高分子研究方法-m

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， 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。 粘弹性行为 学性能表现出粘弹性行为。 总之， 总之，必须借助现代仪器研究高聚物的结构与 性能关系。 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
力学性能：强度、模量、 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； 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； 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 粘流行为：粘度、粘度与切变速率关系、 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； 旋转粘度计；熔体指数测定仪；流变仪 电性能：电阻、介电常数、介电损角正切、 3 电性能：电阻、介电常数、介电损角正切、击穿电压 热性能：导热系数、比热、热膨胀系数、耐热性、 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； 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 其它：热老化性能； 5 其它：热老化性能；自然老化性能
聚合物近代仪器分析方法是指应用近代实验技术， 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， 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， 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。 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， 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。 经过加工成型的材料。
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， 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， 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。 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、 测定链结构的方法有 射线衍射、 电子衍射法 、 射线衍射 裂解色谱-质谱 紫外吸收光谱、 红外吸收光谱、 质谱、 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。 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 射线小角散射、 测定聚集态结构的方法有 射线小角散射 、 电 子衍射法、 电子显微镜（ 子衍射法 、 电子显微镜 （ TEM、 SEM） 、 光学 、 ） 显微镜、原子力显微镜等。 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 射线衍射法、 测定结晶度的方法有 射线衍射法、电子衍射 红外吸收光谱、密度法、热分析等。 法、红外吸收光谱、密度法、热分析等。
近代仪器分析工作对高分子工作者的要求： 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 了解近代仪器分析方法基本原理， 方法和提出合理的分析要求。 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， 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。 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。 判断分析结果的准确性和掌握谱图所提供的信息。
2.2 高聚物的分子运动
转变（松弛 高分子从某种模式分子的运动状态改变到另一 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。 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； 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 ， 热力学性质：热力学性质的变化（ 、 、导热系数)， 差热分析（DTA）、差热扫描量热法（DSC）。 ）、差热扫描量热法 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； 力学性质：热机械法；应力松弛法；动态力学 力学法 4 电磁性质：介电松弛；核磁共振。 电磁性质：介电松弛；核磁共振。
高分子的结构： 高分子的结构：
①一次结构（近程结构） 一次结构（近程结构） 二次结构（远程结构） ②二次结构（远程结构） 三次结构（聚集态结构） ③三次结构（聚集态结构）
1.1.1 高分子结构的内容
链结构： 1 、链结构： 链中原子或基团的几何排列；高分子的链结构： 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、 ）：组成 一次结构（近程结构）：组成、构型、均聚、共聚、 支化、交联、 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 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、 形态-构象：无规线团、折叠链、螺旋链 聚集态结构： 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、 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、 非晶态、液晶态、取向、复合、共混改性等多相 结构(织态结构) 结构(织态结构)
2.3 高聚物性能的测定
性能是结构在一定条件下的反应， 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， 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， 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， 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。 研究结构与性能的关系有着重要的意义。
大分子的化学组成，均聚或共聚、 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、 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、 交联及大分子的立体构型（如全同、间同、无规、 顺式、反式等） 顺式、反式等）
单个大分子的形态。 无规线团、 单个大分子的形态 。 如 ： 无规线团 、 折 叠链、 叠链、螺旋链等
小结： 小结：
1 高聚物的结构：一、二、三级结构及高次结构 高聚物的结构： 2 力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态 力学状态：玻璃态、高弹态、 3 测定方法： 测定方法： 链结构测定：IR、Raman、NMR、UV、XRD 链结构测定： 、 、 、 、 聚集态分析： 聚集态分析：SEM、TEM、AFM、X-Ray 、 、 、 分子运动：转变、松弛有关的参数； 分子运动：转变、松弛有关的参数； 材料性能测定： 材料性能测定：力、热、电、粘流态等
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本课程学习的分析测试方法主要有： 本课程学习的分析测试方法主要有：
光谱分析(红外光谱、紫外光谱 光谱分析 红外光谱、紫外光谱) 红外光谱 核磁共振（氢谱, 碳谱） 核磁共振（氢谱 碳谱） 热分析(差示扫描量热法 热重分析) 差示扫描量热法,热重分析 热分析 差示扫描量热法 热重分析 动态力学分析（ 动态力学分析（DMA） ） 电子显微镜分析(TEM、SEM) 电子显微镜分析 、
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， 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， 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， 其分子运动方式不同，显示出不同的物理和力 学性能。 学性能。 高聚物由于结构形态的复杂性， 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 温度和 单元的多重性，从而使其状态依赖温度和时间 两个参数。 两个参数。
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。 无规线团胶团、 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。 团交缠、缨束状结构、折叠链晶体等。
高次结构：
指三次结构以及与其它物质构成尺寸更大的 结构， 由折叠链形成的片晶构成球晶； 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。 结构；此外还有添加填料或纤维的复合材料等。
测定高聚物分子链整体的结构形态可分四部分： 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、 ①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、 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、 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、 ②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、 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） ③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、 ④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、 分级沉淀法、超速离心法等
3、教学参考书： 、教学参考书：
《高分子近代测试分析技术》，曾辛荣主编，华南理 高分子近代测试分析技术》 曾辛荣主编， 工大学出版社 聚合物近代仪器分析》 汪昆华，罗传秋主编， 《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。 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， 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。 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） 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。 （共聚），同时大分子之间又有各种联系。
高分子材料研究方法
主讲人： 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： 、先修课程： 2、面向对象：应用化学、化学工程、材料科学与工程 、面向对象：应用化学、化学工程、 等相关专业。 等相关专业。 3、学习目的： 、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。 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、 培养综合分析问题、理论联系实际分析、解决问题 的能力， 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。 下坚实的基础。
如：
温度依赖性： 温度依赖性： 由于温度升高， 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→ 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， 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： 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。 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， 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。 璃态，反之表现为高弹态。