高分子实验

实验一 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 ----有机玻璃的制备及其熔融指数的测定

实验项目性质：综合性 实验计划学时：12学时

一、实验目的

1.了解自由基本体聚合的特点和实施方法； 2.熟悉有机玻璃的制备方法，了解其工艺过程。 3.了解熔融指数的结构和使用方法； 4.掌握高聚物熔融指数的测量原理。 二、实验原理

本体聚合是指单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接在热、光和辐射作用下进行的聚合反应。本体聚合具有产品纯度高和无需后处理等优点，可直接聚合成各种规格的型材。但是由于体系黏度大，聚合热难以散去，反应控制难，导致产品发黄，出现气泡，从而影响产品质量。

本体聚合进行到一定程度，体系黏度大大增加，大分子链的移动困难，而单体分子的扩散受到的影响不大。链引发和链增长反应照常进行，而增长链自由基的终止受到限制，结果使得聚合反应速度增加，聚合物分子量变大，出现所谓的自动加速效应。更高的聚合速率导致更多的热量生成，如果聚合热不能及时散去，会使局部反应“雪崩”式地加速进行而失去控制。因此，自由基本体聚合中，控制聚合速率使聚合反应平稳进行是获得无瑕疵型材的关键。

聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为无定形聚合物，具有高度的透明性，可见光透光率为90%~93%，因此由称有机玻璃。它的密度小（1.18g/cm），耐低温性能好，在-183~60℃冲击强度几乎没有变化，且其电性能优良，是航空工业和光学仪器制造业的重要材料。有机玻璃表明光滑，在一定曲率内光线可在其内部传导而不逸出，因此在光导纤维领域得到应用。但是其耐候性差、表明易磨损，可使其与苯乙烯等单体共聚来改善耐磨性。

有机玻璃是通过甲基丙烯酸甲酯的本体聚合制备的，甲基丙烯酸甲酯的密度（0.94g/cm）小于聚合物的密度，在聚合过程中出现明显的体积收缩。为了避免体积收缩和有利于散热，工业上往往采用二步法制备。在过氧化苯甲酰引发下，甲基丙烯酸甲酯聚合初期平稳反应，当转化率超过20%之后，聚合体系黏度增加，聚合速率明显加快。此时应停止第一阶段反应，将聚合浆液转移到模具中，低温反应较长时间。当转化率达到90%以上后，聚合物已经成型，可以升温使单体完全聚合。

3

3

对高聚物的流动性的评价可采用不同的参数，在工业生产和科学研究中常采用熔融指数，它的定义为在一定温度、一定压力下，熔融高聚物在10min内从标准毛细管中流出的重量值（克数）。熔融指数以“g／10min”表示，符号MI。

对于同一种高聚物，在相同的条件下，熔融指数越大，则流动性越好，对不同的聚合物，由于测定条件不同，不能用熔融指数的大小来比较它们的流动性，条件相同时，也缺乏明确的意义，因此只把它作为一种流动性好坏的指标。由于熔融指数概念和测量方法简单，工业上已普遍采用，作为聚合物产品的一种质量指标。 三、实验内容和要求

实验内容： 1.（1）预聚合；（2）浇铸灌模；（3）后聚合。

2. 熔融指数的测定

实验要求：通过本课程的学习，使学生了解本体聚合的机理和聚合方法，加深对高分子材料的制备方法的理解，学会使用熔体流动速率仪测定聚合物的熔融指数的方法。培养学生理论联系实际，分析问题和解决问题的能力。 四、实验主要仪器设备及材料

1. 化学试剂：

甲基丙烯酸甲酯（MMA,20mL）；过氧化二苯甲酰（BPO）； 2. 仪器和设备

XRZ—400A型熔体流动速率仪；锥形瓶（50mL，1个）；恒温水浴（1个）；试管夹（1个）；试管（2支）；温度计；烘箱及烧杯等。 五、实验方法、步骤及结果测试 1.有机玻璃的制备 （1）预聚合

在50mL锥形瓶中加入20mL MMA及单体质量0.1%的BPO，瓶口用胶塞盖上，用试管夹夹住瓶颈在85~90℃的水浴中不断搅拌，进行预聚合约0.5hr，注意观察体系黏度的变化，当体系黏度变大，但仍能顺利流动时，结束预聚合。 （2）浇铸灌模

将以上制备的裕聚液小心地灌入预先干燥的两支试管中（浇灌时可预先在试管中放入干花等装饰物，这样在聚合完后可把产品做成小饰物，但加入的装饰物一定要干燥以防产生气泡），浇灌时注意防止锥形瓶外的水珠滴入。 （3）后聚合

将浇灌好预聚液的试管口用棉花（或纸、布）塞上，放入45~50℃的水浴中反应20hr，注意控制温度不能太高，否则易使产物产生气泡。然后再在烘箱中升温至100~105℃反应2~3hr，使单体转化完全，完成聚合。取出所得有机玻璃棒，观察其透明性，是否有气泡。

2.有机玻璃熔融指数的测定 （1） 实验仪器、设备及材料

XRZ—400A型熔融指数仪是一种简易的毛细管式在低切变速率下工作的仪器，它由试样挤出系统和加热控制系统组成。试样挤出系统主要由料筒3，活塞杆2，毛细管5组成。圆筒与活塞头直径之差（间隙）要求为（0.075土0.015）mm。毛细管的外径稍小于圆筒内径。以便它能在圆筒孔中自由落到圆筒底部，毛细管高度为（8.00士0.025）mm，中心孔径为（2. 095士0.005）mm。加热控制系统由控温热电偶、控温定值电桥、放大器、继电器及加热器组成。

实验1中制备的干燥好的有机玻璃。 （2）操作步骤

①升温。按所需温度将“控温定值”旋钮拨到控温定值数；接通电源加热电炉的电流，为了快速升温，先将“自动控温—快速加热”开关置于“快速加热”位置，待红绿灯明灭交替时，表明炉温已接近选定温度，这时再把开关置于“自动控制” 位置；约5min后，如果实测温度和预选温度有差异，需再次调节“控温定值”旋钮，使炉温达到指定的温度。

②称样。根据试样熔融指数的大小称取2.5～10g干燥的高聚物试样。

熔融指数与料量、切取试条间隔时间的关系

熔融指数MI/(g/10min) 0.15~1.0 1.0~3.5 3.5~10 10~25 试样重/g 2.5~3.0 3.0~5.0 5.0~8.0 4.0~8.0 毛细管孔径/mm 2.095 2.095 2.095 2.095 切取试条的间隔时间/min 6.00 3.00 1.00 0.50 ③料筒预热。温度达到规定温度后，将料筒、毛细管压料杆放人炉体中恒温6~8min。 ④装料。将压料杆取出，往料筒中装人称好的试样。装料时应随加随用加料棒压实，以防止产生气泡，然后将压料杆插入料简并固定好导套，加上砝码，开始用秒表记时。 ⑤取样。秒表记时6～8min，压料杆顶部装上选定的负荷砝码，试样即从毛细管挤出。切去料头后开始计时间，切取5个切割段，待冷却后分别称量。含有气泡的切割段应弃去。 ⑥计算。从5个切割段的平均质量m（g）及切割一段所需时间t（s），按下式计算熔融 指数MI。

MI190/2160?

m?600(g/10min) tMI190/2160表示在190℃，2160g条件下测得的熔融指数

注意事项：

1.整个取样过程要在压料杆刻度以下进行。测定完毕后，余料应趁热取出，以防凝结。 2.压料杆、料筒、毛细管要趁热用尼龙布或玻璃布清理干净，切忌用粗砂纸等摩擦，以防损坏料筒内壁。

3.打开电源前，应先将XCZ—101高温表机械零点调到室温，可免去温度校正。 4.实验中应注意安全、对物料用量的正确计算、仔细观察实验过程中所出现的现象并认真记录、注意对温度和反应过程的认真控制。 六、实验报告要求

要求正确、整洁地书写实验的目的、要求、原理、实验步骤、实验现象以及实验结果，并对实验现象和结果进行认真的讨论总结，形象地画出实验装置图和物料配比的计算公式和计算方法。 七、思考题

1.自动加速效应是怎么产生的，对聚合反应有什么影响？ 2.制备有机玻璃，为什么要先进行预聚合？

3.工业上采用本体聚合的方法制备有机玻璃有什么优点？ 4.测量高聚物熔融指数有什么意义？ 5.聚合物的熔融指数与分子量有什么关系？

实验二 醋酸乙烯酯乳液聚合 ――-白乳胶的制备及粘结性能测试

实验项目性质：综合性 实验计划学时：10学时

一、实验目的

1.了解乳液聚合的基本原理和乙酸乙烯酯的乳液聚合特点，掌握乳液聚合的实验技术 2.掌握电子万能试验机的使用方法，掌握木板粘结的基本原理及木板粘结的操作过程； 3.了解影响粘结强度的因素。

4.熟悉拉力机（包括电子拉力机）的使用； 5.测定不同拉伸速度下PE板的应力-应变曲线；

6.掌握图解法求算聚合物材料抗张强度、断裂伸长率和弹性模量； 7.掌握简悬组合冲击试验机的使用方法。 二、实验原理

乳化剂分子具有两亲性的化学结构，分子两端分别是亲水基和疏水基，能使油（单体）均匀、稳定地分散在水中而不分层。乳化剂浓度达到一定时，乳化剂分子开始形成胶束，该浓度称为临界胶束浓度，此时溶液的许多物理性能都有突变。乙酸乙烯酯乳液聚合机理与一般的乳液聚合机理相似，但是乙酸乙烯酯在水中有较高的溶解度，而且容易水解，产生的乙酸会干扰聚合，因而具有一定的特殊性。乙酸乙烯酯的自由基比较活泼，链转移反应更加显著。

木板的粘结的理论解释通常有5种：吸附理论、静电理论、扩散理论、化学键理论、机械联结理论。它们都可以解释粘结过程中的一部分现象，但又不能解释所有现象。

下面我们就介绍一下吸附理论。

吸附理论把粘附力归诸于粘合剂的基料和粘结件表面之间的物理吸附作用。吸附理论认为，粘附力的形成分为两个阶段。第一阶段是粘合剂基料的布朗运动，使大分子链被吸附到表面上来，这是浸润过程。第二阶段是粘结，即分子间力发生作用。

众所周知，任何物质的分子（或原子）之间，都存在着两种相互作用的力，一种是强的主价键力，称为化学键力，另一种是弱的次价键力，称为范德华力，氢键介于两者之间。 物理吸附是由范德华力引起的，这种作用力的能量U与两个分子之间的距离r以及它们的偶极矩P，极化率α，电离电位J等有关：

U??(2P4/3KT?2?P2?3J?2)/r6

由此式得知，粘合剂基料与粘结件的极性（P）越大，它们之间接触得越紧密（r越小），

越充分（即实现物理吸附的分子数目越多），物理吸附对于粘附力的贡献就越大。其中，分子之间的距离 r有突出的影响。根据计算，两个紧密接触的理想平面距离为1nm时，它们之间由物理吸附产生的吸附力达到10～10kg／cm，若距离为0.3～0.4nrn，则可达到10～10 kg／cm。

范德华力和化学键力相比是很弱的，但是，由于原子和分子的数目相当多，所以，在宏观看来，这种物理吸附作用还是相当大的。

吸附理论在相当大的程度下可以解释粘结现象，但仍然存在一些问题。例如，运用热力学的方法，测定表面张力和接触角所得到的平衡热力学粘附功（约0.1N／m）。比实际测得的粘附功（约10N／m）小得多，这一结果说明，粘附功并不是单纯分子间作用力的结果。此外，吸附理论也不能很好地解释非极性聚合物粘合剂的良好粘结问题。

应力-应变试验通常实在张力下进行，即将试样等速拉伸，并同时测定试样所受的应力和形变值，直至试样断裂。

应力是试样单位面积上所受到的力，可按下式计算：

2

4

2

2

3

2

3

?t?式中P为最大载荷、断裂负荷、屈服负荷

b为试样宽度，m； d为试样厚度，m。

P bd应变是试样受力后发生的相对变形，可按下式计算：

?t?式中I0为试样原始标线距离，m；

I?I0?100% I0I为试样断裂时标线距离，m。

应力-应变曲线是从曲线的初始直线部分，按下式计算弹性模量E（MPa，N/m）：

2

E?式中σ为应力；ε为应变。

? ?在等速拉伸时，无定形高聚物的典型应力-应变曲线见图1：

? ?t ?y ?a O ?a ?y 图1 无定形高聚物的应力-应变曲线 ?t ? a点为弹性极限，σa为弹性（比例）极限强度，εa为弹性极限伸长率。由0到a点为一直线，应力-应变关系遵循虎克定律??E?，直线斜率E称为弹性（杨氏模量）。y点为屈服点，对应的σy和εy称为屈服强度和屈服伸长氯。材料屈服后可在t点处断裂，σt、ε

t

为材料的断裂强度、断裂伸长率。（材料的断裂强度可大于或小于屈服强度，视不同材料而

定）

从σt的大小，可以判断材料的强与弱，而从εt的大小（从曲线面积的大小）可以判断材料的脆与韧。

晶态高聚物材料的应力-应变曲线：

? ?t ?c O ?c ?t 图2 晶态高聚物的应力-应变曲线 ??在c点以后出现微晶的取向和熔解，然后沿力场方向重排或重结晶，故σc称重结晶强度。从宏观上看，在c点材料出现细颈，随拉伸的进行，细颈不断发展，到细颈发展完全后，应力才继续增大到t点断裂。

由于高聚物材料的力学试验受环境湿度和拉伸速度的影响，因此必须在广泛的温度和速度范围内进行。工程上一般是在规定的湿度、速度下进行，以便比较。 三、实验内容和要求 实验内容：1.白乳胶的制备；

2.白乳胶粘结性能的测定。

实验要求：通过本课程的学习，使学生了解乳液聚合特点，学习白乳胶的制备方法以及用冲击试验机测试其粘结性能的方法和原理。培养学生理论联系实际，分析问题和解决问题的能力。

四、实验主要仪器设备和材料

1. 化学试剂：

聚乙烯醇；乳化剂OP-10；乙酸乙烯酯；过硫酸铵；碳酸氢钠；邻苯二甲酸二丁酯；乙醚；酒精。

2. 仪器和设备

三径瓶；回流冷凝管；磁力搅拌器；常规玻璃仪器；滴定漏斗；RXJ-50型简悬组合冲击试验机；木板；老虎钳；聚氯乙烯板材；聚苯乙烯板材；聚甲基丙烯酸甲酯板材；玻璃棒；纱布；桌虎钳子；挫刀；砂纸；电炉。 五、实验方法、步骤及结果测试

1.白乳胶的制备

先在50mL烧杯中将KPS溶于8mL水中。另在如图所示的三颈瓶中加入30mL聚乙烯醇溶液，0.8mL乳化剂OP-10，12mL蒸馏水，5mL乙酸乙烯酯和2mL KPS水溶液，开动搅拌，加热水浴，控制反应温度在68~70℃，在约2h内由冷凝管上端用滴管分次滴加完剩余的单体和引发剂，保持温度反应到无回流时，逐步将反应温度升高到90℃，继续反应到无回流时撤去水浴，将反应混合物冷却到50℃，加入10%的NaHCO3水溶液调节体系的pH为2~5，经充分搅拌后冷却至室温，出料。观察乳液外观，称约4g乳液放入烘箱在90℃干燥，称取残留的固体质量，计算固含量：

固含量=（固体质量÷乳液质量）×100%

在100mL量筒中加入10mL乳液和90mL蒸馏水搅拌均匀后，静置一天，观察乳胶粒子的沉降量。

2.木板的粘结实验

木板的粘合是用粘合剂使木板与木板彼此连接的操作过程，由于此法操作简单、灵活、快捷，因此，是工业上常用的一种连接方法。

（1）将塑料板材裁成需要的形状。

（2）用乙醚或酒精将试样清洗干净，保证试样无灰尘、无油污、无水分、无脱模剂等。

（3）用挫刀或砂纸将欲粘合的表面磨粗糙。

（4）用乙醚将磨粗糙的待粘合表面清理干净，并干燥保证无污物。

（5）搅拌均匀的粘合剂，用玻璃棒在欲粘合的表面均匀地涂一薄层（务必胶层均匀地润湿粘合表面，应不出现气泡和缺胶现象），在室温下放置数分钟，待胶层近乎干燥时，将欲粘合面结合起来，并在桌虎钳上均匀施加一定的压力，以保证完善地接触。

（6）放置一周，检测粘结强度（测量拉伸强度及剪切强度）。 3.高分子材料应力-应变曲线的测定

聚合物材料在拉力作用下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试验。聚合物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数（杨氏模量、屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等）以评价材料抵抗载荷，抵抗变形和吸收能量的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力-应变曲线有助于判断聚合物材料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况与拉伸取向、结晶过程，并为设计和应

用部门选用最佳材料提供科学依据。

（1）试样要求

① 试样制备和外观检查。制成如图3所示的哑铃形的样条，试样表面应光滑、平整，不应有气泡、杂质、机械损伤等。

② 每组试样不少于5个。

图3 （2）试验条件 ① 试验速度（空载） A：10mm/min?5mm/min； B：50mm/ min?5mm/min；

C：100mm/min?10mm/min或250mm/min?50mm/min。以100mm/min?10mm/min 的速度试验，当相对伸长率≤100时，用100mm/min?10mmn/min；相对伸长率＞100时，用250mm/min?50mm/min。

第一步：热固性塑料、硬质热塑性塑料：用A速度。

第二步：伸长率较大的硬质热塑性塑料和半硬质热塑性塑料（如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等）：用B速度。

第三步：软板、片、薄膜：用C速度。

② 测定模量时，速度为l mm/min～5 mm/min，测变形准确至0.01 mm。 （3）试验设备

拉伸试验机或电子拉伸试验机（试验机示值应从每级表盘满刻度的10％～90％，但不小于试验机最大载荷的4％读取，示值的误差应在?l％之内） 注：电子拉力试验机按有关规定执行。

（4）操作步骤

① 实验应在一定的温度（热塑性塑料为25℃±2℃，热固性塑料为25±5℃）和湿度（相对湿度为65％±5％）下进行。

② 测量模塑试样和板材试样的宽度和厚度准确至0.05mm；片材厚度准确至0.01mm；薄膜厚度准确至0.00lmm。每个试样在标距内测量三点，取算术平均值。

③ 测伸长时，应在试样平行部分作标线，此标线对测试结果不应有影响。

④ 夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合。并且要松紧适宜，以防止试样滑脱和断在夹具内为度。夹持薄膜要求夹具内垫橡胶之类的弹性材料。

⑤ 按规定速度，开动机器，进行试验。

⑥ 试样断裂后，读取屈服时的负荷。若试样断裂在标线之外的部位时，此试样作废，另取试样补作。

⑦ 测定模量时，安装、调整测量变形仪器，施加负荷，记录负荷及相应的变形。

注意事项：

实验中应注意安全、对物料用量的正确计算、仔细观察实验过程中所出现的现象并认真记录、在对产品分析时特别要注意安全使用氢气、注意对温度的认真控制以及实验后三废的处理。

六、实验报告要求

要求正确、整洁地书写实验的目的、要求、原理、实验步骤、实验现象以及实验结果，并对实验现象和结果进行认真的讨论总结，形象地画出实验装置图和物料配比的计算公式和计算方法。 七、思考题

1.以过硫酸盐作为引发剂进行乳液聚合时，为什么要控制乳液的pH值？怎么控制？ 2.乙酸乙烯酯的乳液聚合与理想的乳液聚合有哪些不同？ 3.影响粘结强度的因素是什么？

4.在粘会操作中，应注意哪些因素以保证粘合质量？ 5.拉伸速度对试验结果有何影响？

6.结晶与非晶聚合物的应力-应变曲线有何不同？

实验三 甲阶和线性酚醛树脂的制取

及维卡软化点温度的测定

实验项目性质：综合性 实验计划学时：10学时

一、实验目的

1.了解反应物的配比和反应条件对酚醛树脂结构的影响，合成甲阶酚醛树脂； 2.进一步掌握不同预聚体的交联方法。

3.了解反应物的配比和反应条件对酚醛树脂结构的影响，合成线性酚醛树脂； 4.进一步掌握不同预聚体的交联方法。

5.通过实验测定高聚物维卡软化点温度，掌握维卡软化点温度测试仪的使用方法和高聚物维卡软化温度的测试方法。 二、实验原理

甲阶酚醛树脂是甲醛和苯酚以1.2-3.0:1的摩尔比聚合得到的，常以NaOH或Ga(OH)2

做催化剂，加热回流2-4小时聚合反映即可完成。反映混合物在高温脱水、冷却后粉碎，混入5-15%的六次甲基四胺，加热即迅速发生交联。

线性酚醛树脂是甲醛和苯酚以0.75-0.85:1的摩尔比聚合得到的，常以草酸或硫酸做催化剂，加热回流2-4小时聚合反映即可完成。反映混合物在高温脱水、冷却后粉碎，混入5-15%的六次甲基四胺，加热即迅速发生交联。

维卡软化温度是指一个试样被置于所规定的试验条件下，在一定负载的情况下，一个一定规格的针穿透试样1mm深度的温度。

这个方法适用于许多热塑性材料，并且以此方法可用于鉴别比较热塑性材料软化的性质。

三、实验内容和要求

实验内容：1.聚合反应的实施；

2.甲阶酚醛树脂的制备； 3.甲阶酚醛树脂的固化； 4.聚合反应的实施； 5.线性酚醛树脂的制备； 6.线性酚醛树脂的固化。

实验要求：通过本课程的学习，使学生掌握甲阶酚醛树脂和线性酚醛树脂的制备方法，理解二者的异同点，并学会维卡软化点温度的测定的方法，培养学生理论联系实际，分析问题和

解决问题的能力。

四、实验主要仪器设备和材料

1. 化学试剂：

苯酚；甲醛水溶液；草酸；六次甲基四胺。 2. 仪器和设备

三径瓶；冷凝管；机械搅拌器；减压蒸馏装置；XRW-300MB型维卡软化点测试仪。 五、实验方法、步骤及结果测试 1.甲阶酚醛树脂的制备

把苯酚加到甲醛中（摩尔比1~3:1），在氢氧化钠和氨等强碱存在下，于80~100℃连续反应1~3小时，得到固含量为60%，pH=7~7.5的初期缩合物水溶液。低粘度的树脂水溶液可直接用作胶粘剂，也可制成粉末型胶粘剂，酚醛树脂薄胶片（涂布在纸或布上后干燥成膜状的胶粘剂）。过度缩合则变成水中不溶性食指，脱水后将其溶于溶剂（乙醇、丙酮等）中制成溶剂型胶粘剂。

苯酚共有三个活性点，两个邻位，一个对位。一摩尔的苯酚和一摩尔以上的甲醛在碱性条件下反应可得到下列各种羟甲基化的苯酚。

再继续加热，羟甲基发生缩合反应，分子量增大。例如两个羟甲基缩合，变成甲撑醚键（a），羟甲基和另一个苯酚的邻位、对位活泼氢缩合，变成甲撑键（b）。再加氢氧化钠或其它强碱提高pH值，缩合反应进一步进行。加热到130℃以上，甲撑醚键分解成甲撑键，反应中生成的甲醛又加到苯酚上变成羟甲基。加热到160℃以上，只生成甲撑键。该反应在酸性条件下也能进行 2.线形酚醛树脂的制备 （1）线性酚醛树脂的制备

向装有机械搅拌器、回流冷凝管和温度计的三口瓶中加入39克苯酚、27.6克37%甲醛水溶液、5毫升蒸馏水和0.6克草酸。水浴加热并开动搅拌，反应混合物回流1.5小时。加入90毫升蒸馏水，搅拌均匀后，冷却到室温，分离出水层。

实验装置改为减压蒸馏装置，剩余部分逐步升温到150℃，同时减压到真空度为66.7-133.3kPa，保持1小时左右，除去残留的水分，此时样品一经冷却即成固体。在产物保持可流动状态下，将其从烧瓶中倒出，得到无色脆性固体。

（2）线性酚醛树脂的固化

取10克酚醛树脂，加入六次甲基四胺0.5克，在研钵中研磨混合均匀。将粉末放入小烧杯中，小心加热使其熔融，观察混合物的流动性变化。 3.维卡软化点温度的测定 （1）实验仪器

维卡软化点测试仪主要由浴槽和自动控温系统两大部分组成。浴槽内又装有导热液体、试样支架、砝码、指示器、温度计等构件，其基本结构见下图。

① 传热液体。一般常用的矿物油有硅油、甘油等，最常用的是硅油。本仪器所用传热液体为硅油，它的绝缘性能好，室温下粘度较低，并使试样在升温时不受影响。

② 试样支架。支架是由支撑架、负载、指示器、穿透针杆等组成。都是用同样膨胀系数的材料制成。

③ 穿透针。常用的针有两种，一种是直径为1?0.02mm的设有毛边的圆形平头针，另一种为正方形平头针。

④ 砝码和指示器。常用的砝码有两种，Ikg和5kg；指示器为一百分表，精确度可达 0.02mm。

⑤ 温度计。温度计精确度可达0.5℃，使用范围为0～360℃。

⑥ 等速升温控制器。采用铂电阻作感温元件与可变电压器、恒速电动机构组成。作定时等速运动来调整可变电位器的阻值，以达到自动平衡（可变电位器调整阻值的变化即为铂电阻受热后的阻值），电桥输出信号经晶体管放大输出脉冲，推动可控管工作，并控制了加热器工作时间，以（5士0.5）℃／min的速度来提高浴槽温度。 ⑦ 加热器。一个1000W功率的电炉丝直接加热传热液体。 （2）试样与测试条件

① 试样。所用的每种材料的试样最少要有2个。一般试样的厚度必须大于3mm，面积必须大于 10mm×I0mm。

② 测试条件。保持连续的升温速度为（5士0.5）℃／min，并且穿透针必须垂直地压入试样，压人载荷为Ikg和5kg。它是砝码和加力杆等的总和。即相应负荷分别为9.81N和49.05N。 （3）操作步骤

① 选试样。试样可注射成型。成型后选取厚度大于3mm，宽和长大于10mm×I0mm的试样，并要求试样表面平整，没有裂纹，没有气泡。

② 安放试样。在室温下将试样支架从浴槽内提出固定在浴槽上面，把试样放在针下近似中心的位置，使针近似地靠近试样表面（没有加载）并固定好，然后将温度计插人支架上两侧孔内，使其球部尽量地接近试样并固定好。

③ 调整指示器。试样安装好后就将试样支架轻轻地放进浴槽，然后加载调整穿透指示器到零位。

④ 加热液体。指示器调整零位后开始升温，调整自动控温部分，升温速度为50℃／h，同时开启搅拌，保持槽内温度均匀。

?0.05 ⑤ 记录。必须仔细地作穿透1mm深度时的温度记录。由于当穿透lmm后，从这点开始穿透深度会迅速地增加，因此要求每上升5℃读一次穿透深度，直到穿透0.4mm后再每间隔50℃记录一次。

⑥ 试验结果所得两个试样间的差别高于2℃，则必须做重复试验。 （4）数据处理

① 将实验结果记录在下表中。

实验数据记录表

试样尺寸/mm 试样编号 a 1 2 3 ② 结果分析。

注意事项：

实验中应注意安全、对物料用量的正确计算、仔细观察实验过程中所出现的现象并认真记录、在对产品分析时特别要注意安全使用氢气、注意对温度的认真控制以及实验后三废的处理。

六、实验报告要求

要求正确、整洁地书写实验的目的、要求、原理、实验步骤、实验现象以及实验结果，并对实验现象和结果进行认真的讨论总结，形象地画出实验装置图和物料配比的计算公式和计算方法。 七、思考题

1.苯酚共有几个活性位，分别是什么？

2.线形酚醛树脂和甲阶酚醛树脂在结构上有什么差异？ 3.环氧树脂能否作为线形酚醛树脂的交联剂，为什么？ 4.反应结束后加入90毫升蒸馏水的目的是什么？ 5.影响维卡软化点温度测试结果的因素有哪些？ 6.升温速度过快或过慢对试验结果有何影响，为什么？

b c 标准升温速度5℃／min 备注 实验五 熔融缩聚制备尼龙—66及尼龙—6

实验项目性质：验证性 实验计划学时：8学时

一.实验目的

1.进一步加深对缩聚反应理论和过程控制的理解； 2.用己二酸己二胺盐的熔融缩聚法制备尼龙-66； 3.学习端基滴定法测定聚酰胺分子量的方法； 4.进一步加深对开环聚合反应原理和特点的理解； 5.用ε-己内酰胺盐的熔融缩聚法制备尼龙-6； 6.掌握制备尼龙的新方法。 二、实验原理

1.虽然同是缩聚反应，聚酰胺反应比聚酯化反应具有高得多的平衡常数，在相同条件下更容易获得高分子量的聚合物。为了获得高分子量聚酰胺，功能团等摩尔反应是必需的，这就要求单体有极高的纯度，同时需要将生成的水从聚合体系中排除。

2. 内酰胺开环聚合生成线形聚合物可以采用多种方式进行，水引发（也被称为水解聚合）是内酰胺工业生产最常用的方法。七元环的ε-己内酰胺可以进行阳离子聚合，也可以在水的作用下先生成ω-氨基己酸再生成聚合物，还可以进行阴离子聚合而生成高分子量的聚合物。

ε-己内酰胺在阴离子引发剂存在下高温聚合，聚合物的分子量开始很高。随着反应混合物长时间加热而下降，最后达到平衡状态。分子量的这种变化是由于增长链与生成的聚酰胺分子间的酰胺基交换反应导致的。 三、实验内容和要求

实验内容：1.（1）66盐的制备；（2）熔融聚合；（3）分子量测定。

2.（1）ε-己内酰胺的重结晶；（2）熔融聚合；（3）粘度的测定。

实验要求：通过本课程的学习，使学生掌握66盐和尼龙-66的制备方法，理解熔融聚合的基本原理，并学大致估算高聚物分子量的方法，培养学生理论联系实际，分析问题和解决问题的能力。

四、实验主要仪器设备和材料

1. 化学试剂：

己二酸；己二胺；95%乙醇；0.005mol/L HCl标准溶液；0.01mol/LKOH/甲醇标准溶液；麝香草酚蓝指示剂；碱蓝指示剂；苯甲醇；ε-己内酰胺；ω-氨基己酸；环己烷；二甲苯；

间甲苯酚

2. 仪器和设备

三径瓶，冷凝管，磁力搅拌器，常规玻璃仪器。 五、实验方法、步骤及结果测试 1.熔融缩聚制备尼龙—66 （1）66盐的制备：

将5.8克己二酸（0.04摩尔）和4.8克己二胺（0.042摩尔）分别溶解于30毫升的95%乙醇中，在搅拌条件下，将两溶液混合，混合过程中溶液温度升高，并有晶体析出。继续搅拌20分钟，充分冷却后过滤，并用乙醇洗涤2~3次，自然凉干或在60℃真空干燥。

（2）尼龙-66的熔融聚合：

取以上制备的66盐3~4克放到坩埚或者蒸发皿中，缓缓升温至66盐开始熔化，此时温度在220℃左右，控制升温速率，在1小时内升温到250℃。随着反应的进行，产物的分子量逐渐增加，继续升高温度维持体系为熔融状态，最后温度保持在280℃，并在此温度下继续反应1.5小时。反应结束后，在聚合物保持熔融状态下用玻璃棒蘸少许聚合物，观察样品拉丝情况，由此可粗略估计聚合物的分子量，然后立即倒出聚合物。 2.熔融缩聚制备尼龙—6 （1）ω-氨基己酸作为引发剂：

己内酰胺用环己烷重结晶两次，并在室温下经P2O5真空干燥24小时。在100mL三口瓶上安装机械搅拌装置、温度计和冷凝管，加热尽可能除去瓶内的空气，在瓶中加入18克己内酰胺和2克ω-氨基己酸，用加热套加热到体系熔融。于140℃下开始搅拌，不断升温到250℃，继续反应5小时，生成几乎无色的高黏度的熔融物，用玻璃棒蘸少许聚合物可以拉丝。趁聚合物处于熔融状态时迅速将产物倒入烧杯中，所得尼龙-6在216℃左右熔融，其中含有少量环状低聚物，可用热水萃取除去。在间甲苯酚中测定聚合物的粘度。 （2）阴离子引发剂引发：

在50毫升两口烧瓶在接一玻璃套管，另一口塞上橡皮塞。向其中加入15克己内酰胺，将烧瓶加热悼0℃左右使单体熔融，从玻璃套管中加入5毫升二甲苯到熔融体系中，升高温度到260℃，自行开始聚合约在5分钟结束，趁聚合物处于熔融状态时迅速将产物倒入烧杯中冷却。在间甲苯酚中测定聚合物的粘度。如果聚合物在260℃保持时间过长，链降解边得明显。 注意事项：

实验中应注意安全、对物料用量的正确计算、仔细观察实验过程中所出现的现象并认真记录、注意对温度和反应过程的认真控制。 六、实验报告要求

要求正确、整洁地书写实验的目的、要求、原理、实验步骤、实验现象以及实验结果，

并对实验现象和结果进行认真的讨论总结，形象地画出实验装置图和物料配比的计算公式和计算方法。 七、思考题

1.比较己内酰胺开环聚合三种方式的不同？

2.根据己内酰胺阴离子开环聚合的特点，如果要在较低温度下反应，应该具备什么样的实验条件？

3.随着反应的进行不断提高温度的原因是什么？

4.给出聚合物的分子量计算式，并由滴定数据计算结果，指出该分子量是何种平均分子量？

5.为什么不单独使用羧基滴定或胺基滴定的结果？

实验七 高聚物熔融指数的测定

实验项目性质：验证性 实验计划学时：4学时

一.实验目的

1.了解熔体流动速率仪（熔融指数仪）的使用方法。

2.了解热塑性高聚物的流变性能在理论研究和生产实践上的意义。 二.实验原理

图 XRZ—400A型熔融指数仪

所谓熔融指数（MI）是指热塑性塑料等热塑性材料在一定的温度、一定的压力下，熔融高聚物在10分钟内通过标准毛细管的重量，用“g/10min”表示。以用来区别各种塑性材料在熔融状态下的流动性能，用以指导热塑性高聚物材料的合成及加工等工作。对于同一种高聚物来说，在相同的条件下，熔融指数越大，则流动性越好，对不同的聚合物，由于测定条件不同，不能用熔融指数的大小来比较它们的流动性，条件相同时也缺乏明确的定义，因此只把它作为一种流动性好坏的指标。一般来说，熔融指数较大的热塑性高聚物，其加工性能较好。

1-砝码；2-活塞杆；3-料筒4-活塞头；5-毛细管 三、实验内容和要求

1.测定高聚物的熔融指数。 2.数据处理。

实验要求：通过本课程的学习，使学生掌握利用熔融指数仪测定高聚物的熔融指数的基本方法，学会操作熔融指数仪，理解实验过程和实验仪器的基本原理，并学会利用相关的公式计算高聚物的熔融指数的方法，培养学生理论联系实际，分析问题和解决问题的能力。 四、实验主要仪器设备和材料

XRZ—400A型熔融指数仪是用来表征各种高聚物在粘流态时流动性能的仪器。是一种简易的毛细管式在低切变速率下工作的仪器，它由试样挤出系统和加热控制系统组成。试样挤出系统如图，主要由料筒3，活塞杆2，毛细管5组成。圆筒与活塞头直径之差（间隙）要求为（0.075±0.015）mm。毛细管的外径稍小于圆筒内径，以便它能在圆筒孔内自由落到圆筒底部，毛细管高度为（8.00±0.025）mm，中心孔径为（2.095±0.05）mm。加热控制系统由控温热电偶、控温定值电桥、放大器、继电器及加热器组成。

试样为干燥好的聚苯乙烯、丁苯橡胶等。 五、实验方法、步骤及结果测试

1.升温及预热 按所需温度将“控温定值”旋钮拨到控温定值数；打开加热开关，到指定温度后稳定10分钟。

2.称样 根据试样熔融指数的大小称取2.5~10克干燥的高聚物。

表1 熔融指数与料量、切取试条时间间隔的关系

熔融指数/（g/10min） 试样重/(g) 毛细管孔径/(mm) 时间间隔/(s) 0.15~1.0 1.0~3.5 3.5~10 10~25 2.5~3.0 3.0~5.0 5.0~8.0 4.0~8.0 2.095 2.095 2.095 2.095 6.00 3.00 1.00 0.50 3.装料 将压料杆取出，往料筒中装入称好的试样，装好后要压实以避免产生气泡，然后将压料杆插入料筒并固定好导套，加上砝码。

4.取样与计算 记时切取一定的试样，选取7个较为规整的试样进行称量，去掉最大和最小的两个，取其中5个的平均质量及切割时间，按下式计算熔融指数：

MI190/2160?m?600(g/10min) lMI190/2160表示在190℃，2160g条件下测得的熔融指数。

（也可以用质量位移和体积位移进行实验） 注意事项：

1.整个取样过程要在压料杆刻线以下进行，测定完毕后，余料应趁热取出，以防凝结。

2.压料杆、料筒、毛细管要趁热用尼龙布或玻璃布清理干净，切忌用粗砂纸等摩擦，以防损坏料筒内壁。

3.打开电源前，应先将控温表机械零点调到室温。 六、实验报告要求

要求正确、整洁地书写实验的目的、要求、原理、实验步骤、实验现象以及实验结果，并对实验现象和结果进行认真的讨论总结，形象地画出实验装置图和物料配比的计算公式和计算方法。 七、思考题

1.聚合物的熔融指数与其分子量有什么关系?为什么熔融指数只能表示同种结构聚合物分子量的相对数值，而不能在结构不同的聚合物之间进行比较? 2.是否可以直接切取10分钟流出的重量为熔融指数? 3.讨论本实验中可能产生的实验误差。 4.测量高聚物熔融指数有什么意义？

实验八 聚合物熔点测定

实验项目性质：验证性 实验计划学时：4学时

熔点是晶态聚合物最重要的热转变温度，是聚合物最基本的性质之一。因此聚合物熔点的测定对理论研究及对指导工业生产都有重要意义。

聚合物在熔融时，许多性质都发生不连续的变化，如热容量、密度、体积、折射率、双折射及透明度等。具有热力学一级相转变特征，这些性质的变化都可用来测定聚合物的熔点。本实验采用在显微镜下观察聚合物在熔融时透明度发生变化的方法来测定聚合物的熔点，此法迅速、简便，用料及少，结果也比较准确，故应用很广泛。 一、实验目的

1.了解数字熔点仪的工作原理。 2.掌握数字熔点仪的使用方法。 3.观察聚合物熔融的全过程。

二、实验原理

物质在结晶状态时反射光线，在熔化时透射光线。因此，物质在熔化过程中随着温度的升高会产生透光度跃变。图1是典型的熔化曲线（图中A点所对应的温度Ta称为初熔点；B点所对应的温度Tb称为初熔点；AB称为熔距，即熔化间隔或熔化范围）

图1 熔化曲线图

仪器工作原理：

仪器的原理如图2所示。自白炽灯源发生的光经聚光镜穿过电热炉和毛细管座的透光孔聚在毛细管中，透过被测样品的光由硅光电池接收。所得的光讯号经零点补偿、电压放大及A/D转换后送CPU处理。温度检测采用直接插入毛细管座底部的铂电阻作探头，所得的测温

讯号经非线性校正、电压放大及A/D转换后送至机内CPU显示温度。同时CPU由键盘输入起始温度、升温速率等信息，经处理后与测温单元所得的温度模拟电压一起送入加法器，其输出的偏差信号经调节器驱动控温执行器。当炉子实际温度高于A/D转换的模拟温度或超出设定的起始温度时，冷却风机被打开，炉子开始降温。当实际温度低于A/D转换的模拟温度或未达到设定的起始温度时，加热器的电阻丝接通或电流加大。通过这样一个闭环系统及软件实现炉子温度的跟随，并由CPU控制实现炉子全速升降温及线性升温的功能。

三、实验内容和要求

1.测定聚合物的熔点。 2.数据处理。

实验要求：通过本课程的学习，使学生掌握数字熔点仪的石油方法，并能利用数字熔点仪测定聚合物的熔点，理解实验过程和实验仪器的基本原理培养学生理论联系实际，分析问题和解决问题的能力。

四、实验主要仪器设备和材料

WRS-1B数字熔点仪；毛细管若干

聚苯乙烯、丁苯橡胶、尿素等。 五.实验方法、步骤及结果测试

1.开启电源开关，屏幕显示“欢迎使用WRS -1B数字熔点仪”。

2.等待2-3秒后，屏幕显示“请输入预置温度：050℃”用户使用“←”、“→”、“+”、“-”四个功能键设置预设温度，设置完毕后按“设置”键，进入步骤3。

如果仪器没有进行过软件校正或内部的数据存储器有故障，则屏幕显示“该仪器尚未校正！ 或内部存储器故障”提示信息显示完毕后，系统自动进入步骤3。

3.此时屏幕显示“请输入升温速率：1.0℃/min”用户使用“+”、“－”两个功能键设置

升温速率,设置完毕后按“预置”键,进入步骤4.

注意:在进行步骤1、2、3操作时,用户需确保热炉中没有插入毛细管,否则会影响测试结果.

4.此时屏幕显示“升温速率:XXX;预置温度:XXX;当前温度;稳定后请按升温键”.用户等待当前温度稳定后,插入装有样品的毛细管,按“升温”键进入步骤5.

注意:如果未插入毛细管,用户按“升温”键, 屏幕则显示“样品未放”,提示消息显示完毕后,系统自动转入步骤6.

5.此时屏幕显示“升温速率:XXX;预置温度:XXX;当前温度;初:;终”,其中,初－显示测试样品的初熔点;终－显示测试样品的终熔点.一次测试结束后, 屏幕自动显示样品的初熔点和终熔点.显示完毕后,进入步骤6.

6.此时屏幕显示“测量结束,重设参数?Y/N;初:XXX;终:XXX”. 用户使用“←”、“→”两个功能键进行选择,如选择“Y”,按“?”后系统转到步骤2,如果选择“N”,按“?”后系统转到步骤4. 六、实验报告要求

要求正确、整洁地书写实验的目的、要求、原理、实验步骤、实验现象以及实验结果，并对实验现象和结果进行认真的讨论总结，形象地画出实验装置图和物料配比的计算公式和计算方法。

实验结果记录： 样品号 1 2 3 4 5 七、思考题

1.聚合物熔融时为什么有一个较宽的熔融温度范围？ 2.列举一些其它测定聚合物熔点的方法，并简述测量原理。

A(初熔点)/℃ B(终熔点)/℃ 平均值(B/5)/℃

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dv9v.html