文档介绍：实验九光学解偏振法测定全同立构聚丙烯的结晶速度
聚合物的结晶过程是聚合物分子链由无序的排列转变成在三度空间中有规则的排列,结晶的条件不同,晶体的形态及大小也不同,结晶过程是合成纤维和塑料加工成型过程中的一个重要环节,它直接影响制品的使用性能。因此,对聚合物结晶速度的研究和测定是一件很有意义、很重要的工作。
测定聚合物等温结晶速度的方法很多,其原理都是基于对伴随结晶过程的热力
学、物理或力学性质的变化的测定,如比容、红外、X射线衍射、广谱核磁共振、双折射诸法都是如此。本实验采用光学解偏振法,它具有制样简便,操作容易、结晶温度平衡快、实验重复性好等优点。
一、目的要求:
。
-1型结晶速度仪的操作。
,结晶速度对温度和时间的关系。
二、基本原理:
图9-1
从熔融态结晶的聚合物大多数都给出球晶的结构。通过电子显微镜观察球晶长大的过程,起始的晶核先转变成一个小的微纤维,在结晶的过程中,它又以一些匀称的空间角度向外支化出微纤束,当长得足够大时,这些微纤束就构成球状结晶。电子衍射实验证明了在球晶中分子链(c轴)总是垂直于球晶的半径方向,而b轴总是沿着球晶半径方向。(图9-1)径向晶片的扭转使得a和c轴围绕b轴旋转。
分子链的取向排列使球晶在光学性质上是各向异性的,都会发生双折射。光学解偏振法是根据聚合物结晶过程中伴随着双折射性质变化的原理,即由置于正交偏光镜之间的聚合物熔体结晶时产生的解偏振光强度的变化来确定结晶速度。
图9-2
实验测定等温结晶的解偏振光强一时间曲线(如图9-2所示)从曲线可以看出,在达到样品的热平衡时间后,首先是结晶速度很慢的诱导期,在此期间没有透过光的解偏振发生,而随着结晶开始,解偏振光强的增强越来越快,并以指数函数形式增大到某一数值后又逐渐减小,直到趋近一个平衡值,对于聚合物而言,因链段松弛时间范围很宽,结晶终了往往需要很长时间,为了实验测量上的方便,通常采用作为表征聚合物结晶速度的参数。可从图中直接求得。即令时,则t改写为,称为半结晶期。
根据过冷熔体本体结晶的球状对称生长的理论,阿夫拉米(Avrami)指出,聚合物结晶过程可用下面的方程式描述:
---------------------------------------- (1)
式中C为t时刻的结晶度;K为与成核及核成长有关的结晶速度常数;n为一整数,
叫Avrami指数。它与成核机理和生长方式有关。因为结晶速度与透射光的解偏振光
强成正比,所以可将描述过冷聚合物熔体等温结晶过程的Avrami方程推广到光学解
偏振法中来:
------------------------------- (2)
式中、、分别为结晶开始时刻t0、结晶进行到时刻t和结晶终了(时刻)
时的解偏振光强度;式(2)左边的物理意义是在时刻t对未结晶相的重量分数。把
式(2)取两次对数,可用来估算结晶动力学数据:
--------------------- (3)
若将上式左边对logt作图应得一条直线,其斜率为阿夫拉米指数n,截距就是
logK。
三、仪器与试样:
JJY-l型结晶速度仪
盖玻片(20mm×20mm×