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高分子物理實驗課初探

發布日期:2017-09-27 來源: 本網 查看次數: 2232 

核心提示:  1.1粘度法測定聚合物的分子量聚合物的大特點是它的分子大、分子量高。測定聚合物的分子量是高分子物理基本的實驗技術聚合物分子量的測定方法很多,有冰點降低、沸點升高端基滴定、滲透壓、光散射、GPC

  1.1粘度法測定聚合物的分子量聚合物的最大特點是它的分子大、分子量高。測定聚合物的分子量是高分子物理最基本的實驗技術聚合物分子量的測定方法很多,有冰點降低、沸點升高端基滴定、滲透壓、光散射、GPC等,其中以毛細管粘度計為工具的粘度法最為簡單和實甩通過測定粘度,可以使學生理解聚合物分子量的統計平均意義。

  1.2分級聚合物的分子量多分散性是聚合物的另一特點。因此測定分子量分布應作為高分子物理的基本實驗之一。盡管現在有了GPC這樣自動化儀器,但根據聚合物分子量溶解度依賴性的溶解分級法仍不失為經典的實驗方法。對學生高分子溶液方面動手能力的訓練幫助尤大,并且也是制備宏觀量單分散試樣的必要手段1.3溶脹高彈性是聚合物特有的性能,橡膠又是一種非常特殊的高分子材料,在高分子科學的建立方面有特殊的作用。作為交聯高分子的橡膠在溶劑中不會溶解,只能溶脹,又是高分子的特點之一。用容量法開設溶脹實驗,裝置簡單,又能聯系高分子溶液理論和高彈性理論。

  1.4玻璃化轉變玻璃化轉變盡管不是聚合物特有的,但在通常的實驗條件(室溫上下幾十度和一般應變速率下)聚合物卻表現出明顯的玻璃化轉變現象測測定玻璃化轉最經典的實驗是體膨脹計法測定cnki的比容溫度曲線,由曲線兩端的直線部分外推其交點即為玻璃化溫度Tg比容溫度曲線最容易用自由體積理論來解釋,因此是最基本的高分子物理實驗由于不同升溫(或降溫)速率(這一點在實驗上是很容易做到的)所得的Tg也不同,對理解存在于聚合物中的松馳現象很有幫助。體膨脹計實驗簡單,是不能放棄的有用實驗。形變溫度曲線也是最普通的高分子實驗,它不但可以反映聚合物的三種力學狀態,確定非晶態聚合物的Tg粘流溫度Tf以及結晶高聚物的熔融溫度Tm,從而估計被測試樣的使用溫度,由它也可以理解玻璃化轉變溫度的動力學本質1.5銀紋銀紋是聚合物斷裂中的特殊現象,與裂紋不同,銀紋并不是全空的,其中還有50%以上的聚合物。因此銀紋實驗包括溶劑致裂)既可以了解聚合物的屈服、斷裂,也可以理解聚合物斷裂的環境穩定性銀紋實驗裝置也很簡單,完全可以自己制作。

  1.6球晶的觀察球晶是聚合物結晶的特殊形式由于大分子的極端不對稱性,聚合物的晶態比小分子的晶態有序性差,而非晶態的有序性又比小分子的好。通過聚合物球晶的觀察,不但能對聚合物的這個特點有所了解,并且可以學會用光學顯微鏡或小角激光光散射裝置觀察聚合物結晶形態的實用方法。

  下面提及的用計算機做的高分子鏈內旋轉、柔性等也屬于這種情況。

  2高分子物理實驗應以自己動手搭配裝置為原則鑒于當前高校普遍存在的經費不足情況,高分子物理實驗課應盡量節省諸如溶劑、材料等消耗和自己動手制作實驗裝置譬如在粘度法測定聚合物分子量實驗中,聚合物試樣可以采用聚乙烯醇,從而溶劑就是最便宜的水目前幾乎沒有專門為高分子物理教學生產的實驗設備,要添置為供科研的設備用于教學實驗是經費不允許的。因此有必要自己動手來制作教學實驗的簡易設備象聚合物的形變溫度曲線儀,可以用差動變壓器測定形變,調壓變壓器控制等速升溫,廣口杜瓦瓶作為保溫外套制作專用形變溫度曲線測定裝置,效果很好且經久耐用,不易損壞。又如銀紋測定儀是用最簡單的螺桿拉伸裝置拉伸聚苯乙烯(PS)片條(利用磁帶外盒裁得),用商品彈簧秤來測定應力。特別是自己動手制作的實驗裝置可以要求學生親自來組合和接線,大大強了學生做實驗的積極性3高分子物理實驗教學應及時反映高分子物理的研究成果我們研制的研究熱固性樹脂和樹脂基復合材料的動態扭振法以樹脂固化時力學量的變化來反映交聯反應,監測樹脂從液態到固態轉變的全過程,逼真地模擬整個成型工藝,并反映樹脂力學性能隨溫度變化的規律,得到一些固化反應表觀動力學的參數把樹脂固化儀用來開學生教學實驗,求取環氧樹脂的凝膠化時間和固化表觀活化能很有新意4盡量把計算機技術引入到高分子物理實驗教學中去近年來,由計算機主宰的能夠模擬真實發展體系的結構與行為的方法形成了一個全新的領域,這就是“分子模擬”隨著計算機技術的迅速發展,己有大量計算機軟件用于高分子科學中的鏈結構、凝聚態結構、MonteCarlo模擬以及聚合物材料設計等但至今還沒有用計算機軟件開設高分子教學實驗的報道。我們認為,與傳充的動手實驗相比;h高分子教學中的計算機實驗無疑將在直觀xnki性和興趣性方面有它獨特之處我們用中國科學院化學所開發的“分子的性質”(簡稱MP)軟件開設了兩個實驗:即用“分子的性質”軟件構建全同立構聚丙烯分子,聚乙烯分子并計算它們末端的直線距離和用“分子的性質”軟件計算聚丙烯酸甲酯的構象能量涉及定向聚合、高分子鏈的內旋轉和內旋轉能柔性和末端距等知識點MP是用計算機以原子水平的分子模型來模擬分子的結構與行為,進而模擬分子體系的各種物理和化學性質。分子模擬法不但可以模擬分子的靜態結構,也可以模擬分子的動態行為(如分子鏈的彎曲運動,分子間氫鍵的締合作用與解締行為,分子在表面的吸附行為以及分子的擴散等)該法能使一般的實驗化學家、實驗物理學家方便地使用分子模擬方法在屏幕上看到分子的運動,象電影一樣逼真上述兩個實驗自1996年開設以來,學生反映良妊屏幕上大分子鏈和三維空間的旋轉栩栩如生,有以前用實體分子模型達不到的效果;同時學生對做實驗的興趣大,爭著親自在計算機上操作并且由于此類實驗一旦計算機和軟件具備,平時幾乎不需要維持費,對實驗教學也是十分有利的當然,對那些目前社會上己不常使用的實驗技術,要下決心從教學實驗中刪去。

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