实验05 膨胀计法测定高聚物的玻璃化转变温度
如何测定玻璃化转变温度Tg
如何测定玻璃化转变温度Tg2008-04-06 10:531．膨胀计法在膨胀计内装入适量的受测聚合物，通过抽真空的方法在负压下将对受测聚合物没有溶解作用的惰性液体充入膨胀计内，然后在油浴中以一定的升温速率对膨胀计加热，记录惰性液体柱高度随温度的变化。
由于高分子聚合物在玻璃化温度前后体积的突变，因此惰性液体柱高度-温度曲线上对应有折点。
折点对应的温度即为受测聚合物的玻璃化温度。
2．折光率法利用高分子聚合物在玻璃化转变温度前后折光率的变化，找出导致这种变化的玻璃化转变温度。
3．热机械法（温度-变形法）在加热炉或环境箱内对高分子聚合物的试样施加恒定载荷；记录不同温度下的温度-变形曲线。
类似于膨胀计法，找出曲线上的折点所对应的温度，即为：玻璃化转变温度。
4．DTA法（DSC）以玻璃化温度为界，高分子聚合物的物理性质随高分子链段运动自由度的变化而呈现显著的变化，其中，热容的变化使热分析方法成为测定高分子材料玻璃花温度的一种有效手段。
目前用于玻璃化温度测定的热分析方法主要为差热分析（DTA和差示扫描量热分析法（DSC）。
以DSC为例，当温度逐渐升高，通过高分子聚合物的玻璃化转变温度时，DSC曲线上的基线向吸热方向移动（见图）。
图中A点是开始偏离基线的点。
将转变前后的基线延长，两线之间的垂直距离为阶差ΔJ，在ΔJ/2 处可以找到C点，从C点作切线与前基线相交于B点，B点所对应的温度值即为玻璃化转变温度Tg。
5．动态力学性能分析（DMA）法高分子材料的动态性能分析（DMA）通过在受测高分子聚合物上施加正弦交变载荷获取聚合物材料的动态力学响应。
对于弹性材料（材料无粘弹性质），动态载荷与其引起的变形之间无相位差（ε=ζ0sin(ωt)/E）。
当材料具有粘弹性质时，材料的变形滞后于施加的载荷，载荷与变形之间出现相位差δ：ε=ζ0sin(ωt+δ)/E。
将含相位角的应力应变关系按三角函数关系展开，定义出对应与弹性性质的储能模量G’=Ecos（δ）和对应于粘弹性的损耗模量G”=Esin（δ） E因此称为绝对模量E=sqrt(G’2+G”2) 由于相位角差δ的存在，外部载荷在对粘弹性材料加载时出现能量的损耗。
高分子物理实验
南昌大学实验报告实验项目名称：_______膨胀计法测定聚合物的玻璃化转变温度______________ 学生姓名：____________ 学号：___________ 专业班级：______________ 实验类别： 基础√专业实验类型：√验证 综合 设计 创新实验要求：√必修 选修实验日期：___________ 实验成绩：________一、实验目的1. 了解膨胀计测量聚合物玻璃化温度的方法。
2. 深入理解自由体积概念在高分子学科中的重要性。
二、实验基本原理在玻璃态下，由于链段运动被冻结，自由体积也被冻结，聚合物随温度升高而发T以上，除了正常的分子生的膨胀只是由于正常的分子膨胀过程造成的，而在g膨胀过程外，还有自由体积的膨胀，因此高弹态的膨胀系数比玻璃态的膨胀系数T就要发生斜率的变化。
来得大。
若以比容对温度作图，在g三、主要仪器设备及耗材膨胀计、水浴及加热器、颗粒状尼龙6、丙三醇。
四、实验步骤1. 洗净膨胀计，烘干。
装入尼龙6颗粒至比重瓶的4/5体积。
2. 在膨胀管内加入丙三醇作为介质，用玻璃棒搅动（或抽气）使膨胀管内没有气泡。
3. 再加入丙三醇至比重瓶口，插入毛细管，使丙三醇的液面在毛细管下部，磨口接头用弹簧固定，如果管内发现有气泡要重装。
4. 将装好的膨胀计浸入水浴中，于30︒C恒定20min后，设置最高温度为60︒C，控制水浴升温速率约为1.25︒C/min。
5. 读取水浴温度和毛细管内丙三醇液面的高度，从30～55︒C每升高1︒C读数一次（升温速率控制为0.5︒C/min ），到55︒C 为止。
6. 毛细管内液面高度对温度作图。
从直线外延点求得升温速度1.25︒C/min 下尼龙6的g T 。
五、实验数据及处理结果3.33.43.53.63.73.83.94.0h /m m Tamperature /o C升温速度1.25︒C/min 下尼龙6的g T 为44︒C 。
六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议略七、参考资料1．何平笙，杨海洋，朱平平，瞿保均. 高分子物理实验. 合肥：中国科学技术大学出版社，20022．陈义旺. 高分子物理实验补充讲义. 南昌大学，2006南昌大学实验报告实验项目名称：______________聚合物的温度－形变曲线__________________ 学生姓名：____________ 学号：___________ 专业班级：______________ 实验类别： 基础√专业实验类型：√验证 综合 设计 创新实验要求：√必修 选修实验日期：___________ 实验成绩：________一、实验目的1. 正确理解聚合物的三个力学状态和二个转变。
膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度-高分子物理-实验10-10
实验十膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度一．实验目的1．掌握膨胀计法测定聚合物玻璃化温度的方法。
2．了解升温速度对玻璃化温度的影响。
3. 深入理解自由体积概念在高分子学科中的重要性。
二．实验原理某些液体在温度迅速下降时被固化成为玻璃态而不发生结晶作用就叫做玻璃化转变，其发生转变时的温度称玻璃化温度，记作T g。
聚合物具有玻璃化转变现象。
聚合物的玻璃化转变对非晶态聚合物而言，是指其从玻璃态到高弹态的转变（温度由低到高），或从高弹态到玻璃态的转变（温度由高到低）；对晶态聚合物来说，是指其中非晶部分的这种转变。
玻璃化温度T g是聚合物的特征温度之一，它是高分子链柔性的指标，可以作为聚合物的特征指标，。
从工艺角度来看，T g是非晶态热塑性塑料（如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和硬质聚氯乙烯等）使用温度的上限，是橡胶使用温度的下限，具有重要的工艺意义。
当聚合物由玻璃态转变为高弹态时，模量下跌3~4个数量级，材料从坚硬的固体转变成柔软的弹性体。
许多其它物理性质，如体积(比容)、热力学性质(比热、焓) 和电磁性质(介电系数、介电损耗、核磁共振吸收谱线宽度等)都有明显的变化。
聚合物的玻璃化转变现象是一个极为复杂的现象，它的本质至今还不完全了解。
对聚合物玻璃化转变本质的看法集中起来有两种，一种观点认为玻璃化转变本质上是个动力学问题，是一个弛豫过程。
聚合物有自己的分子内部时间尺度，当外力作用时间（或实验观察时间、或实验时间）与这内部时间尺度同数量级时即发生松弛转变。
玻璃化转变就是外力作用时间与聚合物链段运动的松弛时间同数量级时的松弛转变。
另一种观点认为玻璃化转变本质上是一个平衡热力学二级相变，而实验观测到的具有动力学性质的T g是需要无限长时间的热力学转变温度的一个显示。
的确，从实验上来观察，我们确实只能发现玻璃化转变的速率特征，但是，认为玻璃化转变是一个平衡态热力学转变，并以此为基础做出的理论推导在解释玻璃化温度与共聚、增塑、交联等因素的关系上取得了满意的结果。
玻璃化温度测量方法
1，体积的变化用膨胀计测定玻璃化温度是最常用的方法。
一般是测定高聚物的比体积对温度的关系．把曲线两端的直线部分外推至交点作为T g(如图1)从图可以看出，玻璃化转变同冷却速率有关：冷却的快。
得出的T g高；冷却的慢，T g就较低。
同样，加热速率或快或慢，T g也或高或低。
产生这种现象的原因是体系没有达到平衡。
但要达到平衡，需要很长的时间(无限长)，这在实验上做不到。
通常采用的标准是每分钟3℃。
测量时．常把试样在封闭体系中加热或冷却，体积的变化通过填充液体的液面升降而读出、这种液体不能和高聚物发生反应或溶解、溶胀，最常用的是水银、也有人用空气作测量的流体，达时可测定压力的变化。
其它与体积有关的性质也可用于测定，加试样的折射系数、X射线的吸收等。
2，热力学方法量热方法也是测定玻璃化温度的常用方法。
在T g时，热焓有明显变化，热容有—个突变。
自从有了差热分析(DTA)和差示扫描量热计后，量热方法变得更为重要。
象体积变化一样，热焓和热容的变化也和速率有关：图2表示比体积（V）和焓(H)对温度的关系，图3表示体膨胀系数和热容对温度的关系，都出现行“滞后”现象。
图中曲线1是缓慢冷却，曲线2是正常冷却和升温，曲线3是快速冷却；曲线1、3是正常升温。
3，核磁共振法(NMR)利用电磁性质的变化研究高聚物玻璃化转变的方法是核磁共振法(NMR)。
在分子运动开始前，分子中的质子处于各种不同的状态，因而反映质子状态的NMR谱线很宽。
当湿度升高，分子运动加速后，质子的环境被平均化，共振谱线变窄，到了T g时谱线的宽度有了很大改变。
图5给出了聚氯乙烯的NNR线宽(ΔH)的变化。
由图5可得Tg 为82℃。
图2 非晶高聚物焓和温度的关系图3 非晶高聚物热容和温度的关系4、利用力学性质变化的方法玻璃化温度和脆性温度是聚合物(包括橡胶)在低温下，力学性能发生形态突变时的对应的温度。
这种力学行为可用外力作用下的形变来表征。
假定以固定负荷来测定其温度突变时橡胶的形变量，则随着温度由低到高，可分成A、B、C、D、E五个区，如图1所示。
膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度实验报告
膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度实验报告<p class="article_top">篇一：废水中cod的测定实验报告废水中cod的测试实验报告一、原理在强酸性溶液中，加入一定量重铬酸钾作氧化剂，在专用复合催化剂存在下，于165℃恒温加热消解水样10min，重铬酸钾被水中有机物质还原为三价铬，在波长610nm处，测定三价铬离子。
根据三价铬离子的量换算成水样的质量浓度。
郎伯比尔定律：吸光度（a）a=。
lgt水中的化学需氧量同消解后样品吸光度存在一定线性关系，y=b*x+a。
通过最小二乘法原则确定待测液浓度。
二、实验步骤：1.标准曲线的绘制（1）取专用反应管6只做好标记，分别加入0，0.1，0.5，1.0，2.0，3.0ml邻苯二甲酸氢钾标液，相应cod理论值为0，40，200，400，800，1200mg/l （2）用纯水将各反应管依次补足至3ml；（3）每支反应管加氧化剂1ml；（4）各反应管垂直快速加入配制后催化剂5.0ml，如发现溶液上下液色不均，可加盖摇匀，否则将引起加热过程溅飞。
（5）将反应管置入仪器加热，温度升至164.5℃按下消解键；（消解指示灯亮）。
10min恒温消解，仪器发出蜂鸣，指示水样已消解充分；（6）取出水样，置于试管架上1-2min后放入冷水盆中冷却至室温；（7）每支反应管加入纯水3.0ml盖塞摇匀，操作完成后，冷却至室温，准备进行光度测定；2.待测样（1）吸取3ml混合均匀的水样（或适量水样稀释至3ml）置于专用反应管中，加入1ml专用氧化剂，摇匀；垂直快速加入5ml催化剂，消解过程同上。
3.光度测定波长610nm处，30mm比色皿，以水为参比液，测定吸光度并做空白校正。
注意：1、浓硫酸使用仔细2、氧化剂是上次配制的，不能用试剂瓶中原液。
3、消解不加盖。
三、实验数据表1.标准参考值图1.标准曲线表2.污水测定值四、思考题（1）为什么需要做空白实验。
用不同方法测定材料的玻璃化转变温度
用不同方法测定材料的玻璃化转变温度卓蓉晖 胡 言 陈文怡(武汉理工大学材料研究与测试中心 湖北 武汉 430070)摘 要 玻璃化转变温度是材料的重要特性参数,对材料的研究有着重要意义。
测定材料玻璃化转变温度的方法很多,各种方法由于其测试条件和测试内容不同,结果也各不相同。
为更好的了解各种测试方法,本文用不同方法对同种样品的玻璃化转变温度进行测定,并对其结果进行讨论。
关键词 玻璃化转变温度 热膨胀 差热分析 玻璃化转变温度T g是材料的一个重要特性参数,材料的许多特性都在玻璃化转变温度附近发生急剧的变化。
以玻璃为例,在玻璃化转变温度,由于玻璃的结构发生变化,玻璃的许多物理性能如热容、密度、热膨胀系数、电导率等都在该温度范围发生急剧变化。
根据玻璃化转变温度可以准确制定玻璃的热处理温度制度。
对高聚物而言,它是高聚物从玻璃态转变为高弹态的温度,在玻璃化转变温度时,高聚物的化热容、热膨胀系数、粘度、折光率、自由体积以及弹性模量等都要发生一个突变。
从分子结构上讲,玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松驰现象,而不象相转变那样有相变热,所以它是一种二级相变(高分子动态力学中称主转变)。
在玻璃化转变温度以下,高聚物处于玻璃态,分子链和链段都不能运动,只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动;而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动,但是链段开始运动,表现出高弹性质,温度再升高,就使整个分子链运动而表现出粘流性质。
在聚合物的使用上,T g一般为塑料的使用上限,橡胶的使用温度下限1。
因此,T g对材料的研究有着重要意义。
测定材料的玻璃化转变温度的方法很多,如差热分析法(DT A)、差示扫描量热法(DSC)、热膨胀法、核磁共振波谱法、粘弹性测量法、介电测量法等。
为更好的了解各种测试方法,本文选取一组玻璃样品,分别用热膨胀法和差势分析法测定其玻璃化转变温度,并对其结果进行分析讨论。
1 实验原料实验选取一组玻璃试样,其成分为:(wt/%)样品编号SiO2B2O3Al2O3CaO MgO Na2O K2O TiO2F SrO Fe2O3SO3 1#59187013117221153107015501250137010900128012 2#5219971414148221120156016401090154015801170125012 2 实验方法将两组试样分别制成直径约5m m,长约25m m的棒状样品,测试样品的热膨胀系数曲线。
玻璃化温度测量方法
1，体积的变化用膨胀计测定玻璃化温度是最常用的方法。
一般是测定高聚物的比体积对温度的关系．把曲线两端的直线部分外推至交点作为T g(如图1)从图可以看出，玻璃化转变同冷却速率有关：冷却的快。
得出的T g高；冷却的慢，T g就较低。
同样，加热速率或快或慢，T g也或高或低。
产生这种现象的原因是体系没有达到平衡。
但要达到平衡，需要很长的时间(无限长)，这在实验上做不到。
通常采用的标准是每分钟3℃。
测量时．常把试样在封闭体系中加热或冷却，体积的变化通过填充液体的液面升降而读出、这种液体不能和高聚物发生反应或溶解、溶胀，最常用的是水银、也有人用空气作测量的流体，达时可测定压力的变化。
其它与体积有关的性质也可用于测定，加试样的折射系数、X射线的吸收等。
2，热力学方法量热方法也是测定玻璃化温度的常用方法。
在T g时，热焓有明显变化，热容有—个突变。
自从有了差热分析(DTA)和差示扫描量热计后，量热方法变得更为重要。
象体积变化一样，热焓和热容的变化也和速率有关：图2表示比体积（V）和焓(H)对温度的关系，图3表示体膨胀系数和热容对温度的关系，都出现行“滞后”现象。
图中曲线1是缓慢冷却，曲线2是正常冷却和升温，曲线3是快速冷却；曲线1、3是正常升温。
3，核磁共振法(NMR)利用电磁性质的变化研究高聚物玻璃化转变的方法是核磁共振法(NMR)。
在分子运动开始前，分子中的质子处于各种不同的状态，因而反映质子状态的NMR谱线很宽。
当湿度升高，分子运动加速后，质子的环境被平均化，共振谱线变窄，到了T g时谱线的宽度有了很大改变。
图5给出了聚氯乙烯的NNR线宽(ΔH)的变化。
由图5可得Tg 为82℃。
图2 非晶高聚物焓和温度的关系图3 非晶高聚物热容和温度的关系4、利用力学性质变化的方法玻璃化温度和脆性温度是聚合物(包括橡胶)在低温下，力学性能发生形态突变时的对应的温度。
这种力学行为可用外力作用下的形变来表征。
假定以固定负荷来测定其温度突变时橡胶的形变量，则随着温度由低到高，可分成A、B、C、D、E五个区，如图1所示。
玻璃化温度(整理)
玻璃化温度玻璃化转变是高聚物的一种普遍现象，因为即使是结晶高聚物，也难以形成100％的结晶，总有非晶区存在。
在高聚物发生玻璃化转变时，许多物理性能发生了急剧的变化特别是力学性能。
在只有几度范围的转变温度区间前后，模量将改变三到四个数量级，使材料从坚硬的固体，突然变成柔软的弹性体，完全改变了材料的使用性能。
作为塑料使用的高聚物，当温度升高到发生玻璃化转变时，失去了塑料的性能，变成了橡胶；而作为橡胶使用的材料，当温度降低到发生玻璃化转变时，便丧失橡胶的高弹性，变成硬而脆的塑科。
因此，玻璃化转变是高聚物的一个非常重要的性质。
研究玻璃化转变现象，有着重要的理论和实际意义。
而玻璃化温度是在决定应用一个非晶高聚物之前需要知道的一个最重要的参数，如何测量这一参数自然也是很重要的。
另一方面对玻璃化转变现象的研究，也必须解决实际测量的问题。
测量玻璃化温度的方法很多，原则上说，所有在玻璃化转变过程中发生显著变化或突变的物理性质，都可以利用来测量玻璃化温度。
这些方法大致可以分成下面四类：1）利用体积变化的方法，2）利用热力学性质变化的方法，3）利用力学性质变化的方法，4）利用电磁性质变化的方法。
一、玻璃化转变的理论对于玻璃化转变现象，至今尚无完善的理论可以做出完全符合实验事实的正确解释。
已经提出的理论很多，主要的有三种：自由体积理论、热力学理论和动力学理论。
1、自由体积理论自由体积理论认为，在玻璃化转变温度Tg以下，玻璃态中的分子链段运动和自由体积是被冻结的；玻璃化转变动力学理论认为，大分子局域链构象重排涉及到主链上单键的旋转，存在位垒，当温度在Tg以上时，分子运动有足够的能量去克服位垒，但当温度降至Tg以下时，分子热运动不足以克服位垒，于是便发生了分子运动的冻结。
因此，高分子链在以下的运动一般被认为是冻结的。
自由体积理论最初是由Fox和Flory提出来的。
他们认为液体或固体物质，其体积由两部分组成：一部分是被分子占据的体积，称为已占体积；另一部分是未被占据的自由体积。
玻璃化转变温度
玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
由于高分子结构要比低分子结构复杂，其分子运动也就更为复杂和多样化。
根据高分子的运动力形式不同，绝大多数聚合物材料通常可处于以下四种物理状态(或称力学状态):玻璃态、粘弹态、高弹态（橡胶态）和粘流态。
而玻璃化转变则是高弹态和玻璃态之间的转变，从分子结构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象，而不象相转变那样有相变热，所以它既不是一级相变也不是二级相变(高分子动态力学中称主转变)。
在玻璃化转变温度以下，高聚物处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动;而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，温度再升高，就使整个分子链运动而表现出粘流性质。
玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物的一个重要的物理性质，也是凝聚态物理基础理论中的一个重要问题和难题，是涉及动力学和热力学的众多前沿问题.玻璃转变的理论一直在不断的发展和更新.从20世纪50年代出现的自由体积理论到现在还在不断完善的模态涡合理论及其他众多理论，都只能解决玻璃转变中的某些问题.一个完整的玻璃转变理论仍需要人们作艰苦的努力.对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度形变曲线或热机械曲线。
非晶聚物有四种力学状态，它们是玻璃态、粘弹态、高弹态和粘流态。
在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态：当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。
我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是玻璃化温度。
玻璃化温度
基本简介
测量方法
转变温度
测量方法
1、利用体积变化的方法 2、利用热力学性质变化的方法 3、利用力学性质变化的方法 4、利用电磁性质变化的方法
转变温度
玻璃化转变温度Tg是材料的一个重要特性参数，材料的许多特性都在玻璃化转变温度附近发生急剧的变化。 以玻璃为例，在玻璃化转变温度，由于玻璃的结构发生变化，玻璃的许多物理性能如热容、密度、热膨胀系数、 电导率等都在该温度范围发生急剧变化。根据玻璃化转变温度可以准确制定玻璃的热处理温度制度。对高聚物而 言，它是高聚物从玻璃态转变为高弹态的温度，在玻璃化转变温度时，高聚物的比热容、热膨胀系数、粘度、折 光率、自由体积以及弹性模量等都要发生一个突变。从分子结构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻 结状态到解冻状态的一种松弛现象，而不像相转变那样有相变热，所以它是一种二级相变(高分子动态力学中称主 转变)。在玻璃化转变温度以下，高聚物处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子(或基团) 在其平衡位置作振动；而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，温度再 升高，就使整个分子链运动而表现出粘流性质。
核磁共振
核磁共振法（NMR）温度升高后，分子运动加快，质子环境被平均化（处于高能量的带磁矩质子与处于低能 量的的带磁矩质子在数量上开始接近；N-/N+=exp(-E/kT)），共振谱线变窄。到玻璃化转变温度，Tg时谱线的 宽度有很大的改变。利用这一现象，可以用核磁共振仪，通过分析其谱线的方法获取高分子材料的玻璃化转变温 度。
折光率法
利用高分子聚合物在玻璃化转变温度前后折光率的变化，找出导致这种变化的玻璃化转变温度。
热机械法
（温度-变形法）在加热炉或环境箱内对高分子聚合物的试样施加恒定载荷；记录不同温度下的温度-变形曲 线。类似于膨胀计法，找出曲线上的折点所对应的温度，即为：玻璃化转变温度。
膨胀计法测玻璃化转变温度思考题
膨胀计法测玻璃化转变温度思考题一、引言在材料科学领域，膨胀计法是一种常用的测试方法，用于测定材料的玻璃化转变温度。
玻璃化转变温度是材料由固态转变为液态的临界温度，也是材料的重要物理性质之一。
本文将从膨胀计法的基本原理出发，探讨如何利用膨胀计法测定玻璃化转变温度，并结合实际案例进行深入探讨，帮助读者更全面地理解膨胀计法及其在材料研究中的应用。
二、膨胀计法的基本原理膨胀计法是通过测定材料在不同温度下的热膨胀系数来确定材料的玻璃化转变温度。
其中，热膨胀系数定义为单位温度变化下材料单位长度的变化量，通常用ppm/℃（百万分之一/摄氏度）来表示。
当材料接近玻璃化转变温度时，其热膨胀系数将显著增加，这一特性可以用来确定材料的玻璃化转变温度。
三、膨胀计法测定玻璃化转变温度的步骤1. 样品准备：需要准备一定量的样品，并将其放置在膨胀计中进行测定。
2. 设定实验条件：在进行实验之前，需要根据样品的性质和要求设置好实验条件，包括温度范围、升温速率等。
3. 开始实验：将样品放置在膨胀计中，然后根据设定的实验条件进行升温，同时记录样品的长度变化。
4. 分析数据：通过分析样品在不同温度下的热膨胀系数曲线，可以找到热膨胀系数发生显著变化的温度点，即玻璃化转变温度。
五、实际案例分析以某种工程塑料为例，通过膨胀计法测得其在升温过程中的热膨胀系数曲线，如下图所示：在这个实际案例中，我们可以清晰地看到随着温度的升高，工程塑料的热膨胀系数呈现出先缓慢增加，然后在约180℃时急剧增加的趋势。
而在这个温度点附近，可以认为工程塑料发生了玻璃化转变。
通过膨胀计法测定，我们确定了这种工程塑料的玻璃化转变温度为180℃。
在实际工程实践中，准确测定材料的玻璃化转变温度对于材料的选取和设计具有重要意义。
膨胀计法作为一种可靠的测试方法，在材料科学研究和工程应用中得到了广泛的应用。
六、总结与展望通过本文的讨论，我们对膨胀计法测定玻璃化转变温度的原理和方法有了更深入的理解。
聚合物的玻璃化转变温度
聚合物的玻璃化转变温度姓名：罗新杰学号：20101648 班级：高分子材料与工程一班摘要：在高分子科学中，聚合物的玻璃化转变是一个非常重要的现象，玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
本文主要简单地介绍玻璃化转变温度的相关知识和理论。
前言：玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物的一个重要的物理性质，也是凝聚态物理基础理论中的一个重要问题和难题，是涉及动力学和热力学的众多前沿问题。
玻璃转变的理论一直在不断的发展和更新。
从20世纪50年代出现的自由体积理论到现在还在不断完善的模态祸合理论及其他众多理论，都只能解决玻璃转变中的某些问题。
一个完整的玻璃转变理论仍需要人们作艰苦的努力。
对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度－形变曲线或热机械曲线。
非晶聚物有四种力学状态，它们是玻璃态、粘弹态、高弹态和粘流态。
在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态，当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。
我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是玻璃化温度。
高分子材料玻璃化转变的表征可提供丰富的信息，例如固化程度、热历史、材料的最高服役温度，共聚、共混物组分的相容性和相分离，组分的定性和定量等等，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
所以我们得研究和掌握不同高分子玻璃化转变温度的测试方法，并比较不同测试方法的优缺点。
通过对玻璃化转变温度的不断研究，人们逐渐了解了影响玻璃化转变温度的不同因素，从而能更加灵活的处理和运用聚合物的玻璃化转变温度。
测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数实验
摘
温 度系 数的 测量 方法 . 运 用光 束在 玻璃样 品中 发生 干 涉的 原 理， 用 自然 降 温 法进 行 测 量 . 实 验得 到 干 涉 光斑 的条 纹移 动数 与温 度呈 线性关 系 ， 通过 拟合 实验 曲线 的斜率 ， 即 可计 算该 玻璃 样品 的热膨 胀系 数 和 折射 率温 度系 数 . 该实 验装 置结 构简单 , 调 节方 便 , 条 纹移 动清 晰 ， 自 然降 温法 获得 的数 据线 性良 好 ， 精 确度 高 . 关 键词 : 热膨 胀系 数 ; 折 射率 温度 系数 ; 水 平光 路 33 中 图分 类号 : O 4 文献 标识 码 : A 167( 2 010 ) 04 - 0024 - 03 文 章编 号 : 1006 - 7
1 引
言
2 原
理
一 般物 理实 验中 ， 未涉 及 玻 璃 热 膨 胀系 数 和 折 射 率 温度 系数 的测 量 . 本文 设计 了基 于水平 方向 光路 的 法 测量 了 某 玻 璃 样 品 的 热 膨 胀 系 数 和 折 射 率 温 度 系
本 实验 所用 的样 品 由 均 匀 各 向同 性 的 玻 璃 制 成 ， 如 图 1 所示 . 图 中 : A 是被 切 去一 部 分的 玻 璃圆 柱 体 ， 圆 形玻 璃板 ， 每 块 玻璃 板 的 上 下 表 面 不 平 行 . 3 块 玻 可 以忽 略不 计 . 激 光 从 上 方 射 向 样 品 ， 如 图 2 所 示.
收 稿 日 期 : 2009 - 05 - 06 0018 ) 基 金 项 目 : 广 东 省 高 等 教 育 教 学 改 革 工 程 项目 ( 2007 作 者 简 介 : 肖 晓 芳 ( 198 5 - ) ， 女， 广东 汕头人， 硕 士， 主要研 究方向 为 物 理 实 验 课 程 与 教 学 . Em a i l: 19117 18 83 @ qq.co m 通 信 作 者 : 程 敏 熙 ( 196 2 - ) ， 男， 广东四会人， 副教授， 硕士生导师， 研究方向为光电技术与系统， 物 理 实 验 设 计 与 研究 .
膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度实验报告
膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度实验报告
实验目的：使用膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度。
实验原理：聚合物的玻璃化温度是指聚合物在加热过程中从玻璃态转变为高分子状态的温度。
膨胀计法是一种常用的测定玻璃化温度的方法。
其原理是利用聚合物在加热过程中由于温度升高而产生的膨胀变化来判断玻璃化转变的温度。
实验步骤：
1. 将聚合物样品剪成适当大小的片状，保持样品的一致性。
2. 将膨胀计探头插入样品，并将样品与膨胀计固定。
3. 将膨胀计连接到温度控制器上，并将温度控制器设定为从室温开始以一定速率升温。
4. 在实验过程中记录膨胀计示数随温度变化的曲线。
5. 观察曲线中的突变点，即玻璃化转变点，这一点对应的温度即为聚合物的玻璃化温度。
实验结果：根据实验数据记录的膨胀计示数随温度变化的曲线，确定聚合物的玻璃化温度。
讨论与分析：根据实验结果得到的玻璃化温度，可以判断聚合物的性质、稳定性和应用范围。
结论：利用膨胀计法可以测定聚合物的玻璃化温度，本实验得到的结果为聚合物的玻璃化温度为X℃。
膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度实验报告
实验五膨胀计法测定聚合物的玻璃化温度聚合物的玻璃化转变是指非晶态聚合物从玻璃态到高弹态的转变，是高分子链段开始自由运动的转变。
在发生转变时，与高分子链段运动有关的多种物理量（例如比热、比容、介电常数、折光率等）都将发生急剧变化。
显而易见，玻璃化转变是聚合物非常重要的指标，测定高聚物玻璃化温度具有重要的实际意义。
目前测定聚合物玻璃化转变温度的主要有扭摆、扭辫、振簧、声波转播、介电松弛、核磁共振和膨胀计等方法。
本实验则是利用膨胀计测定聚合物的玻璃化转变温度，即利用高聚物的比容－温度曲线上的转折点确定高聚物的玻璃化温度（T g）。
一、实验目的与要求1、掌握膨胀计法测定聚合物T g的实验基本原理和方法。
2、了解升温速度对玻璃化温度的影响。
3、测定聚苯乙烯的玻璃化转变温度。
二、实验原理当玻璃化转变时，高聚物从一种粘性液体或橡胶态转变成脆性固体。
根据热力学观点，这一转变不是热力学平衡态，而是一个松弛过程，因而玻璃态与转变的过程有关。
描述玻璃化转变的理论主要有自由体积理论、热力学理论、动力学理论等。
本实验的基本原理来源于应用最为广泛的自由体积理论。
根据自由体积理论可知：高聚物的体积由大分子己占体积和分子间的空隙，即自由体积组成。
自由体积是分子运动时必需空间。
温度越高，自由体积越大，越有利于链段中的短链作扩散运动而不断地进行构象重排。
当温度降低，自由体积减小，降至玻璃化温度以下时，自由体积减小到一临界值以下，链段的短链扩散运动受阻不能发生（即被冻结）时，就发生玻璃化转变。
图5-1高聚物的比容—温度关系曲线能够反映自由体积的变化。
图中上方的实线部分为聚合物的总体积，下方阴影区部分则是聚合物己占体积。
当温度大于α段部分。
T g时，高聚物体积的膨胀率就会增加，可以认为是自由体积被释放的结果，图中r当T<T g时，聚合物处于玻璃态，此时，聚合物的热膨胀主要由分子的振动幅度和键长的变化的贡献。
在这个α段部分。
显然，两条直线的斜率发生极大的变阶段，聚合物容积随温度线性增大，如图g化，出现转折点，这个转折点对应的温度就是玻璃化温度T g。
玻璃化转变温度和SBS
玻璃化转变温度和S B S Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT一、玻璃化转变温度定义1.从实验现象角度定义玻璃化转变温度：玻璃化转变温度是指由高弹态转变为玻璃态、玻璃态转变为高弹态所对应的温度。
2.从测试角度定义玻璃化转变温度玻璃化转变温度是指高聚物的力学性质（模量、力学损耗）、热力学性质（比热容、热膨胀系数、焓）、电磁性质（介电性、导电性、内耗峰）、形变（膨胀系数）、光学性质（折光指数）等物理性质发生突变点所对应的温度。
如果把玻璃化转变温度看作是一个转变温区，不是一个定值，这样比较容易理解玻璃化转变现象二、测定方法1.膨胀计法在膨胀计内装入适量的受测聚合物，通过抽真空的方法在负压下将对受测聚合物没有溶解作用的惰性液体充入膨胀计内，然后在油浴中以一定的升温速率对膨胀计加热，记录惰性液体柱高度随温度的变化。
由于在玻璃化温度前后体积的突变，因此惰性液体柱高度-温度曲线上对应有折点。
折点对应的温度即为受测聚合物的玻璃化温度。
2.折光率法利用高分子聚合物在玻璃化转变温度前后折光率的变化，找出导致这种变化的玻璃化转变温度。
3.热机械法（温度-变形法）在加热炉或环境箱内对高分子聚合物的试样施加恒定载荷；记录不同温度下的温度-变形曲线。
类似于膨胀计法，找出曲线上的折点所对应的温度，即为：玻璃化转变温度。
三、结论前人做过很多实验，都观察到同一个现象：玻璃化转变温度随升温速率升高（升温速率>5℃/min）而增大、降温速率（降温速率>5℃/min）增大而增大。
一、SBS的合成SBS的合成：以苯乙烯，丁二烯为单体原料，环己烷为溶剂、n-BuLi为引发剂、THF为活化剂,无终止阴离子聚合反应，SiCl4为偶联剂最后加入适量，反应终止加入防老剂。
产品为白色半透明的弹性体。
二、SBS的玻璃化温度SBS的两相分离结构决定了它具有两个玻璃化转变温度，Tg1为-80℃(聚丁二烯段)，Tg2为80℃(聚苯乙烯段)。
Tg的测试方法
玻璃化转变温度的测量方法玻璃化转变温度Tg是材料的一个重要特性参数，材料的许多特性都在玻璃化转变温度附近发生急剧的变化。
以玻璃为例，在玻璃化转变温度，由于玻璃的结构发生变化，玻璃的许多物理性能如热容、密度、热膨胀系数、电导率等都在该温度范围发生急剧变化。
对高聚物而言，它是高聚物从玻璃态转变为高弹态的温度，在玻璃化转变温度时，高聚物的比热容、热膨胀系数、粘度、折光率、自由体积以及弹性模量等都要发生一个突变。
从分子结构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象，而不像相转变那样有相变热，所以它是一种二级相变。
在玻璃化转变温度以下，高聚物处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子或基团在其平衡位置作振动；而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，温度再升高，就使整个分子链运动而表现出粘流性质。
玻璃化转变是聚合物运动状态的一个重要转变，而玻璃化转变温度Tg是材料的一个重要特征参数，在聚合物的加工和应用中具有重要的意义。
根据材料在玻璃化转变温度附近发生的急剧变化，科研工作者们设计了不同的方法对Tg进行测量：一、利用体积变化的方法膨胀计法：将适量的聚合物装入膨胀计内，通过抽真空的方法在负压下，将聚合物没有溶解作用的惰性液体充入膨胀计内，然后在油浴中以一定的升温速率对膨胀计加热，记录惰性液体柱高度随温度的变化。
由于聚合物在玻璃化转变温度前后体积发生突变，因此惰性液体柱高度-温度曲线上会有一个对应的折点，那么折点所对应的温度即为受测聚合物的玻璃化温度。
二、利用电磁性、光性质变化的方法1、折光率法：利用高分子聚合物在玻璃化转变温度前后折光率的变化，找出导致这种变化的玻璃化转变温度。
2、核磁共振法(NMR)：随着温度升高，分子运动加快，质子环境被平均化（处于高能量的带磁矩质子与处于低能量的的带磁矩质子在数量上开始接近；N-/N=exp(-E/kT)），共振谱线变窄。
聚合物的玻璃化转变温度
聚合物的玻璃化转变温度姓名：罗新杰学号：班级：高分子材料与工程一班摘要：在高分子科学中，聚合物的玻璃化转变是一个非常重要的现象，玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
本文主要简单地介绍玻璃化转变温度的相关知识和理论。
前言：玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物的一个重要的物理性质，也是凝聚态物理基础理论中的一个重要问题和难题，是涉及动力学和热力学的众多前沿问题。
玻璃转变的理论一直在不断的发展和更新。
从20世纪50年代出现的到现在还在不断完善的模态祸合理论及其他众多理论，都只能解决玻璃转变中的某些问题。
一个完整的玻璃转变理论仍需要人们作艰苦的努力。
对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度－形变或热机械曲线。
非晶聚物有四种力学状态，它们是玻璃态、粘弹态、高弹态和粘流态。
在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态，当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。
我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是。
高分子材料玻璃化转变的表征可提供丰富的信息，例如固化程度、热历史、材料的最高服役温度，共聚、共混物组分的相容性和相分离，组分的定性和定量等等，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。
所以我们得研究和掌握不同高分子玻璃化转变温度的测试方法，并比较不同测试方法的优缺点。
通过对玻璃化转变温度的不断研究，人们逐渐了解了影响玻璃化转变温度的不同因素，从而能更加灵活的处理和运用聚合物的玻璃化转变温度。
让玻璃化转变温度得到更加广泛的应用。
玻璃化转变温度的测定1
玻璃化转变温度的测定玻璃化转变温度(T g)是高聚物的一个重要特性参数，是高聚物从玻璃态转变为高弹态的温度．在聚合物使用上，T g一般为塑料的使用温度上限，橡胶使用温度的下限。
从分子结构上讲，玻璃化转变是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象，而不象相转变那样有相交热，所以其是一种二级相变(高分子动态力学内称主转变)。
在玻璃化温度下，高聚物处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动，而在玻璃化温度时，分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质。
温度再升高，就使整个分子链运动而表观出粘流性质。
在玻璃化温度时，高聚物的比热容、热膨胀系数、粘度、折光率、自由体积以及弹性模量等都要发生一个突变．DSC测定玻璃化转变温度T g就是基于高聚物在玻璃化温度转变时，热容增加这一性质．在DSC曲线上，其表现为在通过玻璃化转变温度时，基线向吸热方向移动，如图1.35所示．图中A点是开始偏离基线的点。
把转变前和转变后的基线延长，两线间的垂直距离△J叫阶差，在△J/2处可以找到C点。
从C点作切线与前基线延长线相交于B点。
ICTA 建议用B点作为玻璃化转变温度T g，实际上，也有取C点或取D点作为T g的。
在测定过程中，△J阶差除了与试样玻璃化转变前后的热容C p之差有关外．还与升温速率β有关，此外与DSC灵敏度也有关。
玻璃化转变温度T g除了取决于聚合物的结构之外，还与聚合物的分子形，增塑剂的用量，共聚物或共混物组分的比例，交联度的多少以及聚合物内相邻分子之间的作用力等部有关系．T g与聚合物的重均分子量之间的关系，如下式所示：式中了T g为玻璃化转变温度(K)，T g∞为聚合物分子量为无限大时的T g值(K)．M w为聚合物的重均分于量，C为常数．图1.36(a，b)是聚苯乙烯玻璃化温度与其重均分子量的关系曲线。
在分子量低的阶段，T g随分子量增长而很快增高，在分子量足够大时，则与分子量几乎无关．T g与增塑剂的用量的关系如下式所示式中T g为混合体系的玻璃化转变温度(K)，W1，2为组分1和2的重量百分数(%)，Tg1，2为组分1和2的玻璃化转变温度(K)．图1.37(a，b，c)是聚氯乙烯的玻璃化转变温度与增塑剂DOP用量之间的关系曲线．由图可见，随增塑剂用量的增加，玻璃化转变温度下降，在增塑剂用虽超过50％(重量)以后，T g下降幅度减小。