第一篇：高分子物理實驗的電子版教案2

實驗6 偏光顯微鏡觀察聚合物的結構

一、目的要求

通過偏光顯微鏡直接觀察，了解聚合物的結晶結構或無定形結構

二、基本原理

聚合物的性能主要決定于它的結構。高分子聚集在一起有兩種主要方式，即結晶態和無定形態。如果高分子鏈在空間三個方向上形成有序排列，這種有規律的排列結構稱為聚合物的結晶態結構；若高分子鏈成為無序排列，則稱為非晶相或稱為無定形結構。

利用普通光學顯微鏡能直接觀察聚合物的外觀結構，如均勻性、粒子的大小及分布等。不含填料和雜質的多數無定形聚合物，在顯微鏡下都是無色清澈透明的。但普通光學顯微鏡只能看到聚合物中的粒子形態，不能鑒別是晶體還是非晶體，而偏光顯微鏡利用晶體與非晶體對偏振光有不同的反應，可以觀察到粒子是晶體還是非晶體。

三、試樣與儀器

1.偏光顯微鏡

偏光顯微鏡的主要結構與普通光學顯微鏡相同，主要有目鏡和物鏡組成，所產生的圖象是樣品放大的倒像。總的放大倍數等于目鏡和物鏡放大倍數的乘積。不同的是偏光顯微鏡比普通光學顯微鏡多加了兩塊偏振鏡。

下偏振鏡位于光源與聚光鏡之間，它的作用是使通過樣品前的自然光變成偏振光，而上偏振鏡位于目鏡與物鏡之間，它的物理作用與下偏振鏡相同。當光線通過上偏振鏡時，如果是具有一定振動方向的偏振光，旋轉上偏振鏡則視場有明暗之別；如果是沒有確定方向的自然光，旋轉上偏振鏡，光都能通過，則視場始終是明亮的，故上偏振鏡又稱檢偏振鏡。

上、下兩偏振鏡的偏振軸相互平行時，光線能全部通過上偏振鏡，視場最亮。上、下兩偏振鏡的偏振軸相互垂直時，光線完全不能通過上偏振鏡，視場最暗。因此，當固定其中一個偏振鏡，把另一個偏振鏡轉動180o，就看到視場有明暗交替出現的現象。

上、下兩偏振鏡的偏振軸相互垂直，便組成所謂“正交偏光鏡”，用偏光顯微鏡觀察聚合物結晶狀態時，通常是在正交偏光鏡下觀察。

在正交偏光鏡下觀察非晶態聚合物時，視場是暗的，這種現象叫消光。把載物臺旋轉360o，消光現象不變，這叫永久消光或全消光（見圖 1 所示），永久消光是非晶態聚合物的固有特征，是區分結晶聚合物和非晶態聚合物的重要依據。

在非晶態聚合物中，光在各個方向的傳播速度是相同的。這是因為非晶態聚合物的分子鏈呈無序排列屬于均勻體，它對于來自于下偏振鏡的偏振光不會改變入射偏光的振動方向，傳至上偏振鏡時，光的振動方向仍然與上偏振鏡允許通過的振動方向互相垂直，光不能通過，故視場呈黑暗。又因非晶體各向同性，故轉動載物臺也不會改變入射光的性質，所以消光現象不變。

在正交偏光鏡下觀察結晶態聚合物時，當轉動載物臺360o，視場出現明暗交替四次（見圖2所示）。四次消光是結晶聚合物的特征。因為結晶聚合物的分子鏈有規律排列，它對來自下偏光鏡的偏光能產生雙折射現象，分解形成兩個互相垂直的偏光，以不同的速度通過結晶聚合物，傳至上偏振鏡時，其中一個偏光與上偏振鏡中允許通過的振動方向相互垂直，光不能通過，而另一個則與上偏振鏡允許通過的振動方向平行，光能通過，則視場明亮，可以看到晶體狀態。當轉動載物臺360o時，由于雙折射而形成的偏振光與上下偏光鏡的振動面有四次平行與垂直，故出現明暗交替四次。

圖1.自然光通過正交偏光

圖2.自然光通過正交偏光 鏡之間非晶態聚合物示意圖

鏡之間晶態聚合物示意圖

2.試樣 PP薄膜。

四、實驗步驟

1.聚合物樣品制備：

制備聚合物薄膜樣品的方法，常用熔融法或溶液法。本實驗采用熔融法，即將少量聚合物放在載玻片上，蓋上蓋玻片，在蓋玻片上施加一定的壓力，放在加熱箱內，逐漸升溫到聚合物的熔點（或熔限）溫度以上，然后自然降溫，降溫速度不要太快，以使晶體長大，直徑達到數百微米，用偏光顯微鏡便可以觀察。

2.在偏光顯微鏡下觀察聚合物的形狀結構：

① 把盛有聚合物的載玻片放在載物臺上，只用一個偏光鏡進行觀察（把下偏振片拖出，只用上偏振鏡），對準焦點，便可觀察到聚合物樣品內部結構的一些特點，例如均勻性、粒子大小及分布情況。

②把下偏振鏡旋入，使上下偏振鏡的偏振軸互相垂直（即處于正交位置），這樣就能在正交偏光鏡下觀察，如果試樣是非晶態聚合物，則整個視場是黑暗的；如果試樣是結晶聚合物，則可看到聚合物晶態的形態，把載物臺選轉360o，則可看到四明四暗的現象。

五、實驗報告要求

1、簡述偏光顯微鏡觀察聚合物結晶結構的實驗原理。

2、明確操作步驟和注意事項。

3、記錄實驗過程中觀察到的現象，結合學過的理論知識分析現象產生原因

六、預習要求

1、弄清實驗原理；

2、了解偏光顯微鏡的結構，操作規程及注意事項。

3、寫好預習報告。

七、實驗注意事項

1、實驗前要認真預習，集中精神聽指導講解，操作時，認真細致，注意安全。

2、同組同學要分工協作。

第二篇：高分子物理實驗的電子版教案5

實驗9 維卡軟化點測定實驗

一、試驗目的

1.測定熱塑材料的維卡軟化點溫度，并掌握其實驗方法； 2.正確使用熱變形、維卡軟化點測定儀，二、實驗原理

無定形高聚物在較低溫度時，整個分子鏈和鏈段只能在平衡位置上振動，此時，聚合物很硬，像玻璃一樣，加上外力只能產生較小的變形，除掉外力，又恢復原狀。這時聚合物是處于玻璃態，當溫度升高到某一溫度，整個分子鏈相對其他分子來說仍然不能運動，但分子內各個鏈段可以運動，通過鏈段運動，分子可以改變形狀，這時在外力作用下，高聚物可以發生很大變形，這時高聚物處于高彈態，再繼續升溫，高聚物整個分子鏈都可以發生位移，高聚物成為可以流動的粘稠態，稱為粘流態。

各種塑料在高溫作用下，所發生的變化是不同的，溫度在很大的程度上影響著塑料各方面的性質，為了測量塑料隨著溫度上升而發生的變形，確定塑料的使用溫度范圍，設計了各種各樣的儀器，規定了許多實驗方法。最常用的是“馬丁耐熱實驗方法”、“維卡軟化實驗方法”、“熱變形溫度實驗方法”。這些方法所測定的溫度，僅僅是該方法規定的載荷大小，施力方式，升溫速度下到達規定的變形值的溫度，而不是這種材料的使用溫度上限。

維卡軟化點溫度指在特定的均勻的升溫速度條件下，施加特定的負載后，橫截面積1mm平頭針刺入塑料試樣中1mm時的溫度。

將被測試樣裝在頂針下面，載荷桿與其垂直，放入熱載體硅油中，裝好百分表，然后用選定的升溫速度開始升溫，用百分表讀取針頭垂直壓入試樣的深度，當該深度達到1mm時，讀取此時的溫度即為維卡軟化點溫度。

2三、實驗設備及條件

XWY-300型熱變形、維卡軟化點溫度測定儀。1.技術參數：

（1）.測試范圍 室溫～120 oC（2）每次測量試樣數量 3件

（3）加熱功率 3000W/200V（4）保溫浴槽等速升溫 A= 5 ? 0.5 oC /6 min B = 12 ? 1.0 oC /6 min(5)靜負載范圍 A=5000 ? 5.0g B = 5000 ? 5.0g(6)變形測量精度 0.01mm(7)液體傳熱介質 硅油或變壓器油 2.結構及工作原理

本機為機電一體化結構，主要由測量控制系統與主機兩部分組成。主機裝有自動提升、保溫浴槽、位移傳感器及溫度傳感器，實現了電控測量、數字顯示、計算機數據處理。3.操作面板使用說明

3LD 電源指示燈； 2STB 工作臺停止； 2SQB 工作臺升； 3SQB 工作臺降； 4LD 加熱指示； 1SQB 加熱啟動按鈕； 1STB 加熱停止按鈕； KK 攪拌機開/停開關。

4.維卡試驗機測控軟件界面說明

（1）溫度顯示框：顯示當前三架位攝氏溫度

（2）（位移顯示框：顯示當前三架位相對零點的位移量

（3）參數顯示框：顯示當前上次試驗以及當前試驗設置的溫升速率以及最高溫限（4）時間顯示框：顯示當前時間以及當前試驗進行時間

（5）態顯示框：顯示三架位溫度傳感器的工作參數以及工作狀態，并在試驗中顯示已經得到的目標溫度數值

（6）圖形顯示框：顯示測試中溫度—位移曲線（7）功能選擇： a)

維卡”“變形”：選擇系統功能狀態，選擇“維卡”功能狀態后，系統進入維卡測試狀態，下面的各項操作功能均為維卡試驗；選擇“變形”功能后，系統進入熱變形測試狀態，下面的各項操作功能均為熱變形測試。b)c)d)

試驗開始：啟動所設定的試驗 實驗終止：中斷所設定的試驗

實驗參數：根據GB-1633以及GB-1634要求，對所作試驗需要的參數，進行設置。其中，試驗序號必須為唯一值，并符合文件名命名規范，它用來對溫度—位移曲線數據進行文件保存。e)

度、位移進行校準 f)g)實驗條件

1.試樣厚度＞3mm，面積＞10mm?10mm要求表面平整光滑。2.加在試樣上面載荷質量為5kg。

結果處理：對上次完成的試驗結果進行報告處理。該項處理應退出：系統退出 當及時進行，當有新的試驗完成后，上次試驗結果將丟失！

系統設置：可以設置統本身的一些參數設置，以及對系統的溫

四、實驗步驟

1.接通電源，使主機和控制系統接通

2.進入控制界面 3.放置試樣 4.維卡測試過程

選擇“維卡”功能，設置實驗數據，啟動實驗，結果處理

實驗參數設置

五、實驗報告要求

1、簡述實驗原理。

2、明確操作步驟和注意事項。

3.列出實驗結果。

六、預習要求

1、弄清實驗原理。

2、了解維卡試驗機結構，操作規程及注意事項（來實驗室進行）。

3.寫好預習報告。

七、實驗注意事項

實驗前要認真預習，集中精神聽指導講解，操作維卡試驗機時，應認真細致，注意安全，維護實驗室秩序。

第三篇：高分子物理實驗總結(加強版)

實驗一 熔體流動速率的測定

塑料熔體流動速率（MFR）：是指在一定溫度和負荷下，塑料熔體每10min通過標準口模的質量。實驗原理：一定結構的塑料熔體，若所測得MFR愈大，表示該塑料熔體的平均分子量愈低，成型時流動性愈好。但此種儀器測得的流動性能指標是在低剪切速率下獲得的，不存在廣泛的應力－應變速率關系。因而不能用來研究塑料熔體粘度與溫度，粘度與剪切速率的依賴關系，僅能比較相同結構聚合物分子量或熔體粘度的相對數值。

（1）為什么要分段取樣？答：分段取樣取平均值能使實驗結果更精確，且利于去除壞點，減小試驗誤差。（2）哪些因素影響實驗結果？舉例說明。答：①標準口模內徑的選擇

不同的塑料應選擇不同的口模內徑，否則實驗誤差較大。②實驗溫度 物料的形態與溫度有關，不同的溫度下，物料的熔體流動速率不同。③負荷 不同負荷下，壓力不同則影響樣條質量。實驗二 掃描電子顯微鏡觀察物質表面微觀結構 背散射電子

背散射電子是被固體樣品中的原子核反彈回來的一部分入射電子，其中包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子。背散射電子來自樣品表層幾百納米的深度范圍，被散射電子系數可用л=KE表示，式中，K，m均為與原子序數有關的常數。因此，它的產額能隨樣品原予序數增大而增多．所以不僅能用作形貌分折，而且可以用來顯示原子序數襯度，定性地用作成分分析。

二次電子

在入射電子束作用下被轟擊出來并離開樣品表面的樣品的核外電子叫做二次電子。

二次電子的能量較低，一般都不超過8×10J（50ev），大多數二次電子只帶有幾個電子伏能量，因此二次電子逃逸深度一般只在表層5－10nm深度范圍內。

二次電子發射系數與入射電子和樣品表面法線夾角а的關系可用σа=σ/cosа表示，可見樣品的棱角、尖峰等處會產生較多的二次電子，因此，二次電子對樣品的表面形貌十分敏感，能非常有效的顯示樣品的表面形貌。二次電子的產額和原子序數之間役有明顯的依賴關系。所以不能用它來進行成分分折。X 射線

當樣品原子的內層電子被入射電子激發或者電離時，原子就會處于能量較高的激發狀態，此時外層電子將向內層躍遷以填補內層電子的空缺。從而使具有特征能量X射線釋放出來。2.2 掃描電子顯微鏡工作原理

掃描電子顯微鏡(SEM)采用聚焦電子束在試樣表面逐點掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號可以是二次電子、背散射電子、特征X 射線或俄歇電子，其中二次電子是最主要的成像信號，用于進行材料的表面形貌分析。

二次電子產生的數量依賴于入射電子束與樣品表面法線的夾角（入射角），而樣品表面形態的變化則會引起入射角的改變，因此，二次電子的產額是樣品表面特征的函數。電子光學系統包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室

四、思考題

m 2.電鏡的固有缺陷有哪幾種？像閃是怎樣產生的？

答，球差，色差，衍色差，像閃。極革化材料加工精度，極革化材料結構和成分不均勻性影響磁飽和，導致場的不均勻性造成像閃。實驗三 聚合物差熱熱重同時熱分析法

差熱分析是在溫度程序控制下測量試樣與參比物之間的溫度差隨溫度變化的一種技術。簡稱DTA差示掃描量熱法是在溫度程序控制下測量試樣相對于參比物的熱流速度隨溫度變化的一種技術。簡稱DSC DTA、DSC在高分子方面的主要用途是：①研究聚合物的相轉變，測定結晶溫度Tc、熔點Tm、結晶度XD、等溫結晶動力學參數。②測定玻璃化轉變溫度Tg。③研究聚合、固化、交聯、氧化、分解等反應，測定反應溫度或反應溫區、反應熱、反應動力學參數。

聚合物DTA曲線或DSC曲線的模式圖分析：當溫度達到玻璃化轉變溫度Tg時，試樣的熱容增大就需要吸收更多的熱量，使基線發生位移。假如試樣是能結晶的，并且處于過冷的非晶狀態，那么在Tg以上可以進行結晶，同時放出大量的結晶熱而產生一個放熱峰。進一步升溫，結晶熔融吸熱，出現吸熱峰。再進一步升溫，試樣可能發生氧化、交聯反應而放熱，出現放熱峰，最后試樣則發生分解，吸熱，出現吸熱峰。

熱重分析法簡稱TGA：它是測定試樣在溫度等速上升時重量的變化，或者測定試樣在恒定的高溫下重量隨時間的變化的一種分析技術。

TG-DTA同時熱分析儀器的主要優點： 1．能方便的區分物理變化和化學變化；

2．TG和DTA曲線分別表示于同一反應的兩重要側面，一一對應，便于比較，相互補充，可得到較為準確的數據；

3．節省人力、時間和開支，也可節省占地面積。思考題

1，影響Tg的因素？答：內因：①主鏈柔性：主鏈柔性越好，Tg越低。②取代基：側基的極性越強，Tg越高：增加分子鏈上極性基團的數量，也能提高聚合物的Tg；取代基位阻增加，分子鏈內旋轉受阻程度增加，Tg升高。③構型：全同結構的Tg較低④分子量:當分子量較低時，聚合物的Tg隨分子量的增加而增加。⑤鏈間的相對作用：高分子鏈間相互作用降低了鏈的活動性，因而Tg增高。

外因：因測量Tg的方式不同，而導致Tg不同。當升溫速率過快事，因聚合物分子量的滯后現象，而引起所測得的Tg偏高。當升溫速率過慢是，所測得的Tg偏低。4同一聚合物樣品，TG測試得到樣品分解溫度及DSC測試得到的玻璃化溫度，結晶溫度晶體熔融溫度等分別在兩次不同的測試下得到的結果有明顯差異，請舉例說明這些差異的原因。答受條件不同，結果也不同，具體因素可能為1，通入氣體的種類即氣氛不同，N2不參與反應，熱效應小，影響不大。2升溫速率不同。累計質量變化能被天平檢測的溫度稱為起始溫度，累計質量變化達到最大的溫度稱為終了溫度，之間的溫度稱為反應區間，如果升溫速率太快反應溫度就會不均勻不能得到準確的峰，相反，試量少一些溫度會相對均勻，就可以得到尖銳的峰形和相對準確的峰溫。3，實驗開始時儀器的校準不準確。4樣品用量的多少。TG中式樣用量多一點好，在側重感相同的情況下，可以得到較高的相對精度。： 實驗五 聚合物的動態力學性能

當樣品受到變化著的外力作用時，產生相應的應變。在這種外力作用下，對樣品的應力?應變關系隨溫度等條件的變化進行分析，即為動態力學分析。6.問題討論

（1）如何通過動態力學分析儀分析共混聚合物兩相相容的情況？ 答：（1）出現一個力學損耗峰，說明兩相完全相容；（2）當出現兩個力學損耗峰，但與兩單一聚合物的力學損耗峰不一致且互相接近時說明兩相不完全相容,（3）當出現兩個力學損耗峰，但與兩單一聚合物的力學損耗峰一致時，說明兩相完全不相容。（2）為什么在玻璃化轉變區內tan?會出現最大值？ 答：聚合物受到變化著的外力作用時產生相應的應變，在玻璃化轉變溫度之前分子鏈很難運動；在玻璃化轉變溫度時，力學損耗達到最大，隨著溫度上升，力學損耗先上升；在玻璃化溫度時達到峰值，然后下降，力學損耗最大時tan?最大。

實驗六 偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶

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對稱的結構，由于是各向異性的，就會產生雙折射的性質。因此，普通的偏光顯微鏡就可以對球晶進行觀察，因為聚合物球晶在偏光顯微鏡的正交偏振片之間呈現出特有的黑十字消光圖形。

光在各向異性介質中傳播時，其傳播速度隨振動方向不同而變化，折射率也隨之改變，一般都發生雙折射，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生干涉現象。

分子鏈的取向排列使球晶在光學性質上是各向異性的，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生消光現象。呈現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Maltase十字的現象可以通過圖1-2來理解。圖中起偏鏡的方向垂直于檢偏鏡的方向（正交）。設通過起偏鏡進入球晶的線偏振光的電矢量OR偏振光方向沿OROR,即

方向。圖1-2 繪出了任意兩個方向上偏振光的折射情況，偏振光通過與分子鏈發生作用，分解為平行于分子鏈η 和分子鏈ε兩部分，由于折光率不同，兩個分量之間有一定的相差。顯然ε和η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向上，η為零，OR

和OE

能夠通過檢偏鏡。由此可見，在起偏鏡的方

=η；在這些方

=ε；在檢偏鏡方向上，ε為零，OR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，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生的一系列消光同心圓環

五、思考題

1.升溫速率對Tm的影響? 答：升溫速率很大時鏈段運動受內摩擦力影響很小，應力很快就松弛掉了，分子鏈活動能力較強，形成的結晶比較完善，完善程度差別也小，故熔點較高，熔融溫度范圍較窄，所以Tm相應提高。

2，降溫速率對結晶溫度的影響？

答；降溫速率越快，結晶溫度越低；降溫速率越慢，隨著熔體粘度的增加，分子鏈的活動性減小，來不及做充分的位置調整，則結晶溫度會停留在較高溫度上。3聚合物捷徑體生長依賴什么條件，在實際生產中如何控制晶體的形態？答：1控制形成速度：將熔體急速冷卻生成較小球晶，緩慢冷卻則生成較大球晶2采用共聚的方法：破壞鏈的均一性和規整性，生成小球晶3外加成核劑可獲得甚至更微小的球晶。實驗七 粘度法測定聚合物的分子量

1，如何測定mark-houwink方程中的參數k，α值？

答：將聚合物式樣進行分級，獲得分子量從小到大比均一的組分，然后測定各組分的平均分子量及特性粘度[η]=kMα，兩邊取對數，作圖得斜率和截距。

實驗八 聚合物的蠕變性能實驗 蠕變：在一定溫度和較小的恒定外力（拉力、壓力或扭力等）作用下、材料的形變隨時間的增加而逐漸增大的現象。

實驗原理：從分子運動和變化的角度來看，蠕變過程包括下面三種形變：當高分子材料受到外力（?）作用時，分子鏈內部鍵長和鍵角立刻發生變化，這種形變量是很小的，稱為普彈形變（?1）。當分子鏈通過鏈段運動逐漸伸展發生的形變，稱為高彈形變（?2）。如果分子間沒有化學交聯，線形高分子間會發生相對滑移，稱為粘性流動（?3）。這種流動與材料的本體粘度（?3）有關。在玻璃化溫度以下鏈段運動的松弛時間很長，分子之間的內摩擦阻力很大，主要發生普彈形變。在玻璃化溫度以上，主要發生普彈形變和高彈形變。當溫度升高到材料的粘流溫度以上，這三種形變都比較顯著。由于粘性流動是不能回復的，因此對于線形高聚物來說，當外力除去后會留下一部分不能回復的形變，稱為永久形變。

蠕變與溫度高低和外力大小有關，溫度過低，外力太小，蠕變很小而且很慢，在短時間內不易覺察；溫度過高、外力過大，形變發展過快，也感覺不出蠕變現象；在適當的外力作用下，通常在高聚物的玻璃化溫度以上不遠，鏈段在外力下可以運動，但運動時受到的內摩擦力又較大，只能緩慢運動，則可觀察到較明顯的蠕變現象。實驗八 邵氏硬度測定

懸臂梁沖擊實驗 1.影響邵氏硬度的內因，外因？

答:①試樣厚度的影響：試樣厚度越小，硬度越大；試樣厚度大，硬度值小。②壓針長度對實驗結果的影響③壓針端部形狀對實驗結果的影響④溫度對實驗結果的影響，橡膠為高分子材料，其硬度值隨環境的變化而變化，溫度高則硬度值低。⑤讀數時間的影響。2.如何從配方和工藝上提高高聚物材料的沖擊強度？

答：配方：加入適量增塑劑，使聚合物鏈段運動能力增加，沖擊強度提高。工藝:適當交聯，使沖擊強度提高；降低球晶大小；進行機械共混；接枝共聚和鏈段共聚。

3硬度試驗中為何對操作時間要求嚴格？經常會觀察到硬度測量計上的讀數結果隨時間而變化，有些變化快，有些變化慢，這樣在不同的時刻讀到的數據也就會出現不同。這種現象產生的主要原因是各種材料應力松弛特性不同所造成，因此為了保證測試結果的一致性在進行硬度測試時須對測試操作時間作嚴格規定。

實驗十二 旋轉粘度計測定聚合物流體的流變性能

實驗原理:將被測溶液充滿在粘度計的外筒和內筒之間，外筒固定，內筒隨電機旋轉。在內筒旋轉地過程中，其表面受到被測物料的作用，同時，電機的賺子也受到同樣地力矩，該力矩傳遞到可動框架并使其偏轉，當偏轉到某一角度時，測量彈簧的力矩和轉動力矩相等而達到平衡，此時的刻度值α由刻度盤讀出，物料的粘度由公式η=Kα得出，流體的流變特性由剪切應力τ對剪切速率Ds作圖即得，η=τ/Ds。實驗十三 動態光散射儀測定乳液粒徑

（一）動態光散射的基本原理

1.粒子的布朗運動Brownian motion導致光強的波動

微小粒子懸浮在液體中會無規則地運動 布朗運動的速度依賴于粒子的大小和媒體粘度，粒子越小，媒體粘度越小，布朗運動越快。

2.動態光散射儀測定乳液粒徑實驗對樣品有哪些要求？

答：基本要求 樣品應該較好的分散在液體媒體中。理想條件下，分散劑應具備以下條件: 透明 和溶質粒子有不同的折光指數 應和溶質粒子相匹配（也就是：不會導致溶脹, 解析或者締合）掌握準確的折光指數和粘度，誤差小于0.5%。干凈且可以被過濾

粒徑下限 依賴于： 粒子相對于溶劑產生的剩余光散射強度 溶質和溶劑折光指數差 樣品濃度 儀器敏感度 激光強度和波長 檢測器敏感度-雪崩式光電二極管 儀器的光學構造

粒徑上限 :動態光散射測量粒子無規則的熱運動/ 布朗運動

若粒子不進行無規則運動，動態光散射無法提供準確粒徑信息 粒子尺寸的上限定義于沉淀行為的開始 因此上限取決于樣品 – 應考慮粒子和分散劑的密度

樣品濃度上限 對于高濃度樣品，由動態光散射測得的表觀尺寸可能會受到不同因素的影響 多重光散射 – 檢測到的散射光經過多個粒子散射

擴散受限 – 其他粒子的存在使得自由擴散受到限制 聚集效應 – 依賴于濃度的聚集效應 應電力作用 –帶電粒子的雙電層相互重疊，因而粒子間有不可忽視的相互作用。這種相互作用將影響平移擴散

連續測試過程中光強的變化及多次測試結果的Z均直徑發生改變說明什么問題？粒子的布朗運動導致光強的波動，散射光強依賴于粒子的大小，小粒子光強波動比較快，在連續測試過程中，光強增強意味著粒子聚集，光強減弱意味著粒子沉淀，粒子溶解，光強無規則變化意味著粒子不穩定（聚集或分離）多次Z均測試結果誤差應在1%-2%之內，Z均直徑增長意味著：粒子聚集，溫度不穩定（粘度隨溫度變化）Z均直徑下降意味著粒子沉淀，粒子溶解溫度不穩定（粘度隨溫度變化）實驗十四 維卡軟化點，熱變形溫度的測定

1．試說明高分子材料耐熱性的含義及表征方法？ 答：高分子材料耐熱性表示在升溫環境中材料抵抗由于自身的物理或化學變化引起變形，軟化，尺寸改變，強度下降，其他性能降低或工作壽命明顯減少等地能力。表征方法分為短時耐熱性試驗和長時耐熱性試驗。

2.試分析維卡軟化點，熱變形溫度測試原理及影響因素？

答;維卡軟化點：對水平支撐并置于熱浴槽中以5℃∕6min或12速率升溫的試樣，用橫截面積1mm2的圓形平頭壓針施加1kg或5kg壓載荷，當針頭壓入試樣深度1mm的溫度，即維卡耐熱溫度。影響因素：①升溫速率 當升溫速率過快，分子鏈運動快，軟化時間越短，維卡軟化點越低②橫截面積 當橫截面積過大時，探針難壓入樣品，導致維卡軟化點越高③壓針形狀

若壓針針頭呈尖形，剛進去樣品越容易導致維卡軟化點越低④壓載荷 壓載荷越大，針頭被壓入樣品越容易，維卡軟化點越低。實驗十五

表面張力及界面張力的測定 1，影響表面張力的因素？

答: ①液體的種類，不同的液體間的分子間作用力不同;分子間作用力大，便面張力就打：水具有較大的表面張力，而油的表面張力較小。②溫度，當溫度升高時，液體分子間引力減小，同時其共存蒸汽的密度加大，表面分子受到液體內部分子的引力減小，受到氣相分子的引力增大，表面張力減小③當溶液中有雜質時，表面張力也會發生變化。2，什么叫牛頓流體?什么叫非牛頓流體？

答：τ=ηr 凡流動行為符合該式的流體稱為牛頓流體。不符合牛頓流動定律的流體為非牛頓流體。

第四篇：高分子物理思考題

高分子物理簡答題

1.同樣是都是高分子材料，在具體用途分類中為什么有的是縣委，有的是塑料，有的是橡膠？同樣是純的塑料薄膜，為什么有的是全透明的，有的是半透明的？

答：

高分子材料的用途分類取決于材料的使用溫度和彈性大小，當材料的使用溫度在玻璃化溫度Tg以下，是塑料，Tg以上則為橡膠，否則會軟化。而透明度的問題在于該材料是否結晶，結晶的塑料薄膜是透明的，非結晶的則不透明或半透明。

2.假若聚丙烯的等規度不高，能不能用改變構想的辦法提高等規度？說明理由。

答：構象：由于單鍵內旋轉而產生的分子在空間的不同形態，稱為構象。

聚丙烯的等規度是由構型不同的異構體所產生的旋光異構所引起的，由于頭-頭鍵接的聚丙烯，其有全同立構、間同立構和無規立構等異構體。而且構型是由分子中由化學鍵所固定的原子在空間的幾何排列，構象僅僅是由于單鍵內旋轉而產生的分子在空間的不同形態。所以當聚丙烯的等規度不高時，用改變構象的方法是無法提高其等規度的，需要破壞化學鍵，改變構型，才能提高等規度。

3.理想的柔性高分子鏈可以用自由連接或高斯鏈模型來描述，但真實高分子鏈在通常情況下并不符合這一模型，原因是什么？這一矛盾是如何解決的？

答：

在采用自由連接鏈或高斯鏈模型描述理想的柔性高分子鏈時，我們假設單鍵在結合時無鍵角的限制，內旋轉時也無空間位阻，但真實高分子鏈不但有鍵角的限制，在內旋轉時也存在空間位阻，因此使真實高分子鏈在通常情況下并不符合這一模型。對于真實高分子鏈我們用等效自由結合鏈來描述，把由若干個相關的鍵組成的一段鏈，算作一個獨立的運動單元，鍵稱作“鏈段”，令鏈段與鏈段自由結合，并且無規取向，這種鏈稱為等效自由結合鏈。

4.高分子溶解過程與小分子相比，有什么不同？

答：

因為聚合物分子與溶劑分子的大小相差懸殊，兩者的分子運動速度差別很大，溶劑分子能比較快的滲透進入高聚物，而高分子向溶劑的擴散卻非常慢，這樣，高聚物的溶解過程要經過兩個階段，現實溶劑分子滲入高聚物內部，是高聚物體積膨脹，稱為溶脹，然后才是高分子均勻分散在溶劑中，形成完全溶解的分子分散的均相體系。整個過程往往需要較長的時間。

5.什么是高分子的理想溶液？塔應該符合哪些條件？

答：

高分子溶液的化學位由理想部分和非理想部分組成，對于高分子溶液即使濃度很稀也不能看做是理想溶液，但是我們可以通過選擇溶劑和溫度來滿足Δμ1E=0的條件，使高分子溶液符合理想溶液的條件，稱其為θ條件，這時的相互作用參數X=1/2.6.解釋本章附錄中聚合物的結構對玻璃化溫度的影響。試各另舉一組例子說明聚合物的著化學結構因素對玻璃化溫度的影響。

答：

（1）

主鏈結構

①

主鏈由飽和單間構成的高聚物：高聚物的內旋轉位壘越低，分子鏈的柔性越大，Tg越低。例如：聚乙烯Tg=-68°C，聚甲醛Tg=-83°C，聚二甲基硅氧烷Tg=-123°C

②

珠簾寨紅引入苯基等芳雜環以后：分子鏈的剛性增大，Tg升高。例如：聚乙烯

Tg=-68°C，聚苯乙烯Tg=100°C

③

主鏈中含有孤立雙鍵的高聚物分子鏈都比較柔順，Tg比較低

④

共軛二烯烴聚合物：由于幾何異構體的存在，分子鏈較剛性的反式異構體有比較高的Tg

（2）

取代基的空間位阻和側擊的柔性

①

一取代烯類聚合物：取代基的體積增大，內旋轉位阻增加，Tg將升高（聚甲基丙烯酸甲酯的側基增大，Tg反而下降）如果有旋光異構體曾在，通常一取代聚烯烴的不同旋光異構體，不表現出Tg的差別

②

1.1-二取代的烯類聚合物：作不對稱取代時，空間位阻增加，Tg講升高，做對稱雙取代是，主鏈內旋轉位壘小于單取代位壘，鏈柔順性增加，Tg下降

（3）

分子間的影響

側基的極性越強，Tg越高。含離子聚合物的離子鍵對Tg的影響很大。一般正離子的半徑越小，或其電荷量越多，Tg越高。

7.鏈的結構對粘度的影響

答：①分子量的影響：高聚物的粘性流動是分子鏈重心沿流動方向位移和鏈間相互劃移的結果。分子量越大，分子鏈所包含的鏈段數就越多，為了實現重心的位移，需要完成的鏈段協同位移就越多，因此高聚物熔體的剪切粘度隨份子兩的升高而增加，對于高聚物一般存在一個臨界分子量Mc，分子量小于Mc時，高聚物熔體的零切粘度與重均分子量成正比；當分子量大于Mc時，零切粘度與重均分子量的3.4次方成正比，這是由于分子量的纏結作用引起的，Mc值與分子結構有關，如果鏈的剛性增加，纏結傾向會減少，Mc值會偏大。

②

分子量分布的影響：分子量分布較窄的單分散高聚物，剪切粘度主要由重均分子量決定。在臨界分子量Mc以上，粘度與重均分子量的3.4次方成正比，因此對分子量分布較寬的多分散試驗，高分子量部分的影響遠大于低分子量的部分，重均分子量相同的試樣，寬分布的比單分散的試樣有較高的零切粘度。

③

其他結構因素的影響：凡能使Tg升高的因素，也使粘度升高，柔性鏈的粘度比剛性鏈的粘度低。極性高聚物，分子間作用力強，熔融粘度大。

聚乙烯與聚甲基丙烯酸甲酯想必，PMMA的分子間力和空間位阻均大于聚乙烯，所以粘度也大于他

8.溫度對不同高聚物粘度的影響：溫度升高，熔體的自由體積增加，鏈段的活動能力增加，分子間的作用力減弱，使高聚物的流動性增大，熔體的粘度隨溫度升高以指數方式降低，lnη=lnA+ΔEη/RT。一般分子鏈越剛性，或分子間作用力越大，則活化能越高，聚合物的粘度對溫度越敏感。聚乙烯和PMMA比，PMMA的粘度大于聚乙烯，溫度影響的敏感性也比較大。

9.什么叫高分子的構型，什么叫高分子的構象？假若聚丙烯的等規度不高，能不能改變構象的方法提高其等規度？

答：不能。構象是由于單鍵內旋轉而引起，而構型是由于化學鍵所固定的原子在空間的排列。提高聚丙烯的等規度須改變構型，而改變構型與改變構象的方法根本不同。構象是圍繞單鍵內旋轉所引起的排列變化，改變構象只需克服單鍵內旋轉位壘即可實現；而改變構型必須經過化學鍵的斷裂才能實現。

10.能否用蒸餾的方法提純高分子化合物？為什么

答：不能，由于高分子化合物分子間作用力往往超過高分子主鏈內的鍵合力，所以當溫度升高達氣化溫度以前，就發生主鏈的斷裂或分解，從而破壞了高分子化合物的化學結構，因此不能。

11.高分子的θ溶液與理想溶液有哪些相似之處及不同之處？

答：θ溶液的自由能和熱力學性質與理想溶液相似，但高分子θ溶液：是指高分子稀溶液在θ溫度下（Flory溫度），分子鏈段間的作用力，分子鏈段與溶劑分子間的作用力，溶劑分子間的作用力恰好相互抵消，形成無擾狀態的溶液。

此時高分子—溶劑相互作用參數為1/2,內聚能密度為0.而理想溶液三個作用力都為0，而θ溶液三個作用力都不為0，只是合力為0。

12.結晶聚合物為什么會存在容限？它與聚合物的結晶形成的溫度存在什么關系？

答：結晶聚合物熔融時出現邊熔融邊升溫的現象是由于結晶聚合物中含有完善程度的晶體，比較不完善的晶體將在較低溫度下熔融，而比較完善的晶體則需要較高的溫度下才能熔融，因而出現較寬的溫度范圍。

13有兩種乙烯和丙烯的共聚物，其組成相同，但其中一種室溫時是橡膠狀的，一直到溫度降至-70°C時才變硬，另一種室溫時缺是硬而韌又不透明的材料，試解釋它們內在結構上的差別？

前者是無規共聚物，丙烯上的甲基在分子鏈上是無規排列的，這樣在晶格中分子鏈難以堆砌整齊，所以得到一個無定形的橡膠狀的透明聚合物，后者是乙烯和有規立構聚丙烯的嵌段共聚物，乙烯和丙烯的嵌段分別形成自己的晶格，形成部分共晶，從而是硬而韌的塑料，且不透明。

14.解釋高彈形變與強迫高彈形變之間的相同點及不同點。

答：高彈性：聚合物處于高彈態，受到外力作用后，柔性的高分子鏈可以伸展或蜷曲，產生很大的變形，但高分子鏈之間不產生滑移，外力除去后形變會完全回復；強迫高彈形變，玻璃態高聚物在的外力作用下發生的大形變，其本質跟高彈形變一樣，但表現的形式卻有差別，為了與普通的高彈形變區別開來，通常稱為強迫高彈形變。本質相同：都是鏈段運動,不同：強迫高彈形變外力除去不能自動回復，需要加熱，受外力要大的多，發生在Tb－Tg之間。

15.要使脆性較大的聚合物增韌，又不至于過多地降低材料的模量和強度，采用什么方法，舉例說明。

采用增加非晶相（橡膠相），使共混物或接枝共聚物形成兩項結構，即剛性的聚合物成連續相，橡膠為分散相。這樣，當受到沖擊時，橡膠相可以有效的沖擊能量，使韌性增加，如：高抗沖聚苯乙烯（HIPS）是橡膠粒子與聚苯乙烯接枝共聚，形成橡膠粒子包含在聚苯乙烯中的材料。

16.拉伸一根橡皮筋，迅速放到嘴唇上，你會感受到橡皮筋變熱還是變冷，試解釋？

答：橡膠彈性是熵彈性，回彈動力是熵增，在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態變為伸展狀態，熵減小，放熱；放手即外力移去，分子鏈由伸展再回復卷曲狀態，熵增加，吸熱。

17.解釋為什么PE和聚四氟乙烯的內聚能相差不多，而熔點相差很大。

解：PE與PTFE都是非極性高分子，分子間作用力差不多，即ΔH差不多。但由于氟原子電負性很強，氟原子間的斥力很大，分子鏈的內旋轉很困難，分子剛性很大，從而ΔS很小，Tm很高。

18.由丙烯得到的全同立構聚丙烯有無旋光性?

答：高分子鏈雖然含有許多不對稱碳原子，但由于內消旋或外消旋作用，即使空間規整性很好的高聚物，也沒有旋光性。

19.解釋為什么尼龍6在室溫下可溶解在某些溶劑中，而線性的聚乙烯在室溫下卻不能?

解：首先說明尼龍和聚乙烯都是結晶性的聚合物，其溶解首先要使晶區熔融才能溶解。而尼龍是極性的聚合物，如果置于極性溶劑之中，和極性的溶劑作用會放出熱量從而使晶區熔融，繼而溶解。聚乙烯是非極性的聚合物，要使其晶區熔融只能升溫至其熔點附近，然后溶于適當的溶劑中才能溶解。所以聚乙烯在常溫下不能溶解在溶劑之中。

20.什么熱機械曲線上的轉折不如

明晰?

答：因為Tf與相對分子質量有關（1分），隨相對分子質量增加，Tf持續增加（1分）。而高分子的相對分子質量存在多分散性（1分）。使Tf沒有明晰的轉折，而往往是一個較寬的軟化區域。

21.說明高聚物中兩種斷裂的特點，并畫出兩種斷裂的應力-應變曲線。

解：高聚物的破壞有兩種形式，脆性斷裂和韌性斷裂。脆和韌是借助日常生活用語，沒有確切的科學定義，只能根據應力-應變曲線和斷面的外貌來區分。若深入研究，兩種有以下不同：

（1）韌性斷裂特點：斷裂前對應塑性；沿長度方向的形變不均勻，過屈服點后出現細頸，斷裂伸長（）較大；斷裂時有推遲形變，應力與應變呈非線性，斷裂耗能大；斷裂面粗糙無凹槽；斷裂發生在屈服點后，一般由剪切分量引起，對應的分子運動機理是鏈段的運動。

（2）脆性斷裂：斷裂前對應彈性；沿長度方向形變均勻，斷裂伸長率一般小于5％；斷裂時無推遲形變，應力-應變曲線近線性，斷裂能耗小；斷裂面平滑有凹槽；斷裂發生在屈服點前；一般由拉伸分量引起的；對應的分子機理是化學鍵的破壞。脆性斷裂與韌性斷裂的應力-應變曲線見圖

22.苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）不溶于戊烷（δ=14.5）也不溶于乙酸乙酯（δ=18.6），但是可溶于以上兩溶劑1：1的混合體系里，為什么？

答;

戊烷（δ=14.5）和乙酸乙酯（δ=18.6）的溶度參數與苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度參數值相差分別為2和2.1，相差較大，所以不能溶解.。

當兩種溶劑1：1的混后，混合溶劑的溶度參數為：

（14.5＋18.6）/2＝16.55

與苯乙烯—丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度參數值相差僅為0.05，所以能夠溶解在混合溶劑里。）

第五篇：東北林業大學 高分子物理階段-2小結

高分子物理階段考試-2小結（2013.11.11）

部分試題參考答案

一、單項選擇題（每題2分，共計20分）

3、Flory對高分子物理的貢獻包括（c）

A、結晶聚合物結構模型 B、自由體積理論

C、Θ狀態

5、對于給定相對分子量的某一聚合物，在何時溶液的粘度最大（A）A、線形高分子鏈溶于良溶劑中 B、支化高分子鏈溶于良溶劑中 C、線形高分子鏈溶于不良溶劑中

8、PMMA的玻璃化轉變過程和PE熔融過程分別是（C）A、都是力學狀態轉變過程 B、都是熱力學相變過程

C、前者是力學狀態轉變過程，后者是熱力學相變過程

9、測定玻璃化轉變溫度Tg時，降溫速度變慢，Tg將（B）A、變高

B、變低 C、不變

10、下列聚合物在各自的良溶劑中，常溫下不能溶解的是：（B）-非極性晶態聚合物

A、聚甲基丙烯酸甲酯

B、聚乙烯

C、聚苯乙烯

二、判斷題（每題1分，共計10分）

1、高分子Θ溶液是理想溶液。（×）

2、高分子與溶劑混合時，混合體系的體積會增大。（×）

3、高分子溶液的比濃粘度、比濃對數粘度、特性粘數都與溶液的濃度有關。（×）

9、聚合物在良溶劑中，高分子線團處于松散、伸展狀態，溶液的粘度大。（∨）

10、當高分子稀溶液處于Θ狀態時，其化學位為零。（×）

三、名詞解釋（每題2分，共計20分）

1.哈金斯參數χ：描述聚合物鏈段與溶劑分子間相互作用的一種參數，測定特性粘度時得到。

第二維利系數A2：描述聚合物鏈段與溶劑分子間相互作用的一種參數，通過光散射或滲透壓測量。

2.特性粘數[η]：增比粘度外推至濃度是零處的極限或對數比濃粘度外推至濃度為零處的極限值。

擴張因子Χ：表示高分子鏈擴張程度的物理量。

3.松弛過程：聚合物在外界條件改變或受到外力作用時，通過分子運動從一種平衡態過渡到另一種平衡態，需要較長時間才能完成，這個過程稱為松弛過程。

松弛時間：聚合物在完成松弛過程中形變恢復到原來的63.2%（1/e）所需的時間。4.玻璃化轉變：非晶態的堅硬固體與柔韌狀態之間的轉變。

次級轉變：玻璃化溫度以下側基、支鏈等小尺寸運動單元的運動。5.主期結晶：聚合物結晶過程中球晶獨立生長階段。

次期結晶：結晶后期由于球晶相遇而影響生長的結晶階段。

四、簡答題（每題6分，共計30分）

1、（1）玻璃態：鏈段凍結，小尺寸運動單元和鍵長及鍵角的運動。受到外力后形變小，形變與外力大小成正比，模量約10帕，外力去除形變恢復。（2）玻璃-橡膠轉變區：鏈段以協同方式運動，改變構象。模量下降1000倍，聚合物行為與皮革相似。（3）橡膠-彈性平臺區：鏈段運動，模量下降為10帕，聚合物呈現橡膠彈性，形變回復需要一定時間。（4）橡膠流動區：長鏈分子由于纏結視松弛時間長短是否流動，呈現橡膠彈性和流動性。實驗時間

69短，物理纏結來不及松弛，表現橡膠行為；實驗時間長，發生解纏結作用，分子鏈滑移產生流動。（5）液體流動區：大分子鏈通過鏈段的定向協同運動產生位移，從而產生形變。形變隨時間的發展而發展，且不可回復。——注：分子運動和力學狀態（答出運動單元和力學特征如模量和形變特征）。

2、（1）非晶態聚合物：溶劑分子滲入聚合物內部使高分子體積膨脹——溶脹，高分子分散在溶劑中混合——溶解。（2）交聯聚合物：由于交聯鍵的存在只能溶脹而不能溶解。（3）結晶聚合物：溶解經過結晶聚合物的熔融和熔融聚合物的溶解。對于非極性的結晶聚合物，常溫不溶解只能加熱至熔點附近溶解；極性結晶聚合物可以選擇適合的極性溶劑室溫溶解。

4、（1）玻璃化轉變(Tg)：熵增，鏈段運動使大分子鏈構象數增加。（2）熔融轉變（Tm）：熵增，晶格破壞混亂度增加。

（3）形成晶體：熵減，大分子鏈有序規整排列構象數減少。（4）拉伸取向：熵減，有序擇優排列構象數減少。

5、PE< PP< PET< PTFE。PTFE由于氟原子電負性很強，氟原子斥力很大，分子鏈內旋轉很困難，熔融熵ΔS很小，熔點Tm很高；PET由于酯基的極性，分子間作用力很大，熔融焓ΔH大，又由于主鏈含有芳環，剛性較大，ΔS較小，所以熔點Tm較高；PP由于側甲基的空間阻礙，增加剛性，ΔS較小，熔點Tm較PE高。