高分子物理實驗

高分子物理實驗

指導(dǎo)書

劉艷輝周金華材料科學(xué)與工程學(xué)院TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"實驗一、偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶 2\o"CurrentDocument"實驗二、聚合物熔體流動速率的測定 4\o"CurrentDocument"實驗三、聚合物拉伸強度和斷裂伸長率的測定 6\o"CurrentDocument"實驗四、聚合物材料彎曲強度的測定 9\o"CurrentDocument"實驗五、聚合物材料沖擊強度的測定 11實驗六、聚甲基丙烯酸甲酯溫度—形變曲線的測定 13\o"CurrentDocument"實驗七、介電常數(shù)及介電損耗測定 14\o"CurrentDocument"實驗八、聚合物電阻的測量 17\o"CurrentDocument"實驗九、用旋轉(zhuǎn)黏度計方法測定聚合物濃溶液的流動曲線 18\o"CurrentDocument"實驗十、稀溶液粘度法測定聚合物的分子量 20\o"CurrentDocument"實驗一偏光顯微鏡觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài) 28\o"CurrentDocument"實驗二激光小角散射法測聚合物球晶 30\o"CurrentDocument"實驗三相差顯微鏡法觀察共混物的結(jié)構(gòu)形態(tài) 34\o"CurrentDocument"實驗四粘度法測定高聚物的分子量 37\o"CurrentDocument"實驗五高聚物熔融指數(shù)的測定 42\o"CurrentDocument"試驗六高分子材料的電阻值的測定 45\o"CurrentDocument"實驗七應(yīng)力——應(yīng)變曲線實驗 52\o"CurrentDocument"附：塑料沖擊實驗 58實驗一、偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶一、實驗?zāi)康氖煜て怙@微鏡的構(gòu)造，掌握偏光顯微鏡的使用方法。觀察不同結(jié)晶溫度下得到的球晶的形態(tài)，估算聚丙烯球晶大小。測定聚丙烯在不同結(jié)晶度下晶體的熔點。測定25°C下聚丙烯的球晶生長速度。二、實驗原理聚合物的結(jié)晶受外界條件影響很大，而結(jié)晶聚合物的性能與其結(jié)晶形態(tài)等有密切的關(guān)系，所以對聚合物的結(jié)晶形態(tài)研究有著很重要的意義。聚合物在不同條件下形成不同的結(jié)晶，比如單晶、球晶、纖維晶等等，而其中球晶是聚合物結(jié)晶時最常見的一種形式。球晶可以長得比較大，直徑甚至可以達(dá)到厘米數(shù)量級．球晶是從一個晶核在三維方向上一齊向外生長而形成的徑向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，由于是各向異性的，就會產(chǎn)生雙折射的性質(zhì)。聚合物球晶在偏光顯微鏡的正交偏振片之間呈現(xiàn)出特有的黑十字消光圖形，因此，普通的偏光顯微鏡就可以對球晶進(jìn)行觀察。偏光顯微鏡的最佳分辨率為200nm,有效放大倍數(shù)超過100—630倍，與電子顯微鏡、x射線衍射法結(jié)合可提供較全面的晶體結(jié)構(gòu)信息。球晶的基本結(jié)構(gòu)單元是具有折疊鏈結(jié)構(gòu)的片晶，球晶是從一個中心（晶核）在三維方向上一齊向外生長晶體而形成的徑向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，即—個球狀聚集體。光是電磁波，也就是橫波，它的傳播方向與振動方向垂直。但對于自然光來說，它的振動方向均勻分布，沒有任何方向占優(yōu)勢。但是自然光通過反射、折射或選擇吸收后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹辉谝粋€方向上振動的光波，即偏振光?！匀还饨?jīng)過兩片偏振片，如果兩個偏振軸相互垂直，光線就無法通過了。光波在各向異性介質(zhì)中傳播時，其傳播速度隨振動方向不同而變化。折射率值也隨之改變，一般都發(fā)生雙折射，分解成振動方向相互垂直、傳播速度不同、折射率不同的兩條偏振光。而這兩束偏振光通過第二個偏振片時。只有在與第二偏振軸平行方向的光線可以通過。而通過的兩束光由于光程差將會發(fā)生干涉現(xiàn)象。在正交偏光顯微鏡下觀察，非晶體聚合物因為其各向同性，沒有發(fā)生雙折射現(xiàn)象，光線被正交的偏振鏡阻礙，視場黑暗。球晶會呈現(xiàn)出特有的黑十字消光現(xiàn)象，黑十字的兩臂分別平行于兩偏振軸的方向。而除了偏振片的振動方向外，其余部分就出現(xiàn)了因折射而產(chǎn)生的光亮。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等。三、實驗儀器和材料偏光顯微鏡（圖1-1）及電腦一臺、附件一盒、擦鏡紙、鑷子；熱臺、恒溫水浴、電爐。蓋玻片、裁玻片。聚丙烯薄膜。四、實驗步驟啟動電腦,打開顯微鏡攝像程序AVerMediaEZCapture.顯徽鏡調(diào)整（1） 預(yù)先打開汞弧燈10min，以獲得穩(wěn)定的光強，插入單色濾波片。（2） 去掉顯微鏡目鏡，起偏片和檢偏片置于90°，邊觀察顯微鏡筒，邊調(diào)節(jié)燈和反光鏡的位置，如需要可調(diào)整檢偏片以獲得完全消光（視野盡可能暗）。

聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)觀察切一小塊聚丙烯薄膜，放于干凈的載破片上，使之離開玻片邊緣，在試樣上蓋上一塊蓋玻片。預(yù)先把電熱板加熱到200°C，將聚丙烯樣品在電熱板上熔融，然后迅速轉(zhuǎn)移到50°C的熱臺使之結(jié)晶，在偏光顯微鏡下觀察球晶體，觀察黑十字消光及干涉色。拉開攝像桿,微調(diào)至在屏幕上觀察到清晰球晶體，保存圖象，把同樣的樣品在熔融后于100C和0C條件下結(jié)晶，分別在電腦上保存清晰的圖案。3.聚丙烯球晶尺寸的測定測定聚合物球晶體大小。聚合物晶體薄片放在正交顯微鏡下觀察，用顯微鏡目鏡分度尺測量球晶直徑，測定步驟如下；將帶有分度尺的目鏡插入鏡筒內(nèi)，將載物臺顯微尺置于載物臺上，使視區(qū)內(nèi)同時見兩尺。調(diào)節(jié)焦距使兩尺平行排列、刻度清楚。并使兩零點相互重合，即可算出目鏡分度尺的值。取走載物臺顯微尺，將預(yù)測之樣品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。4?球晶生長速度的測定(1)將聚丙烯樣品在200度下熔融，然后迅速放在25度的熱臺上，每隔10min把球晶的形態(tài)保存下來、直到球晶的大小不再變化為止。(2)對照照片，測量出不同時間球晶的大小，用球晶半徑對時間作圖，得到球晶生長速度。測定在不同溫度下結(jié)晶的聚丙烯晶體的熔點預(yù)先把電熱板調(diào)節(jié)到200C，使聚丙烯充分熔融，然后分別在20C、25C、30C下結(jié)晶。每個結(jié)晶樣品置于偏光顯微鏡的熱臺上加熱，觀察黑十字開始消失的溫度、消失一半的溫度和全部消失的溫度，記下這三個熔融溫度。實驗完畢，關(guān)掉熱臺的電源，從顯微鏡上取下熱臺。關(guān)閉汞弧燈。1儀器底座1儀器底座3粗動調(diào)焦手輪5起偏器7旋轉(zhuǎn)工作臺9檢偏器2視場光闌4微動調(diào)焦手輪6聚光鏡8物鏡圖1-1偏光顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖五、思考題1?聚合物結(jié)晶過程有何特點?形態(tài)特征如何(包括球晶大小和分布、球晶的邊界、球晶的顏色等)結(jié)晶溫度對球晶形態(tài)有何影響？利用晶體光學(xué)原理解釋正交偏光系統(tǒng)下聚合物球晶的黑十字消光現(xiàn)象。實驗二、聚合物熔體流動速率的測定一、實驗?zāi)康牧私饩酆衔锶垠w流動速率的意義，以及負(fù)荷與剪切應(yīng)力、熔體流動速率與剪切速率的關(guān)系。測定不同負(fù)荷下聚乙烯的熔體流動速率，并計算剪切應(yīng)力、聚乙烯熔體的流動曲線。3?學(xué)習(xí)掌握XRN-400AM型熔體流動速率測定儀的使用方法。二、實驗原理聚合物的剪切粘度（以下簡稱聚合物的粘度）是它的重要物性指標(biāo)，與聚合物的加工成型密切相關(guān)、在科學(xué)研究中，聚合物的粘度可由毛細(xì)管擠出流變儀、同軸圓筒粘度計和錐板粘度計精確測定，在不具備上述粘度計時，有時可用小球（如自行車用的小鋼珠）在聚合物熔體的自由落下來測定熔體粘度。但在工業(yè)上，聚合物熔體的粘度可用熔體指數(shù)或熔體流動速率來方便地表征。熔體流動速率是指在一定溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體每lOmin通過標(biāo)準(zhǔn)口摸的質(zhì)量，通常用英文縮寫MFR（MeltFlowRate）表示，它是衡量聚合物流動性能的一個重要指標(biāo)。對于同一種聚合物，在相同的條件下，單位時間內(nèi)流出量越大，熔體流動速率就越大，說明其平均分子量越低，流動性越好。但對于不同聚合物，由于測定時所規(guī)定的條件不同，不能用熔體流動速率的大小來比較它們的流動性。不同的用途和不同的加工方法，對聚合物的熔體流動速率有不同的要求。一般情況下，注射成型用的聚合物其熔體流動速率較高；擠出成型用的聚合物熔體流動速率較低；吹塑成型的介于兩者之間。但熔體流動速率是在給定的切應(yīng)力下測得的。而在實際加工過程中，聚合物熔體處在一定的剪切速率范圍內(nèi)，因此在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)熔體流動速率值相同而牌號不同的同一種聚合物表現(xiàn)出不同的流動行為，而熔體流動速率值不同卻有相似的加工性能的現(xiàn)象。熔體流動速率的測量是在熔體流動速率測定儀上進(jìn)行的。熔體流動速率測定儀裝置相對簡單，使用方便，價格也比較低，在聚合物工業(yè)中應(yīng)用很普遍。本質(zhì)上熔體流動速率測定儀是一種固定壓力型的毛細(xì)管流變儀，因此可以應(yīng)用毛細(xì)管流變儀的理論對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在通常的加工條件下，聚合物熔體的粘度很高，剪切速率一般都小于104S-1,雷諾數(shù)很小。聚合物熔體在毛細(xì)管中的流動是一種不可壓縮的粘性流體的穩(wěn)定流動。當(dāng)毛細(xì)管兩端的壓力差為ap時，管壁處的剪切應(yīng)力§和剪切速率y與壓力差、熔體流動速率的關(guān)系式為：rTOC\o"1-5"\h\z§=rap/2L 2-lrY=4Q/nr3 2-2式中r為毛細(xì)管的半徑，cm；L為毛細(xì)管的長度,cm；AP為毛細(xì)管兩端的壓力差，Pa;Q為熔體體積流動速率cm3/So對于熔體流動速率測定儀,毛細(xì)管兩端的壓力差A(yù)P和熔體體積流動速率Q分別為：AP=G/nR2, Q=MFR/600d 2-3式中G為實驗所加負(fù)荷;R為活塞頭的半徑,cm；MFR為在此負(fù)荷下測定的熔體流動速率,g/10min;d為被測樣品的密度,g/cm3。則剪切應(yīng)力和剪切速率與試驗負(fù)荷和熔體流動速率分別有如下關(guān)系：r=rG/2nR2L 2-4Y=MFR/150nr3d 2-5而表觀粘度n與熔體流動速率的關(guān)系則為：an=6/y=[75r〃d/R2L][G/MFR]ar由此,利用熔體流動速率測定儀，在恒定溫度下測定不同負(fù)荷下的聚合物的熔體流動速率，由(2-4)?(2-6)式可計算得到相應(yīng)的剪切應(yīng)力和剪切速率以及表觀粘度，并可繪制出聚合物熔體的流動曲線,由毛細(xì)管流變儀和熔體流動速率測定儀測得的聚合物流動曲線基本一致,熔體流動速率測定儀測得的速率范圍(1O-0.5S1O2.5S-1)比流變儀測得的范圍(10-i-103/st)稍窄。y修正二[(3n+1)/4n]Y修正由于絕大多數(shù)的聚合物熔體屬于非牛頓流體，必須對其流動行為進(jìn)行非牛頓修正。修正的公式是Rabinnowitsch—Mooney經(jīng)驗式在剪切速率范圍不大的情況下，聚合物熔體流動曲線的過渡區(qū)近似直線，以此直線的斜率來表征流動的非牛頓性程度，n就稱為非牛頓性指數(shù)。由于熔體流動速率測定儀所用的毛細(xì)管長徑比約為4，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于40，其入口效應(yīng)不可忽略，入口處的流動過程中存在著—個壓力降，因此由式(4-4)計算出的剪切應(yīng)力比實際作用于流體的應(yīng)力大，出于實際剪切應(yīng)力的減小與毛細(xì)管有效長度的延長是等價的，所以毛細(xì)管人口壓力降的校正，可假想一段管長(er)加到實際的毛細(xì)管長度L上；用(er+L)作為毛細(xì)管的總長度；用Ap/(er+L)作為均勻的壓力梯度來補償入口端壓力的較大下降，這時真實的剪切應(yīng)力計算為：6Y修正=Ap/2(er+L)=1/(1+er/L)62-7Y式中r為毛細(xì)管的半徑；e為與流動速率有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)，可以通過如下方法測得：在某一剪切速率下，測定不同長徑比的標(biāo)準(zhǔn)口模(1.180mm，2.095mm)壓力降A(chǔ)P，以AP對L/D作曲，得一直線，在L/D軸上的截距即為一e。入口效應(yīng)的校正過程比較繁瑣，工作量很大。若測試數(shù)據(jù)僅用于實驗對比時，可不做入口校正。三、實驗儀器與材料電子天平(萬分之一)XNR—400AM熔體流動速率測定儀主要參數(shù)(mm)為：口模直徑2.095±0.005口模長度8.000±0.025料筒直徑9.550±0.025料筒長度152±0.1試樣：聚苯乙烯粒料四、實驗步驟本儀器負(fù)荷分八級：3.187N(0.325kg):由活塞杠+砝碼托盤+隔熱套+1號砝碼組成。11.77N(1.200kg):由活塞杠+砝碼托盤+隔熱套+1號+2號砝碼組成。21.18N(2.160kg):由活塞杠+砝碼托盤+隔熱套+1號+3號砝碼組成。49.03N(5.000kg)：由活塞杠+砝碼托盤+隔熱套+1號+5號砝碼組成。98.07N(10.000kg)：由活塞杠+砝碼托盤+隔熱套+1號+5號+6號砝碼組成。122.58N(12.500kg):由活塞杠+砝碼托盤+隔熱套+1號+5號+6號+7號砝碼組成。211.82N(21.600kg):由活塞杠+砝碼托盤+隔熱套+1號+2號+3號+4號+5號+6號+7號砝碼組成。具體步驟：儀器安放平穩(wěn)，用水平儀調(diào)節(jié)水平。將標(biāo)準(zhǔn)口模從上端放人料筒底部，并用裝料桿將其壓到與口模擋板接觸為止。3?打開控制面板上的電源開關(guān)，在實驗參數(shù)頁設(shè)定溫度至190°C,刮料次數(shù)設(shè)定為7/s,開始升溫。實際溫度達(dá)到設(shè)定值后，恒溫15min。4?帶上手套，取出活塞桿，將事先準(zhǔn)備好的試樣4g加入料筒。試樣經(jīng)壓料桿壓實后插入活塞、此操作需在lmin內(nèi)完成。5?加49.03N負(fù)荷，預(yù)熱4min。如果試樣的MFR〉10，在預(yù)熱期間可不加或少加負(fù)荷.當(dāng)活塞桿下降到其上的下環(huán)形標(biāo)記與套管的上表面相平時，按“開始”鍵并將取樣盤放到出料口下方。7?保留連續(xù)切取的無氣泡樣條3-5個，冷卻后，測量樣條的直徑，計算擠出脹大比B。分別稱取上述3-5個樣條質(zhì)量，取平均值，在實驗主頁輸入平均值，按“確認(rèn)”鍵，儀器自動計算出熔體流動速率值，并在界面主頁顯示出來。按“打印”鍵，打印實驗報告。稱量樣條的質(zhì)量，計算熔體流動速率。并測量樣條的直徑，計算口模脹大比B。帶上手套趁熱清理口模與料筒。拉出口模鎖板，可使口模從料簡下端落下；用口模清理桿清理口模；料筒用料筒清理桿頂端繞棉紗布清理至內(nèi)壁光潔明亮為止。10重復(fù)步驟3—9，測定負(fù)荷11.77N時聚乙烯的熔體流動速率。11.關(guān)機。工具及砝碼各歸原位，以備下次試驗使用。五、數(shù)據(jù)處理熔體流動速率計算: MFR=600W/T式中，MFR為熔體流動速率，g/10min;w為樣條質(zhì)量的算術(shù)平均值，g；T為切樣時間間隔，s, 計算結(jié)果取二位有效數(shù)字。擠出脹大比B: B=D/Ds式中,D為擠出樣條的直徑,cm；D為口摸內(nèi)徑，cm。s流動曲線的繪制按式(2—4)和式(2—5)、由不同負(fù)荷下測定的聚苯乙烯熔體流動速率值計算出相應(yīng)的剪切應(yīng)力和剪切速率，并列入記錄表中。同時在雙對數(shù)坐標(biāo)紙中繪制剪切應(yīng)力對剪切速率的曲線。在剪切速率不大的范圍內(nèi)可得一條直線，該直線的斜率即為作牛頓件指數(shù)(n)。表2-1數(shù)據(jù)記錄編號負(fù)荷/kg熔體流動速率/(g/10min)剪切應(yīng)力/Pa剪切速率/s-1表觀粘度/Pa.s六、 思考題聚合物的分子量與其熔體流動速率有什么關(guān)系?為什么熔體流動速率不能在結(jié)構(gòu)不同的聚合物之間進(jìn)行比較?如何利用流動曲線分析聚合物熔體流體的類型?為什么要進(jìn)行“非牛頓修正”和“入口修正”？實驗三、聚合物拉伸強度和斷裂伸長率的測定、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗了解聚合物材料拉伸強度及斷裂伸長率的意義，熟悉它們的測試方法；并通過

測試應(yīng)力一應(yīng)變曲線來判斷不同聚合物材料的力學(xué)性能。二、實驗原理為了評價聚合物材料的力學(xué)性能，通常用等速施力下所獲得的應(yīng)力一應(yīng)變曲線來進(jìn)行描述。這里，所謂應(yīng)力是指拉伸力引起的在試樣內(nèi)部單位截面上產(chǎn)生的內(nèi)力；而應(yīng)變是指試樣在外力作用下發(fā)生形變時，相對其原尺寸的相對形變量。不同種類聚合物有不同的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。等速條件下，無定形聚合物典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3—1所示。圖中的。a點為彈性極限，。a為彈性（比例）極限強度，￡t為彈性極限伸長。在a點前，應(yīng)力一應(yīng)變服從虎克定律:o=Ego曲線的斜率E稱為彈性（楊氏）模量，它反映材料的硬性。y稱屈服點，對應(yīng)的花，和Ey,稱屈服強度和屈服伸長。材料屈服后，可在t點處，也可在t'點處斷裂。因而視情況，材料斷裂強度可大于或小于屈服強度?！阾（或S）稱斷裂伸長率，反映材料的延伸性。從曲線的形狀以及。上和9的大小?？梢钥闯霾牧系男阅?，并借以判斷它的應(yīng)用范圍。如從ot的大小，可以判斷材料的強與弱；而從片的大小，更正確地講是從曲線下的面積大小，可判斷材料的脆性與韌性。從微觀結(jié)構(gòu)看，在外力的作用下，聚合物產(chǎn)生大分子鏈的運動，包括分子內(nèi)的鍵長、鍵角變化，分子鏈段的運動，以及分子間的相對位移。沿力方向的整體運動（伸長）是通過上述各種運動來達(dá)到的。由鍵長、鍵角產(chǎn)生的形變較小（普彈形變），而鏈段運動和分子間的相對位移（塑性流動）產(chǎn)生的形變較大。材料在拉伸到破壞時，鏈段運動或分子位移基本上仍不能發(fā)生，或只是很小，此時材料就脆。若達(dá)到一定負(fù)荷，可以克服鏈段運動及分子位移所需要的能量，這些運動就能發(fā)生，形變就大，材料就韌。如果要使材料產(chǎn)生鏈段運動及分子位移所需要的負(fù)荷較大，材料就較強及硬。圖3-1無定形聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變曲線 圖3-2結(jié)晶型聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變曲線結(jié)晶型聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變曲線與無定形聚合物的曲線是有差異的，它的典型曲線如圖3-2所示。微晶在c點以后將出現(xiàn)取向或熔解，然后沿力場方向進(jìn)行重排或重結(jié)晶，故稱重結(jié)晶強度，它同時也是材料“屈服”的反映。從宏觀上看，材料在c點將出現(xiàn)細(xì)頸，隨著拉伸的進(jìn)行，細(xì)頸不斷發(fā)展，至d點細(xì)頸發(fā)展完全，然后應(yīng)力繼續(xù)增大至t點時，材料就斷裂。對于結(jié)晶型聚合物，當(dāng)結(jié)晶度非常高時（尤其當(dāng)晶相為大的球晶時），會出現(xiàn)聚合物脆性斷裂的特征?？傊?，當(dāng)聚合物的結(jié)晶度增加時，模量將增加，屈服強度和斷裂強度也增加，但屈服形變和斷裂形變卻減小。聚合物晶相的形態(tài)和尺寸對材料的性能影響也很大。同樣的結(jié)晶度，如果晶相是由很大的球晶組成，則材料表現(xiàn)出低強度、高脆性傾向。如果晶相是由很多的微晶組成，貝9材料的性能有相反的特征。另外，聚合物分子鏈間的化學(xué)交聯(lián)對材料的力學(xué)性能也有很大的影響，這是因為有化學(xué)交聯(lián)時，聚合物分子鏈之間不可能發(fā)生滑移，黏流態(tài)消失。當(dāng)交聯(lián)密度增加時，對于Tg以?上的橡膠態(tài)聚合物來說，其抗張強度增加，模量增加，斷裂伸長率下降。交聯(lián)度很高時，聚合物成為三維網(wǎng)狀鏈的剛硬結(jié)構(gòu)。因此，只有在適當(dāng)?shù)慕宦?lián)度時抗張強度才有最大值。綜上所述，材料的組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)及聚態(tài)結(jié)構(gòu)都會對應(yīng)力與應(yīng)變產(chǎn)生影響。歸納各種不同類聚合物的應(yīng)力一應(yīng)變線，主要有以下5種類型，如圖3-3所示。應(yīng)力一應(yīng)變實驗所得的數(shù)據(jù)也與溫度、濕度、拉伸速度有關(guān)，因此，應(yīng)規(guī)定一定的測試條件。三、實驗儀器四、試樣制備拉伸實驗中所用的試樣依據(jù)不同材料可按國家標(biāo)準(zhǔn)GB1040—70加工成不同形狀和尺寸。每組試樣應(yīng)不少于5個。試驗前，需對試樣的外觀進(jìn)行檢查，試樣應(yīng)表面平整，無氣泡、裂紋、分層和機械損傷等缺陷。另外，為了減小環(huán)境對試樣性能的影響，應(yīng)在測試前將試樣在測試環(huán)境中放置一定時間，使試樣與測試環(huán)境達(dá)到平衡。一般試樣越厚，放置時間應(yīng)越長，具體按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。取合格的試樣進(jìn)行編號，在試樣中部量出10cm為有效段，做好記號。在有效段均勻取3點，測量試樣的寬度和厚度，取算術(shù)平均值。對于壓制、壓注、層壓板及其他板材測量精確到0.05mm；軟片測量精確到0.01mm；薄膜測量精確到0.001mm。五、試驗步驟接通試驗機電源，預(yù)熱15min。打開電腦，進(jìn)入應(yīng)用程序。.選擇試驗方式（拉伸方式），將相應(yīng)的參數(shù)按對話框要求輸入，注意拉伸速度，（拉伸速度應(yīng)為使試樣能在0.5—5min試驗時間內(nèi)斷裂的最低速度。本實驗試樣為PET薄膜，可采用100mm/mm的速度）。?按上、下鍵將上下夾具的距離調(diào)整到10cm。并調(diào)整自動定位螺絲。將距離固定。記錄試樣的初始標(biāo)線間的有效距離。將樣品在上下夾具上夾牢。夾試樣時，應(yīng)使試樣的中心線與上下夾具中心線一致。在電腦的本程序界面上將載荷和位移同時清零后，按開始按鈕，此時電腦自動畫出載荷-變形曲線。?試樣斷裂時，拉伸自動停止。記錄試樣斷裂時標(biāo)線間的有效距離?重復(fù)3?7操作。測量下一個試樣。?測量實驗結(jié)束，由“文件”菜單下點擊“輸出報告”，在出現(xiàn)的對話框中選擇“輸出到EXCEL”。然后保存該報告。六、數(shù)據(jù)處理斷裂強度ot的計算：ot=[P/（bd）]X104（Pa）式中P—最大載荷（由打印報告讀出），N；b—試樣寬度，cmd—試樣厚度,cm斷裂伸長率￡t計算：￡t=（L—L°）/L°]X100%式中L 試樣的初始標(biāo)線間的有效距離。L一試樣斷裂時標(biāo)線間的有效距離。把測定所得各值列入下表，計算，算出平均值，并和電腦計算的結(jié)果進(jìn)行比較。編號d/cmb/cmbd/cm2P/NL/cmnL/cmot/Paet12345平均ot= 打印報告中平均。,= 二者偏差率=丨。廠?！箈100%=平均￡t= 打印報告中平均￡,= 二者偏差率=丨￡廠窣X100%=注意事項：為了儀器的安全，測試前應(yīng)根據(jù)自己試樣的長短，設(shè)置動橫梁上下移動的極限；夾具安裝應(yīng)注意上下垂直在同一平面上，防止實驗過程中試樣性能受到額外剪切力的影響；對于拉伸伸長很小的試樣，可安裝微形變測量儀測量伸長。七、思考題1?如何根據(jù)聚合物材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線來判斷材料的性能？2.在拉伸實驗中，如何測定模量？實驗四、聚合物材料彎曲強度的測定、實驗?zāi)康牧私饩酆衔锊牧蠌澢鷱姸鹊囊饬x和測試方法，掌握用電子拉力機測試聚合物材料彎曲性能的實驗技術(shù)。1、實驗原理彎曲是試樣在彎曲應(yīng)力作用下的形變行為。彎曲負(fù)載所產(chǎn)生的應(yīng)力是壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的組合，其作用情況見圖4—1所示。表征彎曲形變行為的指標(biāo)有彎曲應(yīng)力、彎曲強度、彎曲模量及撓度等。圖4—1支梁受到力的作用而彎曲的情況彎曲強度Of,是試樣在彎曲負(fù)荷下破裂或達(dá)到規(guī)定繞度時能承載的最大應(yīng)力，彎曲應(yīng)變￡f是試樣跨度中心外表面上單元長度的微量變化，用無量綱的比值或百分?jǐn)?shù)表示。撓度和應(yīng)變的關(guān)系為：s=￡fL2/sh（L為試樣跨度，h為試樣厚度）。彎曲性能測試有以下主要影響因素。試樣尺寸和加工。試樣的厚度和寬度都與彎曲強度和撓度有關(guān)。加載壓頭半徑和支座表面半徑。如果加載壓頭半徑很小，對試樣容易引起較大的剪切力而影響彎曲強度。支座表面半徑會影響試樣跨度的準(zhǔn)確性。應(yīng)變速率。彎曲強度與應(yīng)變速率有關(guān)，應(yīng)變速率較低時，其彎曲強度也偏低。試驗跨度。當(dāng)跨厚比增大時，各種材料均顯示剪切力的降低，可見用增大跨厚比可減少剪切應(yīng)力，使三點彎曲試驗更接近純彎曲。溫度。就同一種材料來說，屈服強度受溫度的影響比脆性強度的大?，F(xiàn)行塑料彎曲性能實驗的國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T9341-2000。三、實驗儀器采用RGT-10型微電子拉力機。最大測量負(fù)荷10KN,速度0.011?500mm/min,試驗類型有拉伸、壓縮、彎曲等。四、試樣制備彎曲試驗所用試樣是矩形截面的棒，可從板材、片材上切割，或由模塑加工制備加工。一般是把試樣模壓成所需尺寸。常用試樣尺寸為(GB/T9341—1800)長度80mm：寬度10mm；厚度4mm。每組試樣應(yīng)不少于5個。試驗前，需對試樣的外觀進(jìn)行檢查，試樣應(yīng)表面應(yīng)平整，無氣泡、裂紋、分層和機械損傷等缺陷。另外，在測試前應(yīng)將試樣在測試環(huán)境中放置一定時間，使試樣與測試環(huán)境達(dá)到平衡。取合格的試樣進(jìn)行編號，在試樣中間的1/3跨度內(nèi)任意取3點測量試樣的寬度和厚度，取算術(shù)平均值。試樣尺寸小于或等于10mm的,精確到0.02mm；大于10mm的，精確到0.05mm。五、試驗步驟接通試驗機電源，預(yù)熱15min。打開電腦，進(jìn)入應(yīng)用程序。.選擇試驗方式(壓縮方式)，將相應(yīng)的參數(shù)按對話框要求輸入，注意壓縮速度應(yīng)使試樣應(yīng)變速率接近1%/min。本實驗試樣為PP樣條，采用10mm/min的速度。.將樣品放置在樣品支座上，按下降鍵將壓頭調(diào)整至剛好與試樣接觸。?在電腦的本程序界面上將載荷和位移同時清零后，按開始按鈕。此時電腦自動畫出載荷-變形曲線。?試樣斷裂時，拉伸自動停止。記錄試樣斷裂時標(biāo)線間的有效距離.重復(fù)3?7操作。測量下一個試樣。8.測量實驗結(jié)束，由“文件”菜單下點擊“輸出報告”，在出現(xiàn)的對話框中選擇“輸出到EXCEL”。然后保存該報告。注意事項：安裝壓頭和支座時，必須注意保持壓頭和支座的圓柱面軸線相平行；六、數(shù)據(jù)處理彎曲強度J的計算：of=3PL/(2bh2)(MPa)式中P—最大載荷(由打印報告讀出)，N；L—跨距，mmb—試樣寬度,mmh—試樣厚度,mm計算彎曲強度算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和離散系數(shù)%—vAi算術(shù)平均值：’■■■'標(biāo)準(zhǔn)偏差：離散系數(shù)： ■

式中X|—每個試樣的測試值。n一試樣數(shù)。把測定所得各值按上式算出平均值，并和電腦計算的結(jié)果進(jìn)行比較。七、思考題?試樣的尺寸對測試結(jié)果有何影響？?在彎曲實驗中，如何測定和計算彎曲模量？實驗五、聚合物材料沖擊強度的測定一、 實驗?zāi)康牧私飧叻肿硬牧系臎_擊性能。掌握沖擊強度的測試方法和擺錘式?jīng)_擊試驗機的使用。二、 實驗原理沖擊強度是衡量材料韌性的一種強度指標(biāo)，表征材料抵抗沖擊載荷破壞的能力。通常定義為試樣受沖擊載荷而折斷時單位面積所吸收的能量。a=[A/(bd)]X103式中，a為沖擊強度,J/cm2；A為沖斷試樣所消耗的功,J；b為試樣寬度，mm；d試樣厚度，mm。沖擊強度的測試方法很多，應(yīng)用較廣的有以下3種測試方法：擺錘式?jīng)_擊試驗；落球法沖擊試驗；高速拉伸試驗。本實驗采用擺錘式?jīng)_擊試驗法。擺錘沖擊試驗,是將標(biāo)準(zhǔn)試樣放在沖擊機規(guī)定的位置上,然后讓重錘自由落下沖擊試樣，測量擺錘沖斷試樣所消耗的功，根據(jù)上述公式計算試樣的沖擊強度。擺錘沖擊試驗機的基本構(gòu)造有3部分：機架部分、擺錘沖擊部分和指示系統(tǒng)部分。根據(jù)試樣的按放方式，擺錘式?jīng)_擊試驗又分為簡支梁型(Charpy法)和懸臂梁型。前者試樣兩端固定，擺錘沖擊試樣的中部；后者試樣一端固定，擺錘沖擊自由端。如圖5—1所示。圖5—1擺錘沖擊試驗中試樣的安放方式試樣可采用帶缺口和無缺口兩種。采用帶缺口試樣的目的是使缺口處試樣的截面積大為減小，受沖擊時，試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處，所有的沖擊能量都能在這局部的地方被吸收，從而提高試驗的準(zhǔn)確性。測定時的溫度對沖擊強度有很大影響。溫度越高，分子鏈運動的松弛過程進(jìn)行越快，沖擊強度越高。相反，當(dāng)溫度低于脆化溫度時，幾乎所有的塑料都會失去抗沖擊的能力。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)不同的各種聚合物，其沖擊強度對溫度的依賴性也各不相同。濕度對有些塑料的沖擊強度也有很大影響。如尼龍類塑料，特別是尼龍6、尼龍66等在濕度較大時，其沖擊強度更主要表現(xiàn)為韌性的大大增加，在絕干狀態(tài)下幾乎完全喪失沖擊韌性。這是因為水分在尼龍中起著增塑劑和潤滑劑的作用。

試樣尺寸和缺口的大小和形狀對測試結(jié)果也有影響。用同一種配方，同一種成型條件而厚度不同的塑料作沖擊試驗時，會發(fā)現(xiàn)不同厚度的試樣在同一跨度上作沖擊試驗，以及相同厚度在不同跨度上試驗，其所得的沖擊強度均不相同，且都不能進(jìn)行比較和換算。而只有用相同厚度的試樣在同一跨度上試驗，其結(jié)果才能相互比較，因此在標(biāo)準(zhǔn)試驗方法中規(guī)定了材料的厚度和跨度。缺口半徑越小，即缺口越尖銳，則應(yīng)力越易集中，沖擊強度就越低。因此,同一種試樣，加工的缺口尺寸和形狀不同，所測得沖擊強度數(shù)據(jù)也不一一樣。這在比較強度數(shù)據(jù)時應(yīng)該注意。三、實驗儀器XJU-22J型懸臂梁沖擊實驗機(其基本結(jié)構(gòu)如圖5-2示)，10?150mm游標(biāo)卡尺I、 擺體I、 擺體3、擺桿5、連接套7、被動指針9、按鈕II、 活動座13、旋轉(zhuǎn)手輪15、電源按鈕2、沖擊刀4、固定螺栓6、主動指針8、支錘軸10、固定架12、絲杠14、底板圖5-2XJU-22J型懸臂梁沖擊實驗機結(jié)構(gòu)簡圖四、實驗步驟1、 按標(biāo)準(zhǔn)要求制備沖擊試樣。本實驗材料為聚丙烯，寬度15mm,厚度10mm,缺口深度3mm。2、 測量試樣中部的寬度和厚度，缺口試樣應(yīng)測量缺口寬度，準(zhǔn)確至0.05mm。測量3點，取平均值。3、 根據(jù)試樣的沖擊韌性，選用適當(dāng)能量的擺錘(本機備有三種能量的擺錘，其能量分別是5.5J、11J、22J)。所選用的擺錘，應(yīng)使試樣斷裂所消耗的能量在擺錘總儲量的1%—90%范圍內(nèi)。4、 將所選用的擺錘上連接套(5)安裝在擺軸上并用緊固螺釘(4)緊固。5、 為了使沖擊后指針能正確地進(jìn)行工作，在試驗前應(yīng)使擺錘處于鉛垂位置，并檢查被動指針是否與主動指針靠緊。被動指針指示的位置是否處于最大能量處(目視即可)。如不重合則需松開主動指針上的螺釘,將被動指針與主動指針靠緊，使被動指針指示在最大能量處,然后將螺釘緊固。6、 試樣裝夾方法圖5-3：松開旋轉(zhuǎn)手輪(6)準(zhǔn)備裝試樣，如果試樣厚度為10,則應(yīng)加厚度調(diào)整塊(1),如果試樣厚度為12.7，則不用加厚度調(diào)整塊。使用對中樣板(4),將試樣校準(zhǔn)后，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)手輪(6),使試樣夾緊。同時記下手輪刻線的位置，以保證相同厚度的一批試樣具有相同的夾持力。7、 試驗時將擺錘揚起1600后,按動按鈕(9),支錘軸(8)自動伸出，使擺錘固定在1600位置上，然后將被動指針撥至最大能量處，按下按鈕開關(guān)(15)放擺沖斷試樣，沖擊后度盤上記錄沖斷功的數(shù)值。8、 試驗數(shù)據(jù)處理：按GB1843—80《塑料懸臂粱沖擊試驗方法》有關(guān)條款執(zhí)行。

1、 厚度調(diào)整塊2、 固定鉗口3、 試樣4、 對中樣板5、 活動鉗口6、 手輪圖5-3鉗口總成結(jié)構(gòu)簡圖五、數(shù)據(jù)處理計算沖擊強度無缺口沖擊強度 aK=A/(bh)(kJ/m2)缺口沖擊強度aK=A/b[(h-a)](kJ/m2)式中A――沖斷試樣所消耗的功。標(biāo)準(zhǔn)試樣：寬度b=15mm,厚度h=10mm,缺口深度a=3mm。2?計算所測沖擊強度值的算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和離散系數(shù)算術(shù)平均值： _s&笆？空標(biāo)準(zhǔn)偏差：(-5離散系數(shù)： '式中X|—每個試樣的測試值。n一試樣數(shù)。實驗六、聚甲基丙烯酸甲酯溫度一形變曲線的測定一、 目的要求通過聚甲基丙烯酸甲酯溫度一形變曲線的測定，了解所合成聚合物在受力情況下的形變特征。掌握溫度一形變曲線的測定方法及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度T的求取。g二、 基本原理當(dāng)線形非晶態(tài)聚合物在等速升溫條件下，受到恒定外力作用時，在不同的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出不同的力學(xué)行為，這是高分子鏈在運動單元上的宏觀體現(xiàn)，處于不同行為的聚合物，因為提供的形變單元不同，其形變行為也不同。對于同一種聚合物材料，由于相對分子量不同，它們的溫度-形變曲線也是不同的。隨著聚合物相對分子質(zhì)量的增加，曲線向高溫方向移動。溫度形變曲線的測定同樣也受到各種操作因索的影響，主要是升溫速率、載荷大小、及樣品尺寸。一般來說，升溫速率增大，T向高溫方向移動。這是因為力學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變不g是熱力學(xué)的相變過程，而且升溫速率的變化是運動松弛所決定的。而增加載荷有利于運動過程的進(jìn)行，因此T就會降低。溫度一形變曲線的形態(tài)及各區(qū)域的大小，與聚合物的結(jié)構(gòu)及g實驗條件有密切關(guān)系，測定聚合物溫度一形變曲線對估計聚合物使用溫度的范圍，制定成型工藝條件，估計相對分子質(zhì)量的大小，配合高分子材料結(jié)構(gòu)研究有很重要的意義。三、 儀器德國XWK-500B型熱機分析儀四、實驗步驟制樣本實驗樣品為直徑4.5mm,厚6mm的圓柱形樣品，所制得的樣品以保證上下兩個平面完全平行。2．壓縮、針入度試驗：首先將壓縮試驗室放入吊筒內(nèi)，把升降架探出的測溫探頭對正插入試驗室內(nèi)，把吊筒縮緊在升降試架上，保證吊筒對正高溫爐體內(nèi)中心孔。搖動升降手輪，使吊筒進(jìn)入爐體內(nèi)，鎖緊升降試架。把測量桿壓頭穿入升降試架上方孔內(nèi)，同時把傳感器托片對正傳感器壓頭，緊固在測量桿壓頭上。調(diào)整螺旋測微儀，恒溫后放上所需砝碼進(jìn)行試驗。一個試驗作完后，松開升降試架手柄，搖動升降手輪，使吊筒提出爐外，再更換另一個試樣，進(jìn)行下一個試驗。打開計算機，在計算機控制桌面上用鼠標(biāo)左鍵雙擊XWJ-500B圖標(biāo)，進(jìn)入本實驗系統(tǒng)，此時計算機屏幕上會出現(xiàn)“歡迎您使用XWJ-500B熱機分析儀'滾動顯示。輸入密碼：進(jìn)入到用戶管理界面后，用戶既可對本試驗操作。（1）在試驗的種類“試驗方法''窗口中選擇本次試驗的種類“壓縮”。（2）在“試驗尺寸”窗口中選擇本次試驗的試樣尺寸。（3）在“載荷選配表”窗口中選擇本次試驗的砝碼質(zhì)量并加載到試驗架上。（4）速率的設(shè)定：根據(jù)試驗方法來選擇升、降溫速率。升溫速率：0.5—5°C/min,之間任意設(shè)定。降溫速率：-0.5—2C/min之間任意設(shè)定。（5）根據(jù)試驗的經(jīng)驗值設(shè)定升溫的上限溫度和下限溫度。（6）變形量的選擇：根據(jù)試驗的理論值來設(shè)置變形量，其中膨脹變形的最大值為0.5mm。（7）試驗架位移傳感器的調(diào)零：當(dāng)開始調(diào)零或膨脹試驗調(diào)零不在零點附近時，調(diào)整試驗架的位移傳感器，使之在零點附近。（8）當(dāng)上述參數(shù)設(shè)置完成后，單擊“開始試驗”按鈕，稍后即開始試驗，開始后會出現(xiàn)兩個界面，即溫度一變形曲線和時間一溫度曲線。（9）打印報告：當(dāng)試驗完成后，蜂鳴器報警，用戶必須在“試驗”菜單下選擇消音按鈕來解除報警。在“試驗''菜單下選擇“打印”按鈕，即彈出打印試驗報告報表，用戶根據(jù)報告提示輸入要求的內(nèi)容，連結(jié)好打印機，選擇“確定''按鈕，即可打印報告和試驗的變形曲線。五、 數(shù)據(jù)處理1、 根據(jù)溫度—形變曲線，求出轉(zhuǎn)變溫度。2、 將所得的溫度—形變曲線轉(zhuǎn)換為模量-溫度曲線。六、 思考題1、 實驗中影響玻璃化溫度的主要因素是什么？2、 畫出高相對分子質(zhì)量、低結(jié)晶聚合物的溫度-形變曲線。實驗七、介電常數(shù)及介電損耗測定、目的要求1．加深理解介電常數(shù)、介電損耗的物理意義2.掌握優(yōu)值計（Q表）的使用方法。、基本原理介電常數(shù)￡能表征電介質(zhì)貯存電能的能力大小，是介電材料的一個十分重要的性能指標(biāo)。介電損耗tg。是指電介質(zhì)在交變電場中，每周期內(nèi)介質(zhì)的損耗能量與貯存能量之比值。

這種損耗由通過介質(zhì)的漏導(dǎo)電流引起的漏導(dǎo)電流損耗和由吸收電流引起的吸收損耗所組成。為了表明交變電場下介電損耗，實際計算時常利用電容器的等效電路。如果選擇介電測定的溫度，使鏈段運動的松弛時間可與實驗所用的頻率相比較，則可用介電測量方法來檢測極性聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變時才表現(xiàn)出的鏈段運動。此時，因為聚合物的偶極跟不上電場方向的改變，所以介電常數(shù)隨頻率增加而減小，同時介質(zhì)損耗系數(shù)經(jīng)過一極大值。根據(jù)聚合物作為電介質(zhì)的電容器的電容和損耗因子，來計算介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)。大多數(shù)測定Tg的方法(如膨脹計或熱測量)都是很慢的，松弛時間一般超過100s,?而介電方法相反，只需10-2—10-6S。用WLF方程可以算出與上面所述的松弛時間之差相對應(yīng)的Tg變化值。?測定介電常數(shù)和介電損耗的儀器常用優(yōu)值計(Q表)。優(yōu)值計由高頻信號發(fā)生器、LC譜振回路、電子管電壓表和穩(wěn)壓電源組成。其原理如圖6-1所示。在這個線路中，R作為一個耦合元件：，且設(shè)計成無感的。如果保持回路中電流不變，那么當(dāng)回路發(fā)生諧振時，其諧振電壓比輸入電壓高Q倍，即正E0=QEi，因此，直接把電壓指示刻度記作Q值，Q又稱為品優(yōu)因數(shù)。用'亠用'亠 1'i —圖6-1Q表工作原理圖不加樣品時，回路的能量損耗小，Q值最高：加了樣品后，Q值降低。分別測定不加樣品與加樣品時的Q值(以Q1，Q2表示)以及相應(yīng)的諧振電容C],C2,則介電常數(shù)和介電損耗的計算公式如下：￡=14.4d(C1-C2)/D2，式中，d為樣品厚度，cm；D為電極直徑，cm。tgO=[C1(Q1-Q2)]/[Q1Q2(C1-C2)]材料的￡和tg。影響因素很多，如濕度、溫度、施于樣品上的電壓、接觸電極材料等都對￡和tg。有影響。因此，在測試時必須在標(biāo)準(zhǔn)濕度、溫度、一定的電壓范圍內(nèi)條件下才能進(jìn)行。三、儀器與樣品WY2851Q表(如圖6—2所示)。WY914介質(zhì)損耗測試裝置：用該裝置和WY2851Q表電感器(LK-3,LK-9)配用，能對絕緣材料進(jìn)行高頻介質(zhì)損耗角正切值和介電常數(shù)的測試。LKI-2型電感組：其中LK-3專用于15MHz測￡和tg。值；LK-9專用于1MHz測￡和tg。值。實驗樣品：樣品要求為圓形，直徑為25.4?31.0mm,厚度可在1?5mm之間，若太薄或太厚測試精度會下降。樣品盡可能平直，表面平滑，無裂紋、氣泡或機械雜質(zhì)。本實驗使用PP、PE注射成型樣品。在測定前用溶劑(對試樣無作用)清潔試樣表面，并在25(±2)°C或25(±5)C，相對濕度為65(±5)%的環(huán)境中放置16h以上。1、電源開關(guān)2、電源指示燈3、AQ和Q選擇，按下時為AQ測量4、Q予置

設(shè)置5、Q予置合格顯示LED（GO） 6、Q量程選擇7、Q零位調(diào)節(jié)8、AQ調(diào)零位細(xì)調(diào)9、AQ調(diào)零位粗調(diào)10、頻率調(diào)節(jié)11、頻率頻段選擇12、頻率顯示13、頻率單位MHz14、頻率單位MHz15、測試回路接線柱16、調(diào)諧電容刻度17、刻度指針座18、慢速調(diào)諧旋鈕19、微調(diào)電容刻度20、微調(diào)諧旋鈕21、Q和AQ指示電表22、測電感時相應(yīng)頻率表格四、實驗步驟1?測試前準(zhǔn)備檢查儀器Q值指示電表的機械零點是否準(zhǔn)確。將Q表主調(diào)協(xié)電容器置于最小電容，即順時針轉(zhuǎn)到底。調(diào)諧電容量及調(diào)節(jié)振蕩頻率時，當(dāng)刻度已達(dá)最大或最小時，不要用力繼續(xù)再調(diào)，以免損壞刻度和調(diào)節(jié)機構(gòu)。選擇適當(dāng)電感量的線圈接在LX接線柱上,本實驗選用標(biāo)準(zhǔn)電感LKI-3（L=0.996卩H、C=5PF、Q>250）④將介電損耗測試裝置插到Q表測試回路的“電容”即“CX”兩個端口上。2?接通電源，儀器預(yù)熱150min,待頻率讀數(shù)穩(wěn)定方可進(jìn)行有效測試。注意測試時手不得靠近被測樣品，以免人休感應(yīng)影響。3?選擇合適頻率擋（本實驗選擇高頻段），分別用粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩個旋鈕調(diào)節(jié)頻率開關(guān)，使測量頻率處于本實驗所需的15MHz。4.選擇Q值量程（選樣高量程時，低量程按鈕同時按下。本文驗選1000,注意把31、100、310、1000擋的開關(guān)都一起按下）。5?調(diào)節(jié)平板電容器測微桿，使二個極片相接為止，讀取刻度值記為D0,測微桿應(yīng)在0附近。6?松開二極片，將被測樣品插入二極片之間，調(diào)節(jié)平板電容器測微桿頂端調(diào)節(jié)頭使二極片夾住樣品，讀取新的刻度值，記為D1,這樣可測得樣品的厚度D2=D1-D0O7.調(diào)節(jié)圓筒電容器使其刻度置于5.0mm。8?使測試頻率保持不變（以電子板上的讀數(shù)為準(zhǔn)，可調(diào)節(jié)調(diào)頻旋鈕使頻率不變），改變Q表調(diào)協(xié)電容，使之諧振，讀得Q值（即Q最大值）。9?先順時針方向，后逆時針方向，調(diào)節(jié)圓筒電容器，讀取當(dāng)Q表指示為原來最大值一半時測微桿上的兩個刻度值，取這兩個刻度差為M1。調(diào)節(jié)圓筒電容器，使 Q表再次諧振（諧振時，Q值應(yīng)與前次諧振值一致），此時,圓筒電容器從新回到刻度5.0mm處。取出平板電容器中的樣品，這時Q表又失諧，調(diào)節(jié)平板電容器，使Q表再次諧振,讀取測微桿刻度值記為D3,其變化值為D4=D3-D0。和步驟9操作一樣，得到新的兩個刻度值之差，記為M2,M2總比Ml小。測試完畢，順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)諧鈕，使Q表主調(diào)協(xié)電容器重新置于最小電容處，關(guān)閉儀器電源。五、 數(shù)據(jù)處理記錄測試條件及計算。式樣名稱： 室溫： 濕度：被測樣品的介電常數(shù)：￡=D2/D4被測樣品的介電損耗：tgc=K（Mi-M2）/15.5K為圓筒電容器的線形系數(shù)，K=0.32mm六、 思考題1?影響樣品厚度測定的因素有什么？影響樣品介電損耗因素有什么？實驗八、聚合物電阻的測量一、 實驗?zāi)康牧私饩酆衔镫娮枧c結(jié)構(gòu)的關(guān)系掌握用PC28型高阻計測定絕緣材料電阻的方法。二、 基本原理聚合物的導(dǎo)電性通常用與尺寸無關(guān)的體積電阻率（Pv）和表面電阻率（Ps）來表示。PV表示聚合物截面積為1cm2和厚lcm的單位體積對電流的阻抗。Pv=RvS/h（Q?cm）式中Rv為體積電阻，s為測量電極的面積；h為式樣的厚度。表面電阻率ps表示聚合物長為1cm和寬為1cm的單位表面對電流的阻抗P=RL/b（Q）Vs式中Rs為表面電阻，L為平行電極的長，b為平行電極間距；電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。電導(dǎo)是表征物體導(dǎo)電能力的物理量。它是在電場的作用下物體中的載流子移動的現(xiàn)象。高分子是由許多原子以共價鍵連接起來的，分子中沒有自由電子，也沒有可流動的自由離子（除高分子電解質(zhì)含有離子外），所以它是優(yōu)良的絕緣材料。其導(dǎo)電能力很低。一般認(rèn)為，聚合物的主要導(dǎo)電因素是小雜質(zhì)所引起，稱為雜質(zhì)電導(dǎo)。但也有特殊結(jié)構(gòu)的聚合物呈現(xiàn)半導(dǎo)體的性質(zhì)，如聚乙炔、聚乙烯基咔唑等。當(dāng)聚合物被加于直流電壓時，流經(jīng)聚合物的電流最初隨時間而衰減，最后趨于平穩(wěn)。其中包括3種電流，即瞬時允電電流、吸收電流和漏導(dǎo)電流（見圖7-1）圖7-1流經(jīng)聚合物的電流由于吸收電流的存在，在測定電阻（電流）時，要統(tǒng)一規(guī)定讀取數(shù)值時間（1min）。另外，在測定中，通過改變電場方向反復(fù)測量取平均值，以盡量消除電場方向?qū)ξ针娏鞯挠绊懰鸬恼`差。三、實驗儀器PC68型數(shù)字高阻計四、實驗步驟使用前的準(zhǔn)備和檢查(1)檢查測試環(huán)境的溫度和濕度是否在允許范圍內(nèi)，尤其當(dāng)環(huán)境濕度高于80％以上時，對測量較高的絕緣電阻(>1010。)及微電流(V10-8A)時可能會導(dǎo)致較大的誤差。檢查交流電源電壓是否符合220V±22V。將數(shù)字高阻計接通電源，合上電源開關(guān)，顯示屏有顯示：如發(fā)現(xiàn)顯示屏不顯示，應(yīng)立即切斷電源，待查明原因后方可使用。接通電源預(yù)熱5min。2.測量電阻：(1)將被測試樣，用測量電纜線接至R輸入端鈕和高壓端鈕⑵按面板上的“R” 鍵。按面板上的“充電”鍵按面板上的“自動”鍵。根據(jù)測試電壓的需要調(diào)節(jié)▲鍵或▼鍵。按面板上的“測量”鍵，直讀顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)。一個試樣測試完畢，先按“放電”鍵，再按“復(fù)位”鍵，取出試樣，對電容量較大的試樣(約在0.01UF以上者)需經(jīng)1min左右的放電，方能取山試樣，否則測試者將受到電容中殘余電荷的電擊。按“復(fù)位”鍵，進(jìn)入—個試樣的測試，具體操作步驟如前。數(shù)字高阻計使用完畢后，應(yīng)先切斷電源，安放好所有接線，將數(shù)字高阻計安放至保管處。注：在測試試樣電阻時，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有不斷上升的現(xiàn)象，這是由介質(zhì)的吸收現(xiàn)象所致，若在很長時間內(nèi)未能穩(wěn)定時，一般情況下是取其合上測量鍵后lmin時的讀數(shù)作為試樣的絕緣電阻值。在測量>1010。的高值電阻時，要使用屏蔽箱，以保證測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。五、數(shù)據(jù)處理記錄原始數(shù)據(jù)式樣名稱：室溫：濕度：主電極直徑D1=cm保護(hù)環(huán)直徑D2=cm樣品厚度h=平均h=cmR=v平均R=vQRs=s平均Rs=Q按照基本原理中的公式計算Rv、Rs，其中Pv=RvS/h=HD12Rv/4h(Q?cm)D1為測量電極直徑，本電極直徑為5cm。六、思考題影響電阻測定的因素有什么？用電性能研究結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點？實驗九、用旋轉(zhuǎn)黏度計方法測定聚合物濃溶液的流動曲線、實驗?zāi)康??學(xué)會使用NDJ—79型旋轉(zhuǎn)黏度計。

計算恒溫條件下，當(dāng)剪切速率變化時被測流體黏度值，并繪制流體的流動曲線。求出流動幕律指數(shù)n和稠度系數(shù)K,并根據(jù)流動幕律指數(shù)n判定所測流體性質(zhì)。二、基本原理取相距為dy的兩薄層流體，下層靜止，上層有一剪切力F,使其產(chǎn)生一速度du“。由于流體間有內(nèi)摩擦力影響，使下層流體的流速比緊貼的上一層流體的流速稍慢一些，至靜止面處流體的速度為零，其流速變化呈線性。這樣，在運動和靜止面之間形成一速度梯度du/dy,也稱之為剪切速率。在穩(wěn)態(tài)下，施于運動面上的力F，必然與流體內(nèi)因黏性而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力相平衡，據(jù)牛頓黏性定律，施于運動面上的剪切應(yīng)力。與速度梯度du/dy成正比,即：o=F/A=ndu/dy=nY式中：n—黏度系數(shù)，又稱為黏度；du/dy—剪切速率，用Y表示，以剪切應(yīng)力對剪切速率做圖，所得的圖形稱為剪切流動曲線，簡稱流動曲線。牛頓流體的流動曲線是通過坐標(biāo)原點的一直線。其斜率即為黏度，即牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系完全服從于牛頓黏性定律：n=o/Y，水、酒精、醇類、酯類、油類等均屬于牛頓流體。凡是流動曲線不是直線或雖為直線但不通過坐標(biāo)軸原點的流體，都稱之為非牛頓流體。此時黏度隨剪切速率的改變而改變，這時將黏度稱為表觀黏度，用na表示。聚合物濃溶液、熔融體、懸浮體、漿狀液等大多屬于此類。聚合物流體多數(shù)屬于非牛頓流體，它們與牛頓流體的確有不同的流動特性，兩者的動量傳遞特性也有所差別。進(jìn)而影響到熱量傳遞、質(zhì)量傳遞及反應(yīng)結(jié)果。對于某些聚合物的濃溶液通常用幕律定律來描述它的黏彈性，即：G=kyn式中：n—流動幕律指數(shù)；k—稠變系數(shù)(常數(shù))。表觀黏度又可表示為：na=kYn-l，幕律定律在表征流體的黏彈性上的優(yōu)點是通過n值的大小來判定流體的性質(zhì)。n>1為脹塑性流體；nvl為假塑性流體；n=l為牛頓流體。幾種流體可以用圖8-1表示。將G=kYn取對數(shù)得lgG=lgk+nlgY用lgG對lgY作圖得三、 儀器與樣品1?儀器：NDJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計2.樣品：聚乙烯醇濃溶液；硅油四、 實驗步驟將黏度計放置平穩(wěn)后接通電源，空載調(diào)零。將被測溶液小心地倒入測試容器，直至液體能完全浸沒轉(zhuǎn)子為止。將測試器放在儀器托架上，并將轉(zhuǎn)筒懸于儀器聯(lián)軸掛鉤上。打開測試旋鈕，待指針穩(wěn)定后開始讀數(shù)。關(guān)閉測試旋鈕，取下轉(zhuǎn)筒，換上另一個，重復(fù)2—4操作。測試完畢，切斷電源，洗干凈轉(zhuǎn)筒容器。五、數(shù)據(jù)處理1.準(zhǔn)確完整記錄實驗數(shù)據(jù)列入下表中項目I號轉(zhuǎn)筒II號轉(zhuǎn)筒III號轉(zhuǎn)筒項目I號轉(zhuǎn)筒II號轉(zhuǎn)筒III號轉(zhuǎn)筒剪切速率/s-12000350175Igo黏度計常數(shù)110100Igo黏度計讀數(shù)lgYn/P2?計算出剪切速率下的G值。畫出lgo—lgY的流動曲線。求出n和k值討論試樣屬于何種流體。六、思考題牛頓流體與非牛頓流體的主要區(qū)別是什么？濃溶液的濃度對測量結(jié)果有什么影響？實驗十、稀溶液粘度法測定聚合物的分子量一、 實驗?zāi)康牧私饩酆衔锓肿恿康慕y(tǒng)計平均的意義。掌握測定聚合物稀溶液粘度的實驗技術(shù)和粘度法表征聚合物分子量的基本原理。通過對聚環(huán)氧乙烷水溶液的粘度測定來反映聚環(huán)氧乙烷的分子量。二、 實驗原理測定聚合物分子量雖然方法很多，但各種方法都有它的優(yōu)缺點和適用的局限性，由不同方法得到的分產(chǎn)量的統(tǒng)計平均意義也不一樣。采用稀溶液粘度法測定聚合物的分子量、所用儀器設(shè)備簡單，操作便利，適用的分子量范圍大，又有相當(dāng)好的實驗精確度，因此粘度法是一種廣泛應(yīng)用的測定聚合物分子量的方法。但它是一種相對方法．因為特性粘數(shù)與分子量經(jīng)驗關(guān)系式中的常數(shù)要用具它測定分子量的絕對方法予以制定、并且在不同的分子量范圍內(nèi)，通常要用不同常數(shù)的經(jīng)驗式。液體的流動是因受外力作用分子進(jìn)行不可逆位移的過程、液體分子間存在著分子間作用力，因此當(dāng)液體流動時，分子間就產(chǎn)生反抗其相對位移的摩擦力（內(nèi)摩擦力）、液體的粘度就是液體分子間這種內(nèi)摩擦力的表現(xiàn)。依照Newton的粘性流動定律，當(dāng)兩層流動液體面間（設(shè)面積為A）由于液體分子間的內(nèi)摩擦產(chǎn)生流速梯度時（圖10-1），液體對流動的粘性阻力是f=AnU/z 10-1n為液體的粘度，單位是Pa?S.當(dāng)液體在半徑為R、長度為L的毛細(xì)管里流動時(圖10—2)，如果在毛細(xì)管兩端間的壓力差為P，并且假使促進(jìn)液體流動的力(nR2P)全部用以克服液體對流動的粘滯阻力。那么在離軸r和(r+dr)的兩圓柱面間的流動服從下列方程式：刀r2p+2刀rLndu/dr=0 10-2式(10-2)決定了液體在毛細(xì)管里流動時的流速分布u(r)。假如液體可以潤滑管壁，管壁與液體間沒有滑動，貝W(R)=o,那么所以平均流出容速，即時間t內(nèi)流出液體體積是v時流出容速,則液體的粘度可表示為n=^PR4t/8LV 10-5但是液體粘度的絕對值測定是很困難的，一般都測定相對粘度。在用稀溶液粘度法表征聚合物分子量時，也只要測定溶液與溶劑的相對粘度。高分子溶液的粘度比純?nèi)軇┑恼扯纫蟮枚?，溶液的粘度除了與聚合物的分子量有密切關(guān)系外，還對溶液濃度有很大的依賴性。所以用粘度法測定聚合物的分子量時要消除濃度對粘度的影響。常以兩個經(jīng)驗式(Huggins方程式和Kraemer方程式)表達(dá)粘度對濃度的依賴關(guān)系:10-610-7nsp/c=[n]+k[n]2cinn=[n]-B[n]210-610-7式中，nr為溶液的相對粘度；nsp為溶液的增比粘度；K和B均為常數(shù)，其中為Huggins參數(shù)。若以nu表示純?nèi)軇┑恼扯?，n表示溶液的粘度。則TOC\o"1-5"\h\zn=n/n0 10-8r 010-910-10n=[n-n0]/n0=n10-910-10sp 0 0rlimnsp/c=lim[innr]/c=[n]cf0 cf0［n］就是高分子溶液的特性粘數(shù)，與溶液濃度無關(guān).單位可與濃度的單位相對應(yīng)、通常是ml/g或dl/g.大部分線形柔性鏈高分子一良溶劑體系在稀溶液范圍都滿足(10-6)和(10-7)式。所以按(10-6)、(10-7)式用nsp/c對c和Innsp/c對c作團，外推到c-0別所得的截距應(yīng)重合于一點.即［n］值(圖10-3)。。 P當(dāng)溶液體系確定后?在一定溫度下，高分子溶液的特性粘數(shù)只與聚合物分子量大小有關(guān),所以有時也用［n］來表示分子量的大小。在早期工作中，許多人用理論的方法來推導(dǎo)聚合物的特性粘數(shù)與分子量的關(guān)系時，證明在溶液內(nèi)高分子線團如果卷得很緊，在流動時線團內(nèi)的溶劑分子隨著高分子一起流動，則高分子的特性粘數(shù)與分子量的平方根成正比，［n］sMi/2；假如線團松懈，在流動時線團內(nèi)的溶劑分子是完全自由的、那么高分子的特性粘數(shù)應(yīng)與分子量成正比，［n］sM。所以高分子的特性粘數(shù)和分子量的關(guān)系式視高分子在溶液里的形態(tài)而異，而高分子的形態(tài)是高分子鏈段間和高分子一溶劑分子間相互作用力的反映，因此特性粘數(shù)一分子量關(guān)系隨所用溶劑、測定溫度而不同，目前，常用一個包含兩個參數(shù)的Mark—Houwink經(jīng)驗式表示：［n］=KMa10-11式中的K、a需經(jīng)測定分子量的絕對方法標(biāo)定。對于常見的聚合物溶液體系，A可以從有關(guān)手冊中查到，對于大部分高分子溶液來說，a的數(shù)值在0.5—1.0之間。注意，(10-11)式所表示的［n］和M間的函數(shù)形式，不能認(rèn)為是有基礎(chǔ)意義的、只能看作是在一定分子量范圍內(nèi)［n］和M關(guān)聯(lián)的近似內(nèi)插公式，在某些情況下、其它函數(shù)形式可能更好地表達(dá)實驗數(shù)據(jù)測定。測定高分子溶液的粘度以ubbelohde式稀釋粘度計最為合適(10-4)。將液體自L管加入,在M管將液體吸至E線以上后、任其流下、這樣促使流動的力，就是液柱高h(yuǎn)的壓力，h值在he和hf間逐漸改變、并且假設(shè)促使液體流動的力全部用于克服內(nèi)摩擦力，即認(rèn)為液體在流動時沒有消耗能量(一般選擇純?nèi)軇┝鞒鰰r間大于100s的粘度計，就可以略去流動時能量損耗的主要部分一動能消耗的影響)，這樣(10-5)式即為：n=^ghpR4t/8LV 10-12式中g(shù)為重力加速度；h為流經(jīng)毛細(xì)管的液柱的平均高度，所測液體的密度；P為液面從E線流到F線所需的時間。A"ghR4/8LV顯然A是由粘度計所決定的常數(shù)，與液體性質(zhì)無關(guān)，則高分子溶液的粘度為n=APt,純?nèi)軇┑恼扯葹閚0=AP0t0，當(dāng)測定的溶液很稀時P=P0,所以nr=n/n0^t/t0n=n-1^t/t-1spr 0這樣只要在同一溫度下測定純?nèi)軇┖筒煌瑵舛鹊木酆衔锶芤毫鹘?jīng)E、F線的時間t0和t(t］,t2,t3,t4,t5)就可算出不同濃度溶液的nr和nsp。圖圖10-3nsp/c—c和Innc/c—c圖三、實驗儀器和材料烏式粘度計一個；恒溫水槽一套(包括：自動攪拌器、繼電器、水銀接觸溫度計、調(diào)壓器、加熱器、50°C溫度計)；秒表一塊；5mL、10mL移液管各一支；25mL、50mL容量瓶各一個；2#或3#熔砂漏斗兩個；聚環(huán)氧乙烷樣品；蒸餾水。四、實驗步驟1?玻璃儀器的洗滌：先用經(jīng)熔砂漏斗濾過的水洗滌粘度計，倒掛下燥后，用新鮮溫?zé)岬你t酸洗液（濾過）浸泡粘度計數(shù)小時后，再用（經(jīng)熔砂漏斗濾過的）蒸餾水洗凈，烘后待用。其它如容量瓶、移液管也需無塵洗滌．干燥后待用。2?高分子溶液的配制：準(zhǔn)確稱取聚環(huán)氧乙烷0.25-0.35g,在燒杯中用少量水〔10—15mL〕使其全部溶解，移入25mL容量瓶中?用水洗滌燒杯3—4次，洗液一并轉(zhuǎn)入容量瓶中?并稍梢搖晃作初步混勻，然后將容量瓶置于恒溫水槽（30°C）中恒溫，用水稀釋至刻度，搖勻溶液?再用熔砂漏斗將溶溶液濾入一只25mL的無塵干燥的容量瓶中，放入恒溫水槽中待用。盛有純?nèi)軇┑娜萘科恳卜湃牒銣厮壑泻銣卮谩??溶液流出時間的測定：在粘度計的M、N管上小心地接入乳膠管，用固定夾夾住粘度計的管并將粘度計垂直放入恒溫水槽，使水面浸沒F線上方的小球.用移液管從L管注入10mL溶液，恒溫10min后，用乳膠管夾夾住N管上的乳膠管，在M管乳膠管上接一注射器、緩慢抽氣，待液面升到E上方的小球一半時停止抽氣，先拔下注射器，而后放開N管的夾子，讓空氣進(jìn)入K管下端的小球，使毛細(xì)管內(nèi)溶液與L管下端的球分開，此時液面緩慢下降，用秒表記下液面從E線流到F線的時間，重復(fù)3次，每次所測的時間相差不越過0.2s,取其平均值，作為q。然后再移取5mL溶劑注入粘度計，將它充分混合均勻，這時溶液濃度為原始溶液濃度的2/3,再用同樣方法測定t2。用同樣操作方法再分別加入5mL、10mL和15mL溶劑。使溶液濃度分別為原始溶液的1／2、1／3和1／4．測定各自的流出時間t3,t4,t5。純?nèi)軇┝鞒鰰r間的測定：將粘度計中的溶液倒出，用無塵溶劑（本實驗中溶劑是水）洗滌粘度計數(shù)遍，測定純?nèi)軇┑牧魃綍r間t0。五、數(shù)據(jù)處理粘度計號： 測定溫度： 純?nèi)軇?聚環(huán)氧乙烷重量：原始溶液濃度c0=g/mL,純?nèi)軇┝鞒鰰r間:1：s2： 3： s,取平均值t0= s。為作圖方便，若原始溶液濃度為c0,稀釋后溶液濃度為c,c=c0c‘為稀釋后溶液的相對濃度。那么依次加入5mL、5mL、10mL、10mL溶劑的溶液的相對濃度分別為2/3、1/2、1/3、1/4。以nsp/C和lnnr/C分別對c‘作圖，作圖時可以在橫坐標(biāo)上以坐標(biāo)紙的12格作為相對濃度r=1,即原始溶液，則其它溶液就位于8、6、4、和3處,外推得到截距，那么[n]=A/c0,已知[n]=KMa,那么,Mn=（[n]/K）1/a,從polymerHandbook查到聚環(huán)氧乙烷-水溶液在30C時,K=1.25X10-2,a=0.78,帶入上式計算M加入溶劑/mL相對濃度c流出時間/snrnspnsp/clnnr/c第1次第2次第3次平均值1t1=52/3t2=51/2t3=101/3t4=101/4t5=六、 注意事項粘度計和待測液體的潔凈是決定實驗成功的關(guān)鍵；由于粘度計內(nèi)毛細(xì)管細(xì)小，很小的雜質(zhì)如灰塵、纖維等都能阻塞毛細(xì)管或影響液體的流動．使測定的流出時間不可靠，所以放入粘度計的液體必須經(jīng)2#或3#熔砂漏斗濾過，這里不能使用普通的濾紙．因為使用濾紙可能將纖維帶入，新的熔砂漏斗使用前也應(yīng)細(xì)加洗滌，務(wù)必使玻璃屑全部除去，洗滌時所用的溶劑、洗液、自來水、蒸餾水等都應(yīng)經(jīng)過過濾，以保證粘度計等玻璃儀器的清潔無塵。使用烏式粘度計時，要在同一支粘度計內(nèi)測定一系列濃度成簡單比例關(guān)系的溶液的流出時間．每次吸取和加入的液體的體積要很準(zhǔn)確。為了避免溫度變化可能引起的體積變化，溶液和溶劑應(yīng)在同一溫度下移取。在每次加入溶劑稀釋溶液時，必須將粘度計內(nèi)的液體混合均勻，還要將溶液吸到E線上方的小球內(nèi)兩次，潤洗毛細(xì)管，否則溶液流出時間的重復(fù)性差。在使用有機物質(zhì)作為聚合物的溶劑時，盛放過高分于溶液的玻璃儀器，應(yīng)先用這種溶劑浸泡和潤洗，待洗去聚合物吹干溶劑等有機物質(zhì)后，才可用鉻酸洗液去浸泡，否則有機物質(zhì)會把鉻酸洗液中的重鉻酸鉀還原，洗液將失效。本實驗中測定溶液和溶劑流出時間的順序是參考了有關(guān)文獻(xiàn)，測定高分子溶液的流過時間后再測純?nèi)軇e的流過時間，因為測定高分子溶液的流過時間時，常會有高分子吸附在毛細(xì)管管壁，所以相當(dāng)于高分子溶液流過了較細(xì)的毛細(xì)管，為了得到高分子溶液真實的相對粘度，后測純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間，這樣，純?nèi)軇┝鬟^的也是較細(xì)的毛細(xì)管，消除了高分子在毛細(xì)管上的吸附對結(jié)果的影響。反之如果在測定溶液之前測定純?nèi)軇┑牧鬟^時間，此時毛細(xì)管并未被高分子吸附，純?nèi)軇⒃谳^短的時間內(nèi)流過毛細(xì)管，測定純?nèi)軇┝鬟^時間的毛細(xì)管狀態(tài)就和測定溶液流過時間時的狀態(tài)不一致，如果高分子在毛細(xì)管管壁的吸附嚴(yán)重時，n/c對spc的作圖將是一條凹形的曲線。七、思考題從手冊上查K、a位時要注意什么？能否先測純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間再測溶液的流出時間?配制高分子溶液時，選擇多大濃度較為適合？TOC\o"1-5"\h\z實驗一 偏光顯微鏡觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài) 28實驗二激光小角散射法測聚合物球晶 30實驗三相差顯微鏡法觀察共混物的結(jié)構(gòu)形態(tài) 34實驗四粘度法測定高聚物的分子量 37實驗五高聚物熔融指數(shù)的測定 42試驗六高分子材料的電阻值的測定 45實驗七應(yīng)力——應(yīng)變曲線實驗 52附：塑料沖擊實驗 58李麗陳國文襲建人編寫山東大學(xué)（南校區(qū)）材料工程學(xué)院、材料科學(xué)系2006、03、01實驗一偏光顯微鏡法觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)2實驗二激光小角散射法測聚合物的球晶4實驗三相差顯微鏡法觀察共混物的結(jié)構(gòu)形態(tài)7TOC\o"1-5"\h\z實驗四 粘度法測定高聚物的分子量 …9實驗五 高聚物熔融指數(shù)的測定 ……13試驗六 高分子材料的電阻值的測定 ……15實驗七應(yīng)力——應(yīng)變曲線實驗 ……17附： 塑料沖擊試驗 ………23附錄一：電位記錄儀Y軸負(fù)荷值標(biāo)定的操作36附錄二： 電位記錄儀X軸形變值標(biāo)定的操作實驗一 偏光顯微鏡觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)用偏光顯微鏡研究聚合物的結(jié)晶形態(tài)是一種簡便而實用的方法。眾所周知，隨著結(jié)晶條件的不同，聚合物的結(jié)晶，可以具有不同的形態(tài)，如：單晶、球晶、纖維晶及伸直鏈晶體等,熔體冷卻結(jié)晶或濃溶液中析出結(jié)晶體時，聚合物傾向于生成球狀多晶聚集物，稱為球晶，球晶可以長得很大，直徑甚至可達(dá)厘米數(shù)量級，對于幾微米以上的球晶，用普通的偏光顯微鏡可以進(jìn)行觀察。結(jié)晶高聚物的使用性能，如：光學(xué)透明性、沖擊強度等，與材料內(nèi)部的結(jié)晶形態(tài)、晶粒大小及完善程度有密切的聯(lián)系，因此，對于聚合物的結(jié)晶形態(tài)的研究具有重要的理論和實際意義。一、目的要求1、 了解偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)及使用方法；2、 學(xué)習(xí)用熔融法制備高聚合物球晶；3、 觀察聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)，估算聚丙烯球晶大??；二、原理球晶的基本結(jié)構(gòu)單元是具有折疊結(jié)構(gòu)的片厚度在100A左右。許多這樣的晶片從一個中心（晶核）向四面八方生長，發(fā)展成為一個球狀聚集體。圖1-1球晶內(nèi)晶片的排列與分子鏈取向圖1-2球晶中雙折射示意圖圖1-1示意地說明球晶中分子鏈?zhǔn)谴怪鼻蚓О霃降姆较蚺帕械?。分子鏈的取向排列使球晶在光學(xué)性質(zhì)上是各向異性的，即在平行于分子鏈和垂直于分子鏈的方向上有不同的折光率。在正交偏光顯微晶下觀察時，在分子鏈平行于起偏鏡或檢偏鏡或檢偏鏡的方向上將產(chǎn)生消光現(xiàn)象。呈現(xiàn)出球晶特有的黑十字消光圖案（稱為Maltase十字）。球晶在正交偏光顯微鏡下出現(xiàn)Maltase十字的現(xiàn)象可以通過圖1-2來理解。圖中起偏鏡的方向垂直于檢偏鏡的方向（正交）。設(shè)通過起偏鏡進(jìn)入球晶的線偏振光的電矢量OR，即偏振光方向沿OR方向。圖1-2繪出了任意兩個方向上偏振光的折射情況，偏振光OR通過與分子鏈發(fā)生作用，分解為平行于分子鏈n和分子鏈&兩部分，由于折光率不同，兩個分量之間有一定的相差。顯然&和n不能全部通過檢偏鏡，只有振動方向平行于檢偏鏡方向的分量OF和OE能夠通過檢偏鏡。由此可見，在起偏鏡的方向上，n為零，OR=&；在檢偏鏡方向上，&為零，OR=n；在這些方向上分子鏈的取向使偏振光不能透過檢偏鏡，視野呈黑暗，形成Maltase十字。此外，在有的情況下，晶片會周期性地扭轉(zhuǎn)，從一個中心向四周生長，這樣，在偏光顯中就會看到由此而產(chǎn)生的一系列消光同心圓環(huán)。三、儀器和試樣1、 偏光顯微鏡及附件：照明條件：波長入=0.55微米媒質(zhì)：空氣n=1.000物鏡:放大倍數(shù)：25X（可選用不同倍數(shù)的物鏡）數(shù)值孔徑a=0.4父€分辨率：§=—a目鏡放大倍數(shù)10X2、 載玻片和蓋玻片；電爐熱臺；重錘；鑷子。3、等規(guī)聚丙烯粒料。四、實驗步驟1、制備樣品首先將1/3--1/4粒聚丙烯樹脂放在已于240?260°C電爐熱臺上恒溫的載波片上，待樹脂熔融后，加上蓋玻片加壓成膜。保溫兩分鐘，然后將制成的薄膜樣品迅速移至另一個溫度為140?150C的熱臺上，結(jié)晶半小時后取出，使樣品自然冷卻到室溫。2、 觀察球晶形態(tài)安裝上偏光顯微鏡的目鏡、物鏡后，開啟鈉光燈，顯微鏡反光鏡對準(zhǔn)光源，調(diào)至顯微鏡視野最亮，然后，將結(jié)晶樣品置于載物臺上，調(diào)節(jié)顯微鏡上粗動、微動旋轉(zhuǎn)鈕準(zhǔn)焦后即可觀察球晶形態(tài)。3、 標(biāo)定分度尺取下樣品，把顯微鏡放在載物臺上，準(zhǔn)焦后，在視野中找到非常清晰的顯微尺，顯微尺長1.00毫米，等分為100格，每格為0.01毫米。然后換上帶有分度尺的目鏡，調(diào)顯微尺與N目鏡的分度尺基本重合。分度尺n格正好與顯微尺N格相等，則目鏡分度尺每格為0.01X—n毫米，記下標(biāo)定結(jié)果。4、 估算球晶半徑不改變顯微鏡上的粗動旋鈕，樣品換下顯微尺，測量：讀出被測球晶半徑（直徑）對應(yīng)的分度尺格數(shù)即可得到球晶的半徑（直徑）大小。五、結(jié)果討論1、 影響球晶生長的主要因素有哪些？2、 本實驗中應(yīng)注意哪些問題？實驗二激光小角散射法測聚合物球晶一、 實驗?zāi)康模?） 了解激光小角散射的基本原理；（2） 學(xué)會激光小角散射儀的使用方法；（3） 用激光小角散射儀測定聚合物球晶的半徑；二、 試驗原理激光小角散射法（SamllAngleLinghtScattering簡寫為SALS）六十年代初問世。它適合用于研究從幾千埃至幾十微米大小結(jié)構(gòu)，這與聚合物球晶的大小范圍相當(dāng)。由于該方法實驗裝置簡單，測定快速而又不破壞試樣，對光學(xué)顯微鏡難以辨認(rèn)的小球晶能有效的測量，還能在動態(tài)條件下快速測量結(jié)構(gòu)隨時間的變化，所以它已經(jīng)成為研究聚合物聚集臺的有效方法之一。他與電子顯微鏡、X射線衍射法以及光學(xué)顯微鏡等方法相結(jié)合可以提供較全面的關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的信息。目前已廣泛應(yīng)用研究聚合物的結(jié)晶過程接近形態(tài)以及聚合物的薄膜拉伸過程中形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。圖2-1位激光小角散射的原理圖

一束準(zhǔn)直性和單色性很好的激光束，經(jīng)過起偏鏡射到樣品上，由于樣品內(nèi)的密度和極化率不均勻而引起光的散射。散射光經(jīng)過檢偏鏡以后被照相底片記錄下來，或供直接測量。圖中e為散射角，它是某一束散射光與如射光方向之間的夾角；卩為方位角，它是某一束散射光記錄面的交點P和中心點o的連線op與z軸之間的夾角。如果起偏鏡和檢偏鏡的偏振方向平行，則稱為Vv散射；如果起偏鏡和檢偏鏡方向垂直，則稱為HV散射。在研究結(jié)晶性聚合物時，用得較多的是Hv圖。光散射理論有“模型法”和”統(tǒng)計法”兩種，對于聚合物球晶用模型法較為方便。實驗證實：球晶中聚合物分子鏈總是垂直于球鏡徑向，分子鏈的這種排列使得球晶光學(xué)上呈各項異性，即球晶的極化率在徑向和切向不同。假設(shè)聚合物球晶是一個均勻而各向異性的球，考慮光與圓球體系的相互作用，推導(dǎo)出用模型參數(shù)表示的散射光強度公3 €I，AV2( )2[(a-a)cos2()sinucosu(4sinU-UcosU-3sinU)]2Hv 0U3 rt 2ar為球晶的徑向和切向