【大学课件】塑料材料表观性能及识别方法PPT.ppt

学习项目一 塑料的简易鉴别,总学时16任务一：塑料材料表观性能及识别任务二：塑料材料的燃烧鉴别法 任务三：塑料材料简易热裂解鉴别法项目汇报与专题研讨及总结,http:/,任务一：塑料材料表观性能及识别,初步认识塑料的各种直观性能；了解不同的塑料直观性能的差异；能够通过塑料的直观性能，初步判断塑料的种类。,http:/,任务二：塑料材料的燃烧鉴别法,初步认识塑料的燃烧过程产生的现象；能够通过塑料的燃烧现象，初步判断塑料的种类。,http:/,任务三：塑料材料简易热裂解鉴别法,学会用塑料材料简易的热裂解方法，并通过该方法初步鉴别塑料品种。,http:/,项目汇报与专题研讨及总结,各小组汇报项目工作结果，并与其它项目小组工作结果进行比较和分析，在此基础上拓展其他塑料材料的鉴别方法。,http:/,1、认知目标,（1）掌握各种塑料材料的分类（2）了解各种塑料牌号的意义与用途的关系（3）掌握常用塑料材料的表观性能（4）了解塑料材料的密度（5）理解塑料材料的燃烧现象（6）认识不同塑料燃烧后产生的颜色、气味及烟雾的差别（7）理解塑料热裂解过程的化学变化（8）掌握不同塑料热裂解后现象的异同（9）了解塑料材料常用的其他鉴别方法（10）掌握塑料材料的密度鉴别方法,http:/,2、技能目标,（1）正确称量各种原辅材料（2）规范记录各种塑料的名称、牌号和生产厂家（3）认真观察和记录塑料材料的表观性能（4）规范操作酒精灯进行塑料材料的燃烧实验（5）正确记录塑料材料燃烧后的现象（6）规范操作塑料材料的简易热裂解实验（7）正确记录塑料材料热裂解后的现象（8）理解塑料材料的密度鉴别实验方法（9）初步了解塑料材料的其他仪器分析方法进行鉴别塑料的原理（10）培养团队协作精神和分工合作理念,http:/,3、过程与方法目标,（1）能利用信息技术或图书资料查找塑料材料的分类、牌号、生产厂家、用途、性能数据；（2）能借助词典等工具，阅读塑料材料的外文产品说明资料；（3）在研讨中，能拓展塑料材料鉴别的仪器分析方法（FTIR、DSC、TGA等）。,http:/,4、情感态度与价值观目标,（1）认同塑料材料的品种、牌号和生产厂家对材料性能的影响；（2）遵循燃烧实验和热裂解实验的操作规程，养成遵守安全规范的意识，重视生产现场的环境整洁与秩序；（3）养成认真观察的意识，实事求是地记载测试数据；,http:/,基本理论知识,四、塑料和橡胶的分类和特点,五、塑料和橡胶的物理鉴别方法,一、高分子材料检验测试的基本程序,二、高分子材料测试标准,三、试验数据处理和试验结果的表示,六、塑料的化学鉴别方法,七、高分子材料的分离提纯,http:/,一、高分子材料检验测试的基本程序,采样-选择分析方法-测试-审查结果,给出报告（1）采样采样原则：均匀性、代表性、保持原样属性,样品采集：（1）工具（2）样品类型（3）方法（4）采样件数,http:/,(2)选择分析方法,分析方法：快速分析法、标准分析法方法选择：根据测试的精度要求根据测试的繁、简和速度要求根据现有条件,http:/,（3）测试,由于高分子材料原料的复杂性、配方的变化、加工工艺、方法的不同、材料应用的差异，测试条件等因素对材料性能有较大影响 所以，高分子材料的检验对 试样的制备有严格的要求；尤其是对试样的状态调节有明确规定,http:/,实验条件及标准实验方法的概念,橡塑材料的测试绝大多数是模仿制品在实际使用条件下的一些针对性实验。实验方法的标准化：根据橡塑材料的特点和影响因素温度、湿度、变形速度等，通过严格的条件实验，选定合理的实验条件。作为测试者严格执行的标准,是实验数据重复性和可比性的保证。几乎所有的实验方法都只是提供相对数据的优劣而不能作为实际使用情况下性能评定的依据。,http:/,高分子材料测试的影响因素,外界温度高分子材料的结构特点：链段运动与整链运动，链段运动影响材料柔性而温度是促进大分子内旋转呈现柔性的外因应力速度 高分子的粘弹性特点使得温度和应力速度对材料性能有较大影响 所以，高分子测试方法中大多规定了温度和实验速度,http:/,高分子材料测试的影响因素,内因材料链结构决定加工工艺的影响试样中应力集中的状态加工成型条件不同造成的结晶、取向等聚集状态的差异试样尺寸大小、形状,http:/,二、高分子材料测试标准,技术标准 基础标准 产品标准 方法标准 标准 安全、卫生标准分类 环境保护标准 管理标准 国民经济管理标准 企业生产管理标准 工作标准 部门工作标准 个人工作标准,http:/,产品标准和分析方法标准,产品标准由三大部分组成：（l）概述部分：包括封面与首页；目次；产品标准名称；引言。（2）正文部分：包括主题内容与适用范 围；引用标准；术语、符号、代号、产品分类；技术要求；检验规则；标志、包装、运输、贮存；其他。（3）补充部分：包括附录；附加说明。,http:/,方法标准组成,方法原理概述；试剂或材料的要求；试验仪器、设备及其要求，试样及其制备；试验条件；试验程序；试验结果的计算和评定；精密度与允许差等。,http:/,标准的分级,（l）国家标准：需要在全国范围内统一的技术要求制定的标准,（2）行业标准：对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求所制定的标准,（3）地方标准：对没有国家标准和行业标准而又需要在省、自治区、直辖市范围内统一要求所制定的标准,（4）企业标准：由企业制定,http:/,国家标准的代号与编号,强制性国家标准编号：GB/X X X X X X X 强制性国家 顺序号 年号 标准代号例：GB 15593-1995 输血(液)器具用软聚氯乙烯塑料,推荐性国家标准编号 GBT X X X X XX X 推荐性国家 顺序号 年号 标准代号例：GB/T 1043-1993 硬质塑料简支梁冲击试验方法,http:/,行业标准的代号与编号,强制性行业标准的代号与编号：HG/X X X X X X X 某行业强制性 顺序号 年号标准代号 例 HG 2793-1996 工业用导电和抗静电橡胶板 DL 453-1991高压充油电缆施工工艺规程推荐性标准加 T，例 JC/T 587-1995纤维缠绕增强塑料贮罐,行业代号：HG化工 DL电力 JC建材 JB机械 SH石油化工 SJ电子,http:/,相关国际标准和国外先进标准,（一）国际标准（1）国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）所制定的全部标准（2）在国际上具有权威性的国际组织，如联合国粮农组织（UNFAO）制定的某些标准。（二）国外先进标准（1）世界主要经济发达国家标准，如美国国家标准（ANSI）、日本工业标准（JIS）等（2）国际上通行的团体标准，如美国试验与材料协会标准（ASTM）、美国保险商试验室安全标准（UL）等,http:/,ASTM 标准,ASTM 系美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials）的英文缩写,成立于1898年.前身是国际材料试验协会（International Association for Testing Materials,IATM）。ASTM是美国最老、最大的非盈利性的标准学术团体之一。经过一个世纪的发展，ASTM现有33669个（个人和团体）会员，主要任务是制定材料、产品、系统、和服务等领域的特性和性能标准，试验方法和程序标准，促进有关知识的发展和推广 例:ASTM F36-1995 测定垫片材料压缩率及回弹率的标准试验方法,http:/,其它标准,国际标准化组织（ISO）标准美国材料与实验协会标准（ASTM）美国军用标准（MIL）日本工业标准（JIS）即日本国家标准。美国国家标准（ANSI）德国国家标准（DIN）美国保险业研究室（UL）标准，非盈利性机构，制订标准及测试方法。发布证书,http:/,标准的检索,利用中国国家标准目录,化学工业国家标准、行业标准、国际标准目录查找标准号.国家标准汇编按标准号排序各种行业标准汇编国家标准目录及信息总汇中国标准出版社出版，每年出版一次网上资源,http:/,三、数据处理和试验结果的表示,1.定量分析中的误差与偏差误差是指测定值与真实值之间的差值偏差是指个别测定值与平均值之间的差值测试过程中根据偏差的大小判断结果的精密度,可靠性.公差-测试方法的允许偏差.,http:/,2.误差的减免,系统误差的减免 1.方法误差 采用标准方法,对比 实验 2.仪器误差 校正仪器 3.试剂误差 作空白实验 偶然误差的减免 增加平行测定的次数,http:/,标准偏差,相对标准偏差(变异系数）CV%=S/X,标准偏差又称均方根偏差.标准偏差的计算分两种情况 1当测定次数趋于无穷大时 标准偏差：,为无限多次测定 的平均值(总体平均值).当消除系统误差时，即为真值,2有限测定次数 标准偏差：,http:/,3.可疑数据的取舍 过失误差的判断,Q 检验法步骤：（1）将数据由小到大排列 X1 X2 Xn（2）求极差 Xn X1（3）求可疑数据与相邻数据之差 Xn Xn-1 或 X2 X1（4）计算：,http:/,Q 检验法,(5)根据测定次数和要求的置信度（如90%）查表 表 不同置信度下，舍弃可疑数据的Q值表 测定次数 Q90 Q95 Q99 3 0.94 0.98 0.99 4 0.76 0.85 0.93 8 0.47 0.54 0.63(6)将Q与QX（如 Q90）相比较 若Q QX 舍弃该数据,（过失误差造成）若Q QX 保留该数据,(偶然误差所致）当数据较少时,舍去一个后，应补加一个数据.,http:/,数据处理中的有效数字,有效数字,最后1位数字是估计值的数值.测得实验数据的有效数字位数取决于实验仪器的精度.有效数字运算规则:加减法:结果的有效数值位数以小数点后位 数 最少的数据为准.乘除法:结果的有效数值位数与有效数字位 数最少的数据的位数相同.有效数字的修约原则:4舍6入5成双,http:/,测试结果报告,包括：测试目的、测试原理、采用的测试方法（标准）、测试材料及制品（名称，牌号，产地）、测试设备和条件、测试中的异常现象、测试结果、结论、检测人、日期,http:/,四、塑料和橡胶的分类和特点,薄膜：PE、PVC、PET、PTFE、PVAc片材：PP、PET、PVC、PS容器：PE、PP、PS、PTFE、PAN、PMA类电器外壳：PVC、ABS、PS、PP、酚醛/脲醛树脂纤维：PP、PVC、PAN、PET管材：PE、PP、PVC,1.材料的应用,http:/,1.材料的应用,P采光罩,P眼镜,PE包装,P/ABS手机外壳,http:/,PP饭盒,PE手袋,PP公文包,PTFE防腐内衬,http:/,2.塑料定义、分类和特点,塑料：以合成或天然的高分子化合物（树脂）为基本成分，加以填料、增塑剂稳定剂等助剂，再经加工所形成的塑性材料或固化交联形成的刚性材料。按照受热变化分类：热塑性塑料：加热塑化冷却固化加热塑化 聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS），聚酰胺（PA），聚甲醛（POM）热固性塑料：第一次加工时塑化，以后“不熔不溶”环氧树脂(EP)、酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF),http:/,塑料的分类,按应用分：通用塑料、工程塑料两大类。通用塑料：产量大、价格低，综合性能良好，通用性强；PE、PP、PVC、PS工程塑料：强度、耐磨性、热性能更好，价格高、用量少。如建筑、交通、机械零件等。PA、PC、POM、PSU、PPO、PTFE,http:/,塑料的分类,按树脂的种类分：聚烯烃类、乙烯基类、聚酰胺类、聚酯类和其他种类。聚烯烃类：大分子主链、侧链都为烃类结构，PE、PP、PS、ABS、PB、PMP、EVA等。乙烯基类：主链为烃类，侧链为非烃取代基，PVC、PTFE、PCTFE等。聚酰胺类：酰胺基，PA6、PA66、PA610、PA1010、PA11、PI等。聚酯类：酯基，PET、PBT、UP、PMMA、PC、POM、PAR、PSU、PPO、PPS等。其他：PU、EP,http:/,塑料的特点,比重轻、比强度高 PP,PP泡沫；尼龙丝；飞机（窗、地毯）；武器绝缘性、绝热性好电线电缆；冷藏、建筑隔热、节能；家用冰箱；飞行器 耐腐蚀和化学稳定性好塑料管道、阀门和泵体；反应器内衬；农药瓶光学性质好胶卷；包装；塑料大棚、地膜；仪表盘；镜片耐磨、自润滑性能好轴承；齿轮；旱冰鞋加工性能好、能耗小,http:/,3.橡胶的分类和特点,橡胶 又称弹性体。分类天然胶合成胶：通用橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶特种橡胶：丁腈橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶,http:/,橡胶特点,高弹性和一定的强度分子量高，弹性和强度好；分子链柔，弹性好。结晶提高强度，降低弹性耐热性和耐老化性能受主链化学键影响。饱和胶？含双键的不饱和胶？耐寒性温度Tg时脆化,改善途径:降低Tg，避免结晶缓冲减震和电绝缘性,http:/,五、塑料和橡胶的物理鉴别方法1.高分子材料的外观和用途,透明性（1）透明的聚合物：聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类（PMMA）、PC、PS、PVC及其共聚物。再生纤维素、纤维素酯类和醚类、聚甲基戊烯类()半透明的聚合物:尼龙类，PE、PP，缩醛树脂（3）透明性与样品的厚薄、结晶性、共聚物某些成分的含量等有关。如EVA中VC的含量大于15可以从半透明变为透明；半透明的聚合物在薄时变为透明；结晶可使透明聚合物变为半透明。加入填料共混后，透明聚合物变为不透明,http:/,聚合物的外观感觉,质硬，表面光滑，强度大的树脂-HDPE、PP、NY-66、NY-6、NY1010质较软，表面光滑，有蜡状感觉-LDPE、PVF、NY11表面光滑，无蜡状感觉-硬PVC、PMMA质硬，敲打会发出清脆的“打铃声”-PS质硬，强韧-ABS、PC、PBO,http:/,2.溶解法鉴别高聚物,溶解法鉴别常见高分子材料的简单流程:取大约100mg粉碎的试样于试管中,加入l0ml溶剂,不断摇动,观察数小时或更长时间,必要时用酒精灯或水浴加热。更快速的鉴别可在点滴板上进行。试样先剪裁或研磨成尽可能细的小片、粉末或小颗粒，滴入冷或热的溶剂，用玻棒搅动，并注意试样表面是否发粘(即是否有粘玻棒的迹象)，发粘表明巳开始溶解,http:/,溶解性鉴别法流程,+-溶解；-不溶解,http:/,高分子材料溶解性影响因素,与化学组成有关结构因素 一般来说，分子量、等规度和结晶度越大，溶解性越差。分子链的形状对溶解性也有显著影响交联的高分子一般不能溶解，只能溶胀材料中的添加成份也会显著影响溶解性。温度 非极性结晶聚乙烯，要在120以上结晶熔化后才能溶于四氢萘、对二甲苯等非极性溶剂中。所以溶解性数据有时要标明温度。,http:/,溶解性鉴别法的缺陷,同种高分子化合物的不同试样的溶解性有相当大的差别高分子化合物的溶解速度极慢。高分子不易运动，溶解的第一步先是溶剂分子渗入高分子内部，使高分子体积膨胀，称为溶胀，然后才是高分子均匀分散到溶剂中而溶解。整个溶解过程常历时数小时到数天，甚至更长时间。较短时间内常只能观察到有限的溶解现象，所以判断一种高分子材料能否溶于某溶剂往往比较困难-溶解性难以作为鉴定的绝对准则,http:/,3.密度法判别高聚物,试剂准备：(1)乙醇(密度为0.79g/cm3)(2)水(密度为1g/cm3)(3)饱和氯化镁溶液(密度为1.34g/cm3)(4)饱和氯化锌溶液(密度为2.0lg/cm3),氯化锌易水解，须加少许盐酸。步骤:四种液体分别装在四个烧杯里，将试样裁成小块经浸润后放入第一种液体中，观察是沉下或是悬浮或是浮起。然后改变液体，从而定出试样的密度范围。从沉下或浮起的速度还可以大致判断密度差值的大小。,http:/,3.密度法判别高聚物,主要高分子材料的大致密度范围,http:/,密度的影响因素,与分子结构有关所含元素的种类和含量 只含C、H的材料密度多半比水小(芳环除外)含O及其他杂原子的材料,一般d 1，含Cl、F、S等较重原子的材料,d 1.34.含F很多的聚合物一般d2.氟的原子量虽然并不很大，但由于原子体积小，使其密度增大。密度在1.01.34g/cm3范围内的包括了其他多种含碳、氢、氧或氮的高分子材料。填料 含填料的材料一般d 1.34 g/cm3。泡沫制品的密度比乙醇小，但非泡沫试样中有气泡也会引起偏差而小于乙醇的密度。,http:/,六、塑料的化学鉴别方法,塑料燃烧行为鉴别塑料分离提纯实验热裂解实验显色反应实验,http:/,1.燃烧法鉴别聚合物,加热和燃烧时的现象都可作为塑料分类和鉴别的依据,如:含氯、氟及硅元素的塑料，都不易着火或具有自熄性。含硫和硝基的塑料极易着火与燃烧。有苯环和不饱和双键的塑料在燃烧时会冒浓黑烟。塑料在受热时分解生成单体或其它结构的小分子化合物产生特殊臭味。,http:/,实验操作,判断热固性或热塑性塑料 以热玻棒或铁丝接触试样，观察是否熔化。或取未知塑料颗粒样在稍远离火焰的适当位置加热，观察受热后是否熔融。能否重复加热熔融。判断是否热塑性塑料。用铜丝加热后粘取少量塑料样品，置于无烟煤气灯或酒精灯火焰上燃烧。观察燃烧时的各种情况。试样是否容易燃烧？从火焰中取出后是继续燃烧?还是立即熄灭？火焰的颜色如何？有无烟雾？塑料试样的变化状况、如软化、发胀及开裂否？气味如何等等。不能点燃的：PTFE类，有机硅能点燃：但离火后自熄：PVC、PS、PC、PET、尼龙等离火后继续燃烧：火焰黄色，无黑烟，有石蜡味：PE,PP产生大量黑烟：PS；并有橡胶气味：ABS 试样透明，火焰黄色：PET,http:/,2.热裂解法鉴别高聚物,热裂解又称干馏试验；将少量试样装入裂解管(或普通试管)中,用试管夹夹住上部，在试管口放上一片经试剂湿润的试纸（如pH试纸）.或在试管口塞上一团用水或甲醇湿润过的棉花或玻璃棉。小火加热试管，注意戴好安全眼镜，试管口不要朝人。加热要慢从而使样品的变化和裂解出的气体的气味能被观测。如有气体馏出，改用图b的装置把馏出的气体引入吸收液（如用硝酸银溶液，检验有否氯离子）,http:/,热裂解实验装置,http:/,热裂解的基本反应,(1)主链不断裂，侧基发生消除反应。PVC热裂解脱去HCl而生成共轭双键，氯化氢脱除率可大于95.进一步的交联反应将使材料变硬脆 聚醋酸乙烯酯脱去醋酸;聚偏氯乙烯脱去HCl;聚甲基丙烯酸叔丁酯产生异丁烯。(2)主链断裂生成单体.相当于聚合的逆反应,即解聚反应,属自由基反应。在高分子链节结构中含有季碳原子的，单体产率较高。PMMA(单体生成率90);聚甲基苯乙烯(单体生成率90)、聚异丁烯(单体生成率约20-50)等倾向于这种反应(3)主链无规断裂 聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯等,http:/,高分子材料热解逸出气的pH试验,根据热解逸出气体使PH试纸发生的变化，将试样分成三组,http:/,http:/,热裂解鉴别实例,聚烯烃的鉴别试剂：氧化汞硫酸溶液：5gHgO溶于15mlH2SO4 和 80ml水中操作:在试管中裂解试样，用浸过上述试剂的滤纸盖住试管口。现象:滤纸上出现黄色斑点-PIB、PP、丁基橡胶 滤纸上出现棕色斑点-天然橡胶,丁腈胶,顺丁胶要区别聚丙烯和聚乙烯，可将样品投入苯乙烯单体中，PP会漂浮在苯乙烯单体中,而PE不能漂浮,http:/,3.其它定性鉴别方法,对于常见的聚合物通常使用红外。质谱、X射线衍射、气相色谱等仪器,可以不同程度的进行定性和定量分析。,http:/,七、高分子材料的分离提纯,溶解沉淀法 选择高聚物的良溶剂，溶解后过滤或离心分离出不溶的无机填料等，再加大量的沉淀剂于滤液中，沉淀出高聚物，过滤，得到高聚物。可溶性添加助剂可通过蒸发滤液中的溶剂得到。,http:/,七、高分子材料的分离提纯,萃取提纯法：溶剂回流（浸泡）法 选用不能溶解聚合物而能溶解助剂的溶剂。适用于助剂含量较少的情况。索式提取器法：选用上述溶剂，用少量溶剂不断循环浸泡试样，溶去小分子助剂。得到提纯的高分子。,http:/,最上面的是回 流冷凝管，最下面的是烧瓶，中间部分是提取筒。三部分均以磨砂口塞相 连接。使用时，经过称量的试样装在 滤纸袋内，放入提取筒中；平底烧瓶内盛溶剂。冷凝器通以冷凝水。将烧瓶中的溶剂加热，溶剂蒸气经侧管(图右边)进入提取筒，并在回流冷凝器中冷凝成液体，浸渍试样，使试样中部分组分溶解。当浸渍液越来越多，并且当液位高于虹吸管(图左边)的顶点时，浸液即被虹吸管吸入烧瓶。这个过程循环下去，使得试样中的可溶组分不断地被萃取到溶剂中去。,索式提取器,http:/,