高分子研究方法-m.ppt
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高分子研究方法-m.ppt
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高分子材料研究方法,主讲人:
麦东东,化工学院高分子系,一、课程基本信息,1、先修课程:
2、面向对象:
应用化学、化学工程、材料科学与工程等相关专业。
3、学习目的:
学会应用现代分析技术对高分子结构和性能进行研究分析,从而掌握高分子结构和性能的研究方法。
培养综合分析问题、理论联系实际分析、解决问题的能力,为以后从事高分子科学及相关学科的研究打下坚实的基础。
聚合物近代仪器分析方法是指应用近代实验技术,特别是各种近代仪器分析方法,分析测试高分子材料的组成,微观结构和宏观性能之间的内在联系以及高聚物的合成反应及在加工过程中结构的变化等。
高分子材料一般是指高聚物或以高聚物为主要成分,加入各种有机或无机添加剂,再经过加工成型的材料。
近代仪器分析工作对高分子工作者的要求:
了解近代仪器分析方法基本原理,能正确选择分析方法和提出合理的分析要求。
了解各种近代仪器分析技术对高分子样品的要求,提供合适的样品。
判断分析结果的准确性和掌握谱图所提供的信息。
3、教学参考书:
高分子近代测试分析技术,曾辛荣主编,华南理工大学出版社聚合物近代仪器分析,汪昆华,罗传秋主编,清华大学出版社,1绪论,1.1高聚物的结构特点高聚物是由许多巨大的分子组成的。
这些大分子又是由成千上万个原子以共价键连接起来的,而且可以看出其中有许多重复的结构单元。
某些高聚物的结构单元是完全一致的(均聚),但另一些则是由两种或两种以上的结构单元混合组成(共聚),同时大分子之间又有各种联系。
高分子的结构:
一次结构(近程结构)二次结构(远程结构)三次结构(聚集态结构),1、链结构:
链中原子或基团的几何排列;高分子的链结构:
一次结构(近程结构):
组成、构型、均聚、共聚、支化、交联、分子量二次结构(远程结构):
高分子在空间存在的各种形态-构象:
无规线团、折叠链、螺旋链2、聚集态结构:
三次结构:
大分子与大分子间的几何排列:
晶态、非晶态、液晶态、取向、复合、共混改性等多相结构(织态结构),1.1.1高分子结构的内容,大分子的化学组成,均聚或共聚、大分子的相对分子质量、链状分子的形态如直链、支链、交联及大分子的立体构型(如全同、间同、无规、顺式、反式等),单个大分子的形态。
如:
无规线团、折叠链、螺旋链等,具有不同二次结构的单个大分子聚集在一起形成不同的聚集态结构。
如:
无规线团胶团、线团交缠、缨束状结构、折叠链晶体等。
指三次结构以及与其它物质构成尺寸更大的结构,如:
由折叠链形成的片晶构成球晶;嵌段或接枝共聚物和共混高聚物形成具有微区分相的结构;此外还有添加填料或纤维的复合材料等。
高次结构:
1.2高聚物的形态及其行为结构是材料物理和力学性质的基础,但即使同一种结构已确定的物质,由于处在不同的状态,其分子运动方式不同,显示出不同的物理和力学性能。
高聚物由于结构形态的复杂性,导致分子运动单元的多重性,从而使其状态依赖温度和时间两个参数。
如:
温度依赖性:
由于温度升高,其分子的热运动程度和运动的空间增大,高聚物从玻璃态高弹态粘流态变化。
对应侧基或链节运动,链段运动,大分子整体运动,时间的依赖性:
外力使高聚物从一个平衡状态通过分子运动到另一个状态需要一个时间,称为松弛时间。
当外力作用的时间比高聚物的链段转变的松弛时间短很多,表现为玻璃态,反之表现为高弹态。
高聚物时间模量图,由于高分子具有时间和温度的依赖关系,其力学性能表现出粘弹性行为。
总之,必须借助现代仪器研究高聚物的结构与性能关系。
2、高分子研究方法的研究对象,高分子结构的研究高聚物分子运动的研究高分子性能的研究,2.1高聚物结构的测定方法聚合物结构分析的方法很多,对于分析不同尺度大小的聚合物结构单元,应选用适当的测试工具和分析方法。
测定链结构的方法有X-射线衍射、电子衍射法、裂解色谱-质谱、紫外吸收光谱、红外吸收光谱、拉曼光谱、核磁共振法、荧光光谱、电子能谱等。
测定聚集态结构的方法有X-射线小角散射、电子衍射法、电子显微镜(TEM、SEM)、光学显微镜、原子力显微镜等。
测定结晶度的方法有X-射线衍射法、电子衍射法、红外吸收光谱、密度法、热分析等。
测定高聚物分子链整体的结构形态可分四部分:
相对分子质量的测定方法有溶液光散射法、凝胶渗透色谱法(GPC)、粘度法、扩散法、超速离心法、渗透压法、沸点升高法、端基滴定法等支化度的测定方法有化学反应法、红外光谱法、凝胶渗透色谱法、粘度法交联度测定方法有溶胀法、力学测量法(模量)等相对分子质量分布的测定方法有凝胶渗透色谱法、分级沉淀法、超速离心法等,转变(松弛):
高分子从某种模式分子的运动状态改变到另一种平衡模式的分子运动状态,称为转变或松弛。
1体积变化:
膨胀计法;2热力学性质:
热力学性质的变化(H、G、导热系数),差热分析(DTA)、差热扫描量热法(DSC)。
3力学性质:
热机械法;应力松弛法;动态力学法;4电磁性质:
介电松弛;核磁共振。
2.2高聚物的分子运动,2.3高聚物性能的测定性能是结构在一定条件下的反应,高聚物的性能主要是指直接为生产使用服务的性质,这些表征材料某一性质的物理参数,对控制产品质量,了解加工性能和使用范围,评价和应用新型材料,研究结构与性能的关系有着重要的意义。
1力学性能:
强度、模量、形变静态万能材料试验机:
应力松弛仪;蠕变仪;摆锤冲击机;落锤冲击机动态力学万能材料试验机:
动态粘弹谱仪;高低频疲劳试验机2粘流行为:
粘度、粘度与切变速率关系、剪切力与切变速率的关系旋转粘度计;熔体指数测定仪;流变仪3电性能:
电阻、介电常数、介电损角正切、击穿电压4热性能:
导热系数、比热、热膨胀系数、耐热性、热分解温度;线膨胀和体膨胀测定仪;量热仪;马丁耐热仪;维卡耐热仪5其它:
热老化性能;自然老化性能,小结:
1高聚物的结构:
一、二、三级结构及高次结构2力学状态:
玻璃态、高弹态、粘流态3测定方法:
链结构测定:
IR、Raman、NMR、UV、XRD聚集态分析:
SEM、TEM、AFM、X-Ray分子运动:
转变、松弛有关的参数;材料性能测定:
力、热、电、粘流态等,光谱分析(红外光谱、紫外光谱)核磁共振(氢谱,碳谱)热分析(差示扫描量热法,热重分析)动态力学分析(DMA)电子显微镜分析(TEM、SEM),本课程学习的分析测试方法主要有:
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