結(jié)晶度測試方法及研究意義

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1、結(jié)晶度測試方法及研究意義鄭浩武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院金材系學(xué)號：201102710056摘要：本文主要對結(jié)晶度的定義進行了概括，總結(jié)了目前用于計算聚合物結(jié)晶度的常用方法，包括：差示掃描量熱法；廣角X衍射法；密度法；紅外光譜法；反氣相色譜法等，并且對這些方法進行了對比分析，最后對研究聚合物結(jié)晶度的意義進行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：結(jié)晶度；測試方法；研究意義引言結(jié)晶度時表征聚合物性質(zhì)的重要參數(shù)，聚合物的一些物理性能和機械性能與其結(jié)晶度有著密切的關(guān)系。結(jié)晶度愈大，尺寸穩(wěn)定性愈好，其強度、硬度、剛度愈高；同時耐熱性和耐化學(xué)性也

2、愈好，但與鏈運動有關(guān)的性能如彈性、斷裂伸長、抗沖擊強度、溶脹度等降低。因而高分子材料結(jié)晶度的準確測定和描述對認識這種材料是很關(guān)鍵的。所以有必要對各種測試結(jié)晶度的方法做一總結(jié)和對比[1]。1.結(jié)晶度定義結(jié)晶就是指材料中的原子、離子或分子按一定的空間次序排列形成長程有序的過程。結(jié)晶度就是材料中結(jié)晶部分含量的量度，通常以重量百分數(shù)或體積分數(shù)。上式中，表示重量，表示體積，下標表示結(jié)晶，表示非晶。結(jié)晶度的概念雖然沿用了很久，但是由于高聚物的晶區(qū)與非晶區(qū)的界限不明確：在一個樣品中，實際上同時存在著不同程度的有序狀態(tài)，這自然

3、要給準確確定結(jié)晶部分的含量帶來了困難，由于各種測試結(jié)晶度的方法涉及不同的有序狀態(tài)，或者說，各種方法對晶區(qū)和非晶區(qū)的理解不同，有時甚至?xí)泻艽蟪鋈搿Ｏ卤斫o出了用不同方法測得的結(jié)晶度數(shù)據(jù)，可以看到，不同方法得到的數(shù)據(jù)的差別超過測量的誤差。因此，指出某種聚合物的結(jié)晶度時，通常必須具體說明測量方法。表1.1用不同方法測得的結(jié)晶度比較結(jié)晶度（%）方法纖維素（棉花）未拉伸滌綸拉伸過的滌綸低壓聚乙烯高壓聚乙烯密度法6020207755X射線衍射法802927857紅外光譜法--61597653水解法93--------甲?；?/p>

4、法87--------氘交換法56--------由表1.1我們可以清楚的看到采用不同方法測試所得結(jié)晶度的差異。我們有必要對各種測試方法進行分析比較，以便得到各種測試方法的優(yōu)勢與不足，在測試材料結(jié)晶度的過程中選擇合適的測試方法以減小誤差[2]。2.結(jié)晶度測試方法目前測試材料結(jié)晶度的方法主要有四種：1）差示掃描量熱法(DSC)；2）廣角X衍射法(WAXD)；3）密度法；4紅外光譜法(IR)。除了以上四種方法之外，還可以通過反氣相色譜法（IGC）來測試聚合物的結(jié)晶度。此外，還有一些間接地方法，如上表中的水解法，甲酰

5、化法等，一般是基于晶像和非晶相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理變化的差別來進行測量。下面將分別介紹這幾種測試方法的工作原理及優(yōu)缺點。2.1差示掃描量熱法2.1.1測試原理差示掃描量熱法(DSC)是在程序控制溫度下，測量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。 結(jié)晶聚合物熔融時會放熱，DSC測定其結(jié)晶熔融時，得到的熔融峰曲線和基線所包圍的面積，可直接換算成熱量。此熱量是聚合物中結(jié)晶部分的熔融熱。聚合物熔融熱與其結(jié)晶度成正比,結(jié)晶度越高，熔融熱越大。 如果已知某聚合物百分之百結(jié)晶時的熔融熱為，那么部分結(jié)晶聚合物的結(jié)晶度可

6、按下式計算：式中為結(jié)晶度(單位用百分表示)，是試樣的熔融熱，為該聚合物結(jié)晶度達到100%時的熔融熱。2.1.2測試方法想得到平衡熔融熱，采取不同升溫速度下分別測得的試樣熔融熱△Hf，然后作圖，得一直線，外推至升溫速率等于零時即為平衡熔融熱，則可從文獻中查得。2.1.3測試方法優(yōu)缺點一方面通常所認為的熔融吸熱峰的面積，實際上包括了很難區(qū)分的非結(jié)晶區(qū)粘流吸熱的特性，另一方面，試樣在等速升溫的測試過程中，還可能發(fā)生熔融再結(jié)晶，所以所測的結(jié)果實際上是一種復(fù)雜過程的綜合，而決非原始試樣的結(jié)晶度。但由于其試樣用量少、簡便易

7、行的優(yōu)點,成為了近代塑料測試技術(shù)之一,在高聚物結(jié)晶度的測試方面得到了廣泛應(yīng)用。2.2廣角X衍射法2.2.1測試原理樣品是由兩個明顯不同的相構(gòu)成,由于晶區(qū)的電子密度大于非晶區(qū),相應(yīng)地產(chǎn)生晶區(qū)衍射峰和非晶區(qū)彌散峰,通過分峰處理后,計算晶區(qū)衍射峰的強度占所有峰總強度的份數(shù)即為試樣的結(jié)晶度，有時為了簡化,也可直接用各峰的面積進行結(jié)晶度計算而不需對其進行校正。2.2.2測試方法采用圖解分峰進行結(jié)晶度計算。計算公式如下:式中，為射線衍射法測定的結(jié)晶度%；為結(jié)晶衍射峰強度；為非結(jié)晶彌散峰強度。實驗采用波長與聚合物晶格尺寸相近

8、的靶，再進行計算機分峰的數(shù)據(jù)處理，衍射數(shù)據(jù)經(jīng)過空氣散射校正,極化因子校正，使用歸一化因子歸一化為電子單位，然后進行康普頂校正,數(shù)據(jù)校正工作由計算機處理。將校正后的衍射數(shù)據(jù)送入計算機進行分峰處理，計算機自動打印出分峰的結(jié)果,即給出結(jié)晶度等值。2.2.3測試方法優(yōu)缺點由于某些結(jié)晶衍射峰會由于彌散而部分重疊在一起，結(jié)晶峰與非晶峰的邊緣也是完全重合或大部分重合的，結(jié)晶衍射峰和無定形彌散散射峰分