高分子材料的力学性能及表征方法

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高分子材料力学性能

高分子材料力学性能姓名：程小林学号：5701109004 班级：高分子091 学院：材料学院研究背景：在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料．它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势，將是2 1世纪最活跃的材料支柱.高分子材料在我们身边随处可见。

在我们的认识中，高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。

今天，我想就高分子材料为主线，简单研究一下高分子材料所具有的一些方面的力学性能。

从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物．除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等．碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构．碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物．有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出來．這样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能．高分子中可以把某些有机物结构（又称为功能团）替换, 以改变高分子的特性．高分子具有巨大的分子量，达到至少1 万以上，或几百万至千万以上所以, 人們將其称为高分子、大分子或高聚物．高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶研究理论：高分子材料的使用性能包括物理、化学、力学等性能。

对于用于工程中作为构件和零件的结构高分子材料，人们最关心的是它的力学性能。

力学性能也称为机械性能。

任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。

这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。

同时, 环境如温度、介质和加载速率对于高分子材料的力学行为有很大的影响。

因此高分子材料的力学行为是外加载荷与环境因素共同作用的结果。

4.高分子材料性能与表征

Maxwell模型的应力松弛方程模型的应力松弛方程
σ(t) σ(0)
模拟线形聚合物的应力松驰行为模拟线形聚合物的应力松驰行为线形聚合物
t
线形聚合物产生应力松弛的原因: 线形聚合物产生应力松弛的原因:试样所承受的应力逐渐消耗于克服链段及分子链运动的内摩擦阻力内摩擦阻力上逐渐消耗于克服链段及分子链运动的内摩擦阻力上.
4.1.1粘弹性力学模型粘弹性力学模型
可以得到聚合物粘弹性总的,定性的概括. 可以得到聚合物粘弹性总的,定性的概括. 基本元件: 基本元件: 弹簧: 弹簧: 理想弹性体) (理想弹性体) σ=Eε ε
粘壶: 粘壶: 理想粘性体) (理想粘性体)
dε σ=η dt
1. Maxwell 模型一个弹簧与一个粘壶串联串联组成一个弹簧与一个粘壶串联组成
σ 对假塑性流体 η0 随 γ , 而 ,下降的程度与聚合物下降的程度与聚合物种类,分子量及分布有关. 种类,分子量及分布有关.
1~1.5 MMc 时有 η0∝ Mw
MMc 时有
3 η0∝ Mw.4
2 ) 与温度有关
η = A e
E
RT
T
η
式中,A为与剪切速率,剪切力和分子结构有关的常数; 式中, 为与剪切速率,剪切力和分子结构有关的常数; 为与剪切速率 E为粘性流动活化能.如果为粘性流动活化能. 越敏感. 为粘性流动活化能如果E ,则 η 对T越敏感. 越敏感
可由服从虎克定律的线性弹性行为和服从牛顿定律的线性粘性行为的组合来描述的粘弹性. 的线性粘性行为的组合来描述的粘弹性. 粘弹性蠕变,应力松弛属于静态粘弹性; 蠕变,应力松弛属于静态粘弹性;滞后现象属于动态粘弹性. 态粘弹性. 通过对粘弹性的研究:首先为聚合物的加工和应用提供力学方面的理论依据.其次还可从其中获得分提供力学方面的理论依据. 子结构和分子运动的信息(平均分子量; 子结构和分子运动的信息(平均分子量;交联和支结晶和结晶状态;共聚结构;增塑;分子取向; 化;结晶和结晶状态;共聚结构;增塑;分子取向; 填充;与上述因素有关的运动学问题. 填充;与上述因素有关的运动学问题.

高分子材料的力学状态

2.2 高分子材料的力学性能
表征材料力学性能的基本指标
应力-应变弹性模量 - 拉伸（杨氏）模量
剪切（刚性）模量硬度体积（本体）模量
机械强度 - 拉伸（抗张）强度弯曲强度冲击强度
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变
应变（形变）：外力作用而不产生惯性移动时其几何形状和尺寸所发生的变化。
F
F
A0
一点弯曲
三点弯曲
均匀压缩体积形变压缩应变
F
F
扭转
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变曲线 Stress-strain curve
标准哑铃型试
样
实验条件：一定拉伸速率和温度
电子万能材料试验机
2.2 高分子材料的力学性能
图2.3 高分子材料三种典型的应力-应变曲线
2.2 高分子材料的力学性能
自学
力学损耗（内耗）
图2.6 蠕变、应力松弛示意图.
2.2 高分子材料的力学性能
蠕变过程包括三种形变
1
普弹形变ε1
运动单元：键长、键角形变特点：形变量小，与时间无关，形变
可完全回复
2+3
2 高弹形变ε2
1
3
运动单元：链段形变特点：形变量大，与时间有关，可逐
t
渐回复
图2-6 线形非晶态聚合物
低分子是瞬变过程
（10-9 ～ 10-10 秒）
各种运动单元的运动需要克服内摩擦阻力，不可能
瞬时完成。
高分子是松弛过程
运动单元多重性：
键长、键角、侧基、支链、链节、链段、分子链
需要时间
（ 10-1 ～ 10+4 秒）
Tg 粘流态

高分子物理----高分子的力学性能

一般刻痕试样的冲击强度小于这一数值为脆性断裂，大
于这一数值时为韧性断裂。但这一指标并不是绝对的，
例如玻璃纤维增强的聚酯塑料，甚至在脆性破坏时也有
很高的冲击强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
2. 高聚物的理论强度从分子结构的角度来看，高聚物的断裂要破坏分子内的化学键，分子间的范德华力与氢键。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
加入增塑剂虽然可以降低Tg，但有利条件，因此选
用增塑法来降低Tg必须考虑结晶速度增大和结晶形成的可能性。
7.2 高弹态聚合物的力学性质
（2）共聚法
共聚法也能降低聚合物的Tg，如：PS的主链上带有体积庞大的苯基，聚丙烯腈有强极性腈基存在，Tg都在室温以上，只能作为塑料和纤维使用，如果用丁二烯分别与苯乙烯和丙烯腈共聚可得丁苯橡胶和丁腈橡胶，使Tg下降。例如：丁苯30，Tg=-53℃，丁腈26，Tg=-42℃。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（3）当温度升高到Tg以下几十度范围内，如曲线③，过
了屈服点后，应力先降后升，应变增大很多，直到C点断裂，
C点的应力称为断裂应力，对应的应变称为断裂伸长率ε 。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
（4）当温度升至Tg以上，试样进入高弹态，在应力不大
时，就可发生高弹形变，如曲线④，无屈服点，而呈现一段
应力称为屈服应力或屈服强度。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
屈服点之后，应力有所下降，在较小的负荷下即可产生形变，称为应变软化。之后应力几乎不变的情况下应变有很大程度的增加，最后应力又随应变迅速增加，直到材料断裂。
7.1 玻璃态与结晶态聚合物的力学性质
四、几类高聚物的拉伸行为 1. 玻璃态高聚物的拉伸

高分子材料的表征和导热性能研究

高分子材料的表征和导热性能研究高分子材料是一种重要的材料种类，具有广泛的应用领域。

如何对高分子材料进行表征和研究其导热性能，是当前高分子材料研究的一个热点问题。

一、高分子材料的表征高分子材料通常具有分子量大、化学结构复杂的特点，因此需要采用多种手段进行表征。

1. 分子量的测定高分子材料的分子量一般采用凝胶渗透色谱、粘度法等实验手段进行测定。

其中，凝胶渗透色谱具有分离精度高、灵敏度好等优点，可以处理多种分子量范围的高分子材料。

2. 凝聚态的表征对于固态高分子材料，需要采用X射线衍射、热分析等技术手段进行表征，以了解高分子材料的晶体结构、热性能等特征。

3. 动态热力学性能的表征高分子材料在使用过程中还需要考虑其时间依赖性、疲劳性、耐热性等方面的性能。

这就需要采用热分析、动态力学测试等技术手段进行表征。

二、高分子材料的导热性能研究导热性能是高分子材料的一个关键性能指标，对于高分子材料的设计、制备、应用都具有重要意义。

导热性能研究的主要方法有以下几个：1. 热导率的测试热导率是导热性能的基本指标之一，一般采用稳态热流方法进行测试。

稳态热流方法包括热阻率法、热板法等，能够准确测定材料在稳态下的导热性能。

2. 动态热导率的测试高分子材料在使用过程中很少处于稳态状态，因此需要考虑其动态导热性能。

动态热导率的测试方法包括脉冲法、频率扫描法等，能够模拟高分子材料在实际使用过程中的导热性能。

3. 热膨胀系数的测试高分子材料在受热过程中往往会产生热膨胀现象，对于导热性能的影响较大。

因此，需要采用膨胀测试仪等设备对高分子材料的热膨胀系数进行测定。

4. 界面热阻的测试高分子材料在应用过程中往往需要与其他材料进行接触，因此涉及到界面热阻的问题。

界面热阻的测试方法包括接触热阻法、热反射法等。

三、导热性能的改进高分子材料的导热性能往往不如金属等传统材料，因此需要采取一些措施进行改进。

导热性能的改进方法主要有以下几个：1. 添加导热填料通过向高分子材料中添加导热填料，如石墨、纳米银粉等，可以显著提高高分子材料的导热性能。

高分子材料分析

高分子材料分析高分子材料是一种重要的材料类别，广泛应用于塑料、橡胶、纤维等领域。

高分子材料具有独特的物化性质和结构特点，因此对其进行分析和表征十分重要。

高分子材料的分析方法多种多样，包括热分析、光谱分析、物理性能测试等。

其中，热分析是一种常见且有效的分析方法，常用的热分析方法包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）等。

差示扫描量热法是一种通过测量物质在加热或冷却过程中吸热或放热的能量变化来研究其热行为的方法。

通过DSC可以得到材料的熔融温度、玻璃化转变温度、晶型转变等热性质参数，进而评估其热稳定性和热动力学特征。

热重分析法是通过测量材料在加热过程中质量的动态变化来研究其热行为的方法。

通过TGA可以得到材料的热降解温度、热稳定性、热分解特征等信息，进一步了解材料的热稳定性和热降解机理。

除了热分析方法，光谱分析也是一种常用的高分子材料分析方法。

光谱分析包括红外光谱、紫外可见光谱、核磁共振等。

红外光谱可以通过分析材料的吸收峰和波谷来确定材料的功能基团和化学结构，进而判断材料的成分和性质。

紫外可见光谱可以用于研究材料的电子能级和光吸收特性，对于染料等有色材料的分析和表征尤为重要。

核磁共振是一种通过分析材料中氢、碳等原子的核磁共振信号来确定材料分子结构和构象的方法，常用于有机高分子材料的表征。

物理性能测试是对高分子材料进行力学、热学、电学等性能测试的方法。

例如，拉伸试验可以用来测试材料的强度、弹性模量等力学性能参数；热膨胀试验可以用来评估材料的热膨胀性能；电导率测试可以用来研究材料的导电性能等。

通过物理性能测试，可以了解材料的基本物理性质和应用性能。

综上所述，高分子材料的分析方法多种多样，每种方法都有其独特的适用范围和优势。

通过综合应用这些分析方法，可以全面了解材料的组成、结构和性能，为高分子材料的合成设计和应用提供科学依据和技术支持。

高分子材料的物理性质表征方法

高分子材料的物理性质表征方法高分子材料是指由高分子化合物构成的材料，具有独特的性质和广泛的应用领域。

高分子材料在日常生活中随处可见，如塑料、橡胶、纤维等。

了解高分子材料的物理性质对于材料的设计、开发和应用具有重要意义。

本文将介绍高分子材料的常用物理性质表征方法。

一、热性质高分子材料的热性质是指材料在受热时的行为和性能。

常用的热性质表征方法包括热重分析法（TGA）、差热分析法（DSC）和动态热机械分析法（DMA）等。

1. 热重分析法（TGA）热重分析法是一种通过测量材料质量随温度变化的方法来研究材料的热稳定性和热分解行为。

通过TGA可以确定高分子材料的热分解温度、热分解程度以及热稳定性等指标。

2. 差热分析法（DSC）差热分析法是一种通过测量材料在加热或冷却过程中吸热或放热的能力来研究材料的热性质。

通过DSC可以确定高分子材料的熔融温度、结晶行为、玻璃化转变温度等。

3. 动态热机械分析法（DMA）动态热机械分析法是一种通过施加一定的频率和振幅的力或应变，测量材料的机械性能随温度变化的方法。

通过DMA可以确定高分子材料的弹性模量、损耗因子、玻璃化转变温度等。

二、力学性质高分子材料的力学性质是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。

常用的力学性质表征方法包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等。

1. 拉伸试验拉伸试验是一种通过施加拉力来研究材料的抗拉性能。

通过拉伸试验可以确定高分子材料的弹性模量、屈服强度、断裂伸长率等。

2. 压缩试验压缩试验是一种通过施加压力来研究材料的抗压性能。

通过压缩试验可以确定高分子材料的抗压强度、应变硬化指数等。

3. 弯曲试验弯曲试验是一种通过施加弯矩来研究材料的弯曲性能。

通过弯曲试验可以确定高分子材料的弯曲强度、韧性等。

三、电性质高分子材料的电性质是指材料在电场作用下的行为和性能。

常用的电性质表征方法包括电导率测量、电介电常数测量和电阻率测量等。

1. 电导率测量电导率测量是一种通过测量材料在电场中的电流来研究材料的导电性能。

高分子近代测试分析技术

高分子近代测试分析技术摘要高分子材料在现代工业和科学研究中起着重要的作用，因此，对于高分子材料的测试分析技术的发展具有重要意义。

本文将介绍几种近代高分子测试分析技术的原理和应用，包括光谱分析、热分析和力学测试等。

这些技术可以用于高分子材料的成分分析、结构表征、性能测试以及质量控制等方面。

1. 光谱分析技术光谱分析技术是一种常见的高分子材料测试分析技术，包括紫外可见光谱（UV-Vis）、红外光谱（IR）和核磁共振（NMR）等。

这些技术能够提供高分子材料的成分分析和结构表征的信息。

1.1 紫外可见光谱（UV-Vis）紫外可见光谱是一种用于分析高分子材料的吸收光谱的方法。

通过测量样品在紫外或可见光区域的吸光度，可以得到样品的吸收光谱图，进而了解其电子结构和π-π*跃迁等信息。

1.2 红外光谱（IR）红外光谱是一种用于分析高分子材料的振动光谱的方法。

高分子材料中的化学键和分子结构会引起特定的振动，通过测量样品在红外区域的吸光度，可以获得样品的红外光谱图，进而分析其分子结构和官能团等信息。

1.3 核磁共振（NMR）核磁共振是一种用于分析高分子材料的核磁共振光谱的方法。

通过测量样品中核自旋的共振现象，可以得到样品的核磁共振光谱图，从而分析样品的分子结构和官能团等信息。

2. 热分析技术热分析技术是一种用于测试高分子材料热性能的方法，包括热重分析（TGA）和差示扫描量热（DSC）等。

这些技术可以用于研究高分子材料的热降解和热稳定性等。

2.1 热重分析（TGA）热重分析是一种通过测量高分子材料在加热过程中质量的变化来研究其热性能的方法。

通过记录样品质量随温度变化的曲线，可以推断高分子材料的热分解温度和热稳定性等信息。

2.2 差示扫描量热（DSC）差示扫描量热是一种通过测量高分子材料在加热或冷却过程中释放或吸收的热量来研究其热性能的方法。

通过记录样品温度随时间变化的曲线，可以获得高分子材料的熔融温度、玻璃转变温度和热焓等信息。

高分子材料的表征和性能分析

高分子材料的表征和性能分析高分子材料是一种复合材料，它具有很高的强度和可塑性。

它们被广泛应用于各种领域，如医疗、汽车和航空航天等。

因此，对高分子材料的表征和性能分析非常重要。

一、高分子材料的表征高分子材料的表征是指对高分子材料进行物理、化学和结构等性质的分析。

这些性质可以通过一系列的技术手段进行分析和测试。

以下是几种常用的高分子材料表征技术。

1. X射线衍射技术X射线衍射技术可以用来分析高分子材料的晶体结构和分子排列。

在X射线衍射技术中，X射线通过材料，并与材料中的原子和电子相互作用。

这些相互作用导致了衍射模式的产生。

该技术可以确定高分子材料的晶体结构和分子排列方式，以及材料的结晶度、晶体大小和形态等重要信息。

2. 热分析技术热分析技术可以用来确定高分子材料的热性质，如玻璃化转变温度、热稳定性和热分解温度等。

这些性质对于高分子材料的应用十分重要。

热分析技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和动态机械热分析法（DMA）等。

3. 光谱学技术光谱学技术可以用来分析高分子材料的结构和组成。

其中最常用的技术是傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）和拉曼光谱技术。

这些技术可以提供高分子材料的分子结构、官能团和原子组成等信息。

4. 光学显微镜技术光学显微镜技术可以用来观察高分子材料的表面形态和微观结构。

这些技术包括普通光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等。

这些技术可以提供高分子材料的表面形貌、尺寸和形态等信息。

二、高分子材料的性能分析高分子材料的性能分析主要包括力学性能、热性能和电性能等。

这些性能可以通过一系列测试和分析方法来进行评估。

1. 力学性能分析力学性能分析是对高分子材料的强度、刚度、延伸能力和韧性等性能的评估。

其中最常用的技术是拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和冲击试验等。

通过这些试验可以确定高分子材料的拉伸模量、弹性模量、断裂强度、断裂伸长和吸收能力等性能。

高分子材料性能检测及分析方法研究

高分子材料性能检测及分析方法研究高分子材料是指由大分子聚合而成的材料，具有重量轻、韧性好、绝缘性好、抗腐蚀等优点，广泛应用于各行各业，如化工、医疗、建筑、电子、航空等领域。

但是，由于高分子材料的组成复杂、聚合度高、分子链结构多样等特点，其性能检测及分析方法也具有一定的难度和复杂性。

一、高分子材料性能检测方法1. 引入动态力学分析法（DMA）动态力学分析法是一种广泛应用于材料力学测试中的方法，通过施加受控变形来研究材料的动态力学特性，如弹性模量、刚度、阻尼比等。

在高分子材料中，动态力学分析法可以用来研究其弹性、亚弹性、塑性和粘弹性等特性。

2. 使用红外光谱(FTIR)法红外光谱法是一种常用的材料成分分析方法，它可确定高分子材料的化学组成和原子构成等参数。

FTIR技术是目前使用最广泛的红外光谱测试技术，可用于描述特定分子和突出其结构带来的振动信息。

3. 应用差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是一种重要的高分子材料测试方法，其通过测量体系在恒定温度或恒定加热/降温速率下的热流和热容变化，研究高分子材料的物理和化学特性。

核心原理是，通过观察物质的热响应，了解其热行为。

4. 应用雷霆反射法 (TR) 试验雷霆反射法 (TR) 是一种新兴的材料测试方法，其使用高强度的紫外激光，在材料局部表面产生瞬间高温和高压，观测材料反射激光的特性，研究材料的结构和性能特征。

二、高分子材料性能分析方法1. 引入偏光显微镜 (POM) 分析偏光显微镜技术是一种高分辨量、高灵敏度的试验分析方法，它通过显微成像观察样品中的多种相态结构和形态，并对材料的组成和结构特性进行分析和评估。

2. 使用扫描电子显微镜（SEM）技术扫描电子显微镜技术是利用电子束在样品表面扫描照射发射的光子、离子和电子进行成像和分析的技术。

它可用于表征材料的微观结构和细节特征，从而评估其性能和可靠性等方面的特点。

3. 应用光学试验分析方法光学试验分析方法包括折光率、透明度、吸光度和荧光固有属性等分析法。

高分子材料的力学性能及表征方法

高分子材料的力学性能及表征方法聚合物的力学性能是高分子聚合物在作为高分子材料使用时所要考虑的最主要性能。

它牵涉到高分子新材料的材料设计，产品设计以及高分子新材料的使用条件。

因此了解聚合物的力学性能数据，是我们掌握高分子材料的必要前提。

聚合物力学性能数据主要是模量（E），强度（σ），极限形变（ε）及疲劳性能（包括疲劳极限和疲劳寿命）。

由于高分子材料在应用中的受力方式不同，聚合物的力学性能表征又按不同受力方式定出了拉伸（张力）、压缩、弯曲、剪切、冲击、硬度、摩擦损耗等不同受力方式下的表征方法及相应的各种模量、强度、形变等可以代表聚合物受力不同的各种数据。

由于高分子材料类型的不同，实际应用及受力情况有很大的差变，因此对不同类型的高分子材料，又有各自的特殊表征方法、例纤维、橡胶的力学性能表征。

表征方法及原理（1）拉伸性能的表征用万能材料试验机，换上拉伸实验的样品夹具，在恒定的温度、湿度和拉伸速度下，对按一定标准制备的聚合物试样进行拉伸，直至试样被拉断。

仪器可自动记录被测样品在不同拉伸时间样品的形变值和对应此形变值样品所受到的拉力（张力）值，同时自动画出应力－应变曲线。

根据应力-应变曲线，我们可找出样品的屈服点及相应的屈服应力值，断裂点及相应的断裂应力值，样品的断裂伸长值。

将屈服应力，断裂应力分别除以样品断裂处在初制样时样品截面积，即可分别求出该聚合物的屈服强度σ屈和拉伸强度（抗张强度）σ拉值。

样品断裂伸长值除以样品原长度，即是聚合物的断裂伸长率ε。

应力－应变曲线中，对应小形变的曲线中（即曲线中直线部分）的斜率，即是聚合物的拉伸模量（也称抗张模量）E值。

聚合物试样拉伸断裂时，试样断面单维尺寸（厚或宽的尺寸）的变化值除以试样的断裂伸长率ε值，即为聚合物样品的“泊松比”（μ）的数值。

（2）压缩性能、弯曲性能、剪切性的表征。

用万能材料试验机，分别用压缩试验，弯曲试验，剪切试验的样品夹具，在恒定的温度、湿度及应变速度下进行不同方式的力学试验。

高分子聚合物的主要表征方法

摘要本文主要综述了高分子聚合物及其表征方法和检测手段。

首先，从不同角度对高分子聚合物进行分类，并对高分子聚合物的结构，生产，性能做了一个简单的介绍。

其次，阐述了表征和检测高分子聚合物的常用方法，例如：凝胶渗透色谱、核磁共振（NMR）、红外吸收光谱（IR）、激光拉曼光谱（LR）等。

最后，介绍了检测高分子聚合物的常用设备，例如：偏光显微镜、金相显微镜、体视显微镜、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等。

关键词：聚合物；表征方法；检测手段；常用设备ABSTRACTThis paper mainly summarizes the polymer and its detection means.First of all, this paper made a simple introduction of the polymer structure, production performance. Secondly, it describes the detection methods of polymers, such as: gel permeation chromatography, nuclear magnetic resonance (NMR), infrared absorption spectroscopy (IR), laser Raman spectroscopy (LR).Finally, it describes the common equipment used to characterize and detection of polymers, such as: polarizing microscope, metallographic microscope, microscope, X ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy.Key words：Polymer; Characterization; Testing means; common equipment高分子聚合物及其表征方法和测试手段1 前言纵观人类发现材料和利用材料的历史，每一种重要材料的发现和广泛利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新水平，给社会生产力和人类生活水平带来巨大的变化，把人类的物质文明和精神文明向前推进一步，所以说材料是人类社会进步的里程碑。

高分子材料的合成与结构表征方法

高分子材料的合成与结构表征方法高分子材料是一类由大量重复单元组成的大分子化合物，具有许多独特的性质和应用。

为了进一步研究和开发高分子材料，合成和结构表征方法成为至关重要的工具。

本文将介绍一些常见的高分子材料合成方法以及常用的结构表征技术。

一、高分子材料的合成方法1. 缩聚反应：缩聚反应是一种常见的高分子材料合成方法，通过将小分子单体分子间的官能团进行反应，形成长链高分子。

例如，聚酯的合成就是通过酯化反应将酸和醇反应得到的。

2. 聚合反应：聚合反应是将单体分子中的双键或三键进行开环反应，生成高分子链。

常见的聚合反应有自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合和环氧树脂的环开聚合等。

聚合反应可以通过控制反应条件和添加适当的引发剂来控制分子量和分子量分布。

3. 共聚反应：共聚反应是将两种或多种不同的单体分子进行聚合反应，形成具有不同化学结构的高分子材料。

共聚反应可以通过调节单体的摩尔比例和反应条件来控制高分子结构的复杂性和性能。

二、高分子材料的结构表征方法1. 分子量分布测定：高分子材料的分子量对其性能具有重要影响。

常见的分子量分布测定方法有凝胶渗透色谱（GPC）和凝胶电泳等。

GPC是一种基于分子在凝胶柱中的渗透性质进行分离和测定的方法，通过与标准品比较，可以得到高分子材料的分子量分布。

2. 热分析技术：热分析技术包括差示扫描量热分析（DSC）、热重分析（TGA）和动态热机械分析（DMA）等。

DSC可以测定高分子材料的玻璃化转变温度、熔融温度和热稳定性等热性质。

TGA可以测定高分子材料的热分解温度和热稳定性等。

DMA可以测定高分子材料的力学性能和玻璃化转变温度等。

3. 光谱技术：光谱技术包括红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）和拉曼光谱等。

IR可以通过测定高分子材料的红外吸收峰来确定官能团的存在和化学结构。

NMR可以通过测定高分子材料的核磁共振信号来确定分子结构和分子量。

拉曼光谱可以通过测定高分子材料的拉曼散射光谱来确定分子结构和分子间相互作用。

高分子科学基础-高分子材料力学性能

13
么么么么方面
• Sds绝对是假的
2.橡胶弹性的热力学分析
长度lo的试样，等温时受外力 f 拉伸，伸长 dl dU = dQ－dW
拉伸中体积变化所做的功 PdV
dW
PdV－fdl
拉伸中形状变化所做的功－fdl
又 dQ=TdS, ∴ dU = TdS + fdl －PdV
橡胶在拉伸中体积不变, dV=0; ∴ dU = TdS + fdl
弱
脆断裂强度高低;
韧
断裂伸长大小
类型形变产生屈服现象 σ ε
实例
软而弱
易
有
低中
凝胶，低分子量树脂
软而韧
易
有
中大
橡胶，软PVC，LDPE
硬而脆
难
无
中小
PS，PMMA
硬而强
难
有
高中
硬PVC
10
硬而韧
难
有
高大
尼龙，PC
3.影响聚合物实际强度的因素
①高分子的化学结构
——增加极性或产生氢键，强度↑
PE < PVC < 尼龙66
力变化一个相位角δ
ε(t)=ε0 sinωt
σ(t)=σ0 sin(ωt+δ)
σ(t)=σ0 sinωtcosδ+σ0 cosωtsinδ
与应变同相位，幅值为σ0cosδ，是弹性形变的动力
与应变相差90o，幅值为σ0sinδ，消耗于克服摩擦阻力
E’=(σ0 /ε0 ) cosδ E”=(σ0 /ε0 ) sinδ
§2 高分子的力学性能
研究目的：
•求得高分子各种力学性能的宏观描述和测试合理化，以作为高分

高分子材料分析测试与研究方法

高分子材料分析测试与研究方法引言高分子材料是一类重要的工程材料，公认为21世纪最具潜力的材料之一。

高分子材料的性能与结构密切相关，因此对其进行分析测试与研究是非常必要的。

本文将介绍常用的高分子材料分析测试方法及其研究方法，包括物理性能测试、化学结构分析、热性能分析、力学性能测试以及相关的表征技术。

一、物理性能测试物理性能是高分子材料的基本性能之一，常用的物理性能测试包括密度测量、吸水性能测试、熔融指数测试等。

1. 密度测量密度是衡量材料物理性能的重要指标之一，可以通过比重法、浮力法或压缩气体法等方法进行测量。

其中，比重法是最常用的方法，通过称量样品质量和体积来计算密度。

2. 吸水性能测试吸水性能是衡量材料对水分的吸收能力的指标，可以通过浸泡法、浸水法或密闭测量等方法进行测试。

这些测试方法可以帮助评估材料的耐水性能及吸水后的性能变化。

3. 熔融指数测试熔融指数是衡量高分子材料熔融流动性能的指标，常用的测试方法有熔体指数法、熔体流动速率法等。

通过测量熔融材料的流动性能，可以评估材料的加工性能以及与其他材料的相溶性。

二、化学结构分析化学结构分析是研究高分子材料化学特性的重要手段，常用的化学结构分析方法包括红外光谱分析、核磁共振分析、质谱分析等。

1. 红外光谱分析红外光谱分析是研究材料化学结构的重要手段，通过研究材料在红外波段的吸收谱图，可以确定材料中的官能团、键的类型以及化学环境等信息。

2. 核磁共振分析核磁共振分析是研究材料分子结构及动力学性质的重要方法，通过测量核磁共振信号，可以获得材料中原子的化学环境、相对数量以及分子间的相互作用信息。

3. 质谱分析质谱分析是研究材料分子结构及组成的关键分析方法，通过测量不同质荷比的离子的相对丰度，可以确定材料中的化学元素、分子量以及它们的相对含量等信息。

三、热性能分析热性能是衡量材料耐热性、热膨胀性等重要性能的指标，常用的热性能分析方法包括热重分析、差示扫描量热分析等。

高分子材料的形态结构表征方法

高分子材料的形态结构表征方法高分子材料作为一种重要的材料类型，在各个领域都有广泛的应用。

由于高分子材料的特殊结构和性质，其形态结构表征成为研究和应用中的关键问题。

在本文中，我将介绍几种常用的高分子材料的形态结构表征方法。

一、X射线衍射法X射线衍射法是一种常用的表征高分子材料晶体结构的方法。

通过X射线与高分子晶体的相互作用，可以获取到晶体的衍射图谱。

根据衍射图谱的特征峰位和峰强，可以确定高分子晶体的晶胞参数、晶体结构和晶格定向性等信息。

此外，X射线衍射法还可以用于探测高分子晶体的结构缺陷和晶体的成分分布等。

二、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，通过聚焦电子束扫描样品表面，利用样品表面反射、散射或透射的电子进行图像捕捉。

在高分子材料的形态结构表征中，SEM可以提供高分辨率的表面形貌和形态信息。

通过SEM观察，可以获得高分子材料表面的纹理、孔隙结构和材料表面的粗糙度等信息。

三、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种通过探针与样品表面间的相互作用力进行成像的高分辨率显微镜。

AFM可以在几纳米的水平上观察到样品表面的形貌和微观结构。

对于高分子材料的形态结构表征，AFM可以提供高分辨率的表面拓扑图像，并可以测量高分子材料的力学性能，如弹性模量和硬度等。

四、核磁共振（NMR）核磁共振是一种通过观察原子核在外加磁场下的共振吸收来表征物质结构和性质的方法。

在高分子材料的形态结构表征中，NMR可以提供高分辨率的物质结构信息，包括高分子链的序列和化学结构等。

通过NMR技术，可以分析高分子材料中不同官能团的相对含量和官能团之间的连接方式，揭示高分子材料的化学环境和化学性质。

五、差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是一种通过测量高分子材料的热力学性质来表征其形态结构的方法。

通过对高分子材料加热或冷却过程中吸收或释放的热量进行测量，并与参考样品进行比较，可以确定高分子材料的玻璃化转变温度、熔点、热分解温度等特征参数。

高性能高分子材料的合成与性能表征

高性能高分子材料的合成与性能表征一、引言高性能高分子材料是一类应用广泛的材料。

它的特点是具有较好的物理、化学性能和高温、高压、高强度等性能。

高性能高分子材料可以分为多种类型，应用于自动化、汽车制造、电子、机械、医药和环保等领域。

本文将着重讨论高性能高分子材料的合成和性能表征。

二、高性能高分子材料的合成1. 多元醇、异氰酸酯合成聚氨酯材料聚氨酯材料是一种重要的高性能高分子材料。

通常采用多元醇和异氰酸酯进行合成。

以1,6-二异氰酸己酯和聚丙二醇为例，将两种物质混合后反应，生成聚氨酯脲键，最终形成聚氨酯材料。

2. 高性能共聚物材料的合成常见的高性能共聚物材料有氟碳树脂、三元共聚物、均聚物、无规共聚物等。

其中，氟碳树脂是由含有氟和碳的单体合成的，具有耐腐蚀、防火等特点。

三元共聚物由三种或三种以上的单体聚合而成，大多用于电子元器件、汽车零部件等。

均聚物和无规共聚物具有良好的物理力学性能和加工性能，应用广泛。

三、高性能高分子材料的性能表征高性能高分子材料的性能表征方法有很多，下面介绍其中几种常用的方法。

1. 热重分析(TGA)热重分析是测定材料在不同温度下失重的一种方法。

在热重分析中，材料样品加热至一定温度时，根据其失重不同，可以分析出其热稳定性。

热重分析广泛应用于各种高分子材料的热稳定性评测。

2. 差示扫描量热(DSC)差示扫描量热是测量材料在加热或冷却过程中释放或吸收热能的一种方法。

通过测定材料热力学性质，可以了解其结构和性质相关信息。

差示扫描量热广泛应用于高分子材料的热力学性质分析。

3. 分子量测定分子量是高分子材料的一个重要指标，影响着高分子材料的物理力学性能和加工性能。

分子量测定方法有很多种，主要包括粘度法、光散射法、凝胶渗透色谱法等。

分子量测定是高分子材料性能表征的核心内容之一，在高分子材料合成前、中、后都需要进行分子量测定。

四、结论高性能高分子材料是一类应用广泛的材料，主要包括聚氨酯材料、共聚物材料等。

高分子材料科学与工程

高分子材料科学与工程高分子材料科学与工程是一门研究与应用化学、物理和工程学原理于高分子材料的学科。

高分子材料是一类由大分子化合物构成的材料，具有独特的物理、化学和力学性质。

高分子材料广泛应用于建筑、电子、医药、包装、能源等各个领域。

高分子材料科学与工程主要研究高分子材料的合成、表征、性能调控和应用开发。

其中，高分子材料的合成是科学家们不断研究和探索的关键。

通过不同的反应途径和合成方法，可以合成出具有特定结构和性质的高分子材料。

如聚合物，可以通过控制聚合反应的条件和参数得到不同分子量、分子结构和分子量分布的聚合物。

而改性合成方法可以为高分子材料赋予特殊的功能和性能，如增强材料的强度、改善材料的耐热性和耐腐蚀性等。

高分子材料科学与工程还研究高分子材料的表征方法，包括材料的结构、形貌、热力学性质、力学性能等。

通过各种表征技术，科学家们可以对高分子材料的基本特性进行分析和评估，从而为材料的设计和应用提供依据。

例如，通过拉伸实验可以了解材料的力学性能，热重分析可以判断材料的热稳定性等。

高分子材料科学与工程也致力于调控高分子材料的性能，以满足实际工程应用的要求。

通过添加改性剂、调整材料的成分和配比，可以调整和改善高分子材料的性能。

例如，通过添加填充剂可以增强材料的强度和硬度，通过合适的共混技术可以使材料的耐热性能得到提高。

最后，高分子材料科学与工程致力于高分子材料的应用开发。

在电子、医药、能源等领域，高分子材料已经成为不可或缺的材料之一，广泛应用于光电器件、生物医学材料、传感器和催化剂等。

科学家们通过不断创新和研究，不断开发新型材料和研究新的应用领域，为社会发展和科技进步做出贡献。

综上所述，高分子材料科学与工程是一门研究和应用高分子材料的学科，通过对材料的合成、表征、性能调控和应用开发，推动高分子材料的发展和应用，为实现可持续发展和推动工业进步做出贡献。