結(jié)晶度的測試方法對比.ppt

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1、WAXD、DSC、IR和密度法測定聚合物結(jié)晶度的原理與實(shí)施方法簡述油氣田材料與應(yīng)用古戶波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)差示掃描量熱法(DSC)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△Hf。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△Hf*，那么部分結(jié)

2、晶聚合物的結(jié)晶度θ可按下式計(jì)算：式中θ為結(jié)晶度(單位用百分表示)，△Hf是試樣的熔融熱，△Hf*為該聚合物結(jié)晶度達(dá)到100%時的熔融熱.?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△Hf0，,△Hf*則可從文獻(xiàn)中查得。?方法的優(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

3、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。廣角X衍射法(WAXD)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(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。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,Xcw為X射線衍射法測定的結(jié)晶度,%;Ic為結(jié)晶衍射峰強(qiáng)度;Ia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)

4、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。方法的優(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離的困難,雖然應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)分離高聚物衍射圖形已經(jīng)嘗試,使精確度大為提高,但作為常規(guī)測試方法,仍有它的局限性，因此誤差較大,結(jié)晶度的絕對值并非真正具有絕對的意義。衍射法不僅可以測定結(jié)晶部分和非結(jié)晶部分的

5、定量比，還可以測定晶體大小、形狀和晶胞尺寸，是一種被廣泛用來研究晶胞結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度的測試方法。密度法測試原理密度法測定高聚物結(jié)晶度的依據(jù)是:高分子鏈在晶區(qū)中呈有序密堆砌,因而其密度高于無序非晶區(qū)的密度,并假設(shè)試樣的結(jié)晶度可按兩相密度的線性加和求得。用該方法測定的結(jié)晶度(Xcg)可根據(jù)下式計(jì)算:式中d,dc和da分別為試樣、完全晶態(tài)及完全非晶態(tài)的密度。測試方法采用固體自動比重計(jì)測試，試樣經(jīng)真空干燥、稱量后，在N2氣氛中測試，用前面所述方法即可求出密度法所得的結(jié)晶度?；虿捎妹芏忍荻确ńY(jié)晶度測試，將樣品切成面積約為2～3mm2的小塊,用輕液潤濕后,放入

6、梯度管內(nèi),在恒溫一小時后,用測高儀觀測,每隔15min觀察一次,前后兩火位置不發(fā)生變化時,記下樣品中心的位置,即可得試樣的密度值。方法的優(yōu)缺點(diǎn)由于在實(shí)際的聚合物中，不存在兩個完全確定的相：晶相和非晶相，而是另外還存在不同的過渡態(tài)，密度法不能把晶區(qū)和非晶區(qū)區(qū)分開來，由于動力學(xué)因素,往往不能生成結(jié)構(gòu)完善的大晶體而停留在有序程序各不相同的中間階段。因此,實(shí)際測出的結(jié)晶度并不像它的定義那樣具有明確的物理意義，其只能是一個相對的數(shù)值。但其方法簡單,操作方便省時,與其他方法相比,密度法所采用的儀器價廉、精度高且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。紅外光譜法(IR)測試原理高聚物

7、結(jié)晶時,會出現(xiàn)非晶態(tài)高聚物所沒有的新的紅外吸收譜帶--“晶帶”,其強(qiáng)度隨高聚物結(jié)晶度的增加而增加,也會出現(xiàn)高聚物非晶態(tài)部分所特有的紅外吸收譜帶--“非晶帶”,其強(qiáng)度隨高聚物結(jié)晶度增加而減弱.可見,測定晶帶和非晶帶的相對強(qiáng)度,便可以確定其結(jié)晶度.測試方法由紅外光譜法測得結(jié)晶度,通常表達(dá)式如下:先選取某一吸收帶作為結(jié)晶部分的貢獻(xiàn),I。、I分別為在聚合物結(jié)晶部分吸收帶處入射及透射光強(qiáng)度;ac為結(jié)晶材料吸收率,p為樣品整體密度;l為樣品厚度。方法的優(yōu)缺點(diǎn)這種方法在樣品達(dá)到熔融時的測定方式很不好處理，即其值不易測得，因此此方法理論上可行，但實(shí)際操作有難度

8、，即很難測出聚合物熔融態(tài)的吸光度D值，故從發(fā)展的角度來看，此方法有局限性。四種測結(jié)晶度方法的對比高聚物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基本單元具有雙重性,即它可以整個大分子