高分子材料分析与性能测试

1. 高分子材料分析与性能测试 主讲：谭寿再 E-mail:t282@gdqy.edu.cn 广东轻工职业技术学院

2. 目 录 • 绪论 • 第一章 分析化学概论 • 第三章 仪器分析法 • 第四章 高分子材料的鉴别和分析 • 第五章 物理性能测试 • 第六章 力学性能测试 • 第七章 热性能 • 第八章 老化性能测试 • 第九章 其他性能测试

3. 绪论 主要内容 • 什么是高分子材料 • 塑料工业发展 • 分析与性能测试目的与内容 • 标准与标准化 课时安排 ：2节

4. 一、什么是高分子材料 三大合成高分子材料：塑料、橡胶、纤维 相对分子质量在10000以上的分子叫高分子化合物，也叫高分子材料 在1000～10000的叫中分子化合物 相对分子质量在1000以下的叫低分子化合物。

5. 塑料 纤维 橡胶 高分子材料应用

6. 二、 塑料工业发展 1.什么叫塑料？ • 塑料是以合成的或天然的高分子化合物为基本成分，加以填料、增塑剂、稳定剂及其他添加剂等助剂，能够自由成型的一类材料的总称。 • 塑料和树脂的主要区分为树脂为纯聚合物，而塑料是以树脂为主的聚合物制品，当塑料由纯树脂制成时两个概念通用。

7. 2. 塑料分类 （1） 根据受热后的情况分类 • 热塑性塑料：可反复受热软化或熔化，像蜡一样熔融，冷却再一次变硬。如：PE 、PVC 、PA • 热固性塑料：经热固成型后，再受热则不能熔化，像鸡蛋那样一次加热硬化，强热则分解。如：环氧树脂、不饱和树脂、酚醛塑料。 （2）按性能特点和应用范围分类 • 通用塑料：主要用来生产日用品或一般工农业用材料，例如塑料薄膜、泡沫塑料、电缆绝缘层等； • 工程塑料：具有优良的机械强度，耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀性。例如聚碳酸酯、聚苯醚、聚酰亚胺、ABS等。

8. （3）按树脂合成的反应类型分类 • 聚合类塑料：由含有不饱和键的单体在引发剂(或催化剂)存在下按自由基、离子型等机理进行聚合反应所形成的树脂。如 PE、PP、PVC • 缩聚类塑料：由含有官能团的单体通过缩聚反应所形成的树脂，像聚酰胺类、聚砜类、聚碳酸酯、聚苯醚等是缩聚型塑料。 （4）按树脂大分子的有序状态分类 • 无定形塑料：分子链的排列是无序的，不仅各个分子链之问排列无序，同一分子链也像长线团那样无序地混乱堆砌，像聚砜类、聚苯醚是典型的无定形塑料； • 结晶型塑料：树脂大分子链的排列是远程有序的，分子链相互有规律的折叠，整齐地紧密堆砌，像聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等是典型的结晶型塑料。

9. 3. 塑料的特点 • 质量轻、比强度高 一般塑料密度在0.83~2.2g/cm3之间，只有钢铁的八分之一至四分之一，铝的二分之一左右。

10. 优异的电绝缘性能

11. 化学稳定性好 对酸、碱等化学药品均有良好的抗腐蚀能力，用于制造酸碱贮槽、化工管道等。聚四氟乙烯耐化学性能比黄金好。 • 优良的减摩、耐磨性能 • 减震消声、透光性及其他性能 • 方便、灵活的可加工性 机械加工：切削、车、刨、锯等； 注塑、模压成型：直接加工塑料制件； 挤出成型：板材、管材；吹塑薄膜、拉丝 压延成型：人造革、片； 中空吹塑：瓶、罐、油箱。

12. 4. 塑料的应用

13. 4. 塑料的应用

14. World-Polymer Consumption 2002 - 2010 Growth p. a. in Mio. t 60 52 50 45,3 2002 2010 38 37,7 40 31,7 31,2 30 27,1 24,6 22 18,5 20 5,9 % 7,0 % 9,1 % 14,8 14,2 9,2 9 8,3 10 4,8 % 5,5 % 6,4 % 4,3 % 5,6 % 5,7 4 10,5 % 6,1 % 3,6 2,1 2 0 PE-LD/LLD PE-HD PP PVC PS+EPS ABS/ASA/ PA PC PET PUR SAN Source: VKE/ BASF 5. 塑料工业的发展

15. 5. 我国塑料工业的发展 • 塑料已和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱材料。 • 我国是塑料生产大国、消费大国、进口和出口大国。 • 1958年的全国塑料总产量仅为2.4万吨。 • 2004年全国塑料制品规模以上企业增加到9473家，比上年增长了11%； • 塑料制品产量达到1846.6万吨，比上年增长12%；产值总额在轻工19个主要行业中位居第三。 • 中国塑料原料表观消费量由2000年的约2196万吨增至2004年的3813.3万吨，居世界第二位，年均增长率14. 6%。 • 但人均消费塑料仅为22公斤，与发达国家的人均100多公斤相比仍有较差距。 • 预测2010年我国合成树脂需求量将达到3900万吨。

17. 三、分析与性能测试 （一） 目的 • 研究塑料材料的基本性质，掌握材料的特性。 • 为满足不同的使用目的，选取最合适的材料。 • 为塑料制品的生产，确定最佳的工艺条件。 • 作为生产过程中，控制产品质量的手段。 • 作为塑料原辅材料及制品购销双方仲载的依据。 • 使塑料材料与制品得以规格化与标准化。 三、分析与性能测试

18. 三、分析与性能测试

19. Structure of Macromolecules Polymerisation of Polyethylen:

20. （二） 分析与性能测试的内容 成型加工 使用 物理性能 力学性能 热性性能 测试 老化性能 电性能 其他性能 分析 化学分析 仪器分析 配位、络合滴定 核磁共振 热分析 酸碱滴定 分光光度法 红外、紫外光谱 氧化还原滴定 气相色谱

21. （三）测试的基本方法 1．试样的制备 • 机械加工：从板、片、棒及制品上直接裁取，再经机械加工成标准尺寸的试样。 裁取部位一般要选择远离边缘、转角等部位；机械加工时，刀具的刃口，切削的线速度等都有严格的规定，以避免加工缺陷和过热现象； • 模塑成型：由液体、粉状或粒状的试料经模塑成型为标准尺寸的试样。 测试结果与模具的结构、成型温度、成型压力、冷却速度及模具内试料的分布等有关。

22. 2．试样的状态调节 • 试验前，把试样在规定环境中放置一定的时间，使试样达到或接近所需温度、相对湿度的平衡过程，称为状态调节，亦叫试样的预处理。其目的是为了消除试样在制备与存放过程中各条件因素对试样性能的影响。 • GB/T 2918—1998塑料试样状态调节和试验的标准环境。 状态调节时间按产品标准执行。产品标准没有规定时，则不少于88小时； 当温度、相对湿度对试样所测性能的影响可忽略时，则状态调节和试验可在常温（10～35℃）、常湿（45%～75%）下进行。

23. 3．测试结果与报告 • 测试数据：通常采用增加平行试验的次数，舍出过大、过小的“漂移值”，然后以多个有效试验数据的算术平均值表示测试的结果，算出标准偏差。 • 测试报告：测试目的、测试原理、测试标准、测试材料及制品(名称、牌号、产地)、测试设备及条件、测试中的异常情况、建议、测试结果、结论、测试人员及日期。

24. 四、标准与标准化 • 标准：对重复性事物和概念所做的统一规定。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。 • 标准分为强制性标准和推荐性标准 • 标准化：在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复性事物和概念，通过制订、发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的一种活动。 标准化是经济发展的客观要求，是人类实践的产物，受生产力水平的制约，又为生产力发展创造条件、开辟道路。 • 标准化组织：国际组织、国家组织、行业标准、地方标准及各个企业标准。

25. (一)国际标准 • ISO（International organization for standardization） 1946年2月成立。设有165个技术委员会TC、645个分委员会SC和1500多个工作组WG。 • 塑料技术委员会ＴC61，下设十个分会，分别是术语、力学性能、燃烧性能、物理—化学性能、耐老化、耐化学和耐环境侵蚀、试样制备、热塑性塑料、泡沫塑料、制品、热固性塑料、纤维增强塑料 • 国际标准号由顺序号及批准或修订年份组成，前面冠以“ISO”。在ISO后带Ｒ者为推荐标准；ＴR为技术报告。如： ISO/TR4616—1980 塑料—聚氯乙烯热稳定性的测定

26. ISO/R1326—1970　塑料——薄膜状塑料可燃性和燃烧速率的测定ISO/R1326—1970　塑料——薄膜状塑料可燃性和燃烧速率的测定 • ISO 7850—1986 硬质泡沫塑料——压缩蠕变的测定 • IEC（International Electrotechnical Commission）。是世界上最早的国际电工标准化机构，1906年6月成立。我国于1957年参加IEC。 • ISO和IEC共同建立国际标准化体系，IEC负责有关电气和电子领域的国际标准化工作，其他领域由ISO负责。

27. （二）国家标准 • 国家标准化组织颁发或制定，在全国范围内推行使用的标准称为国家标准。 （１）中华人民共和国国家标准 • 由标准代号、标准登记注册顺序号及发布的年份号构成。 • 1988年12月29日，通过了《中华人民共和国标准化法》。 • 强制性国家标准GB；推荐性国家标准GB/T • GB 12671——1990 聚苯乙烯树脂 • GB/T 6670——1997 软质聚氨脂泡沫塑料回弹性能的测定

28. （2）其他国家标准 • ANSI－American Nation Standard Institute，ISO的正式成员 • ANSI的标准编号：ANSI＋字母类别＋数字组号＋序号＋批准或修订及最近一次确认的年份。 • ANSI标准共分18个大类，分别用字母A、B…Y、Z表示，塑料的标准属于Ｋ类（化工）和Ｚ类（杂项材料）。 • ASTM－American Society for Testing and Materials，非官方 • ASTM的标准编号：ASTM＋分类号＋本类序号＋年份 • ASTM标准分七大类，A（黑色金属）、Ｂ（有色金属）、Ｃ（水泥、陶瓷）、Ｄ（杂类材料）、Ｅ（杂项材料）、Ｆ（专用材料）、Ｇ（材料的腐蚀、变质和传递）。 • 年份后的字母“Ｔ”，表示为暂行标准，括号内的数字表示该标准的重新确认年份，小写字母a 、b、c表示标准修改的次数。

29. 一些国家和地区的主要标准代号

30. (三) 行业标准 • 行业标准由国家行业管理协会编制计划、组织草拟，审批、编号，并报国务院标准化行政主管部门备案。 • 当同类国家标准制订实施之后，该行业标准即时废止。 • 行业标准编号由行业标准代号、登记顺序号及发布年份号构成，在标准代号后加Ｔ为推荐性行业标准。 • 轻工部部颁标准(SG)；化工部部颁标准(HG)。 • HG/T 2002—1991 涂料用聚氯乙烯树脂 • HG 2349—1992 聚酰胺1010树脂

31. （四）地方标准 • 当没有国家标准和行业标准时，而又需要在省、市、自治区统一的产品安全、卫生、质量要求，可以制定地方标准。 • 地方标准由省、自治区、直辖市标准化行政主管部门编制计划，组织草拟，统一审批、编号、发布，并报国务院标准化行政主管部门和国务院有关行政主管部门备案 • 在公布国家标准或行业标准后，其自行废止。 • 地方标准编号：DB＋地方代码＋登记顺序号＋发布年份号 • 推荐性地方标准编号在地方代码后加上字母Ｔ。

32. （五）企业标准 • 企业生产和流通的产品必须要有产品标准。 • 没有国家标准和行业标准的，企业应制定企业标准，作为组织生产的依据。 • 企业标准由企业组织制定，报当地政府标准化行政主管部门和有关行政主管部门备案。 • 已经有国家标准或行业标准，国家鼓励企业制定严于国家标准或行业标准的企业标准，在企业内部使用。企业标准编号：Ｑ／企业代号＋登记顺序号＋发布年分号

33. 小 结 • 高分子材料分析与测试的目的及内容 • 测试的标准问题 思考题 1. 塑料的有哪些优异的性能？ 2. 测试的目的及基本分类？ 3. 为什么需要按标准方法进行测试？