高分子物理实验的电子版教案2

第一篇：高分子物理实验的电子版教案2

实验6 偏光显微镜观察聚合物的结构

一、目的要求

通过偏光显微镜直接观察，了解聚合物的结晶结构或无定形结构

二、基本原理

聚合物的性能主要决定于它的结构。高分子聚集在一起有两种主要方式，即结晶态和无定形态。如果高分子链在空间三个方向上形成有序排列，这种有规律的排列结构称为聚合物的结晶态结构；若高分子链成为无序排列，则称为非晶相或称为无定形结构。

利用普通光学显微镜能直接观察聚合物的外观结构，如均匀性、粒子的大小及分布等。不含填料和杂质的多数无定形聚合物，在显微镜下都是无色清澈透明的。但普通光学显微镜只能看到聚合物中的粒子形态，不能鉴别是晶体还是非晶体，而偏光显微镜利用晶体与非晶体对偏振光有不同的反应，可以观察到粒子是晶体还是非晶体。

三、试样与仪器

1.偏光显微镜

偏光显微镜的主要结构与普通光学显微镜相同，主要有目镜和物镜组成，所产生的图象是样品放大的倒像。总的放大倍数等于目镜和物镜放大倍数的乘积。不同的是偏光显微镜比普通光学显微镜多加了两块偏振镜。

下偏振镜位于光源与聚光镜之间，它的作用是使通过样品前的自然光变成偏振光，而上偏振镜位于目镜与物镜之间，它的物理作用与下偏振镜相同。当光线通过上偏振镜时，如果是具有一定振动方向的偏振光，旋转上偏振镜则视场有明暗之别；如果是没有确定方向的自然光，旋转上偏振镜，光都能通过，则视场始终是明亮的，故上偏振镜又称检偏振镜。

上、下两偏振镜的偏振轴相互平行时，光线能全部通过上偏振镜，视场最亮。上、下两偏振镜的偏振轴相互垂直时，光线完全不能通过上偏振镜，视场最暗。因此，当固定其中一个偏振镜，把另一个偏振镜转动180º，就看到视场有明暗交替出现的现象。

上、下两偏振镜的偏振轴相互垂直，便组成所谓“正交偏光镜”，用偏光显微镜观察聚合物结晶状态时，通常是在正交偏光镜下观察。

在正交偏光镜下观察非晶态聚合物时，视场是暗的，这种现象叫消光。把载物台旋转360º，消光现象不变，这叫永久消光或全消光（见图 1 所示），永久消光是非晶态聚合物的固有特征，是区分结晶聚合物和非晶态聚合物的重要依据。

在非晶态聚合物中，光在各个方向的传播速度是相同的。这是因为非晶态聚合物的分子链呈无序排列属于均匀体，它对于来自于下偏振镜的偏振光不会改变入射偏光的振动方向，传至上偏振镜时，光的振动方向仍然与上偏振镜允许通过的振动方向互相垂直，光不能通过，故视场呈黑暗。又因非晶体各向同性，故转动载物台也不会改变入射光的性质，所以消光现象不变。

在正交偏光镜下观察结晶态聚合物时，当转动载物台360º，视场出现明暗交替四次（见图2所示）。四次消光是结晶聚合物的特征。因为结晶聚合物的分子链有规律排列，它对来自下偏光镜的偏光能产生双折射现象，分解形成两个互相垂直的偏光，以不同的速度通过结晶聚合物，传至上偏振镜时，其中一个偏光与上偏振镜中允许通过的振动方向相互垂直，光不能通过，而另一个则与上偏振镜允许通过的振动方向平行，光能通过，则视场明亮，可以看到晶体状态。当转动载物台360º时，由于双折射而形成的偏振光与上下偏光镜的振动面有四次平行与垂直，故出现明暗交替四次。

图1.自然光通过正交偏光

图2.自然光通过正交偏光 镜之间非晶态聚合物示意图

镜之间晶态聚合物示意图

2.试样 PP薄膜。

四、实验步骤

1.聚合物样品制备：

制备聚合物薄膜样品的方法，常用熔融法或溶液法。本实验采用熔融法，即将少量聚合物放在载玻片上，盖上盖玻片，在盖玻片上施加一定的压力，放在加热箱内，逐渐升温到聚合物的熔点（或熔限）温度以上，然后自然降温，降温速度不要太快，以使晶体长大，直径达到数百微米，用偏光显微镜便可以观察。

2.在偏光显微镜下观察聚合物的形状结构：

① 把盛有聚合物的载玻片放在载物台上，只用一个偏光镜进行观察（把下偏振片拖出，只用上偏振镜），对准焦点，便可观察到聚合物样品内部结构的一些特点，例如均匀性、粒子大小及分布情况。

②把下偏振镜旋入，使上下偏振镜的偏振轴互相垂直（即处于正交位置），这样就能在正交偏光镜下观察，如果试样是非晶态聚合物，则整个视场是黑暗的；如果试样是结晶聚合物，则可看到聚合物晶态的形态，把载物台选转360º，则可看到四明四暗的现象。

五、实验报告要求

1、简述偏光显微镜观察聚合物结晶结构的实验原理。

2、明确操作步骤和注意事项。

3、记录实验过程中观察到的现象，结合学过的理论知识分析现象产生原因

六、预习要求

1、弄清实验原理；

2、了解偏光显微镜的结构，操作规程及注意事项。

3、写好预习报告。

七、实验注意事项

1、实验前要认真预习，集中精神听指导讲解，操作时，认真细致，注意安全。

2、同组同学要分工协作。

第二篇：高分子物理实验的电子版教案5

实验9 维卡软化点测定实验

一、试验目的

1.测定热塑材料的维卡软化点温度，并掌握其实验方法； 2.正确使用热变形、维卡软化点测定仪，二、实验原理

无定形高聚物在较低温度时，整个分子链和链段只能在平衡位置上振动，此时，聚合物很硬，像玻璃一样，加上外力只能产生较小的变形，除掉外力，又恢复原状。这时聚合物是处于玻璃态，当温度升高到某一温度，整个分子链相对其他分子来说仍然不能运动，但分子内各个链段可以运动，通过链段运动，分子可以改变形状，这时在外力作用下，高聚物可以发生很大变形，这时高聚物处于高弹态，再继续升温，高聚物整个分子链都可以发生位移，高聚物成为可以流动的粘稠态，称为粘流态。

各种塑料在高温作用下，所发生的变化是不同的，温度在很大的程度上影响着塑料各方面的性质，为了测量塑料随着温度上升而发生的变形，确定塑料的使用温度范围，设计了各种各样的仪器，规定了许多实验方法。最常用的是“马丁耐热实验方法”、“维卡软化实验方法”、“热变形温度实验方法”。这些方法所测定的温度，仅仅是该方法规定的载荷大小，施力方式，升温速度下到达规定的变形值的温度，而不是这种材料的使用温度上限。

维卡软化点温度指在特定的均匀的升温速度条件下，施加特定的负载后，横截面积1mm平头针刺入塑料试样中1mm时的温度。

将被测试样装在顶针下面，载荷杆与其垂直，放入热载体硅油中，装好百分表，然后用选定的升温速度开始升温，用百分表读取针头垂直压入试样的深度，当该深度达到1mm时，读取此时的温度即为维卡软化点温度。

2三、实验设备及条件

XWY-300型热变形、维卡软化点温度测定仪。1.技术参数：

（1）.测试范围 室温～120 ºC（2）每次测量试样数量 3件

（3）加热功率 3000W/200V（4）保温浴槽等速升温 A= 5  0.5 ºC /6 min B = 12  1.0 ºC /6 min(5)静负载范围 A=5000  5.0g B = 5000  5.0g(6)变形测量精度 0.01mm(7)液体传热介质 硅油或变压器油 2.结构及工作原理

本机为机电一体化结构，主要由测量控制系统与主机两部分组成。主机装有自动提升、保温浴槽、位移传感器及温度传感器，实现了电控测量、数字显示、计算机数据处理。3.操作面板使用说明

3LD 电源指示灯； 2STB 工作台停止； 2SQB 工作台升； 3SQB 工作台降； 4LD 加热指示； 1SQB 加热启动按钮； 1STB 加热停止按钮； KK 搅拌机开/停开关。

4.维卡试验机测控软件界面说明

（1）温度显示框：显示当前三架位摄氏温度

（2）（位移显示框：显示当前三架位相对零点的位移量

（3）参数显示框：显示当前上次试验以及当前试验设置的温升速率以及最高温限（4）时间显示框：显示当前时间以及当前试验进行时间

（5）态显示框：显示三架位温度传感器的工作参数以及工作状态，并在试验中显示已经得到的目标温度数值

（6）图形显示框：显示测试中温度—位移曲线（7）功能选择： a)

维卡”“变形”：选择系统功能状态，选择“维卡”功能状态后，系统进入维卡测试状态，下面的各项操作功能均为维卡试验；选择“变形”功能后，系统进入热变形测试状态，下面的各项操作功能均为热变形测试。b)c)d)

试验开始：启动所设定的试验 实验终止：中断所设定的试验

实验参数：根据GB-1633以及GB-1634要求，对所作试验需要的参数，进行设置。其中，试验序号必须为唯一值，并符合文件名命名规范，它用来对温度—位移曲线数据进行文件保存。e)

度、位移进行校准 f)g)实验条件

1.试样厚度＞3mm，面积＞10mm10mm要求表面平整光滑。2.加在试样上面载荷质量为5kg。

结果处理：对上次完成的试验结果进行报告处理。该项处理应退出：系统退出 当及时进行，当有新的试验完成后，上次试验结果将丢失！

系统设置：可以设置统本身的一些参数设置，以及对系统的温

四、实验步骤

1.接通电源，使主机和控制系统接通

2.进入控制界面 3.放置试样 4.维卡测试过程

选择“维卡”功能，设置实验数据，启动实验，结果处理

实验参数设置

五、实验报告要求

1、简述实验原理。

2、明确操作步骤和注意事项。

3.列出实验结果。

六、预习要求

1、弄清实验原理。

2、了解维卡试验机结构，操作规程及注意事项（来实验室进行）。

3.写好预习报告。

七、实验注意事项

实验前要认真预习，集中精神听指导讲解，操作维卡试验机时，应认真细致，注意安全，维护实验室秩序。

第三篇：高分子物理实验总结(加强版)

实验一 熔体流动速率的测定

塑料熔体流动速率（MFR）：是指在一定温度和负荷下，塑料熔体每10min通过标准口模的质量。实验原理：一定结构的塑料熔体，若所测得MFR愈大，表示该塑料熔体的平均分子量愈低，成型时流动性愈好。但此种仪器测得的流动性能指标是在低剪切速率下获得的，不存在广泛的应力－应变速率关系。因而不能用来研究塑料熔体粘度与温度，粘度与剪切速率的依赖关系，仅能比较相同结构聚合物分子量或熔体粘度的相对数值。

（1）为什么要分段取样？答：分段取样取平均值能使实验结果更精确，且利于去除坏点，减小试验误差。（2）哪些因素影响实验结果？举例说明。答：①标准口模内径的选择

不同的塑料应选择不同的口模内径，否则实验误差较大。②实验温度 物料的形态与温度有关，不同的温度下，物料的熔体流动速率不同。③负荷 不同负荷下，压力不同则影响样条质量。实验二 扫描电子显微镜观察物质表面微观结构 背散射电子

背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围，被散射电子系数可用л=KE表示，式中，K，m均为与原子序数有关的常数。因此，它的产额能随样品原予序数增大而增多．所以不仅能用作形貌分折，而且可以用来显示原子序数衬度，定性地用作成分分析。

二次电子

在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子。

二次电子的能量较低，一般都不超过8×10J（50ev），大多数二次电子只带有几个电子伏能量，因此二次电子逃逸深度一般只在表层5－10nm深度范围内。

二次电子发射系数与入射电子和样品表面法线夹角а的关系可用σа=σ/cosа表示，可见样品的棱角、尖峰等处会产生较多的二次电子，因此，二次电子对样品的表面形貌十分敏感，能非常有效的显示样品的表面形貌。二次电子的产额和原子序数之间役有明显的依赖关系。所以不能用它来进行成分分折。X 射线

当样品原子的内层电子被入射电子激发或者电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺。从而使具有特征能量X射线释放出来。2.2 扫描电子显微镜工作原理

扫描电子显微镜(SEM)采用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子、特征X 射线或俄歇电子，其中二次电子是最主要的成像信号，用于进行材料的表面形貌分析。

二次电子产生的数量依赖于入射电子束与样品表面法线的夹角（入射角），而样品表面形态的变化则会引起入射角的改变，因此，二次电子的产额是样品表面特征的函数。电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室

四、思考题

m 2.电镜的固有缺陷有哪几种？像闪是怎样产生的？

答，球差，色差，衍色差，像闪。极革化材料加工精度，极革化材料结构和成分不均匀性影响磁饱和，导致场的不均匀性造成像闪。实验三 聚合物差热热重同时热分析法

差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。简称DTA差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试样相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术。简称DSC DTA、DSC在高分子方面的主要用途是：①研究聚合物的相转变，测定结晶温度Tc、熔点Tm、结晶度XD、等温结晶动力学参数。②测定玻璃化转变温度Tg。③研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数。

聚合物DTA曲线或DSC曲线的模式图分析：当温度达到玻璃化转变温度Tg时，试样的热容增大就需要吸收更多的热量，使基线发生位移。假如试样是能结晶的，并且处于过冷的非晶状态，那么在Tg以上可以进行结晶，同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。进一步升温，结晶熔融吸热，出现吸热峰。再进一步升温，试样可能发生氧化、交联反应而放热，出现放热峰，最后试样则发生分解，吸热，出现吸热峰。

热重分析法简称TGA：它是测定试样在温度等速上升时重量的变化，或者测定试样在恒定的高温下重量随时间的变化的一种分析技术。

TG-DTA同时热分析仪器的主要优点： 1．能方便的区分物理变化和化学变化；

2．TG和DTA曲线分别表示于同一反应的两重要侧面，一一对应，便于比较，相互补充，可得到较为准确的数据；

3．节省人力、时间和开支，也可节省占地面积。思考题

1，影响Tg的因素？答：内因：①主链柔性：主链柔性越好，Tg越低。②取代基：侧基的极性越强，Tg越高：增加分子链上极性基团的数量，也能提高聚合物的Tg；取代基位阻增加，分子链内旋转受阻程度增加，Tg升高。③构型：全同结构的Tg较低④分子量:当分子量较低时，聚合物的Tg随分子量的增加而增加。⑤链间的相对作用：高分子链间相互作用降低了链的活动性，因而Tg增高。

外因：因测量Tg的方式不同，而导致Tg不同。当升温速率过快事，因聚合物分子量的滞后现象，而引起所测得的Tg偏高。当升温速率过慢是，所测得的Tg偏低。4同一聚合物样品，TG测试得到样品分解温度及DSC测试得到的玻璃化温度，结晶温度晶体熔融温度等分别在两次不同的测试下得到的结果有明显差异，请举例说明这些差异的原因。答受条件不同，结果也不同，具体因素可能为1，通入气体的种类即气氛不同，N2不参与反应，热效应小，影响不大。2升温速率不同。累计质量变化能被天平检测的温度称为起始温度，累计质量变化达到最大的温度称为终了温度，之间的温度称为反应区间，如果升温速率太快反应温度就会不均匀不能得到准确的峰，相反，试量少一些温度会相对均匀，就可以得到尖锐的峰形和相对准确的峰温。3，实验开始时仪器的校准不准确。4样品用量的多少。TG中式样用量多一点好，在侧重感相同的情况下，可以得到较高的相对精度。： 实验五 聚合物的动态力学性能

当样品受到变化着的外力作用时，产生相应的应变。在这种外力作用下，对样品的应力应变关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。6.问题讨论

（1）如何通过动态力学分析仪分析共混聚合物两相相容的情况？ 答：（1）出现一个力学损耗峰，说明两相完全相容；（2）当出现两个力学损耗峰，但与两单一聚合物的力学损耗峰不一致且互相接近时说明两相不完全相容,（3）当出现两个力学损耗峰，但与两单一聚合物的力学损耗峰一致时，说明两相完全不相容。（2）为什么在玻璃化转变区内tan会出现最大值？ 答：聚合物受到变化着的外力作用时产生相应的应变，在玻璃化转变温度之前分子链很难运动；在玻璃化转变温度时，力学损耗达到最大，随着温度上升，力学损耗先上升；在玻璃化温度时达到峰值，然后下降，力学损耗最大时tan最大。

实验六 偏光显微镜法观察聚合物球晶

球晶是从一个晶核在三维方向上一齐向外生长而形成的径向对称的结构，由于是各向异性的，就会产生双折射的性质。因此，普通的偏光显微镜就可以对球晶进行观察，因为聚合物球晶在偏光显微镜的正交偏振片之间呈现出特有的黑十字消光图形。

光在各向异性介质中传播时，其传播速度随振动方向不同而变化，折射率也随之改变，一般都发生双折射，分解成振动方向相互垂直，传播速度不同，折射率不同的两条偏振光，而这两束偏振光通过第二个偏振片时只有在与第二偏振轴平行方向的光线可以通过，而通过的两束光由于光程差将会发生干涉现象。

分子链的取向排列使球晶在光学性质上是各向异性的，即在平行于分子链和垂直于分子链的方向上有不同的折光率。在正交偏光显微晶下观察时，在分子链平行于起偏镜或检偏镜或检偏镜的方向上将产生消光现象。呈现出球晶特有的黑十字消光图案（称为Maltase十字）。

球晶在正交偏光显微镜下出现Maltase十字的现象可以通过图1-2来理解。图中起偏镜的方向垂直于检偏镜的方向（正交）。设通过起偏镜进入球晶的线偏振光的电矢量OR偏振光方向沿OROR,即

方向。图1-2 绘出了任意两个方向上偏振光的折射情况，偏振光通过与分子链发生作用，分解为平行于分子链η 和分子链ε两部分，由于折光率不同，两个分量之间有一定的相差。显然ε和η不能全部通过检偏镜，只有振动方向平行于检偏镜方向的分量OF向上，η为零，OR

和OE

能够通过检偏镜。由此可见，在起偏镜的方

=η；在这些方

=ε；在检偏镜方向上，ε为零，OR向上分子链的取向使偏振光不能透过检偏镜，视野呈黑暗，形成Maltase十字。

此外，在有的情况下，晶片会周期性地扭转，从一个中心向四周生长，这样，在偏光显中就会看到由此而产生的一系列消光同心圆环

五、思考题

1.升温速率对Tm的影响? 答：升温速率很大时链段运动受内摩擦力影响很小，应力很快就松弛掉了，分子链活动能力较强，形成的结晶比较完善，完善程度差别也小，故熔点较高，熔融温度范围较窄，所以Tm相应提高。

2，降温速率对结晶温度的影响？

答；降温速率越快，结晶温度越低；降温速率越慢，随着熔体粘度的增加，分子链的活动性减小，来不及做充分的位置调整，则结晶温度会停留在较高温度上。3聚合物捷径体生长依赖什么条件，在实际生产中如何控制晶体的形态？答：1控制形成速度：将熔体急速冷却生成较小球晶，缓慢冷却则生成较大球晶2采用共聚的方法：破坏链的均一性和规整性，生成小球晶3外加成核剂可获得甚至更微小的球晶。实验七 粘度法测定聚合物的分子量

1，如何测定mark-houwink方程中的参数k，α值？

答：将聚合物式样进行分级，获得分子量从小到大比均一的组分，然后测定各组分的平均分子量及特性粘度[η]=kMα，两边取对数，作图得斜率和截距。

实验八 聚合物的蠕变性能实验 蠕变：在一定温度和较小的恒定外力（拉力、压力或扭力等）作用下、材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。

实验原理：从分子运动和变化的角度来看，蠕变过程包括下面三种形变：当高分子材料受到外力（）作用时，分子链内部键长和键角立刻发生变化，这种形变量是很小的，称为普弹形变（1）。当分子链通过链段运动逐渐伸展发生的形变，称为高弹形变（2）。如果分子间没有化学交联，线形高分子间会发生相对滑移，称为粘性流动（3）。这种流动与材料的本体粘度（3）有关。在玻璃化温度以下链段运动的松弛时间很长，分子之间的内摩擦阻力很大，主要发生普弹形变。在玻璃化温度以上，主要发生普弹形变和高弹形变。当温度升高到材料的粘流温度以上，这三种形变都比较显著。由于粘性流动是不能回复的，因此对于线形高聚物来说，当外力除去后会留下一部分不能回复的形变，称为永久形变。

蠕变与温度高低和外力大小有关，温度过低，外力太小，蠕变很小而且很慢，在短时间内不易觉察；温度过高、外力过大，形变发展过快，也感觉不出蠕变现象；在适当的外力作用下，通常在高聚物的玻璃化温度以上不远，链段在外力下可以运动，但运动时受到的内摩擦力又较大，只能缓慢运动，则可观察到较明显的蠕变现象。实验八 邵氏硬度测定

悬臂梁冲击实验 1.影响邵氏硬度的内因，外因？

答:①试样厚度的影响：试样厚度越小，硬度越大；试样厚度大，硬度值小。②压针长度对实验结果的影响③压针端部形状对实验结果的影响④温度对实验结果的影响，橡胶为高分子材料，其硬度值随环境的变化而变化，温度高则硬度值低。⑤读数时间的影响。2.如何从配方和工艺上提高高聚物材料的冲击强度？

答：配方：加入适量增塑剂，使聚合物链段运动能力增加，冲击强度提高。工艺:适当交联，使冲击强度提高；降低球晶大小；进行机械共混；接枝共聚和链段共聚。

3硬度试验中为何对操作时间要求严格？经常会观察到硬度测量计上的读数结果随时间而变化，有些变化快，有些变化慢，这样在不同的时刻读到的数据也就会出现不同。这种现象产生的主要原因是各种材料应力松弛特性不同所造成，因此为了保证测试结果的一致性在进行硬度测试时须对测试操作时间作严格规定。

实验十二 旋转粘度计测定聚合物流体的流变性能

实验原理:将被测溶液充满在粘度计的外筒和内筒之间，外筒固定，内筒随电机旋转。在内筒旋转地过程中，其表面受到被测物料的作用，同时，电机的赚子也受到同样地力矩，该力矩传递到可动框架并使其偏转，当偏转到某一角度时，测量弹簧的力矩和转动力矩相等而达到平衡，此时的刻度值α由刻度盘读出，物料的粘度由公式η=Kα得出，流体的流变特性由剪切应力τ对剪切速率Ds作图即得，η=τ/Ds。实验十三 动态光散射仪测定乳液粒径

（一）动态光散射的基本原理

1.粒子的布朗运动Brownian motion导致光强的波动

微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动 布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度，粒子越小，媒体粘度越小，布朗运动越快。

2.动态光散射仪测定乳液粒径实验对样品有哪些要求？

答：基本要求 样品应该较好的分散在液体媒体中。理想条件下，分散剂应具备以下条件: 透明 和溶质粒子有不同的折光指数 应和溶质粒子相匹配（也就是：不会导致溶胀, 解析或者缔合）掌握准确的折光指数和粘度，误差小于0.5%。干净且可以被过滤

粒径下限 依赖于： 粒子相对于溶剂产生的剩余光散射强度 溶质和溶剂折光指数差 样品浓度 仪器敏感度 激光强度和波长 检测器敏感度-雪崩式光电二极管 仪器的光学构造

粒径上限 :动态光散射测量粒子无规则的热运动/ 布朗运动

若粒子不进行无规则运动，动态光散射无法提供准确粒径信息 粒子尺寸的上限定义于沉淀行为的开始 因此上限取决于样品 – 应考虑粒子和分散剂的密度

样品浓度上限 对于高浓度样品，由动态光散射测得的表观尺寸可能会受到不同因素的影响 多重光散射 – 检测到的散射光经过多个粒子散射

扩散受限 – 其他粒子的存在使得自由扩散受到限制 聚集效应 – 依赖于浓度的聚集效应 应电力作用 –带电粒子的双电层相互重叠，因而粒子间有不可忽视的相互作用。这种相互作用将影响平移扩散

连续测试过程中光强的变化及多次测试结果的Z均直径发生改变说明什么问题？粒子的布朗运动导致光强的波动，散射光强依赖于粒子的大小，小粒子光强波动比较快，在连续测试过程中，光强增强意味着粒子聚集，光强减弱意味着粒子沉淀，粒子溶解，光强无规则变化意味着粒子不稳定（聚集或分离）多次Z均测试结果误差应在1%-2%之内，Z均直径增长意味着：粒子聚集，温度不稳定（粘度随温度变化）Z均直径下降意味着粒子沉淀，粒子溶解温度不稳定（粘度随温度变化）实验十四 维卡软化点，热变形温度的测定

1．试说明高分子材料耐热性的含义及表征方法？ 答：高分子材料耐热性表示在升温环境中材料抵抗由于自身的物理或化学变化引起变形，软化，尺寸改变，强度下降，其他性能降低或工作寿命明显减少等地能力。表征方法分为短时耐热性试验和长时耐热性试验。

2.试分析维卡软化点，热变形温度测试原理及影响因素？

答;维卡软化点：对水平支撑并置于热浴槽中以5℃∕6min或12速率升温的试样，用横截面积1mm2的圆形平头压针施加1kg或5kg压载荷，当针头压入试样深度1mm的温度，即维卡耐热温度。影响因素：①升温速率 当升温速率过快，分子链运动快，软化时间越短，维卡软化点越低②横截面积 当横截面积过大时，探针难压入样品，导致维卡软化点越高③压针形状

若压针针头呈尖形，刚进去样品越容易导致维卡软化点越低④压载荷 压载荷越大，针头被压入样品越容易，维卡软化点越低。实验十五

表面张力及界面张力的测定 1，影响表面张力的因素？

答: ①液体的种类，不同的液体间的分子间作用力不同;分子间作用力大，便面张力就打：水具有较大的表面张力，而油的表面张力较小。②温度，当温度升高时，液体分子间引力减小，同时其共存蒸汽的密度加大，表面分子受到液体内部分子的引力减小，受到气相分子的引力增大，表面张力减小③当溶液中有杂质时，表面张力也会发生变化。2，什么叫牛顿流体?什么叫非牛顿流体？

答：τ=ηr 凡流动行为符合该式的流体称为牛顿流体。不符合牛顿流动定律的流体为非牛顿流体。

第四篇：高分子物理思考题

高分子物理简答题

1.同样是都是高分子材料，在具体用途分类中为什么有的是县委，有的是塑料，有的是橡胶？同样是纯的塑料薄膜，为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类取决于材料的使用温度和弹性大小，当材料的使用温度在玻璃化温度Tg以下，是塑料，Tg以上则为橡胶，否则会软化。而透明度的问题在于该材料是否结晶，结晶的塑料薄膜是透明的，非结晶的则不透明或半透明。

2.假若聚丙烯的等规度不高，能不能用改变构想的办法提高等规度？说明理由。

答：构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态，称为构象。

聚丙烯的等规度是由构型不同的异构体所产生的旋光异构所引起的，由于头-头键接的聚丙烯，其有全同立构、间同立构和无规立构等异构体。而且构型是由分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，构象仅仅是由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。所以当聚丙烯的等规度不高时，用改变构象的方法是无法提高其等规度的，需要破坏化学键，改变构型，才能提高等规度。

3.理想的柔性高分子链可以用自由连接或高斯链模型来描述，但真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型，原因是什么？这一矛盾是如何解决的？

答：

在采用自由连接链或高斯链模型描述理想的柔性高分子链时，我们假设单键在结合时无键角的限制，内旋转时也无空间位阻，但真实高分子链不但有键角的限制，在内旋转时也存在空间位阻，因此使真实高分子链在通常情况下并不符合这一模型。对于真实高分子链我们用等效自由结合链来描述，把由若干个相关的键组成的一段链，算作一个独立的运动单元，键称作“链段”，令链段与链段自由结合，并且无规取向，这种链称为等效自由结合链。

4.高分子溶解过程与小分子相比，有什么不同？

答：

因为聚合物分子与溶剂分子的大小相差悬殊，两者的分子运动速度差别很大，溶剂分子能比较快的渗透进入高聚物，而高分子向溶剂的扩散却非常慢，这样，高聚物的溶解过程要经过两个阶段，现实溶剂分子渗入高聚物内部，是高聚物体积膨胀，称为溶胀，然后才是高分子均匀分散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系。整个过程往往需要较长的时间。

5.什么是高分子的理想溶液？塔应该符合哪些条件？

答：

高分子溶液的化学位由理想部分和非理想部分组成，对于高分子溶液即使浓度很稀也不能看做是理想溶液，但是我们可以通过选择溶剂和温度来满足Δμ1E=0的条件，使高分子溶液符合理想溶液的条件，称其为θ条件，这时的相互作用参数X=1/2.6.解释本章附录中聚合物的结构对玻璃化温度的影响。试各另举一组例子说明聚合物的著化学结构因素对玻璃化温度的影响。

答：

（1）

主链结构

①

主链由饱和单间构成的高聚物：高聚物的内旋转位垒越低，分子链的柔性越大，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

珠帘寨红引入苯基等芳杂环以后：分子链的刚性增大，Tg升高。例如：聚乙烯

Tg=-68°C，聚苯乙烯Tg=100°C

③

主链中含有孤立双键的高聚物分子链都比较柔顺，Tg比较低

④

共轭二烯烃聚合物：由于几何异构体的存在，分子链较刚性的反式异构体有比较高的Tg

（2）

取代基的空间位阻和侧击的柔性

①

一取代烯类聚合物：取代基的体积增大，内旋转位阻增加，Tg将升高（聚甲基丙烯酸甲酯的侧基增大，Tg反而下降）如果有旋光异构体曾在，通常一取代聚烯烃的不同旋光异构体，不表现出Tg的差别

②

1.1-二取代的烯类聚合物：作不对称取代时，空间位阻增加，Tg讲升高，做对称双取代是，主链内旋转位垒小于单取代位垒，链柔顺性增加，Tg下降

（3）

分子间的影响

侧基的极性越强，Tg越高。含离子聚合物的离子键对Tg的影响很大。一般正离子的半径越小，或其电荷量越多，Tg越高。

7.链的结构对粘度的影响

答：①分子量的影响：高聚物的粘性流动是分子链重心沿流动方向位移和链间相互划移的结果。分子量越大，分子链所包含的链段数就越多，为了实现重心的位移，需要完成的链段协同位移就越多，因此高聚物熔体的剪切粘度随份子两的升高而增加，对于高聚物一般存在一个临界分子量Mc，分子量小于Mc时，高聚物熔体的零切粘度与重均分子量成正比；当分子量大于Mc时，零切粘度与重均分子量的3.4次方成正比，这是由于分子量的缠结作用引起的，Mc值与分子结构有关，如果链的刚性增加，缠结倾向会减少，Mc值会偏大。

②

分子量分布的影响：分子量分布较窄的单分散高聚物，剪切粘度主要由重均分子量决定。在临界分子量Mc以上，粘度与重均分子量的3.4次方成正比，因此对分子量分布较宽的多分散试验，高分子量部分的影响远大于低分子量的部分，重均分子量相同的试样，宽分布的比单分散的试样有较高的零切粘度。

③

其他结构因素的影响：凡能使Tg升高的因素，也使粘度升高，柔性链的粘度比刚性链的粘度低。极性高聚物，分子间作用力强，熔融粘度大。

聚乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯想必，PMMA的分子间力和空间位阻均大于聚乙烯，所以粘度也大于他

8.温度对不同高聚物粘度的影响：温度升高，熔体的自由体积增加，链段的活动能力增加，分子间的作用力减弱，使高聚物的流动性增大，熔体的粘度随温度升高以指数方式降低，lnη=lnA+ΔEη/RT。一般分子链越刚性，或分子间作用力越大，则活化能越高，聚合物的粘度对温度越敏感。聚乙烯和PMMA比，PMMA的粘度大于聚乙烯，温度影响的敏感性也比较大。

9.什么叫高分子的构型，什么叫高分子的构象？假若聚丙烯的等规度不高，能不能改变构象的方法提高其等规度？

答：不能。构象是由于单键内旋转而引起，而构型是由于化学键所固定的原子在空间的排列。提高聚丙烯的等规度须改变构型，而改变构型与改变构象的方法根本不同。构象是围绕单键内旋转所引起的排列变化，改变构象只需克服单键内旋转位垒即可实现；而改变构型必须经过化学键的断裂才能实现。

10.能否用蒸馏的方法提纯高分子化合物？为什么

答：不能，由于高分子化合物分子间作用力往往超过高分子主链内的键合力，所以当温度升高达气化温度以前，就发生主链的断裂或分解，从而破坏了高分子化合物的化学结构，因此不能。

11.高分子的θ溶液与理想溶液有哪些相似之处及不同之处？

答：θ溶液的自由能和热力学性质与理想溶液相似，但高分子θ溶液：是指高分子稀溶液在θ温度下（Flory温度），分子链段间的作用力，分子链段与溶剂分子间的作用力，溶剂分子间的作用力恰好相互抵消，形成无扰状态的溶液。

此时高分子—溶剂相互作用参数为1/2,内聚能密度为0.而理想溶液三个作用力都为0，而θ溶液三个作用力都不为0，只是合力为0。

12.结晶聚合物为什么会存在容限？它与聚合物的结晶形成的温度存在什么关系？

答：结晶聚合物熔融时出现边熔融边升温的现象是由于结晶聚合物中含有完善程度的晶体，比较不完善的晶体将在较低温度下熔融，而比较完善的晶体则需要较高的温度下才能熔融，因而出现较宽的温度范围。

13有两种乙烯和丙烯的共聚物，其组成相同，但其中一种室温时是橡胶状的，一直到温度降至-70°C时才变硬，另一种室温时缺是硬而韧又不透明的材料，试解释它们内在结构上的差别？

前者是无规共聚物，丙烯上的甲基在分子链上是无规排列的，这样在晶格中分子链难以堆砌整齐，所以得到一个无定形的橡胶状的透明聚合物，后者是乙烯和有规立构聚丙烯的嵌段共聚物，乙烯和丙烯的嵌段分别形成自己的晶格，形成部分共晶，从而是硬而韧的塑料，且不透明。

14.解释高弹形变与强迫高弹形变之间的相同点及不同点。

答：高弹性：聚合物处于高弹态，受到外力作用后，柔性的高分子链可以伸展或蜷曲，产生很大的变形，但高分子链之间不产生滑移，外力除去后形变会完全回复；强迫高弹形变，玻璃态高聚物在的外力作用下发生的大形变，其本质跟高弹形变一样，但表现的形式却有差别，为了与普通的高弹形变区别开来，通常称为强迫高弹形变。本质相同：都是链段运动,不同：强迫高弹形变外力除去不能自动回复，需要加热，受外力要大的多，发生在Tb－Tg之间。

15.要使脆性较大的聚合物增韧，又不至于过多地降低材料的模量和强度，采用什么方法，举例说明。

采用增加非晶相（橡胶相），使共混物或接枝共聚物形成两项结构，即刚性的聚合物成连续相，橡胶为分散相。这样，当受到冲击时，橡胶相可以有效的冲击能量，使韧性增加，如：高抗冲聚苯乙烯（HIPS）是橡胶粒子与聚苯乙烯接枝共聚，形成橡胶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，你会感受到橡皮筋变热还是变冷，试解释？

答：橡胶弹性是熵弹性，回弹动力是熵增，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，放热；放手即外力移去，分子链由伸展再回复卷曲状态，熵增加，吸热。

17.解释为什么PE和聚四氟乙烯的内聚能相差不多，而熔点相差很大。

解：PE与PTFE都是非极性高分子，分子间作用力差不多，即ΔH差不多。但由于氟原子电负性很强，氟原子间的斥力很大，分子链的内旋转很困难，分子刚性很大，从而ΔS很小，Tm很高。

18.由丙烯得到的全同立构聚丙烯有无旋光性?

答：高分子链虽然含有许多不对称碳原子，但由于内消旋或外消旋作用，即使空间规整性很好的高聚物，也没有旋光性。

19.解释为什么尼龙6在室温下可溶解在某些溶剂中，而线性的聚乙烯在室温下却不能?

解：首先说明尼龙和聚乙烯都是结晶性的聚合物，其溶解首先要使晶区熔融才能溶解。而尼龙是极性的聚合物，如果置于极性溶剂之中，和极性的溶剂作用会放出热量从而使晶区熔融，继而溶解。聚乙烯是非极性的聚合物，要使其晶区熔融只能升温至其熔点附近，然后溶于适当的溶剂中才能溶解。所以聚乙烯在常温下不能溶解在溶剂之中。

20.什么热机械曲线上的转折不如

明晰?

答：因为Tf与相对分子质量有关（1分），随相对分子质量增加，Tf持续增加（1分）。而高分子的相对分子质量存在多分散性（1分）。使Tf没有明晰的转折，而往往是一个较宽的软化区域。

21.说明高聚物中两种断裂的特点，并画出两种断裂的应力-应变曲线。

解：高聚物的破坏有两种形式，脆性断裂和韧性断裂。脆和韧是借助日常生活用语，没有确切的科学定义，只能根据应力-应变曲线和断面的外貌来区分。若深入研究，两种有以下不同：

（1）韧性断裂特点：断裂前对应塑性；沿长度方向的形变不均匀，过屈服点后出现细颈，断裂伸长（）较大；断裂时有推迟形变，应力与应变呈非线性，断裂耗能大；断裂面粗糙无凹槽；断裂发生在屈服点后，一般由剪切分量引起，对应的分子运动机理是链段的运动。

（2）脆性断裂：断裂前对应弹性；沿长度方向形变均匀，断裂伸长率一般小于5％；断裂时无推迟形变，应力-应变曲线近线性，断裂能耗小；断裂面平滑有凹槽；断裂发生在屈服点前；一般由拉伸分量引起的；对应的分子机理是化学键的破坏。脆性断裂与韧性断裂的应力-应变曲线见图

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），但是可溶于以上两溶剂1：1的混合体系里，为什么？

答;

戊烷（δ=14.5）和乙酸乙酯（δ=18.6）的溶度参数与苯乙烯一丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度参数值相差分别为2和2.1，相差较大，所以不能溶解.。

当两种溶剂1：1的混后，混合溶剂的溶度参数为：

（14.5＋18.6）/2＝16.55

与苯乙烯—丁二烯共聚物（δ=16.5）的溶度参数值相差仅为0.05，所以能够溶解在混合溶剂里。）

第五篇：东北林业大学 高分子物理阶段-2小结

高分子物理阶段考试-2小结（2013.11.11）

部分试题参考答案

一、单项选择题（每题2分，共计20分）

3、Flory对高分子物理的贡献包括（c）

A、结晶聚合物结构模型 B、自由体积理论

C、Θ状态

5、对于给定相对分子量的某一聚合物，在何时溶液的粘度最大（A）A、线形高分子链溶于良溶剂中 B、支化高分子链溶于良溶剂中 C、线形高分子链溶于不良溶剂中

8、PMMA的玻璃化转变过程和PE熔融过程分别是（C）A、都是力学状态转变过程 B、都是热力学相变过程

C、前者是力学状态转变过程，后者是热力学相变过程

9、测定玻璃化转变温度Tg时，降温速度变慢，Tg将（B）A、变高

B、变低 C、不变

10、下列聚合物在各自的良溶剂中，常温下不能溶解的是：（B）-非极性晶态聚合物

A、聚甲基丙烯酸甲酯

B、聚乙烯

C、聚苯乙烯

二、判断题（每题1分，共计10分）

1、高分子Θ溶液是理想溶液。（×）

2、高分子与溶剂混合时，混合体系的体积会增大。（×）

3、高分子溶液的比浓粘度、比浓对数粘度、特性粘数都与溶液的浓度有关。（×）

9、聚合物在良溶剂中，高分子线团处于松散、伸展状态，溶液的粘度大。（∨）

10、当高分子稀溶液处于Θ状态时，其化学位为零。（×）

三、名词解释（每题2分，共计20分）

1.哈金斯参数χ：描述聚合物链段与溶剂分子间相互作用的一种参数，测定特性粘度时得到。

第二维利系数A2：描述聚合物链段与溶剂分子间相互作用的一种参数，通过光散射或渗透压测量。

2.特性粘数[η]：增比粘度外推至浓度是零处的极限或对数比浓粘度外推至浓度为零处的极限值。

扩张因子Χ：表示高分子链扩张程度的物理量。

3.松弛过程：聚合物在外界条件改变或受到外力作用时，通过分子运动从一种平衡态过渡到另一种平衡态，需要较长时间才能完成，这个过程称为松弛过程。

松弛时间：聚合物在完成松弛过程中形变恢复到原来的63.2%（1/e）所需的时间。4.玻璃化转变：非晶态的坚硬固体与柔韧状态之间的转变。

次级转变：玻璃化温度以下侧基、支链等小尺寸运动单元的运动。5.主期结晶：聚合物结晶过程中球晶独立生长阶段。

次期结晶：结晶后期由于球晶相遇而影响生长的结晶阶段。

四、简答题（每题6分，共计30分）

1、（1）玻璃态：链段冻结，小尺寸运动单元和键长及键角的运动。受到外力后形变小，形变与外力大小成正比，模量约10帕，外力去除形变恢复。（2）玻璃-橡胶转变区：链段以协同方式运动，改变构象。模量下降1000倍，聚合物行为与皮革相似。（3）橡胶-弹性平台区：链段运动，模量下降为10帕，聚合物呈现橡胶弹性，形变回复需要一定时间。（4）橡胶流动区：长链分子由于缠结视松弛时间长短是否流动，呈现橡胶弹性和流动性。实验时间

69短，物理缠结来不及松弛，表现橡胶行为；实验时间长，发生解缠结作用，分子链滑移产生流动。（5）液体流动区：大分子链通过链段的定向协同运动产生位移，从而产生形变。形变随时间的发展而发展，且不可回复。——注：分子运动和力学状态（答出运动单元和力学特征如模量和形变特征）。

2、（1）非晶态聚合物：溶剂分子渗入聚合物内部使高分子体积膨胀——溶胀，高分子分散在溶剂中混合——溶解。（2）交联聚合物：由于交联键的存在只能溶胀而不能溶解。（3）结晶聚合物：溶解经过结晶聚合物的熔融和熔融聚合物的溶解。对于非极性的结晶聚合物，常温不溶解只能加热至熔点附近溶解；极性结晶聚合物可以选择适合的极性溶剂室温溶解。

4、（1）玻璃化转变(Tg)：熵增，链段运动使大分子链构象数增加。（2）熔融转变（Tm）：熵增，晶格破坏混乱度增加。

（3）形成晶体：熵减，大分子链有序规整排列构象数减少。（4）拉伸取向：熵减，有序择优排列构象数减少。

5、PE< PP< PET< PTFE。PTFE由于氟原子电负性很强，氟原子斥力很大，分子链内旋转很困难，熔融熵ΔS很小，熔点Tm很高；PET由于酯基的极性，分子间作用力很大，熔融焓ΔH大，又由于主链含有芳环，刚性较大，ΔS较小，所以熔点Tm较高；PP由于侧甲基的空间阻碍，增加刚性，ΔS较小，熔点Tm较PE高。