結(jié)晶度測試方法及研究意義

《結(jié)晶度測試方法及研究意義》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

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(jìn)行了概括，總結(jié)了目前用于計(jì)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(jìn)行了對比分析，最后對研究聚合物結(jié)晶度的意義進(jìn)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(jī)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(qiáng)度、硬度、剛度愈高；同時耐熱性和耐化學(xué)性也愈好，但與鏈運(yùn)動有關(guān)

2、的性能如彈性、斷裂伸長、抗沖擊強(qiáng)度、溶脹度等降低。因而高分子材料結(jié)晶度的準(zhǔn)確測定和描述對認(rèn)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?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)。上式中，表示重量，表示體積，下標(biāo)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(shí)際上同時存在著不同程度的有序狀態(tài)，這自然要給準(zhǔn)確確定結(jié)晶部分的含量帶來了困難，由

3、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?。下表給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--------甲酰化法87--------氘交換法56--------由表1.1

4、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(jìn)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?；ǖ?，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(jìn)行測量。下面將分

5、別介紹這幾種測試方法的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。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)晶度可按下式計(jì)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(dá)到100%時的熔融熱。

6、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(xiàn)中查得。2.1.3測試方法優(yōu)缺點(diǎn)一方面通常所認(rèn)為的熔融吸熱峰的面積，實(shí)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(shí)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、簡便易行的優(yōu)點(diǎn),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

7、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(jì)算晶區(qū)衍射峰的強(qiáng)度占所有峰總強(qiáng)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(jìn)行結(jié)晶度計(jì)算而不需對其進(jìn)行校正。2.2.2測試方法采用圖解分峰進(jìn)行結(jié)晶度計(jì)算。計(jì)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(qiáng)度；為非結(jié)晶彌散峰強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)采用波長與聚合物晶格尺寸相近的靶，再進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(jìn)行康普頂校正,數(shù)據(jù)校正工作由

8、計(jì)算機(jī)處理。將校正后的衍射數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分峰處理，計(jì)算機(jī)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(diǎn)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