高分子研究方法-mPPT课件
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2
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。
3
高分子材料研究方法
主讲人：麦东东
化工学院 高分子系
1
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。
非晶态、液晶态、取向、复合、共混改性等多相 结构(织态结构)
8
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）
9
单个大分子的形态。如：无Biblioteka Baidu线团、折叠 链、螺旋链等
10
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。
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。
20
测定高聚物分子链整体的结构形态可分四部分：
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、 渗透压法、沸点升高法、端基滴定法等
《聚合物近代仪器分析》，汪昆华，罗传秋主编，清 华大学出版社
5
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。
高聚物分子运动的研究
高分子性能的研究
18
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。
19
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。
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
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。
4
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
23
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
1 体积变化：膨胀计法； 2 热力学性质：热力学性质的变化（ΔH、ΔG、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。
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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。
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
16
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。
17
2、高分子研究方法的研究对象
高分子结构的研究
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。
13
如： PP（固加 态热 ）熔体
14
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
15
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
6
高分子的结构：
①一次结构（近程结构） ②二次结构（远程结构） ③三次结构（聚集态结构）
7
1.1.1 高分子结构的内容
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、
11
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，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。
12
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。
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、粘度法
③交联度测定方法有溶胀法、力学测量法（模量）等 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、超速离心法等
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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 种平衡模式的分子运动状态，称为转变或松弛。
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。
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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
1
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。
非晶态、液晶态、取向、复合、共混改性等多相 结构(织态结构)
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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）
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单个大分子的形态。如：无Biblioteka Baidu线团、折叠 链、螺旋链等
10
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。
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。
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测定高聚物分子链整体的结构形态可分四部分：
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、 渗透压法、沸点升高法、端基滴定法等
《聚合物近代仪器分析》，汪昆华，罗传秋主编，清 华大学出版社
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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。
高聚物分子运动的研究
高分子性能的研究
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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。
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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。
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
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。
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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
23
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
1 体积变化：膨胀计法； 2 热力学性质：热力学性质的变化（ΔH、ΔG、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。
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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。
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
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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。
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2、高分子研究方法的研究对象
高分子结构的研究
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。
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如： PP（固加 态热 ）熔体
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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
15
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
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高分子的结构：
①一次结构（近程结构） ②二次结构（远程结构） ③三次结构（聚集态结构）
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1.1.1 高分子结构的内容
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、
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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，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。
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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。
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、粘度法
③交联度测定方法有溶胀法、力学测量法（模量）等 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、超速离心法等
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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 种平衡模式的分子运动状态，称为转变或松弛。