《聚合物结构与性能测试》实验教学大纲 一、课程简介 本课程为高分子材料与工程本科专业的限选课。主要内容包括聚合物材料的光谱分析、热分析、力学性能分析、分子量测定及其电性能测试技术。课程不但讲授各类分子测试方法的基本原理、实验技术、主要用途及局限性等。同时介绍这些方法的最新进展和发展趋势等。拟通过本课程的学习，使学生掌握了解材料特别是高分子材料的结构与性能的各种研究测试方法。 二、课程实验教学目的与要求 本课程的目的是让学生在理论课程学习的同时，了解和掌握各种现代化的聚合物材料的微观结构和各种分析测试手段方法。使学生系统地掌握分析测试实验的原理、实验基本知识和技能，为以后学习和从事高分子学科内的工作打下基础。本课程基本要求：理解实验原理及实验方案，掌握正确操作规程；掌握各种仪器的使用，了解其性能参数、适用范围及注意事项等。 三、试验项目 四、实验一：红外光谱再聚合物结构鉴定中的应用 【实验目的、任务】 通过本实验了解红外光谱仪的结构特点及操作规程；掌握红外样品的制备方法；掌握红外光谱分析的原理和图谱分析。 【实验内容】 使用红外光谱鉴定聚合物中的红外基团。 【实验原理】 红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行结构测定。 【实验难重点】 1.重点：红外光谱分析的基本原理 2.难点：红外光谱的解析 实验二：聚合物材料的热分析 【实验目的、任务】 通过本实验掌握聚合物TG、DSC的分析原理和应用。了解热分析仪的结构及操作程序。 【实验内容】 使用热分析仪测量聚合物的热转变 【实验原理】 在加热或冷却过程中，随着物质的结构、相态（如Tg）和化学性质的变化都会
1．聚合物表面改性 聚合物表面改性方法可以分为以下几种：化学改性、光化学改性、表面改性剂改性、力化学处理、火焰处理与热处理、偶联剂改性、辐照与等离子体表面改性。 （1）化学改性是通过化学手段对聚合物表面进行改性处理，其具体方法包括化学氧化法、化学浸蚀法、化学法表面接枝等。 化学氧化法是通过氧化反应改变聚合物表面活性。常用的氧化体系有：氯酸-硫酸系、高锰酸-硫酸系、无水铬酸-四氯乙烷系、铬酸-醋酸系、重铬酸-硫酸系及硫代硫酸铵-硝酸银系等，其中以后两种体系最为常用。 化学浸蚀法是用溶剂清洗可除去聚烯烃表面的弱边界层，例如通过用脱脂棉蘸取有机溶剂，反复擦拭聚合物表面多次等。 聚合物表面接枝，是通过在表面生长出一层新的有特殊性能的接枝聚合物层，从而达到显著的表面改性效果。 （2）光化学改性主要包括光照射反应、光接枝反应。 光照射反应是利用可见光或紫外光直接照射聚合物表面引起化学反应，如链裂解、交联和氧化等，从而提高了表面张力。 光接枝反应就是利用紫外光引发单体在聚合物表面进行的接枝反应。 （3）表面改性剂改性 采用将聚合物表面改性剂与聚合物共混的方式是一种简单的改性办法，它只需要在成型加工前将改性剂混到聚合物中，加工成型后，改性剂分子迁移到聚合物材料的表面，从而达到改善聚合物表面性能的目的。 （4）力化学处理是针对聚乙烯、聚丙烯等高分子材料而提出来的一种表面处理和粘接方法，该方法主要是对涂有胶的被粘材料表面进行摩擦，通过力化学作用，使胶黏剂分子与材料表面产生化学键结合，从而大大提高了接头的胶接强度。力化学粘接主要是通过外力作用下高分子键产生断裂而发生化学反应，包括力降解、力化学交联、力化学接枝和嵌段共聚等。（5）火焰处理就是在特别的灯头上，用可燃气体的热氧化焰对聚合物表面进行瞬时处理，使其表面发生氧化反应而达到表面改性的效果。热处理是将聚合物暴露在热空气中，使其表面氧化而引入含氧基团。 （6）偶联剂是一种同时具有能分别与无机物和有机物反应的两种性质不同官能团的低分子化合物。其分子结构最大的特点是分子中含有化学性质不相同的两个基团，一个基团的性质亲无机物，易于与无机物表面起化学反应；另一个基团亲有机物，能与聚合物起化学反应，生成化学键，或者能互相融合在一起。偶联剂主要包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂两大类，其作用机理同表面活性剂的改性机理相同。 （7）辐照改性是聚合物利用电离辐射（直接或间接的导致分子的激发和电离）来诱发一些物理化学变化，从而达到改性的目的。等离子体表面改性是通过适当选择形成等离子体的气体种类和等离子体化条件，对高分子表面层的化学结构或物理结构进行有目的的改性。2．哪些物质能形成液晶，判断、表征 形成液晶物质的条件： （1）具有刚性的分子结构。 （2）分子的长宽比。棒状分子长宽比＞4左右的物质才能形成液晶态；盘状分子轴比＜1/4左右的物质才能呈现液晶态。 （3）具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的凝聚力。这种凝聚力通常是与结构中的强极性基团、高度可极化基团、氢键等相联系的。 液晶相的判断：各种液晶相主要是通过它们各自的光学形态即织构来识别的，即在正交偏光显微镜下可观察到各种不同的由双折射产生的光学图像，这些图像是由“畴”和向错构成的。
《聚合物的凝聚态结构》复习题 1. 解释并比较下列名词： 凝聚态与相态；单晶、多晶与液晶； 2. 聚乙烯在下列条件下缓慢结晶，各生成什么样的晶体？ （1） 从极稀溶液中缓慢结晶； （2） 从熔体中结晶； （3） 极高压力下固体挤出； （4） 在溶液中强烈搅拌下结晶。 3. 由什么事实可证明结晶高聚物中有非晶态结构? 试举两种实验事实说明PS 本体符合Flory 无规线团模型。 4. 由文献查得涤纶树脂的密度ρc =1.50×103kg ·m -3，和ρa =1.335×103kg ·m -3，内聚能ΔΕ=66.67kJ ·mol -1(单元)．今有一块1.42×2.96×0.51×10-6m 3的涤纶试样，重量为2.92×10-3kg ，试由以上数据计算： (1)涤纶树脂试样的密度和结晶度；(2)涤纶树脂的内聚能密度． 5. 由大量高聚物的a ρ和c ρ数据归纳得到13.1=a c ρρ，如果晶区与非晶区的密 度存在加和性，试证明可用来粗略估计高聚物结晶度的关系式V c a X 13.01+=ρρ 6. 将熔融态的聚乙烯（PE ）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET ）和聚苯乙烯（PS ）淬冷到室温，PE 是半透明的，而PET 和PS 是透明的。为什么？ 将上述的PET 透明试样，在接近玻璃化温度Tg 下进行拉伸，发现试样外观由透明变为混浊，试从热力学观点来解释这一现象。 7. 聚合物晶体为什么会有结晶度？如何测量并简述测量原理。 8. 何谓高聚物的取向？为什么有的材料（如纤维）进行单轴取向，有的材料（如薄膜），则需要双轴取向？说明理由。 9．请比较聚合物晶态与取向态的异同。 10. 解释下列实验：将一个砝码系于聚乙烯醇纤维的一端，把砝码和部分纤维浸入盛有沸水的烧杯中．如果砝码悬浮在水中，则体系是稳定的；如果砝码挨着烧杯底部，则纤维被溶解了． 11. 在两个牵抻比相同的PP 的纺丝过程中，A 用冷水冷却，B 用60℃的热水冷却。成丝后将这两种PP 丝放在90℃的环境中，发现两者的收缩率有很大不同。哪一种丝的收缩率高？说明理由。
测量形状记忆高聚物性能原理及应用 聚合物材料地动态力学性能测试 在外力作用下，对样品地应变和应力关系随温度等条件地变化进行分析，即为动态力学分析.动态力学分析能得到聚合物地动态模量( ′)、损耗模量(″)和力学损耗(δ).这些物理量是决定聚合物使用特性地重要参数.同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态地反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件地变化地特性可得到聚合物结构和性能地许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等.b5E2R。 实验原理 高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体地特性.它一方面像弹性材料具有贮存械能地特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下地黏液，会损耗能量而不能贮存能量.当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗.能量地损耗可由力学阻尼或内摩擦生成地热得到证明.材料地内耗是很重要地，它不仅是性能地标志，而且也是确定它在工业上地应用和使用环境地条件.p1Ean。 如果一个外应力作用于一个弹性体，产生地应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体地弹性模量.形变时产生地能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存地能量又释放出来.如果所用应力是一个周期性变化地力，产生地应变与应力同位相，过程也没有能量损耗.假如外应力作用于完全黏性地液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗地能量正比于液体地黏度，应变落后于应力，如图()所示.聚合物对外力地响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量地构象.在周期性应力作用地情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗.图()是典型地黏弹性材料对正弦应力地响应.正弦应变落后一个相位角.应力和应变可以用复数形式表示如下.DXDiT。 σ*σ(ω) γ*γ [ (ωδ) ] 式中，σ和γ为应力和应变地振幅；ω是角频率；是虚数.用复数应力σ*除以复数形变γ*，便得到材料地复数模量.模量可能是拉伸模量和切变模量等，这取决于所用力地性质.为了方便起见，将复数模量分为两部分，一部分与应力同位相，另一部分与应力差一个地相位角，如图()所示.对于复数切变模量RTCrp。 *′″ (－) 式中
1.1 聚合物结构的三个层次 近程结构——系指单个大分子链内部一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结决 定聚合物性能的根本性物质基础，亦是决定远程结构和凝聚态结构的重要因素。 远程结构——系指由数目众多的结构单元组成的单个大分子链的长短及其在空间存在的各种形态（是直链还是有支链？是刚性的还是柔性的？是折叠状，还是螺旋状的？）。 凝聚态结构——系指聚合物在宏观上所表现出的分子凝聚结构类型。包括非晶态、结晶态、 取向态、液晶态、织态结构，前四个描述是聚合物的堆砌方式，织态为不同聚合物分子链或与添加剂间的结合和堆砌方式，以结晶态和非晶态最常见。分子链结构是决定聚合物性质最基本、最重要的结构层次。熔点、密度、溶解性、溶液或熔体的粘度、粘附性能很大程度上取决于分子结构;而凝聚态结构是决定聚合物材料和制品的使用性能，尤其是力学性能的重要因素。 关于化学结构与物理结构的确切划分，普遍认同的是 H.G .Elias 提出的界定原则： 化学结构：除非通过化学键的断裂，即同时生成新的化学键才能够产生改变的分子结构。 聚合物结构中所包括的结构单元的组成及其空间构型属于化学结构。 物理结构：将大分子内部、之间或者基团与大分子之间的形态学表述。 取向、结晶和分子链的构象则属于物理结构 1.2 大分子链的近程结构 大分子链的近程结构包括结构单元的化学组成，连接方式、结构异构、立体异构、以及共聚物的序列结构等五个主要方面。 1.2.1 结构单元的化学组成 结论1：聚合物的近程结构，即结构单元的化学组成和结构是决定其远程结构和凝聚态结构以及聚合物性能最重要的决定性因素。 尼龙-66、PET 、PBT ～缩聚物， PP 、PS 、PMMA 、PB ～加聚物 归纳表中三条主要规律： 1）杂链聚合物（多为缩合聚合物）与碳链聚合物（多为加成聚合物）相比较，前者的各项物理性能均优于后者； 2）在碳链聚合物中，侧基带有极性基团的PVC 和带有苯基的PS 的相对密度和熔点均高于非极性和低位阻侧基的PE 和PP ； 3）缩聚物尼龙和涤纶等的相对密度、熔点、强度和使用温度均普遍高于一般加聚物。 PA-66、PET 、PBT ～PE 、PP 强调：聚合物的近程结构，即结构单元的化学组成和结构始终是决定聚合物及其制品几乎所有物理化学性能的最重要因素。 1.2.2 结构单元的结构异构 结构单元的结构异构是指单体由聚合反应转化成结构单元的过程中由于部分原子或原子团的空间位置发生变动，生成化学组成相同但结构完全不同的另一种结构单元的现象。即生成不同构型的结构单元的过程。 两个重要的概念：构型和构象 所谓构型，乃是分子内相邻原子或原子团之间所处的空间相对位置的表征。换言之，构型是分子内通过化学键连接 的原子或原子团之间空间几何排列的状态，构型的特点在空间上和时间上是确定而不变的。 由此区别于下一节将要讲述的另一个概念：“构象”—在空间上和时间上是不确定而可变的。阳离子聚合链增长反应中常常发生原子或原子团的重排过程，也称异构化过程。这是阳离子聚合反应的最大特点！ 以在二氯乙烷溶剂中，用三氯化铝，引发3-甲基丁烯的阳离子聚合反应为例： —————— 分子链结构凝聚态结构（一级结构） （二级结构）近程结构 远程结构 结构单元的化学组成结构单元的键合方式结构单元的构型分子链的几何形态 分子链的长短及分布晶态结构 非晶态结构 取向态结构液晶态结构织态结构 常规固态 特殊固态熔体、溶液聚 合 物 结 构 溶液结构熔体结构第三章第一章 第九章第二章C CH 3 CH 3 _CH 2 = CH CH +HCl +AlCl 3C 3CH 3 ~ [ CH 2 CH]n _~H CH 2C ~ []n CH 2CH 33 _ _~
1 GB/T 1033-1986 塑料密度和相对密度试验方法 2 GB/T 1034-1998 塑料吸水性试验方法 3 GB/T 1036-1989 塑料线膨胀系数测定方法 4 GB/T 1037-1988 塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法 5 GB/T 1038-2000 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法 6 GB/T 1039-1992 塑料力学性能试验方法总则 7 GB/T 1040-1992 塑料拉伸性能试验方法 8 GB/T 1041-1992 塑料压缩性能试验方法 9 GB/T 1043-1993 硬质塑料简支梁冲击试验方法 11 GB/T 1408.1-1999 固体绝缘材料电气强度试验方法工频下的试验 13 GB/T 1409-1988 固体绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波长在内)下相对介电常数和介质损耗因数的试验方法 14 GB/T 1410-1989 固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法 15 GB/T 1411-2002 干固体绝缘材料耐高电压、小电流电弧放电的试验 16 GB/T 1446-2005 纤维增强塑料性能试验方法总则 17 GB/T 1447-2005 纤维增强塑料拉伸性能试验方法 18 GB/T 1448-2005 纤维增强塑料压缩性能试验方法 19 GB/T 1449-2005 纤维增强塑料弯曲性能试验方法 20 GB/T 1450.1-2005 纤维增强塑料层间剪切强度试验方法 21 GB/T 1450.2-2005 纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法 22 GB/T 1451-2005 纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法 23 GB/T 1458-1988 纤维缠绕增强塑料环形试样拉伸试验方法 24 GB/T 1461-1988 纤维缠绕增强塑料环形试样剪切试验方法 25 GB/T 1462-2005 纤维增强塑料吸水性试验方法 26 GB/T 1463-2005 纤维增强塑料密度和相对密度试验方法 27 GB/T 1633-2000 热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定 28 GB/T 1634.1-2004 塑料负荷变形温度的测定第1部分:通用试验方法 29 GB/T 1634.2-2004 塑料负荷变形温度的测定第2部分:塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料 30 GB/T 1634.3-2004 塑料负荷变形温度的测定第3部分:高强度热固性层压材料 31 GB/T 1636-1979 模塑料表观密度试验方法 32 GB/T 1843-1996 塑料悬臂梁冲击试验方法 33 GB/T 1844.1-1995 塑料及树脂缩写代号第一部分:基础聚合物及其特征性能 34 GB/T 1844.2-1995 塑料及树脂缩写代号第二部分:填充及增强材料 35 GB/T 1844.3-1995 塑料及树脂缩写代号第三部分:增塑剂 36 GB/T 2035-1996 塑料术语及其定义 37 GB/T 2406-1993 塑料燃烧性能试验方法氧指数法 38 GB/T 2407-1980 塑料燃烧性能试验方法炽热棒法 39 GB/T 2408-1996 塑料燃烧性能试验方法水平法和垂直法 40 GB/T 2409-1980 塑料黄色指数试验方法 41 GB/T 2410-1980 透明塑料透光率和雾度试验方法 42 GB/T 2411-1980 塑料邵氏硬度试验方法 43 GB/T 2546.2-2003 塑料聚丙烯(PP)模塑和挤出材料第2部分: 试样制备和
高聚物结构与性能 一、高聚物的分子结构 概念： 1大分子(macromolecule)；是由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量 2聚合物分子(polymer molecule)；也叫高聚物分子，通常简称为高分子，它意味着：(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节)；(2) 并且只有一种或少数几种链节；(3) 这些需要的链节多重重复重现 3星形大分子(star macromolecule)；从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)的分子若从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)则称为星型高分子 则称为星型高分子 4共聚物(copolymer)；由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物 5共聚物分子(copolymer molecule)； 6构型(configuration)；是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列 7构象(conformation)；构象指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子放置所产生的空间排布（由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为~） 8链段(macromolecular segments)；高分子链上对应于伸直长度和柔性与该高分子链相同的自由连结链内一个统计单元的一段分子链 9高分子链的柔性(flexibility of polymer chain), 高分子链在绕单键内旋转自由度，内旋转可导致高分子链构象的变化，因为伴随着状态熵增大，自发地趋向于蜷曲状态，这种特性就称为高分子链柔性 10聚合度(degree of polymerization); 指聚合物大分子中重复结构单元的数目 11侧基(side group)；连接在有机物碳链上的取代基 12端基(end group)；聚合物分子链端的基团 13无规共聚物(random copolymer)；具有Bernoullian序列统计的统计聚合物（聚合物中组成聚合物的结构单元呈无规排列） 14嵌段共聚物(block copolymer)；由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的共聚物（聚合物由较长的一种结构单元链段和其它结构单元链段构成） 15统计共聚物(statistic copolymer)；通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物分子中的序列 16交替共聚物(alternating copolymer)单体单元A和单体单元B在共聚物分子中交替分布
纤维素的聚集态结构及其五种变体 纤维素的聚集态结构是研究纤维素分子间的相互排列情况（晶区和非晶区、晶胞大小及形式、分子链在晶胞内的堆砌形式、微晶的大小）、取向结构（分子链和微晶的取向）等。天然纤维素和再生纤维素纤维都存在结晶的原纤结构，由原先结构及其特性可部分地推知纤维的性质，所以为了解释以纤维素为基质的材料的结构与性能关系，寻找制备纤维素衍生物的更有效方法，则研究纤维素合成的机理、了解纤维素的聚集态结构，在理论研究和实际应用方面都有重要的意义。 为了深入研究纤维素的聚集态结构，必须了解纤维素的各种结晶变体，这些结晶变体都以纤维素为基础，有相同的化学成分和不同的聚集态及结构。纤维素有五类多种结晶变体（同质异晶体，polymorph）,即纤维素Ⅰ、纤维素Ⅱ、纤维素Ⅲ1、纤维素Ⅲ2、纤维 素Ⅳ1、纤维素Ⅳ2、纤维素Χ，他们之间可以互相转化。 纤维素Ⅰ是纤维素天然存在形式，又叫原生纤维素，包括细菌纤维素、海藻和高等植物（如棉花、麻、木材等）细胞中存在的纤维素。由于Χ射线衍射设备和研究方法的改进，特别是计算机模拟技术的应用，从20世纪70年代起，应用模型堆砌分析方法已能够定量地确定纤维素及其衍生物链构象中的键长、键角配糖扭转角（φ和ψ）、配糖角（τ）、测基-CH2OH的旋转角（X），链的极性、旋转和相对位移及分子内和分子间的氢键，这使纤维素晶胞架构的研究建立在全新的近代科学基础上，并取得了重大进展。关于纤维Ⅰ晶胞的结构，主要的突破是解决了链极性（即方向）的问题。这方面研究以美国的Blackwell和Sarko 为代表。 纤维素Ⅱ是原生纤维素经由溶液中再生或丝光化得到的结晶变体，是工业上使用最多的纤维素形式。除了在Halicystis海藻中天然存在外，纤维素Ⅱ可以用以下四种方法制得:以浓碱液（较合适的浓度是11%--15%）作用于纤维素而生成碱纤维素，再用水将其分解为纤维素；将纤维素溶解后再从溶液中沉淀出来；将纤维素酯化后，再皂化成纤维素；将纤维素磨碎后，用热水处理。这种结晶变体与纤维素有很大的不同。 纤维素Ⅲ是用液态氨润胀纤维素所生成的氨纤维素分解后形成的一种变体，是纤维素的第三种结晶变体也称氨纤维素。也可将原生纤维素或纤维素Ⅱ液氨或胺类处理，再将其蒸发得到，是纤维素的一种低温变体。从纤维素Ⅱ中得到的纤维素Ⅲ与从原生纤维素得到的纤维素Ⅲ不同，分别称为纤维素Ⅲ2和纤维素Ⅲ1.纤维素Ⅲ的出现有一定的消晶作用，当氨或胺除去后，结晶度和分子排列的有序度都明显下降，可及度增加。 纤维素Ⅳ是由纤维素Ⅱ或Ⅲ在极性液体中以高温处理而生成的，故有高温纤维素之称，是纤维素的第四种结晶变体。一般它是通过将纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ高温处理而得到的，因此以母题原料的不同，纤维素Ⅳ也分为纤维素Ⅳ1和Ⅳ2，纤维素Ⅳ1的红外光谱与纤维素Ⅰ相似，纤维素Ⅳ2的红外光谱与纤维素Ⅱ相似。纤维素Ⅳ1与纤维素Ⅳ2氢键网形成情况还有待进一步研究。 纤维素X 是纤维素经过浓盐酸（38-40.3%）处理而得到的纤维素结晶变体。其X射线图类似纤维素Ⅱ，而晶胞大小又与纤维素Ⅳ相近，实用性不大，研究报道较少。 将纤维素分为五类，是理想的五种形式，其实由于处理方法和技术差异，不同的纤维素晶型会存在于同一纤维素样品中。
实验六聚合物材料拉伸性能的测试 一、实验目的： 1、通过实验了解聚合物材料拉伸强度及断裂伸长率的意义。 2、熟悉它们的测试方法 3、通过测试应力—应变曲线来判断聚合物材料的力学性能。 二、实验原理： 为了评价聚合物材料的力学性能。通常用等速施力下所获得的应力—应变曲线来进行描述。这里所谓应力是指拉伸力引起的在试样内部单位截面上产生的内应力而应变是指试样在外力作用下发生形变时，相对其原尺寸的相对形变量。 材料的组成、化学结构及聚态结构都会对应力与应变产生影响。应力—应变实验所得的数据也与温度、湿度、拉伸速度有关，因此应规定一定的测试条件。 三、主要仪器设备及原料： 1、主要仪器设备：万能试验机 2、主要原料：各种高分子试样 四、操作方法和实验步骤： 1、试样制备 拉伸实验中所用的试样依据不同材料加工成不同形状和尺寸。每组试样应不少于5个。试验前需对试样的外观进行检查试样，表面平整无气泡、裂纹、分层和机械损伤等缺陷。另外为了减小环境对试样性能的影响，应在测试前将试样在测试环境中放置一定时间，使试样与测试环境达到平衡。一般试样越厚，放置时间应越长。具体按国家标准规定。 2、拉伸性能的测试
①将合格试样编号并在试样平行部分划二标线，即标距。测量试样工作段任意三处宽度和厚度，取其平均值。 ②安装拉伸试验用夹具。 ③调整引伸计标距至规定值。 ④装夹试样，要使试样纵轴与上下夹头的中心线重合。 ⑤在工作段装夹大变形引伸计，使引伸计中心线与上下夹头的中心线重合。 ⑥录入试样信息并按照标准设置试验条件。 ⑦联机。检查屏幕显示的试验信息是否正确，如有不适之处进行修改，然后 对负荷清零、轴向变形清零、位移清零。按“试验开始”键进行试验。 ⑦横梁以设定的速度开始移动，同时屏幕显示出试验曲线，根据需要可随时打 开想要观察的曲线。如应力—应变曲线、负荷—变形曲线等多种曲线 ⑧观察试样直到被拉断为止，按“试验结束”键结束试验。按“数据管理”键查看试验结果。 五、实验报告： 1、简述实验原理。 2、明确操作步骤和注意事项。 3、附实验中测试所得的多种曲线。 六、思考题 1、影响拉伸强度的因素有哪些？ 2、在拉伸实验中如何测定模量？
聚合物的取向结构 1.简述 取向是指在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上的性能相同。而取向后的聚合物材料，在取向方向上的力学性能得到加强，而与取向垂直的方向上，力学性能可能被减弱。取向聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能不同。 聚合物的取向一般有单轴取向和双轴取向两种方式。单轴取向指在一个轴向上施以外力，使分子链沿一个方向取向。如纤维纺丝、薄膜的单轴拉伸。双轴取向一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜双轴拉伸，使分子链取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。 2.实例 2.1聚丙烯薄膜 水蒸汽透过系数是评价包装材料阻水性能的重要参数之一。分子取向程度不同，材料的水蒸汽透过系数也不相同。聚丙烯是半结晶性材料，存在结晶区与无定形区。结晶区结构比较紧密，通常情况小分子物质从结构松散的无定形区中通过，而经过取向拉伸后聚丙烯的结晶度将提高，结构松散的无定形区将减少，因此小分子物质通过PP的有效途径就减少了。BOPP薄膜的结晶度要高于OPP薄膜的结晶度，因此在一定的温湿度条件下，双向拉伸聚丙烯(BOPP)、单向拉伸聚丙烯(OPP) 和未拉伸聚丙烯(CPP)三种薄膜的透湿系数值依次增加。说明拉伸取向操作可提高PP 薄膜的阻湿性能。 薄膜单轴拉伸时，与拉伸方向平行的强度随着拉伸比的增加而增加，但垂直于拉伸方向的强度则随之下降。例如，把聚丙烯（PP）薄膜高度拉伸，那么在拉伸方向上薄膜的强度非常高，但在垂直拉伸方向上，薄膜就非常容易被撕裂，从而形成“裂膜纤维”。目前市场上大量使用的包扎带就是拉伸成纤化的PP裂膜纤维。 在一定的温度条件下，拉伸比越大，则PP分子链的取向度越大，即薄膜的断裂伸长率减小，冲击强度、耐折性增大，力学强度提高、模量增大、透气、光泽性变好。纵向拉伸使高分子链呈单轴纵向取向，大大提高了铸片的纵向力学性能，而横向性能恶化。在进一步横向拉伸之后，高分子链于是呈双轴取向状态。随着取向度的不断提高，伸直链段数目相应增多，折叠链段数目减少，BOPP的密度和强度都相应提高，断裂伸长率却降低了。
聚合物复合材料性能解释以及测试标准指南1．1拉伸性能 拉伸性能包括拉伸强度，弹性模量、泊松比、断裂伸长率等。对于如高压容器、高压管、叶片等产品，必须要测出聚合物复合材料的拉伸性能，才能进行产品设计及检验。 对于不同的聚合物复合材料，拉伸性能试验方法是不同。对于普通的，用国标GB/T1447进行测试；对于缠绕成型的，用国标GB/T1458进行测试；对于定向纤维增强的，用国标GB/T33541进行测试；对于拉挤成型的，用国标GB/T13096-1进行测试。使用最多的是 GB/T1447。 国标GB/T1447，对于不同成型工艺复合材料，又规定不同形状的拉伸试样，有带R型、直条型及哑铃型。使用拉伸试验机或万能试验按规定的加载速度对试样施加拉伸载荷直到试样破坏。用破坏载荷除以试样横截面面积则为拉伸强度。从测出的应力----应变曲线的直线段的斜率则为弹性模量，试样横向应变与纵向应变比为泊松比。破坏时的应变称为断裂伸长率。 单位面积上的力，称为应力，通常用MPa（兆帕）表示，1MPa相当于1N/mm2的应力。应变是单位长度的伸长量，是没有量刚（单位）的。 不同的现代复合材料其拉伸性能大不一样，以玻璃纤维增强的玻璃钢为例：1：1玻璃钢，拉伸强度为（200-250）MPa，弹性模量为（10-16）GPa；4：1玻璃钢，拉伸强度为（250-350）MPa，弹性模量为（15-22）GPa；单向纤维的玻璃钢（如缠绕），拉伸强度大于800MPa，弹性模量大于24GPa；SMC材料，拉伸强度为（40-80）MPa，弹性模量为（5-8）GPa；DMC 材料，拉伸强度为（20-60）MPa，弹性模量为（4-6）GPa。 1. 2弯曲性能 一般产品普遍存在弯曲载荷，弯曲性能是很重要的，同时，往往用弯曲性能来进行原材料，成型工艺参数，产品使用条件因素等的选择。
1、分析HIPS结构组成、加工原理、结构特点与性能 高抗冲聚苯乙烯，是将少量聚丁二烯接技到聚苯乙烯基体上。具有“海岛结构”，基体是塑料，分散相是橡胶 .具有诸多的特性 : ①耐冲击聚苯乙烯为热塑性树脂； ②无臭、无味、硬质材料、成形后尺寸安定性良好； ③有优秀的高介电性绝缘性； ④为非晶质低吸水性材料； ⑤其光泽性良好易于涂装。 2、分析ABS结构组成、结构特点、性能 ABS树脂是丙烯酸、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。共聚的方式是无规共聚与接枝共聚相结合：它可以是以丁苯橡胶为主链，将苯乙烯、丙烯腈接在支链上；也可以是丁腈橡胶为主链，将苯乙烯接在支链上；也可以以苯乙烯-丙烯腈的共聚物为主链，将丁二烯和丙烯腈接在支链上等等。ABS三元接枝共聚物兼有三种组分的特性。其中丙烯腈有氰基，能使聚合物耐化学腐蚀，提高制品的抗张强度和硬度；丁二烯能使聚合物呈现橡胶状的韧性，这是材料抗张强度增强的主要因素；苯乙烯的高温流动性能好，便于加工成型，且可改善制品的表面光洁度，是一种性能优良的热塑性塑料。 3、聚合物的增韧增强 增韧：①橡胶增韧，如通过橡胶增韧苯乙烯-丙烯腈共聚物树脂，制备性能优良的ABS工程塑料。②刚性无机填料增韧，如纳米碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯。③热塑性塑料增韧，如热塑性塑料增韧双马来酰亚胺树脂。④液晶聚合物增韧，如热致性液晶聚合物增韧环氧树脂。 增强：添加无机纳米粒子如TiO2、SiO2、Al2O3、CaCO3 等和橡胶纳米粒子以及蒙脱土等片状硅酸盐等形成聚合物基纳米复合材料；添加纤维状填料如碳纤维、石墨纤维、硼纤维和单晶纤维-晶须或短玻璃纤维等。 4、PE结构、材料的加工原理 聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构，为典型的结晶聚合物。在固体状态下，结晶部分与无定型共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度高结晶度就越大。LDPE结晶度通常为
1.0范围scope 本规范规定了聚合物锂离子电池定义、要求、测验方法。 本规范适用于聚合物锂离子电池（聚合物软包/固态/二次圆柱/一次圆柱），不适用于动力电池。 2.0 3.0引用标准reference standard 下列是本文引用的标准。执行本规范时，所示版本均应为有效版本。使用本规范的各部门应注意下列引用标准是否是最新版本。 GB/T2900.11-1988蓄电池名词术语 GB/T18287-2000蜂窝电话用锂离子电池总规范 UL 1642 锂电池安全测试标准 4.0 定义definition 4.1充电限制电压--电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。 4.2标称容量—指电池在环境温度为25±2℃的条件下,以5h率放电至终止电压时所应提供的电量,用C5表示, 单位为Ah(安培小时)或mAh(毫安小时)。 4.3恢复容量—在规定的温度、时间下贮存一段时间，电池放电后进行充电，并再次放电的容量。 4.4标称电压—用以标识电池电压的适宜的近似值。 4.5终止电压—规定放电终止时电池的负载电压。 4.6漏液—可见液体电解液的漏出。 4.7鼓胀—电池内部压力增加，内有气体，厚度（直径）膨胀率108%以上。 4.8破裂—由于内部外部因素引起电池外壳的机械变形，导致内部物质暴露或溢出，但没有喷出。 4.9起火—电池有可见火焰或冒黑烟等。 4.10爆炸—电池的外壳猛烈破裂导致主要成分抛射出来。 4.11聚合物软包—外包装膜为铝塑膜可循环充放电使用的电池。 4.12聚合物固态—外包装膜为铝塑膜，内部极片与隔膜混为一体可循环充放电使用的电池。 4.13聚合物二次圆柱—可循环充放电使用的聚合物圆柱电池。 4.14聚合物一次圆柱—不可再次充放电使用聚合物圆柱电池。 5.0测试条件和要求test conditions and requirement
聚合物流变性能测试-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
聚合物流变性能测试 一、实验目的 1、熟悉和了解RHEOGRAPH25型流变仪的工作原理及操作方法。 2、掌握将计算机输出流动曲线（σ-γ曲线）转换为其他形式流动曲线（lg σ-lgγ）、（lgη-lgγ）的方法。 3、掌握非牛顿指数n的计算方法。 4、掌握利用Arrhenius方程计算粘流活化能Eη的方法。 二、RHEOGRAPH25型流变仪工作原理 毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作简单，测量准确，测量范围宽(剪切速率γ：10-2～105s-1 )。 毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理：在一个无限长的圆形毛细管中，聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动，毛细管两端分压力差为△P，由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力σ和剪切速率γ与压力、熔体流率的关系。仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度，并得到相应的剪切速率和剪切应力，表观粘度的关系曲线图。 三、实验仪器及材料 仪器：德国高特福RH25型毛细管流变仪、毛细管口模，长径比30：1，5：0.5，5：0.3；、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。 原料：PE、PP 四、实验内容 测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能，具体如下 第一组：PE，170℃，175℃，180℃，185℃。 第二组：PE，185℃，190℃，195℃，200℃。 第三组：PP，190℃，195℃，200℃，205℃。 第四组：PP，205℃，210℃，215℃，220℃。 五、操作步骤 1、开机 打开仪器，电脑，等候约一分钟，待初始化结束后，显示屏出现“Refere nce drive”； 2) 点击“Reference drive”进入操作界面。 2、程序设定 包括测试温度、熔融时间、活塞速度、毛细管的尺寸选择等参数的设置， 3、测试膛升温 编辑测试程序后，点击“parameter send”，开始升温，待温度达到测试温度并恒温10-15分钟； 4、毛细管安装 安装毛细管过程中，毛细管上的销钉必须在上方，安装时四个固定螺丝加抗磨糊后拧紧，再退回2圈，等候5-10分钟后再用扭矩扳手拧紧，扭矩扳手扭矩值设定为60N·m，PVT测试时设定为80 N.m； 5、压力传感器安装
一、名词解释（5个） 聚合物分子（高聚物分子，通常简称为高分子）：(1)这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节) (2)并且只有一种或少数几种链节(3)这些需要的链节多重重复重现。 长周期：在纤维轴方向片晶和非晶能重复出现的最短距离，即片晶和非晶的平均厚度之和缚结分子：连结至少两个晶体的分子。 初期结晶：是指液态或气态初步形成晶体的过程 预先成核：晶核预先存在，成核速率与时间无关。 二、概念的区别与联系（4对） 1、微构象与宏构象 微构象：分子中的一小部分由于一个或数个键的内旋转所引起的构象。 宏构象：表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间排列。 2、玻璃化转变温度与熔融温度 玻璃化转变温度：非晶态聚合物或部分结晶聚合物中非晶相发生玻璃化转变所对应的温度。熔融温度：晶体物质由固态向液态转变时固液两相共存的温度。 3. 应力与应变 应力：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。 应变：物体内任一点因各种作用引起的相对变形。 4、质量结晶度与体积结晶度 质量结晶度：X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关，原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状，不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比，等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。即()。理论上，只要知道晶区和非晶区衍射的X射线的总强度，就可计算结晶度。在实际工作中，只能在一定的角度范围收集衍射强度数据，无法收集到样品衍射或散射X射线的总强度。这样，在所收集的数据中，晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。所以，应加入比例常数即，，式中，K为比例常数。 体积结晶度：用X-射线衍射法体积结晶度。根据微原纤结构模型即可测得结晶度式中，D为晶片厚度，L为长周期。 三、球晶的光学性质与其内部结构的关系 在正交偏光显微镜下，球晶呈现特有的黑十字消光图像及明暗相间的消光环，其中黑十字消光图像反映的是球晶中晶片的径向生长，消光环反映的是球晶中晶片的扭曲生长。 四、什么是超分子结构？超分子结构参数有哪些？用简述或图示法说明用X-射线图确定超分子结构参数的基本依据。 答：超分子结构：高分子链之间通过强的或弱的相互作用所形成的聚集体。 结构参数：1.结晶度 2. 取向度 3 .晶粒尺寸 4.长周期 X-射线可测定质量结晶度和体积结晶度。 假设：X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关，原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状，不影响总强度。因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比，等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。 理论上，只要知道晶区和非晶区衍射的X射线的总强度，就可根据上式计算结晶度。在实际工作中，只能在一定的角度范围收集衍射强度数据，无法收集到样品衍射或散射X射线的总强度。这样，在所收集的数据中，晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。所以，
1. 假定PMMA 样品由相对分子质量100000和400000两个单分散组分以1:2的质量比组成，求它的n M 和w M ，并计算分布指数d 。 解：假定A 的质量为1，B 的质量为2，则 n M =∑∑i i i n M n =∑i i M N =B B A A M N M N + =B B A A M n n M n n 总总+ =100000400000210000011000001?++400000400000210000014000002?+ =200000 w M =∑∑i i i i M n M n 2=∑i i M w =B B A A M w M w + =4000003210000031?+?=300000 5.1200000300000===n w M M d 2. 简述凝胶渗透色谱的体积排除机理。 答：凝胶渗透色谱的核心部件是一根装有多孔性颗粒的柱子。假定颗粒内部的空洞体积为i V ，颗粒的粒间体积为0V ，（0V V i +）是色谱柱内的空间。假如高分子的体积比空洞的尺寸大，任何空洞它都进不去，只能从颗粒的粒间流过，其淋出体积0V V e =。假如高分子的体积很小，远远小于所有的空洞尺寸，则淋出体积。i e V V V +=0假如高分子的体积是中等大小，则高分子可进入较大的孔而不能进入较小的孔，这样，它不但可以在粒间体积扩散还可以进入部分空洞体积中去，因此它的淋出体积e V 大于0V 而小于（0V V i +），以上说明淋出体积e V 仅仅由高分子尺寸和颗粒的孔的尺寸决定，由此看来，高分子的分离完全是由于
体积排除效应所致，故称为体积排除机理。 一、简答题 1.聚丙烯中碳—碳单链是可以转动的，通过单键的转动能否把全同立构的聚丙烯变为“间 同立构”的聚丙烯？说明理由。 答：不能。全同立构和间同立构是两种不同的立体构型，构型是分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。单键的内旋转只能改变构象不能改变构型。所以通过单键的转动不能把全同立构的聚丙烯变为“间同立构”的聚丙烯。 2.为何采用均方末端距和均方回转半径而不是直接用平均末端距或平均回转半径以及轮 廓长度来描述高分子的尺寸？ 答：因为柔性的高分子链在不断地热运动，它的形态是瞬息万变的，所以只能用平均值来表示，又因为末端距h是矢量，它的数值可正可负，所以要取h得平方的平均
常用塑胶性能测试标准 燃性测试 UL 94*总体可燃性UL94等级是应用最广泛的塑料材料可燃性能标准。它用来评价材料在被点燃后熄灭的能力。根据燃烧速度、燃烧时间、抗滴能力以及滴珠是否燃烧可有多种评判方法。每种被测材料根据颜色或厚度都可以得到许多值。当选定某个产品的材料时，其UL等级应满足塑料零件壁部分的厚度要求。UL等级应与厚度值一起报告，只报告UL等级而没有厚度是不够的。UL 94等级总结： HB厚度<3mm的水平试样缓慢燃烧，燃烧速度<76mm/min。 V-0垂直试样在10秒内停止燃烧；不允许有液滴。 V-1垂直试样在30秒内停止燃烧；不允许有液滴。 V-2垂直试样在30秒内停止燃烧；允许有燃烧物滴下。 5V对试棒燃烧5次，每次火焰都大于V测试中的火焰，每次持续5秒。燃烧在60秒内停止。 5VB试样板被烧穿（产生一个洞）。 5VA试样板未被烧穿（没有产生洞）－UL最高等级。 UL 94 HB*水平测试过程 对可燃性有安全方面的要求时，不允许使用HB材料。通常情况下HB级的材料不能于电器，但机械或装饰品除外。有时，人们会有误解：非FR材料（或没有打算用作FR材料的材料）不会自动满足HB的要求。尽管最不严格，UL 94 HB仍是一个可燃性分类等级，必须经测试检测。 UL 94 V0，V1和V2*垂直测试过程 垂直测试（见图14－17）使用与HB检测中相同的试样。燃烧时间、发光时间、何时开始滴落以及下面的棉花是否被引燃都应注明。燃烧滴落被认为是燃烧扩散的主要原因，也是区分V1与V2的标准。 图14－17 UL 94 V0，V1，V2垂直测试过程 UL 94－5V*垂直测试过程 UL 94－5V是所有UL测试中最严格的（见图14－18）。 图14－18 UL 94－5V垂直测试过程 它包括两个步骤： 步骤一： 垂直安装一个标准可燃性试棒，使其经受五次127mm火焰，每次持续5秒。如果此后试棒燃烧时间短于60秒且液滴不引燃下面的棉花，则通过测试。整个过程要对