如圖1所示。在應力應變曲線上，以屈服點為界劃分為兩個區(qū)域。屈服點之前是彈性區(qū)，即除去應力后材料能恢復原狀，并在大部分該區(qū)域內符合虎克定律。屈服點之后是塑性區(qū)，即材料產(chǎn)生永久性變形，不再恢復原狀。根據(jù)拉伸過程中屈服點的表現(xiàn)，伸長率的大小以及其斷裂情況，應力應變曲線大致可分為如圖2所示的五種類型：軟而弱；硬而

11、脆；硬而強；軟而強；硬而韌。 圖1 典型的聚合物拉伸應力應變曲線圖2 五種典型聚合物拉伸應力應變曲線1軟而弱；2硬而脆；3硬而強；4軟而強；5硬而韌本實驗在不同應變速度下測定聚乙烯的應力應變曲線。 將已知長度和橫截面積的樣品，夾在兩個夾具之間，以恒速拉伸至斷裂，測定應力隨伸長的變化。分析在不同應變速度時測定的數(shù)據(jù)，可以了解材料的強度、韌性及極限性能。 有合適的樣品架或可設法固定住的聚合物都可進行本實驗。均勻的樣品重復性可優(yōu)于±5。但由于制各樣品和實驗操作中存在的一些不可避免的可變因素，使重復性比此數(shù)值要差些。三、實驗儀器和試樣 1、實驗儀器微機控制電子萬能試驗機(美國MTC CMT4

12、304)，30kN楔型拉伸夾具一套（夾具型號：XSD304A）；啞鈴型制樣機(美國MTC QYJ1251), A型夾具及靠模一套，游標卡尺、直尺。測試條件為，溫度：25±2，濕度：65±5%，測試標準參考：GB 1040-2006。電子萬能試驗機測試主體結構示意圖，如圖3所示。圖3 電子萬能試驗機結構示意圖1傳感器；2主架；3橫梁控制器；4夾具；5橫梁；6記錄儀；7控制臺開關；8控制面板；9顯示屏2、實驗試樣ABS材料制備啞鈴型樣條，制樣方法如下。(1) 試樣類型和尺寸：型試樣見圖4圖4型試樣型試樣的尺寸見表1表1型試樣的尺寸符號名稱尺寸公差符號名稱尺寸公差L總長（最?。?

13、50W端部寬度20±0.2H夾具間距離115±5.0d厚度4C中間平行部分長度60±0.5 b中間平行部分寬度10±0.2G標距或有效部分50±0.5R半徑（最?。?0型試樣見圖5圖5 型式試樣 型試樣的尺寸見表2表2 型試樣的尺寸符號名稱尺寸公差符號名稱尺寸公差L總長（最小）115d厚度2H夾具間距離80±5 b中間平行部分寬度6±0.4C中間平行部分長度33±2R0小半徑14±1G標距或有效部分25±1R1大半徑25±2W端部寬度25±1型試樣見圖6圖6 型試樣型試樣的尺

14、寸見表3表3 型試樣的尺寸符號名稱尺寸符號名稱尺寸公差符號名稱尺寸L總長110d1端部寬度6.5±0.2R0端部半徑6.5C中間平行部分長度9.5W端部寬度45R1表面半徑75d0中間平行部分厚度3.2 b中間平行部分寬度25，±0.2R2側面半徑75型試樣見圖7圖7 型試樣型試樣的尺寸見表4表4 型試樣的尺寸符號名稱尺寸公差符號名稱尺寸公差L總長（最?。?50L1加強片間長度150±5H夾具間距離170±5 d0厚度210-G0標距（或有效部分）100±0.5d1加強片厚度3-10-W寬度25或50±0.5加強片角度5°-

15、30°-L2加強片最小長度50d2加強片- 注：紗布增強的熱固性塑料板試樣寬度采用50mm；玻璃纖維增強的熱固性塑料板試樣寬度采用5mm；除有爭議外對玻璃纖維增強材料可省去加強片。(2)試樣選擇及速度試樣選擇見表5表5試樣選擇試樣材料試樣類型試樣制備方法試樣最佳厚度實驗速度硬質熱塑性塑料熱塑性增強塑料型注塑成型壓制成型4B、C、D、E、F硬質熱塑性塑料板熱固性塑料板（包括層壓板）機械加工4A、B、C、D、E、F、G軟質熱塑性塑料軟質熱塑性塑料板型注塑成型壓制成型板材機械加工板材沖切加工2F、G、H、I熱固性塑料包括經(jīng)填充和纖維增強的塑料型注塑成型壓制成型-C熱固性增強塑料板型機械加工

16、-B、C、D 實驗速度設有以下九種：速度A 1mm/min±50%； 速度F 50mm/min±10%；速度B 2mm/min±20%； 速度G 100mm/min±10%；速度C 5mm/min±20%； 速度H 200mm/min±10%；速度D 10mm/min±20%； 速度I 500mm/min±10%；速度E 20mm/min±10%；(3)試樣數(shù)量：每組不少于5個。四、實驗步驟和內容 塑料屬于粘彈材料，它的應力松弛過程與變形速率密切相關，應力松弛需要一個時間過程。當?shù)退倮鞎r，分子鏈來得及位

17、移、重排，呈現(xiàn)韌性行為，表現(xiàn)為拉伸強度減少，而斷裂伸長率增大。高速拉伸時，高分子鏈段的運動跟不上外力作用速度，呈現(xiàn)脆性行為，表現(xiàn)為拉伸強度增加，斷裂伸長率減少。由于塑料品種繁多，不同品種的塑料對拉伸速度的敏感程度不同。硬而脆的塑料對拉伸比較敏感，一般采用較低的拉伸速度。韌性塑料對拉伸速度的敏感性較小，一般采用較高的拉伸速度。1、檢查設備運轉情況及速度轉換是否正常可靠。2、根據(jù)材料的強度和試樣的種類、大小，選擇合適的砝碼的數(shù)量；3、開啟記錄儀，調好零點，用標準砝碼校正力值讀數(shù)；4、測量試樣中間平直部分的寬度和厚度，精確至0.01mm，型試樣中間平直部分的寬度精確至0.05mm。每個試樣測量三點，

18、取算術平均值。5、測量伸長率時，應在試樣平行部分作標線，此標線對測量結果應無影響。6、調試實驗機的速度為所要求的速度。7、將試樣夾持在夾具上，使試樣縱軸與上、下夾具的中心連線相重合，且松緊要適宜。8、 開動實驗機進行實驗并記錄下列數(shù)值。試樣斷裂時，記錄負荷和標距伸長； 試樣出現(xiàn)屈服，記錄屈服時的負荷；測量模量時，記錄負荷和相應形變值。試樣斷裂在標距之外，此試樣作廢，另取試樣補做。9、實驗中用記錄儀記錄負荷形變曲線。經(jīng)變換可得拉伸應力應變曲線。10、處理實驗結果，寫出實驗報告并進行相關問題的討論。五、實驗數(shù)據(jù)處理1、拉伸強度、拉伸屈服應力按式4計算： （4）式中：拉伸強度或拉伸屈服應力，Mpa；

19、P 最大負荷或屈服負荷，N；b 試樣寬度，mm；d 試樣厚度，mm。實驗結果以每組試樣測定的算術平均值表示，取三位有效數(shù)字。2、斷裂伸長率按式5計算： （5） 式中：斷裂伸長率，%； L試樣斷裂時標線間距離，mm； L0試樣原始標距，mm.3、若要求計算標準偏（S），可按式6計算： （6） 式中：x單個測定值； 組測定值的算術平均值； n測定值的個數(shù)。六、思考題1、影響聚合物試樣拉伸強度的主要因素有哪些？2、同樣是PP材料，為什么測定的拉伸強度及斷裂生長率有差別？3、由應力應變曲線如何判斷材料的性能？4、如果測定線性和支化聚乙烯，可以從哪些方面來研究他們之間的性能的差異？實驗三 偏光顯微鏡觀察

20、聚合物結晶形態(tài)聚合物的各種性能是由其結構在不同條件下所決定的。結晶性聚合物隨結晶條件不同，可形成多種晶體形態(tài)，如：單晶、球晶、樹枝晶、纖維晶、串晶、及伸直鏈晶體等。在通常條件下，從聚合物濃溶液或熔體冷卻結晶時，結晶性聚合物傾向于生成球晶。研究聚合物結晶結構的方法有X射線衍射、小角激光光散射、偏光顯微鏡和電子顯微鏡等。觀察幾十微米以上的球晶，可用簡便的偏光顯微鏡觀察，若在偏光顯微鏡上裝上熱臺和快速攝像裝置，還可研究球晶的生長過程。球晶的完善程度和尺寸大小對結晶聚合物的實際性能有著很大影響，因此，對球晶形態(tài)的研究為體討結晶聚合物制品的質量有理論和實際意義。其中偏光顯微鏡法是目前實驗室中較為簡便而實

21、用的方法。一、實驗目的 1、了解偏光顯微鏡的結構及使用方法。2、觀察聚合物的結晶形態(tài)，估算聚丙烯球晶大小。3、測定溶液結晶的球晶尺寸，判斷球晶的正負性。二、實驗原理球晶的生長以晶核為中心，從初級晶核生長的片晶，在結晶缺陷點繁盛支化，形成新的片晶，它們在生長時發(fā)生彎曲和扭轉，并進一步分支形成新的片晶，如此反復，最終形成以晶核為中心，三維向外發(fā)散的球形晶體。實驗證實，球晶中分子鏈垂直球晶的半徑方向。圖6-1 球晶生長示意圖（a）晶片的排列與分子鏈的取向（其中a、b、c軸表示單位晶胞再各方向上的取向）；(b)球晶生長 (c)長成的球晶用偏光顯微鏡觀察球晶結構是根據(jù)聚合物晶體具有雙折射性質。當一束光線

22、進入各向同性的均勻介質中，光速不隨傳播方向而改變，因此各方向都具有相同的折射率。而對于各向異性的晶體來說，其光學性質是隨方向而異的。當光線通過它時，就會分解為振動平面互相垂直的兩束光，它們的傳播速度除光軸方向外，一般是不想等的，于是就產(chǎn)生兩條折射率不同的光線，這種現(xiàn)象稱之為雙折射。晶體的一切化學性質都是和雙折射有關。偏光顯微鏡是研究晶體形態(tài)有效工具之一，許多重要的晶體光學研究都是在偏光鏡的正交場下進行的，即起偏鏡的振動面與檢偏鏡的振動面相互垂直。在正交偏光鏡間可以觀察到球晶的形態(tài)，大小，數(shù)目及光性符號等。當高聚物處于熔融狀態(tài)時，呈現(xiàn)關學各向同性，入射光自起偏鏡通過熔體時，只有一束與起偏鏡振動方

23、向相同的光波，故不能通過與起偏鏡成90°的檢偏鏡，顯微鏡的視野為暗場。高聚物自熔體冷卻結晶后，成為光學各向異性體，當結晶體的振動方向與上、下偏光鏡振動方向不一致時，視野明亮，就可以觀察到晶體，其原因由圖2作簡要說明。圖6-2中PP代表起偏鏡的振動方向，AA代表檢偏鏡的振動方向，NN，MM是晶體內某一切面內的兩個振動方向。 6-2 偏鏡的振動方向由圖可知，晶體切面內的振動方向與偏光鏡的振動方向不一致，設N振動方向與偏光鏡振動方向PP間的夾角為。光先進入起偏鏡，自起偏鏡透出的平面偏光的振幅為OB，光繼續(xù)射至晶片上，由于切面內兩振動方向不與PP方向一致，因此要分解到晶體的兩振動面中，分至N

24、方向上光的振幅為OD，分至M方向上光的振幅為OE。自晶片透出的兩平面偏光繼續(xù)射至檢偏鏡上，由于檢偏鏡的振動方向與晶體切面內振動方向也不一致，故每一平面偏光都要一分為二，即OD振幅光分解為OF與DF振幅的光，OE振幅的光分解為EG和OG振幅的光。振幅為DF和EG的光 由于它們的振動方向垂直于檢偏鏡的振動面，因而不能透過，而振幅為OG和OF的光，它們均在檢偏鏡的振動面內，因而能透過兩光波在同一面內振動，必然要發(fā)生干涉，它們的合成波為： Y=OFOG=ODsinOEcos 6-1 OD=OBcosOB=Asint 又因晶片內N和M方向振動的兩光波的速度不相等，折射率也不同，其位相差設為，則有：OD=

25、OBcos 6-2OEOBsin=Asin(t)sin 6-3將（6-2）、（6-3）代入（6-1）整理得： Y=Asin2 sin cos（t） 6-4因合成光得強度與合成光振幅的平方成正比，故由（4）式可以得出： IA2sin22 sin2 6-5式中A為入射光的振幅，a是晶片內振動方向與起偏鏡振動方向的夾角，轉動載物臺可以改變a，當a= p/4 ，3p/4 ，5p/4 ，7p/5時，光的強度最大，視野最高。如果晶體切面內的兩振動方向與上、下偏光鏡的振動方向成45°，此時晶體的亮度最大，當a= 0，p/2 ，3p/2時，I=0，視野全黑，如果晶體切面內的振動方向與起偏鏡（或檢偏鏡

26、）的振動方向平行時，即a= 0，則晶體全黑，當晶體的軸和起偏鏡的振動方向一致時，也出現(xiàn)全黑現(xiàn)象。在正交偏光鏡下，晶體切面上的光的振動方向與AA，PP平行或近于平行，將產(chǎn)生消光，故形成分別平行于AA，PP的兩個黑帶（消光影），它們互相正交而構成黑十字，即Maltese干涉圖。如圖6-3所示。圖6-3 聚乙烯球晶的偏光顯微鏡照片用偏光顯微鏡觀察聚合物球晶，在一定條件下，球晶呈現(xiàn)出更復雜的環(huán)狀圖案，即在特征的黑十字消光圖象上還重疊著明暗相間的消光同性圓環(huán)。這可能是晶片周期性扭轉產(chǎn)生的。如圖6-4所示。圖6-4 帶消光同心圓環(huán)的聚乙烯球晶的偏光顯微鏡照片三、儀器藥品1、儀器偏光顯微鏡及附件、載玻片、蓋

27、玻片、電爐和油浴鍋。圖6-5 XPT-7型偏光顯微鏡1、目鏡，2、鏡筒，3、勃氏鏡，4、粗動手輪，5、微調手輪，6、鏡臂，7、鏡座，8、上偏光鏡，9、試板孔，10、物鏡，11、載物臺，12、聚光鏡，13、鎖光圈，14、下偏光鏡，15、反光鏡2、試樣聚乙烯（顆粒狀）、聚丙烯（顆粒狀），工業(yè)級。四、實驗步驟1、聚合物試樣的制備（l）熔融法制備聚合物球晶。首先把已洗干凈的載玻片、蓋玻片及專用砝碼放在恒溫熔融爐內在選定溫度（一般比Tm高30）下恒溫5min，然后把少許聚合物（幾毫克）放在載玻片上，并蓋上蓋玻片，恒溫10min使聚合物充分熔融后，壓上砝碼，輕壓試樣至薄并排去氣泡，再恒溫5min，在熔融爐

28、有蓋子的情況下自然冷卻到室溫。有時，為了使球晶長得更完整，可在稍低于熔點的溫度恒溫一定時間再自然冷卻至室溫。本實驗制備聚丙烯（PP）和低壓聚乙烯（PE）球晶時，分別在230和220熔融10min，然后在150和120保溫30min，（爐溫比玻片的實際溫度高約20，實驗溫度為爐溫）在不同恒溫溫度下所得的球晶形態(tài)是不同的。（2）直接切片制備聚合物試樣。在要觀察的聚合物試樣的指定部分用切片機切取厚度約為10m的薄片，放于載玻片上，用蓋玻片蓋好即可進行觀察。為了增加清晰度，消除因切片表面凹凸不平所產(chǎn)生的分散光，可于試樣上滴加少量與聚合物折射率相近的液體，如甘油等。（3）溶液法制備聚合物晶體試樣。先把聚

29、合物溶于適當?shù)娜軇┲校缓缶徛鋮s，吸取幾滴溶液，滴在載玻片上，用另一清潔蓋玻片蓋好，靜置于有蓋的培養(yǎng)皿中（培養(yǎng)皿放少許溶劑使保持有一定溶劑氣氛，防止溶劑揮發(fā)過快。）讓其自行緩慢結晶?；虬丫酆衔锶芤鹤⒃谂c其溶劑不相溶的液體表面，讓溶劑緩慢揮發(fā)后形成膜，然后用玻片把薄膜撈起來進行觀察，如把聚癸二酸乙二醇酯溶于100的溴苯中，趁熱倒在已預熱至70左右的水上，控制一定的冷卻速度冷至室溫即可。2、偏光顯微鏡調節(jié)（l）正交偏光的校正。所謂正交偏光是指偏光鏡的偏振軸與分析鏡的偏振軸呈垂直。將分析鏡推入鏡筒，轉動起偏鏡來調節(jié)正交偏光。此時，目鏡中無光通過，視區(qū)全黑在正常狀態(tài)下，視區(qū)在最黑的位置時，起偏振鏡刻

30、線應對準0°位置。（2）調節(jié)焦距，使物像清晰可見，步驟如下：將欲觀察的薄片置于載物臺中心，用夾夾緊。從側面看著鏡頭，先旋轉微調手輪，使它處于中間位置，再轉動粗調手輪將鏡筒下降使物鏡靠近試樣玻片，然后在觀察試樣的同時慢慢上升鏡筒，直至看清物體的像，再左右旋動微調手輪使物體的像最清晰。切勿在觀察時用粗調手輪調節(jié)下降，否則物鏡有可能碰到玻片硬物而損壞鏡頭，特別在高倍時，被觀察面（樣品面）距離物鏡只有0.20.5mm，一不小心就會損壞鏡頭。（3）物鏡中心調節(jié)。偏光顯微鏡物鏡中心與載物臺的轉軸（中心）應一致，在載物臺上放一透明薄片，調節(jié)焦距，在薄片上找一小黑點移至目鏡十字線中心O處，載物臺轉動

31、360°，如物鏡中心與載物臺中心一致，不論載物臺如何轉動，黑點始終保持原位不動；如物鏡中心與載物臺中心不一致，那么，載物臺轉動一周，黑點即離開十字線中心，繞一圓圈，然后回到十字線中心，如圖6-6所示。6-6 顯微鏡物鏡中心調節(jié)顯然十字線中心代表物鏡中心，而圓圈的圓心S即為載物臺中心。中心已校正的目的就是要使O點與S點重合。由于載物臺的轉軸是固定的，所以只能調節(jié)物鏡中心位置，將中心校正螺絲帽套在物鏡釘頭上，轉動螺絲帽來校正，具體步驟如下：薄片位于載物臺，調節(jié)焦距，在薄片中任找一黑點，使其位于十字線中心O點。圖6-5轉動載物臺180°黑點移動至01，距十字線中心較遠。01等于物

32、鏡中心與載物合中心S之間距離的兩倍，轉動物鏡上的兩個螺絲帽，使小黑點自01移回O、01距離的一半。用手移動薄片，再找小黑點（也可以是第一次的那個黑點），使其位于十字線中心，轉動載物臺，小黑點所繞圓圈比第一次小，如此循環(huán)，直到轉動載物臺小黑點在十字線中心不移動。3、聚合物聚集態(tài)結構的觀察（1）觀察聚合物晶形，測定聚乙烯球晶大小。 聚合物晶體薄片，放在正交偏光顯微鏡下觀察，表面不是光滑的平面，而是有顆粒突起的。這是由于樣品中的組成和折射率是不同的，折射率愈大，成像的位置愈高；折射率低者，成像位置愈低。聚合物結晶具有雙折射性質，視區(qū)有光通過，球晶晶片中的非晶態(tài)部分則是光學各向同性，視區(qū)全黑。用顯微鏡

33、目鏡分度尺，測量晶粒直徑（單位為m），測定步驟如下：將帶有分度尺的目鏡插入鏡筒內，將載物臺顯微尺（1.00mm，為100等分，）置于載物臺上，使視區(qū)內同時見到兩尺。調節(jié)焦距使兩尺平行排列，刻度清楚，使兩零點相互重合，即可算出目鏡分度尺的值。取走載物臺顯微尺，將欲測之聚乙烯試樣置于載物臺視域中心，觀察并記錄晶形。讀出球晶在目鏡分度尺上的刻度，即可算出球晶直徑大小。（2）觀察消光黑十字及干涉色環(huán) 雙折射的大小依賴于分子的排列和取向，能觀察拉伸引起的分子取向對雙折射產(chǎn)生的貢獻。把聚光鏡（拉索透鏡）加上，選用高倍物鏡（40×、63×），并推入分析鏡、勃氏鏡。把欲測雙軸取向聚苯乙烯膜

34、、聚丙烯膜置于載物臺，觀察消光黑十字、干涉色及一系列消光同心圓環(huán)。將載物臺旋轉45°后再觀察消光圖。（3）觀察聚乙烯球晶的光學符號（雙折射符號） 在正交場下，將聚乙烯試樣置于載物臺上，調好焦距，找到一個比較大而完整的球晶，把石膏一級紅補色器插入鏡筒開口位置上觀察，若第一、三象限為藍色，第二、四象限為黃色，則是正球晶，反之，為負球晶。五、實驗結果處理1、記錄制備試樣的條件，簡繪實驗所觀察到的球晶狀態(tài)圖；2、寫出顯微鏡標定目鏡分度尺的標定關系，計算球晶的直徑。六、注意事項1、在使用偏光顯微鏡過程中，必須注意的是，要旋轉微動手輪，使手輪處于中間位置，再轉動粗調手輪，將鏡筒下降使物鏡靠近試樣

35、（從側面觀察），然后在觀察試樣的同時再慢慢上升鏡筒至看清物體的像為止，這樣可避免物鏡與試樣碰撞而壓壞試樣和損壞鏡頭。2、培養(yǎng)球晶時，樣品應盡可能壓得薄一點，以便觀察得更清楚。七、思考題1、用偏光顯微鏡觀察聚合物球晶形態(tài)的原理是什么？2、球晶大小與結晶溫度的依賴關系怎樣？3、在偏光顯微鏡正交條件下，觀察聚乙烯，聚丙烯球晶的光學效應，并解釋出現(xiàn)黑十字和一系列同心圓環(huán)的結晶光學原理。4、聚合物晶體生長依賴什么條件，在實際生產(chǎn)中如何控制晶體的形態(tài)？【附】：偏光顯微鏡工作原理一、偏振光與自然光光波是電磁波，也是橫波。它的傳播方向與振動方向垂直。如果定義由光的傳播方向和振動方向所組成的平面叫振動面，那么對

36、于自然光，它的振動方向雖然永遠垂直于光的傳播方向，但振動面卻時時刻刻在改變。在任一瞬間，振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內可以取所有可能的方向，沒有一個方向占優(yōu)勢見圖6-5，箭頭代表振動方向，傳播方向垂直于紙面。自然光 偏振光圖6-7 自然光和偏振光示意圖太陽光及一般的光源發(fā)出的光都是自然光。自然光在通過尼科耳棱鏡或人造偏振片以后，光線的振動被限制在某一個方向，這樣的光叫做線偏振光或平面偏振光。表6-1 偏振光和雙折射的相關概念名稱意義天然光天然光可分解為與傳播方向垂直的所有方向上的振動的矢量，并且各方向上的振幅相等。偏振光偏振光是指矢量的振動方向有一定規(guī)律的光線。光矢量在一個平面內振動的光

37、線稱為線性偏振光，該平面稱為振動面，可由天然光通過偏振器（如偏振片）獲得。光學各向同性體介質中的原子、分子等在三維空間完全無規(guī)排列時，對于任何入射方向和偏振方向的光線的折射率都是相等的，稱為光學各向同性體。雙折射體對不同振動方向的偏振光有不同的折射率，這樣的物體稱為雙折射體。線性雙折射體對光線沒有吸收的雙折射體。這種物體對任意方向進入的光線一般都會分解成振動面互相垂直的兩個偏振光，并具有不同的折射率。表6-2 光率體的相關概念光率體雙折射體的幾何模型，是由nx、ny、nz確定的三軸橢球體，nx、ny、nz稱為主折射率。運用光率體可采用幾何作圖來確定雙折射體的各種光學性質。光軸當入射光方向與光軸

38、一致時，不改變光的振動方向，也不會發(fā)生雙折射。對光率體做切面時，可得兩個包含y軸且與x軸和y軸對稱的圓形，這兩個切面的垂直方向即為光軸。二軸雙折射體具有兩條光軸的物體稱為二軸雙折射體。單軸雙折射體光率體中有兩個主折射率相等，則稱為單軸雙折射體。當雙軸性雙折射體的兩個主折射率較接近時也可當做單軸體處理（如聚乙烯）。正常波（O波）任意方向的入射光都可分解為振動面與主切面垂直的偏振光以及振動面在主切面上的偏振光。振動面與主切面垂直的光波稱為正常波，其速度是恒定的，折射率為常數(shù)，記為no。異常波（E波）振動面處于與主切面內的光波稱為異常波，其速度和折射率隨入射光的方向而改變，其折射率記為ne。正的雙折

39、射體當光波垂直于光軸射入時，正常波的折射率仍為no，異常波的折射率為ne=nz，當nonz時，正常波的速度大于異常波，稱為正的雙折射體，其光率體呈瘦長形。負的雙折射體當nonz時，正常波的速度小于異常波，稱為負的雙折射體，其光率體呈扁平形。二、起偏器與檢偏器能夠將自然光變成線偏振光的儀器叫作起偏振器，簡稱起偏器。通常用得較多的是尼科耳棱鏡和人造偏振片。尼科耳棱鏡是用方解石晶體按一定的工藝制成的，當自然光以一定角度入射時，由于晶體的雙折射效應，入射光被分成振動方向互相垂直的兩條線偏振光e光和o光，其中o光被全反射掉了，而e光射出。人造偏振片是利用某些有機化合物（如碘化硫酸奎寧）晶體的二向色性制成

40、的。把這種晶體的粉末沉淀在硝酸纖維薄膜上，用電磁方法使晶體C軸指向一致，排成極細的晶線只有振動方向平行于晶線的光才能通過，而成為線偏振光。起偏器既能夠用來使自然光變成線偏振光，反過來，它又能被用來檢查線偏振光，這時，它被稱為檢偏器或分析器。例如兩個串聯(lián)放著的尼科耳棱鏡，靠近光源的一個是起偏器，另一個便是檢偏器。當它們的振動方向平行時，透過的光強最大；而當它們的振動方向垂直時，透過的光強最弱。這種情況，我們稱為“正交偏振”。三、偏光顯微鏡 偏光顯微鏡是利用光的偏振特性對晶體、礦物、纖維等有雙折射的物質進行觀察研究的儀器。它的成象原理與生物顯微鏡相似，不同之處是在光路中加入兩組偏振器（起偏器和檢偏

41、器）以及用于觀察物鏡后焦面產(chǎn)生干涉象的勃氏透鏡組。 由光源發(fā)出的自然光經(jīng)起偏器變?yōu)榫€偏振光后，照射到置于工作臺上的聚合物晶體樣品上，由于晶體的雙折射效應，這束光被分解為振動方向互相垂直的兩束線偏振光。這兩束光不能完全通過檢偏器，只有其中平行于檢偏器振動方向的分量才能通過。通過檢偏器的這兩束光的分量具有相同的振動方向與頻率而產(chǎn)生干涉效應。由干涉色的級序可以測定晶體薄片的厚度和雙折射率等參數(shù)。在偏振光條件下，還可以觀察晶體的形態(tài)，測定晶粒大小和研究晶體的多色性等。 實驗四 苯乙烯單體的精制一、實驗目的1、了解苯乙烯的商品組成、特點及精制的意義；2、掌握在實驗室中對苯乙烯進行精制的常用方法和操作規(guī)程

42、；3、正確掌握分液漏斗的使用方法；能用堿洗和減壓蒸餾的方法進行苯乙烯單體的精制。二、實驗原理高分子合成中所常用的單體，如苯乙烯，為防止其在分離精制、貯存和運輸過程中受到熱、光、輻射、機械等作用而引發(fā)聚合，通常需添加一定量（幾幾十ppm）的阻聚劑（多為對苯二酚），此時單體外觀呈黃色。用含有阻聚劑的單體進行聚合，反應通常不能順利進行，宏觀上表現(xiàn)為有較長的誘導期，更為嚴重時甚至不發(fā)生生成高分子的聚合反應；微觀上則表現(xiàn)為引發(fā)劑分解所產(chǎn)生的初級自由基與阻聚劑反應生成非自由基物質或形成活性低、不再具有引發(fā)聚合能力的自由基，使聚合完全停止。只有當阻聚劑被消耗完后且體系中尚含有多余的引發(fā)劑時，聚合反應才有可能

43、發(fā)生并生成高分子化合物。此時所引入的引發(fā)劑不是全部被用來生成高分子，引發(fā)效率降低，聚合速率減慢，且不利于對所合成的高分子的分子量及配方進行設計與控制。因此，在聚合前，需要對單體及引發(fā)劑等進行精制，以脫除阻聚劑或微量雜質，盡量降低其對聚合的不利影響。實驗室中，通常采用兩種方法對單體進行精制，一為堿洗法，另一為減壓蒸餾法。堿洗法是利用單體與阻聚劑在堿液中的溶解性能差異來進行精制分離的。而減壓蒸餾則是利用單體的沸點隨其分壓的降低而下降進行精制的。根據(jù)聚合反應體系和所得高分子對純度及分子量等的具體要求，可以只使用其中的一種方法，也可以兩種方法都采用。常規(guī)單體精制方法為先堿洗，后蒸餾，目的在于去除單體中

44、的雜質，根據(jù)聚合路線，方法有關，引入雜質，是為運輸中防止自聚，所以，要用單體就必須除去阻聚劑。通常先酸洗或堿洗。其中阻聚劑是苯酚類，叔丁基類，胺類，硝基類等。此實驗用的是的NaOH(10%20%)的堿液，將粗苯乙烯溶解在其中,此操作在分液漏斗中進行.分液漏斗提純苯乙烯，由于苯乙烯呈油狀，與水分界,即可以使用分液漏斗。接著使用去離子水洗滌，目的是除去NaOH溶液的殘留液。接著進行減壓蒸餾，減壓的目的是為了降低苯乙烯的沸點,苯乙烯的沸點為145.2，采用減壓，減低沸點,是為了防止自聚,苯乙烯在高溫下能自發(fā)反應。蒸餾的目的是為了使產(chǎn)品更純，減壓蒸餾裝置有蒸餾部分和量壓部分組成。表1 苯乙烯沸點和壓力

45、關系壓力/kPammHg0.6751.33102.66205.32407.986013.3010026.6020053.20400101.08760沸點1830.844.659.869.582.1101.4122.6145.2三、儀器和試劑分液漏斗（250ml)  減壓蒸餾裝置 鐵架臺 電爐 燒杯（500nl) 粗苯乙烯 NaOH(10%20%) 去離子水四、操作步驟實驗裝置:1、苯乙烯（St）的精制（堿洗法）配置好5%wt的氫氧化鈉水溶液；取一只250ml的分液漏斗，加入100ml苯乙烯；加入約20ml氫氧化鈉水溶液，振蕩洗滌后靜置分層，分去下層水溶液；重復步驟數(shù)次直至單體無色時為

46、止；用去離子水洗滌以除去微量堿，洗至中性為止（用pH試紙測量）；將無色中性單體裝入純凈且干燥過的棕色瓶，并加入少量無水硫酸鈉或無水氯化鈣以脫除單體中所含的少量水。將單體置于低溫背光環(huán)境，保存?zhèn)溆谩?、苯乙烯減壓蒸餾將獲得的提取液進行減壓蒸餾，開啟冷凝水，控制壓力減壓蒸餾過程中，要注意控制溫度的變化和壓力系數(shù)，所獲得的產(chǎn)物壓力與溫度是對應關系。進行查表，注意提取。當達到要求時，小心轉動接液管，收集溜出液，直至蒸餾結束。蒸餾完畢，撤去熱源，待體系稍冷后，慢慢打開毛細管上的螺旋夾子，并漸漸打開二通活塞，緩慢解除真空使體系內壓力與外界壓力平衡后方可關閉抽壓裝置。最后關上冷凝水。拆卸順序要正確。將所獲得

47、的溜液降溫后，提取出來。五、思考題1、為什么要對單體進行精制，其意義何在？2、單體的精制方法及原理？3、實驗中需要注意的問題及心得。實驗五 聚氨酯彈性體的合成與澆鑄一、實驗目的1、了解聚氨酯合成原料，甲苯二異氰酸酯及聚酯的特性。2、了解聚氨酯逐步加聚反應的特點。3、初步掌握聚氨酯彈性體的預聚合成方法。二、實驗原理 異氰酸酯基是非?；顫姷墓δ苄曰鶊F，它極易與含活潑氫的物質。如水、醇、胺等進行加成反應。因此，二異氰酸酯(如甲苯二異氰酸酯)與二元醇或二元胺等聚合物進行加聚反應時，可得線性的聚氨基甲酸酯(簡稱聚氨酯)。反應如下：異氰酸酯的種類很多，常見的有24甲苯二異氰酸酯(2，4TDI)、2，6甲苯

48、二異氰酸酯(2，6TDI)、二苯基甲烷二異氰酸（MDI）、己二異氰酸酯（HDI）等。通常使用的異氰酸酯是2，4甲苯二異氰酸酯與2，6甲苯二異氰酸酯以8020比例的混合物。常用的二元醇類有乙二醇及由環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合而得的聚環(huán)氧乙烷乙二醇（又稱聚醚）。聚環(huán)氧丙烷乙二醇、乙二醇和已二酸形成的聚酯等。反應催化劑為三級胺或有機錫的化合物。三、儀器藥品甲苯二異氰酸酯（2,4-TDI）、相對分子質量為3000的聚酯（PE）、1,4-丁二醇（BDO）、丙酮500ml燒瓶、溫度計、一次性杯子、電加熱套、攪拌器、托盤、干燥箱、脫脂棉四、實驗步驟方案一：預聚體的制備：將200g聚酯置于裝有攪拌器、溫度計的

49、500ml三口燒瓶中加熱，當物料大部分熔化后開動攪拌，升溫至60，按配方量準確加入甲苯二異氰酸酯17.4g,攪拌均勻后升溫到8085，恒溫反應1.5h；制得預聚體。彈性體制備：將預聚體降溫至60，加入丁二醇3g迅速混合，待溫度升至85，停止攪拌， 迅速倒入已預熱的鋪覆有薄膜的托盤中，110下熟化35h。方案二：預聚體的制備：將200g聚酯置于裝有攪拌器、溫度計的500ml三口燒瓶中加熱，當物料大部分熔化后開動攪拌，升溫至60，按配方量準確加入甲苯二異氰酸酯18.1g,攪拌均勻后升溫到8085，恒溫反應1.5h；制得預聚體。彈性體制備：將預聚體降溫至60，加入丁二醇3g迅速混合，待溫度升至85，

50、停止攪拌，迅速倒入已預熱的鋪覆有薄膜的托盤中，110下熟化35h。方案三：預聚體的制備：將200g聚酯置于裝有攪拌器、溫度計的500ml三口燒瓶中加熱，當物料大部分熔化后開動攪拌，升溫至60，按配方量準確加入甲苯二異氰酸酯23.2g,攪拌均勻后升溫到8085，恒溫反應1.5h；制得預聚體。彈性體制備：將預聚體降溫至60，加入丁二醇6g迅速混合，待溫度升至85，停止攪拌， 迅速倒入已預熱的鋪覆有薄膜的托盤中，110下熟化35h。方案四：預聚體的制備：將200g聚酯置于裝有攪拌器、溫度計的500ml三口燒瓶中加熱，當物料大部分熔化后開動攪拌，升溫至60，按配方量準確加入甲苯二異氰酸酯24.1g,攪

51、拌均勻后升溫到8085，恒溫反應1.5h；制得預聚體。彈性體制備：將預聚體降溫至60，加入丁二醇6g迅速混合，待溫度升至80，停止攪拌， 迅速倒入已預熱的鋪覆有薄膜的托盤中，110下熟化35h。五、思考題1. 異氰酸酯基(-NCO)與水、醇、二醇、胺、鹽酸、亞硫酸氫鈉、苯等的反應如何?2異氰酸酯在取用時應注意什么?為什么?3反應過程中分子鏈的增長情況與什么有關？4聚酯與異氰酸反應的特性如何?5如何控制反應的凝膠？6. 后熟化的作用以及要注意的問題？實驗六 聚苯乙烯懸浮聚合一、 實驗目的 1、了解懸浮聚合的原理，特征及配方中個組分的作用。 2、掌握苯乙烯懸浮聚合的實驗室實施方法，攪拌、溫度等各條

52、件對產(chǎn)品的顆粒度和性能的影響二、實驗原理本體聚合是烯類單體聚合制備高分子聚合物的最簡單的方法。但這種方法不是在所有情況下都適用的。特別是大型工業(yè)生產(chǎn)中。因為本體聚合在聚合過程中，隨著單體不斷轉變成聚合物大分子，體系的粘度急劇增高，聚合熱的傳遞越來越困難，引起自動增速效應和不規(guī)則的過熱點，導致產(chǎn)物有較寬的分子量分布和過熱點缺陷。 為了克服本體加聚過程粘度增高和傳熱受阻產(chǎn)生的不良后果，一種辦法是加入一種惰性的、可溶的、低分子量的稀釋劑來減輕。這種方法就是溶液聚合。雖然溶液聚合提供了較好的熱控制，減緩了自動加速效應，但溶劑很少對自由基是真正惰性的。由于溶劑常常發(fā)生鏈轉移反應使得產(chǎn)物的分子量大大降低，

53、而且聚合溶劑的除去和回收也是相當復雜和浪費的，所以在自由基加聚反應中用得較少。另一種方法是加入一種不相混溶的液體，通過強烈的攪拌使單體變成不連續(xù)的小顆?；蛭⒅榉稚⒃谧鳛檫B續(xù)相的液體中。采用能溶解于單體相的引發(fā)劑（油溶性引發(fā)劑），使得引發(fā)、增長、終止過程均在單體微珠中進行。這樣，實際上每個單體微珠均成為一個獨立的、微型的本體聚合反應體系，但是卻把傳熱距離縮短到了0.20.5毫米，從而解決了傳熱問題，這就是懸浮聚合。因此，懸浮聚合就本質而言仍然是本體聚合，符合本體聚合的動力學規(guī)律。 懸浮聚合通常采用的是連續(xù)相是水，水是最廉價易得的。而且熱容高、粘度大、表面張力大，有利于形成懸浮體系。由于懸浮聚合反應熱易于排除，保證了反應溫度的均一性，減少了爆聚反應的可能。因此，可以使用催化劑等來提高反應速度。而且制成的產(chǎn)品呈均勻的顆粒狀，不經(jīng)造粒就可以直接用于成型加工。同時，因為解決了本體聚合難以大型化的問題，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中采用的大型懸浮聚合釜可達200M2以上。 但是，籍強烈攪拌分散開的懸浮體系是亞穩(wěn)狀態(tài)的，特別是在聚合物量增加，顆粒發(fā)粘時容易凝結成團。加