高分子物理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、高分子物理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書合肥工業(yè)大學(xué)高分子科學(xué)與工程系2011年6月目 錄實(shí)驗(yàn)一 偏光顯微鏡觀察聚合物結(jié)晶形態(tài)¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼1實(shí)驗(yàn)二 膨脹計(jì)法測(cè)定聚合物玻璃化溫度¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼4實(shí)驗(yàn)三 粘度法測(cè)定高聚物分子量¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼&#

2、188;¼¼¼7實(shí)驗(yàn)四 聚合物熔融指數(shù)的測(cè)定¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼13實(shí)驗(yàn)五 聚合物應(yīng)力應(yīng)變曲線的測(cè)定¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼¼17實(shí)驗(yàn)一 偏光顯微鏡觀察聚合物結(jié)晶形態(tài)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馄怙@微鏡的結(jié)構(gòu)及使用方法；觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)，以加深對(duì)聚合物結(jié)晶形態(tài)的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理 聚合

3、物的結(jié)晶受外界條件影響很大，而結(jié)晶聚合物的性能與其結(jié)晶形態(tài)等有密切的關(guān)系，所以對(duì)聚合物的結(jié)晶形態(tài)研究有著很重要的意義。聚合物在不同條件下形成不同的結(jié)晶，比如單晶、球晶、纖維狀晶等等，面其中球晶是聚合物結(jié)晶時(shí)最常見的一種形式。球晶可以長(zhǎng)得比較大，直徑甚至可以達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。球晶是從一個(gè)晶核在三維方向上一齊向外生長(zhǎng)而形成的徑向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，由于是各向異性的，就會(huì)產(chǎn)生雙折射的性質(zhì)。因此，普通的偏光顯微鏡就可以對(duì)球晶進(jìn)行觀察，因?yàn)榫酆衔锴蚓г谄怙@微鏡的正交偏振片之間呈現(xiàn)出特有的黑十字消光圖形。偏光顯微鏡的最佳分辨率為200nm，有效放大倍數(shù)超過500-1000倍，與電子顯微鏡、X射線衍射法結(jié)合可提供較

4、全面的晶體結(jié)構(gòu)信息。球晶的基本結(jié)構(gòu)單元是具有折疊鏈結(jié)構(gòu)的片晶，球晶是從一個(gè)中心(晶核)在三維方向上一齊向外生長(zhǎng)晶體而形成的徑向?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，即一個(gè)球狀聚集體。 光是電磁波，也就是橫波，它的傳播方向與振動(dòng)方向垂直。但對(duì)于自然光來說，它的振動(dòng)方向均勻分布，沒有任何方向占優(yōu)勢(shì)。但是自然光通過反射、折射或選擇吸收后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹辉谝粋€(gè)方向上振動(dòng)的光波，即偏振光(如圖1-1，箭頭代表振動(dòng)方向，傳播方向垂直于紙面)。a) b)圖1-1 自然光和線偏振光的振動(dòng)現(xiàn)象a) 自然光 b) 線偏振光一束自然光經(jīng)過兩片偏振片，如果兩個(gè)偏振軸相互垂直，光線就無法通過了。光波在各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播速度隨振動(dòng)方向不同

5、而變化，折射率值也隨之改變，一般都發(fā)生雙折射，分解成振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不同、折射率不同的兩條偏振光。而這兩束偏振光通過第二個(gè)偏振片時(shí)，只有在與第二偏振軸平行方向的光線可以通過。而通過的兩束光由于光程差將會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。在正交偏光顯微鏡下觀察，非晶體聚合物因?yàn)槠涓飨蛲?，沒有發(fā)生雙折射現(xiàn)象，光線被正交的偏振鏡阻礙，視場(chǎng)黑暗。球晶會(huì)呈現(xiàn)出特有的黑十字消光現(xiàn)象，黑十字的兩臂分別平行于兩偏振軸的方向。而除了偏振片的振動(dòng)方向外；其余部分就出現(xiàn)了因折射而產(chǎn)生的光亮。如圖1-2是共聚聚丙烯在145 oC時(shí)的球晶照片。在偏振光條件下，還可以觀察晶體的形態(tài)，測(cè)定晶粒大小和研究晶體的多色性等等。圖1-2

6、共聚聚丙烯在145 oC時(shí)的球晶照片三、儀器和試劑偏光顯微鏡(如圖1-3)及附件、鑷子、蓋玻片、載玻片、電爐、試樣(聚乙烯醇、聚丙烯、共聚聚丙烯)等。 1.儀器底座；2.視場(chǎng)光闌；3.粗動(dòng)調(diào)焦手輪；4.微動(dòng)調(diào)焦手輪；5.起偏器；6.聚光鏡；7.旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)；8.物鏡；9.檢偏器；10.目鏡；11.勃氏鏡調(diào)節(jié)手輪 圖1-3 偏光顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1.制備樣品：1)將少許聚乙烯醇樹脂顆粒料放在已于260 oC電爐上恒溫的載玻片上，待樹脂熔融后，加上蓋玻片，加壓成膜，保溫2分鐘，然后用水迅速冷卻。2)將少許聚丙烯樹脂顆粒料放在已于260 oC電爐上恒溫的載玻片上，待樹脂熔融后，加上蓋玻片，加

7、壓成膜，保溫2分鐘，然后迅速放入140-150 oC烘箱中，結(jié)晶2小時(shí)后取出。3) 將少許共聚聚丙烯樹脂顆粒料放在已于260 oC電爐上恒溫的載玻片上，待樹脂熔融后，加上蓋玻片，加壓成膜，保溫2分鐘，然后迅速放入140-150 oC烘箱中，結(jié)晶2小時(shí)后取出。2.顯微鏡調(diào)整：1)預(yù)先打開汞弧燈10min，以獲得穩(wěn)定的光強(qiáng)，插入單色濾波片。2)去掉顯微鏡目鏡，起偏片和檢偏片置于90°，邊觀察顯微鏡筒，邊調(diào)節(jié)燈和反光鏡的位置，如需要可調(diào)整檢偏片以獲得完全消光(視野盡可能暗)。3.顯微鏡目鏡分度尺的標(biāo)定： 將帶有分度尺的目鏡插入鏡筒內(nèi)，把載物臺(tái)顯微尺放在載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)到二尺基線重合，載物臺(tái)顯

8、微鏡尺長(zhǎng)100 mm，等分為100格，所以每格為0.01mm，在顯微鏡內(nèi)觀察，若目鏡分度尺50格正好與顯微尺10格相等，則目鏡分度尺每格相當(dāng)于：0.01´10/50 = 2´10-3mm，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，只要讀出被測(cè)物體所對(duì)應(yīng)的格數(shù)，就能知道實(shí)物的大小。 4.將制備好的樣品放在載物臺(tái)上，在正交偏振條件下觀察球晶形態(tài)，計(jì)算球晶的半徑。 記錄所觀察到的現(xiàn)象，并進(jìn)行討論。五、思考題1.利用晶體光學(xué)原理解釋正交偏光系統(tǒng)下聚合物球晶的黑十字消光現(xiàn)象。2.聚合物結(jié)晶過程有何特點(diǎn)?形態(tài)變化過程怎樣?聚合物形態(tài)對(duì)性能有什么影響?3.如果要利用偏光顯徽鏡測(cè)定聚合物結(jié)晶速度。您如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置?

9、并簡(jiǎn)要敘述測(cè)定方法及過程。六、參考文獻(xiàn)1.徐種德，何平笙，周漪琴，馬德柱等高聚物的結(jié)構(gòu)與性能北京：科學(xué)出版社，19812.馬德柱，何平笙，徐種德，周漪琴高聚物的結(jié)構(gòu)與性能第二版北京：科學(xué)出版社，19953.邵毓芳，嵇根定編高分子物理實(shí)驗(yàn)?zāi)暇耗暇┐髮W(xué)出版社，1998，4.復(fù)旦大學(xué)編.高分子實(shí)驗(yàn)技術(shù).P991025.北京大學(xué)編.高分子物理實(shí)驗(yàn). Pl738 實(shí)驗(yàn)二 膨脹計(jì)法測(cè)定聚合物玻璃化溫度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握膨脹計(jì)法測(cè)定聚合物玻璃化溫度的方法；2.了解升溫速度對(duì)玻璃轉(zhuǎn)變化溫度的影響；3.深入理解自由體積概念在高分子學(xué)科中的重要性。二、實(shí)驗(yàn)原理無定形高聚物從硬脆的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀母邚棏B(tài)(或反

10、之)稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化溫度Tg,這個(gè)轉(zhuǎn)變的本質(zhì)是分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，在Tg以下,分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)被凍結(jié)，沒有構(gòu)象的轉(zhuǎn)變，鏈段的蠕動(dòng)停止(但仍有擾動(dòng)),在Tg以上，分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生鏈段的運(yùn)動(dòng)。Tg是分子鏈的鏈段開始有較大規(guī)模運(yùn)動(dòng)的溫度，例如涉及主鏈上50-100個(gè)碳原子的鏈段運(yùn)動(dòng)。 高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變反映在許多物理性質(zhì)的改變上，如熱膨脹系數(shù)、比熱、折射率、介電系數(shù)、介質(zhì)損耗、應(yīng)力松弛動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)等。因此，測(cè)定Tg的方法很多，但是由于加熱速率，作用頻率，以及樣品的熱歷史對(duì)測(cè)量結(jié)果都有影響，不更方法或不同的測(cè)試條件往往得到不同的結(jié)果測(cè)定Tg的方法大致可分為兩大類：1.靜態(tài)法：

11、如膨脹計(jì)法、熱分析法(DTA或DSC)、 折射率法及射線吸收法等；2.動(dòng)態(tài)法：如動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試、蠕變和應(yīng)力松弛、應(yīng)力雙折射、介電分析法、紅外光譜法(振動(dòng)能級(jí))及核磁共振法等， 聚合物的比容是一個(gè)和高分子鏈段運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)有不連續(xù)的變化，即利用膨脹計(jì)測(cè)定聚合物的體積溫度的變化時(shí)，在Tg處有一個(gè)轉(zhuǎn)折，如圖2-1所示。圖21聚苯乙烯的比容溫度曲線快速冷卻慢速冷卻由于玻璃化轉(zhuǎn)變并非熱力學(xué)平衡過程，而是一個(gè)松馳過程，故Tg的大小和測(cè)試條件有關(guān)。圖2-2表明：在降溫測(cè)量中，降溫速度加快，Tg向高溫方向移動(dòng)。(為什么?) 圖2-2 聚乙酸乙烯脂的比容溫度曲線除了外界條件以外，Tg

12、值還受聚合物本身化學(xué)結(jié)構(gòu)以及其它結(jié)構(gòu)因素，如共聚、交聯(lián)、增塑和分子量等的影響。三、儀器和試劑 膨脹計(jì)、溫度計(jì)(0250 oC)、甘油浴及加熱器，顆粒狀聚苯乙烯、乙二醇。圖2-3)為膨脹計(jì)示意圖。1.溫度計(jì)；2.帶刻度毛細(xì)管，直徑約1mm，長(zhǎng)3035cm；3.標(biāo)準(zhǔn)磨口；4.甘油?。?.比重瓶，體積約10ml；6.磁子；7.帶加熱的磁力攪拌器圖2-3 膨脹計(jì)示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1.洗凈膨脹計(jì)，烘干。裝入聚苯乙烯顆粒至膨脹管的2/3體積；2.在膨脹管內(nèi)加入乙二醇作為介質(zhì)。用玻璃棒攪動(dòng)(或抽氣)合膨脹管內(nèi)無氣泡； 3.再加入乙二醇至膨脹管口，插入毛細(xì)管，使乙二醇液面在毛細(xì)管下部(刻度<2 cm為宜

13、)，磨口接頭用彈簧固定，如發(fā)現(xiàn)管內(nèi)留有氣泡需重裝(為什么?)； 4.將裝好的膨脹計(jì)浸入油浴中，控制油浴升溫速度為1 oC/min；5.讀取油浴溫度和毛細(xì)管內(nèi)乙二醇液面高度(在25-45oC范圍內(nèi)，每升高5 oC讀一次；在45-90oC范圍內(nèi)，每升高1 oC讀一次)；6.作毛細(xì)管內(nèi)液面高度對(duì)溫度的圖，從直線外延交點(diǎn)求得該升溫速度下的聚苯乙烯的Tg值，如圖2-1所示。五、思考題1.用膨脹計(jì)測(cè)玻璃化溫度時(shí)，為什么快速升溫(或降溫)比慢速升溫(或降溫)測(cè)得的Tg較高？2.你還知道哪些測(cè)定聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的實(shí)驗(yàn)方法，它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?3.為什么用不同方法測(cè)得的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是不能相互比較的？六

14、、參考文獻(xiàn)1.馬德柱，何平笙，徐種德，周漪琴高聚物的結(jié)構(gòu)與性能第二版北京：科學(xué)出版社，1995.2.漆宗能高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變?；瘜W(xué)通報(bào)，1961,(7):1. 實(shí)驗(yàn)三 粘度法測(cè)定高聚物分子量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)掌握粘度法測(cè)定高聚物分子量的基本原理(2)掌握該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理二、實(shí)驗(yàn)原理高聚物分子量比溶劑分子量大得多，在良溶劑中處于舒展態(tài)，因?yàn)榇蠓肿娱g相互作用力的影響，以至即使是很稀的高聚物溶液，其粘度也比溶劑大為多。實(shí)驗(yàn)中，高聚物溶液的粘度有以下幾種形式表示：(1)相對(duì)粘度 式中h為溶液的粘度，h0為純?nèi)軇┑恼扯取Ｒ虼?，hr表示溶液粘度相當(dāng)于純?nèi)軇┑谋稊?shù)。(2)增比粘度 表示溶液粘度比

15、純?nèi)軇┱扯仍黾拥谋稊?shù)。(3)比濃粘度hsp/C，C為高聚物溶液濃度，單位是(克100毫升)，表示在濃度C時(shí)，單位濃度對(duì)粘度的貢獻(xiàn)。 (4)特性粘度h，定義為為： h的單位是(100毫升克)，表示單位重量高聚物在溶液中占流體力學(xué)體積的大小。 我們知道，高聚物稀溶液的粘度與高聚物的分子鏈大小。形態(tài)以及鏈段與溶劑的相互作用等因素有關(guān)系，因此，在一定溫度下，對(duì)某一高聚物溶劑體系可用含有兩個(gè)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式表示溶液粘度與粘均分子量的關(guān)系： (1)式中K、a數(shù)值是用其它分子量測(cè)定方法來確定的， 在一定的溶液體系、一定的溫度和一定的分子量范圍內(nèi)是常數(shù)a值一般在0.61.0之間。由上式可知：當(dāng)K、a為已知值時(shí)，求

16、得h值，便可得到高聚物的分子量Mh，高分子溶液粘度與濃度的依賴關(guān)系常用的經(jīng)驗(yàn)式有：hsp/C = h+Kh2C (2)Lnhr/C = h-bh2C (3)式中K和b均力常數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得幾個(gè)不同濃度時(shí)的粘度，分別以hsp/C 和Lnhr/C對(duì)C作圖，外推到C0時(shí)的截距，應(yīng)得h值，同時(shí)，直線斜率可求得b值，參見圖3-2。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定聚氯乙烯環(huán)已酮溶液25 OC時(shí)的hM方程式為： (4)本實(shí)驗(yàn)采用烏氏稀釋粘度計(jì)(圖3-1)。圖3-1 烏氏稀釋粘度計(jì)示意圖根據(jù)流體力學(xué)原理，流體在毛細(xì)管中流動(dòng)的時(shí)間與溶液粘度有著密切的關(guān)系，在相對(duì)粘度測(cè)定時(shí)，比密粘度h/r和液體流經(jīng)B管a、b線間的時(shí)間t有如下關(guān)系：(5)

17、 式中A、B為與儀器有關(guān)的常數(shù)則有： (6)（令K = B/A）由于我們測(cè)定極稀高聚物溶液，故溶液的密度r和溶劑r0相差甚小，即r®r0；同時(shí)，如果純?nèi)軇┰诿?xì)管中流經(jīng)時(shí)間大于100秒，則式(5)中Bt的影響可忽略，則： ， 三、實(shí)驗(yàn)器材恒溫水浴裝置(±0.1oC) 一套烏氏稀釋粘度計(jì) 一支秒表(110秒) 一塊醫(yī)用注射器(50ml) 一只2號(hào)砂芯漏斗 兩只50毫升容量瓶 一只25毫升容量瓶 兩只10毫升移液管 兩只5毫升移液管 一只醫(yī)用橡皮管(25cm) 兩根60毫升燒杯 一只聚氯乙烯試樣(粉末) 0.2g 環(huán)已酮試劑 80ml四、實(shí)驗(yàn)步驟1.溶液配制(1) 準(zhǔn)確稱取聚氯

18、乙烯試樣0.1-0.125克于25毫升容量瓶中，加入約20毫升環(huán)已酮，待其完全溶解后放入25 oC恒溫水浴槽； (2)用砂芯漏斗，過濾約50毫升環(huán)已酮于50毫升容量瓶中，置于同一恒溫槽中； (3)待恒溫十分鐘后，再取該環(huán)已酮溶劑滴加入上述聚氯乙烯溶液至25毫升刻度，取出搖勻。(4)再經(jīng)砂芯漏斗過濾到另一只25毫升容量瓶中，重新放置槽中待用。2.測(cè)定溶劑的流經(jīng)時(shí)間t0將粘度計(jì)的B管和C管上接上橡皮管，然后小心垂直放入恒溫槽中，使水面淹沒G球。將10毫升濾過的環(huán)已酮自A管加入粘度計(jì)內(nèi)，恒溫十分鐘，然后關(guān)閉C管，注射器在B管緩慢抽氣，控制液面上升到G球的l/2處時(shí)，將C管和B管的橡皮管都放開，這時(shí)液

19、面開始下降，用秒表測(cè)定液面流經(jīng)a,b線間的時(shí)間，重復(fù)測(cè)三次，要求每一次相差不超過0.2秒。取一平均值，即得t0。3.測(cè)定溶液的流經(jīng)時(shí)間t測(cè)得溶劑to后，取出粘度計(jì)，擦干沾水，倒出溶劑，烘干之，然后，加入10毫升聚氯乙烯溶液，同上法測(cè)定其流經(jīng)時(shí)間，定為tl，再加入5毫升恒溫溶劑，將溶液慢慢地抽上、流下數(shù)次，以使其混合均勻，再測(cè)其流經(jīng)時(shí)間，定為t2，此時(shí)溶液是原來起始濃度的2/3。同樣依次再加入溶劑5毫升，10毫升，10毫升，使溶液濃度分別為起始濃度的1/2，1/3，1/4，各測(cè)定其流經(jīng)時(shí)間，得到t3，t4，t5。測(cè)定完畢，倒出粘度計(jì)中溶液，月過濾的溶劑將粘度計(jì)洗滌1次，毛細(xì)管多洗幾次，但不要碰水

20、，再進(jìn)行干燥。五、將所測(cè)數(shù)據(jù)分別計(jì)算填入下表加入溶劑毫升數(shù)溶液濃度C相對(duì)濃度C¢to（s）t(s）hrhsphsp/C¢LnhrLnhr/C¢C1152/3 C12/351/2 C11/2101/3 C11/3101/4 C11/41. 溶液濃度計(jì)算其中： C1起始濃度 G聚合物樣品重量 2. 圖解求h值： 為作圖方便，溶液濃度用對(duì)起始濃度的相對(duì)濃度C¢表示，即C= C¢´ Cl，其中C為真實(shí)濃度，Cl為起始濃度。這樣，式(2)、(3)可以轉(zhuǎn)換成：hsp/C¢ = A+D C¢ (7)Lnhr/C¢ =

21、A-BC¢ (8)因而，在坐標(biāo)紙上分別hsp/C¢ 和Lnhr/C¢對(duì)C¢作圖外推，作圖可取12小格為起始濃度，那么稀釋后的濃度為8，6，4和3小格，從圖中可得A,B,D值（如圖3-2）。圖3-2 h，K，b值的圖解從式(7)、(8)，因?yàn)镃¢ = C/Cl，故： （9） （10）與式(2)、(3)對(duì)比，即得：， ，3計(jì)算分子量由式(4)計(jì)算所測(cè)樣品的分子量。六、思考題 1式(1)中K, a在何種條件下是常數(shù)？如何求得K, a值？2.測(cè)定某一聚合物粘度時(shí)，一般挑選粘度計(jì)以溶劑流出時(shí)間在100s左右為宜，為什么？3外推h時(shí)兩條直線的張角與什么有關(guān)

22、？七參考文獻(xiàn) 1.錢人元：高聚物的分子量測(cè)定（1958）2.北京大學(xué)化學(xué)系編，高分子物理實(shí)驗(yàn)，P178-289實(shí)驗(yàn)四 聚合物熔融指數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)掌握WH-400型熔融指數(shù)儀的使用方法；2.了解聚合物熔體指數(shù)的定義及其在高聚物成型加工中的意義。二、實(shí)驗(yàn)原理聚合物的剪切粘度(以下簡(jiǎn)稱聚合物的粘度)是它的重要物性指標(biāo)，與聚合物的加工成型密切相關(guān)。在科學(xué)研究中，聚合物的粘度可由毛細(xì)管擠出流變儀、同軸圓筒粘度計(jì)和錐板粘度計(jì)精確測(cè)定。在不具備上述粘度計(jì)時(shí)，有時(shí)可用小球(如自行車用的小鋼珠)在聚合物熔體的自由落下來測(cè)定熔體粘度。但在工業(yè)上，聚合物熔體的粘度可用熔體指數(shù)(MI)或熔體流動(dòng)速率(M

23、FR)來方便地表征，是指在一定溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體每10 min內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量，單位為g/10min。一般采說，對(duì)一定結(jié)構(gòu)的聚合物，其熔融指數(shù)小，分子量就大，則聚合物的斷裂強(qiáng)度、硬度等性能都有所提高。而熔融指數(shù)大，分子量就小，加工流動(dòng)性能就好一些。因此熔融指致在聚合物的應(yīng)用上，尤其是在加工上是一個(gè)重要指標(biāo)。在工業(yè)上經(jīng)常用它來表示熔體粘度的相對(duì)數(shù)值。值得注意的是熔體粘稠的聚合物一般屬于非牛頓流體，即粘度與剪切應(yīng)力、剪切速度有關(guān)，隨著剪切應(yīng)力或剪切速率的變化，粘度也發(fā)生變化，通常剪切速率增大，粘度反而變小，只有在低的剪切速率下才比較接近牛頓流體。因此，從熔融指數(shù)儀中得到的流體性能數(shù)據(jù)，是

24、在低剪切速率的情況下獲得的，而實(shí)際成型加工工藝中，還要研究熔體粘度對(duì)溫度和切變應(yīng)力的依賴關(guān)系，對(duì)某一個(gè)熱塑性聚合物來講，只有當(dāng)熔融指數(shù)與加工條件、產(chǎn)品性能從經(jīng)驗(yàn)上聯(lián)系起來以后，它才具有較大的實(shí)際意義。 ，不同的用途和不同的加工方法，對(duì)聚合物的熔體流動(dòng)速率有不同的要求。一般情況下，注射成型用的聚合物，其熔體流動(dòng)速率較高；擠出成型用的聚合物熔體流動(dòng)速率較低，吹塑成型的介于兩者之間。此外，由于結(jié)構(gòu)不同的聚合物測(cè)定熔融指數(shù)時(shí)選擇的溫度、壓力均不相同，粘度與分子量間的關(guān)系也不一樣，因此，它只能表示同結(jié)構(gòu)聚合物分子量的相對(duì)數(shù)值，而不能在結(jié)構(gòu)不同的聚合物之間進(jìn)行比較。熔融指數(shù)的測(cè)量是在熔融指數(shù)儀上進(jìn)行的，如

25、圖4-1所示，裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格也比較低，在聚合物工業(yè)中應(yīng)用很普遍。三、實(shí)驗(yàn)器材XRZ-400型熔融指數(shù)儀一臺(tái)(見圖4-1)，該儀器由試料擠出系統(tǒng)、和加熱控制系統(tǒng)兩部分組成。參數(shù)有：標(biāo)準(zhǔn)口模長(zhǎng)度為8.00±0.05mm；標(biāo)準(zhǔn)口模內(nèi)徑為2.095±0.05mm；活塞桿長(zhǎng)度為240mm，直徑為9±0.02mm； 另：秒表一個(gè)(準(zhǔn)確至0.1 s)，小錐一把，聚丙烯等樣品，清理料筒用綢布， 圖4-1 熔融指數(shù)儀的裝置示意圖1.料筒，2.活塞桿，3. 口模，4. 負(fù)荷，5. 聚合物樣品，6. 溫度控制系統(tǒng)四、實(shí)驗(yàn)步驟1儀器安放平穩(wěn)，調(diào)節(jié)水平，以活塞桿可在料筒內(nèi)自然

26、落下為準(zhǔn)。2接通熔融指數(shù)儀的電源，這時(shí)指示亮，表示儀器通電，再將溫度設(shè)定撥至230 oC，將標(biāo)準(zhǔn)口模從上端放入料筒底部，插入活塞，開始升溫。3實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定值后，恒溫15 min。4轉(zhuǎn)動(dòng)切割刀片，使其不阻礙試樣流下。5根據(jù)試樣的預(yù)計(jì)流動(dòng)速率按附表(1)稱取試樣加入料筒。試樣經(jīng)壓料桿壓實(shí)后插入活塞桿，此操作需在1 min內(nèi)完成。6加2.16 kg負(fù)荷，預(yù)熱5min。如果試樣的MFR>10g/10min，在預(yù)熱期間可不加或少加負(fù)荷。7預(yù)熱結(jié)束后，壓迫砝碼使活塞桿下刻環(huán)線降至距料筒口5-10mm，要求在1 min內(nèi)完成。同時(shí)觀察聚合物熔體的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象。8待活塞桿自然下降到下刻環(huán)線與料筒口

27、相平時(shí)，開始按一定的時(shí)間間隔切料。待活塞桿下降到上刻環(huán)線與料筒口相平時(shí)停止切料。保留連續(xù)切取的無氣泡樣條5個(gè)。9稱量樣條的質(zhì)量，計(jì)算熔融指數(shù)。 10趁熱清理口模與料筒。拉出口模鎖板，可使口模從料筒下端落下。用口模清理?xiàng)U清理口模；料筒用料筒清理?xiàng)U頂端繞棉紗布清理至內(nèi)壁光潔明亮為止。11實(shí)驗(yàn)完畢，停止加熱，關(guān)閉電源，各種物件放回原處。五、注意事項(xiàng) 1裝料按導(dǎo)套，壓料要迅速，否到料全熔以后，氣泡難排去。2整個(gè)取樣及切割過程要在壓料桿劃線以下進(jìn)行，要求在試樣加入圓筒后20分鐘內(nèi)切割完。 3整個(gè)體系溫度要求均勻，在試樣切取過程中，要盡量避免溫度波動(dòng)。4XRZ-400高溫儀僅作監(jiān)視升溫之用，不能精確指示真

28、實(shí)溫度。六、數(shù)據(jù)處理1實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表如下：試樣名稱： 測(cè)試條件： 切割段所需時(shí)間： (s)測(cè)試記錄切割段重量(g)平均重量(g)MI(g/10min)123452按下式計(jì)算MI:W五個(gè)切割段重量的算術(shù)平均值 (g)t每個(gè)切割段所需時(shí)間 (s)七思考題1 改變溫度和剪切應(yīng)由對(duì)不同聚合物的熔體粘度有何影響?2 聚合物的MI與其分子量有什么關(guān)系?為什么MI值不能在結(jié)構(gòu)不同的聚合物之間進(jìn)行比較？ 3為什么要切割五個(gè)切割段?是否可直接切去10分鐘流出的重量為MI?八參考文獻(xiàn) 1塑料測(cè)試，晨光化工廠編著 P150161 (1973)2XRZ-400型熔融指數(shù)測(cè)定儀使用說明書附表1：熔融指數(shù)測(cè)定的相關(guān)工藝參數(shù)

29、實(shí)驗(yàn)五 聚合物應(yīng)力應(yīng)變曲線的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過等速應(yīng)變實(shí)驗(yàn)得到聚合物材料大形變的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，正確理解楊氏模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等評(píng)價(jià)材料力學(xué)性能的特征參數(shù)的物理意義；2.觀察聚合物材料特有的應(yīng)變軟化現(xiàn)象和塑性不穩(wěn)定性細(xì)頸；3.了解典型的非晶聚合物及結(jié)晶聚合物單向拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和屈服過程的特點(diǎn)；4.了解試驗(yàn)溫度及試驗(yàn)速率對(duì)聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)為綜合性實(shí)驗(yàn)，涉及到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有：取向、結(jié)晶、表征聚合物的力學(xué)性能的特征參數(shù)及影響力學(xué)性能的相關(guān)因素(如試驗(yàn)溫度及試驗(yàn)速率)等，其實(shí)驗(yàn)原理如下：如圖5-1所示的棒，在它的兩個(gè)端頭A0上受到兩個(gè)大小相等

30、、方向相反的正向拉力P，則拉伸應(yīng)力為=P/A0。 圖5-1 單向拉伸示意圖如果力P把棒從原長(zhǎng)l0拉長(zhǎng)到了l，拉伸應(yīng)變?yōu)? = (l-l0)/l0 = l/l0，、1之比就是楊氏模量E = /1。單向拉伸時(shí)，不僅在拉伸方向有外形尺寸的變化，并且在垂直于拉力P的方向上也伴有尺寸的變化(橫向收縮)。如果橫向尺寸分別由b0、d0變?yōu)閎、d，則橫向應(yīng)變?yōu)? = (b-b0)/b0和3 = (d-d0)/d0。泊松比是將這些外形尺寸的變化相互聯(lián)系起來的常數(shù)，它定義為橫向收縮對(duì)縱向拉伸之比，= -2/1=-3/1。由此可見，材料受拉伸時(shí)，在外形尺寸改變的同時(shí)它的體積也發(fā)生了變化。一般來說，當(dāng)材料處于拉應(yīng)力下

31、其體積增加，此時(shí)泊松比小于0.5。可以證明，如果拉伸時(shí)材料體積不變，則泊松比等于0.5。橡膠和流體的泊松比接近0.5，即它們拉伸時(shí)體積幾乎不變。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)大多數(shù)聚合物，在拉伸時(shí)的體積變化相對(duì)于其形狀改變來說是可以忽略不計(jì)的。因此，由單向拉伸實(shí)驗(yàn)得到的資料可以與簡(jiǎn)單剪切實(shí)驗(yàn)得到的資料相比較。在小形變時(shí)，剪切模量G和楊氏模量有E=3G的近似關(guān)系。拉伸實(shí)驗(yàn)是很容易實(shí)現(xiàn)的，從聚合物材料的拉伸圖上可以得到很多有用的信息，是一種應(yīng)用很廣的形變類型。材料開始塑性變形就說是材料屈服了。屈服致使試樣的整體形狀發(fā)生了明顯的改變。從實(shí)用觀點(diǎn)來看，材料產(chǎn)生塑性形變就喪失了其使用價(jià)值。對(duì)聚合物，這點(diǎn)尤其重要。聚合物本

32、質(zhì)上是韌性材料，而韌性材料的使用極限一般不是它的極限強(qiáng)度，而正是它的屈服強(qiáng)度。聚合物很多加工過程是與它們的屈服特性有關(guān)的，如纖維拉伸和薄膜拉制。剛從噴絲頭紡出的纖維其強(qiáng)度并不高，只有經(jīng)過拉伸使之成頸，強(qiáng)度才能提高。實(shí)際使用的合成纖維正是它拉伸的細(xì)頸部分。因此對(duì)聚合物材料的屈服行為、成頸機(jī)理的深入了解，對(duì)纖維、薄膜性能的提高和拉伸、輥壓工藝的改進(jìn)都很重要。此外，聚合物的屈服與斷裂密切相關(guān)。聚合試樣從完好狀態(tài)到完全斷裂，中間大多經(jīng)過屈服這一過程。聚合物是韌是脆、韌脆之間如何轉(zhuǎn)變乃至斷裂機(jī)理(銀紋等)的研究都需要用到材料屈服行為的知識(shí)。聚合物的屈服行為是通過應(yīng)力-應(yīng)變的試驗(yàn)曲線來進(jìn)行研究的，應(yīng)力-應(yīng)

33、變的試驗(yàn)曲線是一種使用很廣的力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果。從試驗(yàn)測(cè)定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以得到評(píng)價(jià)材料性能極為有用的諸如楊氏模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)等指標(biāo)。在寬廣的溫度和試驗(yàn)速率范圍內(nèi)測(cè)得的數(shù)據(jù)可以幫助我們判斷聚合物材料的強(qiáng)弱、硬軟、韌脆，也可以粗略地估計(jì)聚合物所處的狀態(tài)測(cè)定應(yīng)力。測(cè)定應(yīng)力-應(yīng)變的試驗(yàn)曲線一般都取恒速應(yīng)變的形式，但形變類型卻有多種形式，如拉伸、壓縮、剪切等。以拉伸試驗(yàn)為例，在拉力試驗(yàn)機(jī)上將如圖5-2中所示的試樣沿縱軸方向以均勻的速率拉伸，直到試樣斷裂為止。試驗(yàn)過程中要隨時(shí)測(cè)量加于試樣上的載荷P和相應(yīng)的標(biāo)線間長(zhǎng)度的改變Dl=l-l0。以應(yīng)力s作縱坐標(biāo)，應(yīng)變e作橫坐標(biāo)，即得到習(xí)用應(yīng)力-應(yīng)變

34、曲線。由于這里應(yīng)力、應(yīng)變定義中都使用試樣的原始尺寸，沒有考慮在拉伸試驗(yàn)中試樣尺寸的不斷變化。因此，也以載荷-伸長(zhǎng)曲線代替應(yīng)力-應(yīng)變曲線。它們之間只差一個(gè)常數(shù)項(xiàng)，曲線形狀并不變。典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5-2所示。整根應(yīng)力-應(yīng)變曲線以屈服點(diǎn)A為界，可以分成兩個(gè)部分。屈服點(diǎn)以前，材料處于經(jīng)彈性區(qū)域(OA段)，卸載后形變能全部回復(fù)，不出現(xiàn)任何永久變形。屈服點(diǎn)是卸載后還能完全保持彈性的界點(diǎn)，相應(yīng)于屈服點(diǎn)A的應(yīng)力叫做材料的屈服強(qiáng)度或屈服應(yīng)力sy。屈服點(diǎn)以后，材料進(jìn)入塑性區(qū)域，具有典型的塑性特征。卸載后形變不可能完全回復(fù)，出現(xiàn)永久變形或殘余應(yīng)變。材料在塑性區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)復(fù)雜情況：先經(jīng)由一小段應(yīng)

35、變軟化：應(yīng)變?cè)黾?、?yīng)力反稍有跌(AB段)；隨即試樣出現(xiàn)塑性不穩(wěn)定性-細(xì)頸：應(yīng)變?cè)黾?、?yīng)力基本保持不變(BC段)；又經(jīng)取向硬化，應(yīng)力急劇增加(CD段)，最后在D點(diǎn)斷裂。相應(yīng)于D的應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限，也就是工程上重要的力學(xué)性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度。而斷裂伸長(zhǎng)率則是材料在斷裂時(shí)的相對(duì)伸長(zhǎng)：這里為材料斷裂時(shí)相應(yīng)標(biāo)線間距離。圖5-2 聚合物典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線材料的楊氏模量是習(xí)用應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始部分OA段的斜率，E=tga，它表示材料對(duì)形變的彈性抵抗，0A段斜率越大，楊氏模量越大，就是材料的剛度越大，越不易變形。由于許多聚合物材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的起始部分并不一定是直線，在這種情況下楊氏模量可以用下面三種方法中

36、的任意一種來定義。起始切線模量E=tga1，為應(yīng)力-應(yīng)變曲線在原點(diǎn)的斜率；割線模量E=tga2，為應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始部分上某點(diǎn)到原點(diǎn)連線的斜率；切線模量E=tga3，為應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始部分某點(diǎn)處的-斜率(圖5-3)。圖5-3 楊氏模量的三種表示聚合物材料的品種繁多，它們的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出多種多樣的形式。若按在拉伸過程中屈服點(diǎn)表現(xiàn)、伸長(zhǎng)率大小及其斷裂情況，大致可以分為五種類型：硬而脆；硬而韌；硬而強(qiáng)；軟而韌；軟而弱。圖5-4所示為曲線的這五種類型。圖5-4 聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線的類型屬于硬而脆的一類有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(有機(jī)玻璃)和許多酚醛樹脂。它們其有高的模量和相當(dāng)大的抗拉強(qiáng)度，

37、伸長(zhǎng)很小就斷裂而沒有任何屈服點(diǎn)，斷裂伸長(zhǎng)一般低于2。硬而韌的聚合物有尼龍、聚碳酸酯等。它們模量高，屈服點(diǎn)高，抗拉強(qiáng)度大，斷裂伸長(zhǎng)率也較大。這類聚合物在拉伸過程中會(huì)產(chǎn)生細(xì)頸，是纖維和薄膜拉伸工藝的依據(jù)。硬而強(qiáng)的聚合物具有高的楊氏模量，高的抗拉強(qiáng)度、斷裂前的伸長(zhǎng)約為5。一些不同配方的硬聚氯乙烯和聚苯乙烯的共混物屬于這一類。橡膠和增塑聚氯乙烯屬于軟而韌的類型，它們模量低，屈服點(diǎn)低，或者是沒有明顯的屈服點(diǎn)，只看到曲線上有較大的彎曲部分，伸長(zhǎng)很大(20-1000)，斷裂強(qiáng)度還高。至于軟而弱這一類的只有一些柔軟的聚合物凝膠，無法用來承受外載，很少作材料來使用由于聚合物材料的粘彈本質(zhì)，拉伸過程明顯受外界條件

38、即試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)速率等條件的影響。當(dāng)試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)速率改變時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以改變它的類型。因此我們必須了解聚合物材料在拉伸過程中應(yīng)力-應(yīng)變曲線隨各種因素變化而改變的情況，再根據(jù)使用環(huán)境的要求，才能選出合適的材料來進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用。單一溫度和單一速率下測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是不能作為設(shè)計(jì)依據(jù)的。當(dāng)研究材料的塑性行為時(shí)，由于形變已很大，試樣尺寸的改變與原有的尺寸相比已不能忽略。應(yīng)力和應(yīng)變定義中所包含的試樣尺寸需用瞬時(shí)尺寸。真應(yīng)力s真，也叫做瞬時(shí)應(yīng)力，為單位瞬時(shí)面積上的力，s真=P/A，A為在載荷P時(shí)試樣截面的瞬時(shí)面積。真應(yīng)力適用于研究材料的內(nèi)在特性，在下面討論材料屈服行為中大都使用真應(yīng)力。而當(dāng)考慮

39、材料整體性質(zhì)時(shí)，使用習(xí)用應(yīng)力可能更為方便，譬如以習(xí)用應(yīng)力表示的抗拉強(qiáng)度表明試樣能承載的最大載荷等。同樣，以瞬時(shí)長(zhǎng)度l代替原標(biāo)距長(zhǎng)l0,真應(yīng)變定義為l/l0這個(gè)量的積分：在形變很小時(shí)，習(xí)用應(yīng)變和真應(yīng)變幾乎是等同的，但當(dāng)形變?cè)龃髸r(shí)，它們之間的差異就變得很大，如：實(shí)驗(yàn)表明，在塑性形變時(shí)，聚合物的體積改變很小，作為近似，可以認(rèn)為是不變的。因此有Al=A0l0。但l= l0(1+e)，則瞬時(shí)面積A=A0/(1+e)，真應(yīng)力為：這就是真應(yīng)力與習(xí)用應(yīng)力之間的關(guān)系，因?yàn)樵谝院笥懻撝卸际鞘褂昧?xí)用應(yīng)力-應(yīng)變曲線，現(xiàn)在有了真應(yīng)力的表達(dá)式，就能通過習(xí)用應(yīng)力s與應(yīng)變e來計(jì)算任何形變時(shí)的真應(yīng)力。所謂應(yīng)變軟化現(xiàn)象是指在材料

40、屈服以后，為使材料能繼續(xù)形變的真應(yīng)力將有一個(gè)不大的下跌。相應(yīng)于圖5-2上應(yīng)力-應(yīng)變曲線的AB段。幾乎所有的塑料，無論取那種形變類型，都呈現(xiàn)有某種形式的應(yīng)變軟化。只是它們真應(yīng)力下跌的值因聚合物品種不同而有較大的差別。就實(shí)驗(yàn)類型而言，拉伸試驗(yàn)由于試樣幾何因素會(huì)促使細(xì)頸產(chǎn)生，它的應(yīng)變軟化現(xiàn)象比起壓縮和剪切來較不明顯。在壓縮和剪切試驗(yàn)時(shí)，較低應(yīng)變速率下，只要出現(xiàn)加載荷重的下跌就可以說是出現(xiàn)了真正的應(yīng)變軟化。此外，韌性材料的應(yīng)變軟化效應(yīng)比脆性材料小得多。如果在試驗(yàn)過程中突然卸載至零，然后再加載繼續(xù)試驗(yàn)，應(yīng)變軟化現(xiàn)象仍然繼續(xù)。由此也可推想，材料一旦發(fā)生屈服和開始塑性變形，就有種內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生，這種結(jié)構(gòu)

41、變化將允許塑性變形在較低的應(yīng)力水平下繼續(xù)進(jìn)行。許多聚合物材料在塑性形變時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的均勻形變，在試樣某個(gè)局部的應(yīng)變比試樣整體形變?cè)黾拥酶鼮檠杆?，使得本來是均勻的形變變成不均勻形變，呈現(xiàn)出各種塑性不穩(wěn)定性。其中最為人們熟悉的也是最重要的是拉伸試驗(yàn)中細(xì)頸的形成。成頸是纖維和薄膜拉伸工藝的基礎(chǔ)，纖維就是拉伸試樣的細(xì)頸部分。產(chǎn)生塑性不穩(wěn)定性的原因可能有兩個(gè)，一個(gè)是幾何上的，一個(gè)是結(jié)構(gòu)上的。這兩個(gè)原因也可以同時(shí)產(chǎn)生作用，幾何原因指的是材料試片尺寸在各處的微小差別。幾何不穩(wěn)定性的例子是單向拉伸試驗(yàn)時(shí)細(xì)頸的形成。如果試樣的某部分有效截面比試樣的其它部分稍稍小一點(diǎn)，那么它受到的真應(yīng)力應(yīng)比其它部分微微高一

42、點(diǎn)，這將導(dǎo)致這一部分試樣在較低的拉伸應(yīng)力時(shí)先于其它部分達(dá)到屈服點(diǎn)，當(dāng)這特殊的部分達(dá)到屈服點(diǎn)后，這一部分試樣的有效剛性就比其周圍材料來得低，在這部分試樣內(nèi)的繼續(xù)形變就來得容易。如此循環(huán)，直到材料的取向硬化得以發(fā)展從而阻止住這不穩(wěn)定性。塑性不穩(wěn)定性的另一個(gè)原因是材料在屈服點(diǎn)以后的應(yīng)變軟化。如果在某局部的應(yīng)變稍稍高于其它地方(譬如是由于存在應(yīng)力集中物)，那么在那里將局部軟化，進(jìn)而使塑性不穩(wěn)定性更易發(fā)展。這個(gè)過程也只能被材料有效的取向硬化所阻止重要的是在這試樣局部區(qū)域的不均勻形變的最初形成并不需要比使試樣的其它部分得以形變更大的應(yīng)力。在這最初時(shí)刻，在與試樣的其它部分得以形變所需的應(yīng)力幾乎是相同的應(yīng)力條

43、件下，在試樣的局部區(qū)域就能形成不均勻形變。的確，不均勻形變的形成需要局部區(qū)域的應(yīng)力增高或這局部的試樣稍變軟，并且在不均勻形變的發(fā)展和生長(zhǎng)過程中這種差別會(huì)變大。但是在開始時(shí)，這種差別是極其微小的，這叫做大塑性阻力原理。以不均勻形變區(qū)域被其周圍物質(zhì)受阻的程度，可把塑性不穩(wěn)定性分為三類。如果周圍物質(zhì)對(duì)不均勻形變?cè)诟鱾€(gè)方向的阻力均可忽略，那么試樣在拉伸時(shí)呈現(xiàn)對(duì)稱的細(xì)頸區(qū)域，壓縮時(shí)則生成局部的鼓腰。如果在一個(gè)方向受阻，那么在單向拉伸時(shí)試樣形成局部變薄的帶，叫做傾斜細(xì)頸。對(duì)于這樣的帶來說，受阻是在沿帶的長(zhǎng)度方向上。最后，在二個(gè)方向上均受阻時(shí)，且體積不變，那么能夠發(fā)生的形變只是簡(jiǎn)單剪切。的確，在聚合物中，這

44、三種塑性不穩(wěn)定性都已在實(shí)驗(yàn)中觀察到。就重要性而言，這里主要討論拉伸時(shí)成頸這一種情況。聚合物在拉伸時(shí)的成頸也叫做冷拉。在適宜的條件下，不管是晶態(tài)聚合物還是非晶態(tài)聚合物，都能在拉伸時(shí)成頸。它們是：(1)結(jié)晶度為3575的晶態(tài)聚合物；其玻璃化溫度Tg在拉伸溫度以下； (2)非晶態(tài)聚合物，拉伸溫度不比Tg低很多；(3)非晶態(tài)聚合物，但具有明顯的次級(jí)松弛，冷拉是在Tg和次級(jí)松弛溫度間進(jìn)行的；(4)非晶態(tài)聚合物，它在正常情況下很脆，但材料在Tg以上被拉伸而使分子部分取向。另外需要說明的是，屈服應(yīng)力除對(duì)溫度敏感處，對(duì)應(yīng)變速率是相當(dāng)敏感的。從拉伸機(jī)理來解釋拉伸時(shí)試樣出現(xiàn)細(xì)頸的理論目前還不很成熟。一種理論從熱效

45、應(yīng)著手，認(rèn)為在拉伸時(shí)拉力所作的功在細(xì)頸部分轉(zhuǎn)換成熱量，升高子細(xì)頸部分的溫度，從而使這部分試樣的屈服應(yīng)力降低。特別是在纖維、薄膜拉伸工藝上使用的拉伸速度(約0.01m/s)條件下，拉伸幾乎是一個(gè)絕熱過程，溫度的升高用手摸一下細(xì)頸都能感覺到。由于在高應(yīng)變速率對(duì)，無論是產(chǎn)生的熱量還是產(chǎn)生熱量的速率都大，更有利于細(xì)頸形成，許多聚合物都能通過提高應(yīng)變速率來實(shí)現(xiàn)從均勻形變到不均勻形變-細(xì)頸的轉(zhuǎn)化。但是也有實(shí)驗(yàn)表明，在極慢的拉伸速率(0.001m/s)條件下，拉伸基本上是一個(gè)等溫過程，聚乙烯和聚氯乙烯仍然能出現(xiàn)細(xì)頸，這是熱效應(yīng)所不能解釋。三、實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)設(shè)備為新三思CMT4000型電子拉力機(jī)一臺(tái)(見圖5-5)，并配有高低溫箱一個(gè)，相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)(附表2)及機(jī)械工作原理(附圖1)附后。另：游標(biāo)卡尺一把，聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)等拉伸標(biāo)準(zhǔn)樣條若干。圖5-5 CMT4000型電子拉力機(jī)四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按GBl039-92、GBl040-92調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和處理試樣；2.測(cè)量試樣的厚度和寬度，精確到0.05mm，每個(gè)試樣在標(biāo)距內(nèi)各測(cè)三點(diǎn)，取平均值；3.開啟試驗(yàn)機(jī)，設(shè)備預(yù)熱10min；4.根據(jù)材料的強(qiáng)度和試樣的種類、大小，選擇合適的載荷；5.調(diào)整