1、高分子材料检测技术高分子材料检测技术学习项目一 塑料的简易鉴别 总学时16v任务一：塑料材料表观性能及识别v任务二：塑料材料的燃烧鉴别法 v任务三：塑料材料简易热裂解鉴别法v项目汇报与专题研讨及总结 docin/sundae_meng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。docin/sundae_meng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。docin/sundae_meng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
2、裂解方法，并通过该方法初步鉴别塑料品种。docin/sundae_meng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。docin/sundae_meng1、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doci
3、n/sundae_meng2、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docin/sundae_meng3、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
4、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）。docin/sundae_meng4、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；docin/sundae_meng基本理论知识四、四、塑料和橡胶的分类和特点塑料和橡胶的分类和特点五、五、塑料和橡胶的物理鉴别方法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
5、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六、塑料的化学鉴别方法七、高分子材料的分离提纯七、高分子材料的分离提纯docin/sundae_meng一、高分子材料检验测试的基本程序采样采样-选择分析方法选择分析方法-测试测试 -审查结果审查结果,给出报告给出报告采样原则采样原则：样品采集：样品采集：（1）工具）工具（2）样品类型）样品类型（3）方法）方法（4）采样件数）采样件数docin/sundae_meng(2)选择分析方法分析方法：快速分析法、标准分析法快速分析法、标准分析法方法选择：根据测试的精度要求根据测试的精度要求根据
6、测试的繁、简和速度要求根据测试的繁、简和速度要求根据现有条件根据现有条件docin/sundae_meng （3）测试 由于高分子材料原料的复杂性、配方的变化、加工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素对材料性能有较大影响 所以，高分子材料的检验对所以，高分子材料的检验对 有严格的要求；尤其是对试样的有严格的要求；尤其是对试样的有明确规定有明确规定docin/sundae_meng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橡塑材
7、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。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、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试者严格执行的标准标准,是实验数据重复性和可比性的保证。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。用情况下性能评定的依据。docin/sundae_meng
8、高分子材料测试的影响因素 外界温度外界温度高分子材料的结构特点：链段运动与整链运动，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旋转呈现柔性的外因 应力速度应力速度 高分子的粘弹性特点使得高分子的粘弹性特点使得温度和应力速度温度和应力速度对材对材料性能有较大影响料性能有较大影响 所以，高分子测试方法中大多规定了温度和实验所以，高分子测试方法中大多规定了温度和实验速度速度docin/sundae_meng高分子材料测试的影响因素 内因内因材料链结构决定材料链结构决定 试样中应力集中的状态试样中应力集中
9、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加工成型条件不同造成的结晶、取向等聚集状态的差异异docin/sundae_meng二、高分子材料测试标准 技术标准技术标准 基础标准基础标准 产品标准产品标准 方法标准方法标准 标准标准 安全、卫生标准安全、卫生标准分类分类 环境保护标准环境保护标准 管理标准管理标准 国民经济管理标准国民经济管理标准 企业生产管理标准企业生产管理标准 工作标准工作标准 部门工作标准部门工作标准 个人工作标准个人工作标准docin/sundae_meng产品标准和分析方法标准产品标准由三大部分组成：产品标准由三大部分组成：（l）概述部分）概述部分：包括封面
10、与首页；目次；包括封面与首页；目次；产品标准名称；引言产品标准名称；引言。（2 2）正文部分：正文部分：包括主题内容与适用范包括主题内容与适用范 围；引用标准；术语、符号、代号、围；引用标准；术语、符号、代号、产品分类；技术要求；检验规则；产品分类；技术要求；检验规则；标志、包装、运输、贮存；其他。标志、包装、运输、贮存；其他。（3）补充部分：）补充部分：包括附录；附加说明。包括附录；附加说明。docin/sundae_meng方法标准组成 方法原理概述；方法原理概述；试剂或材料的要求；试剂或材料的要求；试验仪器、设备及其要求，试验仪器、设备及其要求，试样及其制备；试样及其制备；试验条件；试验
11、条件；试验程序；试验程序；试验结果的计算和评定试验结果的计算和评定；精密度与允许差等。精密度与允许差等。docin/sundae_meng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 docin/sundae_meng编号：GB/X X X X X X X 强制性国家强制性国家 顺序号顺序号 年号年号 标准代号标准代号例：例：GB 15593-2019 输血输血(液液)器
12、具用软聚氯乙烯塑料器具用软聚氯乙烯塑料 编号编号 GBT T X X X X XX X 推荐性国家推荐性国家 顺序号 年号年号 标准代号标准代号例：例：GB/T 1043-1993 硬质塑料简支梁冲击试验方法硬质塑料简支梁冲击试验方法 docin/sundae_meng 强制性行业标准的代号与编号：HG/X X X X X X X 某行业强制性某行业强制性 顺序号顺序号 年号年号标准代号标准代号 例例 HG 2793-2019 HG 2793-2019 工业用导电和抗静电橡胶板工业用导电和抗静电橡胶板 DL 453-1991DL 453-1991高压充油电缆施工工艺规程 推荐性标准加推荐性标准
13、加 T，例例 JC/T 587-2019纤维缠绕增强塑料贮罐 行业代号：行业代号：HG化工化工 DL电力电力 JC建材建材 JB机械机械 SH石油化工石油化工 SJ电子电子docin/sundae_meng相关国际标准和国外先进标准（一）国际标准（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（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）、
14、美国保险商试验室安全标准美国保险商试验室安全标准（ULUL）等等docin/sundae_mengASTM 标准 ASTM ASTM 系美国材料与试验协会系美国材料与试验协会（American Society for Testing and MaterialsAmerican Society for Testing and Materials）的）的英文缩写英文缩写,成立于成立于18981898年年.前身是国际材料试验协会前身是国际材料试验协会（International Association for Testing International Association for Testing
15、 Materials,IATMMaterials,IATM）。）。ASTMASTM是美国最老、最大的非盈利性的标准学术团体之一。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，经过一个世纪的发展，ASTMASTM现有现有3366933669个（个人和团体）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知识的发展和推广 docin/sundae_meng其它标准 国际标准化组织（国际标准化组织（ISOI
16、SO）标准）标准 美国材料与实验协会标准（美国材料与实验协会标准（ASTMASTM）美国军用标准（美国军用标准（MILMIL）日本工业标准（日本工业标准（JISJIS）即日本国家标准。）即日本国家标准。美国国家标准（美国国家标准（ANSIANSI）德国国家标准（德国国家标准（DINDIN）美国保险业研究室（美国保险业研究室（ULUL）标准，）标准，非盈利性机构，制非盈利性机构，制订标准及测试方法。发布证书订标准及测试方法。发布证书docin/sundae_meng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.各种行业标准汇编 国家标准目录及信息总汇中国标
17、准出版社出版，每年出版一次 网上资源docin/sundae_meng三、数据处理和试验结果的表示1.1.定量分析中的误差与偏差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测试过程中根据偏差的大小判断结果的精密度,可靠性可靠性.公差公差-测试方法的允许偏差测试方法的允许偏差.docin/sundae_meng2.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 增加平行测定的次数增加平
18、行测定的次数docin/sundae_meng 标准偏差 相对标准偏差相对标准偏差(变异系数）变异系数）CV%=S/X 标准偏差又称均方根偏差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当测定次数趋于无穷大时 标准偏差标准偏差：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有限测定次数有限测定次数 标准偏差标准偏差：nX/21/2nXXs Xnlimdocin/sundae_meng3.可疑数据的取舍 过失误差的判断：（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
19、X1（4）计算：11211XXXXQXXXXQnnnn或docin/sundae_mengQ 检验法(5)(5)根据测定次数和要求的置信度（如根据测定次数和要求的置信度（如90%90%）查表）查表 表表 不同置信度下，舍弃可疑数据的不同置信度下，舍弃可疑数据的Q值表值表 测定次数测定次数 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)(6)将将Q Q与与Q QX X （如（如 Q Q9090 ）相比较）相比较 若若Q Q Q QX X 舍弃舍弃该数据该数据,（过失误差造成）（过失误差造成）若若Q Q 1d 1，
20、含含ClCl、F F、S S等较重原子的材料等较重原子的材料,d 1.34.,d 1.34.含含F F很多的聚合物一般很多的聚合物一般d2.d2.氟的原子量虽然并不很大，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。但由于原子体积小，使其密度增大。密度在密度在1.01.01.34g/cm1.34g/cm3 3范围内的包括了其他多种含碳、范围内的包括了其他多种含碳、氢、氧或氮的高分子材料。氢、氧或氮的高分子材料。填料填料 含填料的材料一般含填料的材料一般d 1.34 g/cmd 1.34 g/cm3 3。泡沫泡沫制品的密度比乙醇小，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
21、但非泡沫试样中有气泡也会引起偏差而小于乙醇的密度。小于乙醇的密度。docin/sundae_meng六、塑料的化学鉴别方法塑料燃烧行为鉴别塑料塑料燃烧行为鉴别塑料分离提纯实验分离提纯实验热裂解实验热裂解实验显色反应实验显色反应实验docin/sundae_meng1.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加热和燃烧时的现象都可作为塑料分类和鉴别的依据,如如:含氯、氟及硅元素的塑料，都不易着火或具有自熄含氯、氟及硅元素的塑料，都不易着火或具有自熄性。性。含硫和硝基的塑料极易着火与燃烧。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。有苯环和不饱
22、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。合物产生特殊臭味。docin/sundae_meng实验操作 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
23、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：PETdocin/sundae_meng2.热裂解法鉴别高聚物热裂解又称干馏试验；热裂解又称干馏试验；将少量试样装入将少量试样装入裂解管裂解管(或普通试管或普通试管)中中,用试管夹夹住用试管夹夹住上部，在上部，在试管口试管口放上一片经试剂湿润的放上一片经试剂湿润的试纸（如试纸（如pHpH试纸）试纸）.或在试管口塞上一团用水或甲醇湿润过的棉花或或在试管口塞上一团用水或甲醇湿润过的棉花或玻璃棉玻璃棉。小火加热试管，注意戴好安全眼
24、镜，试管口不要朝人。加小火加热试管，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。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，改用图如有气体馏出，改用图b b的装置把的装置把馏出的气体引入吸收液馏出的气体引入吸收液（如用硝酸银溶液，检验有否氯离子）（如用硝酸银溶液，检验有否氯离子）docin/sundae_meng热裂解实验装置docin/sundae_meng热裂解的基本反应 (1)(1)主链不断裂，侧基发生消除反应。主链不断裂，侧基发生消除反应。PVCPVC热裂解脱去热裂解脱去HClHCl而生成共轭双键，氯化氢脱除率可大于而生
25、成共轭双键，氯化氢脱除率可大于9595.进一步的交联反应将使材料变硬脆进一步的交联反应将使材料变硬脆 聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯脱去脱去醋酸醋酸;聚偏氯乙烯聚偏氯乙烯脱去脱去HClHCl;聚甲基丙烯聚甲基丙烯酸叔丁酯酸叔丁酯产生异丁烯产生异丁烯。(2)(2)主链断裂生成单体主链断裂生成单体.相当于聚合的逆反应相当于聚合的逆反应,即解聚反应即解聚反应,属自由基反应。在高属自由基反应。在高分子链节结构中含有季碳原子的，单体产率较高。分子链节结构中含有季碳原子的，单体产率较高。PMMA(PMMA(单单体生成率体生成率9090););聚甲基苯乙烯聚甲基苯乙烯(单体生成率单体生成率9090)、聚异、聚异丁
26、烯丁烯(单体生成率约单体生成率约2020-50-50)等倾向于这种反应等倾向于这种反应 (3)(3)主链无规断裂主链无规断裂 聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯等聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯等docin/sundae_meng高分子材料热解逸出气的pH试验 根据热解逸出气体使根据热解逸出气体使PHPH试纸发生的变化，将试样分成三组试纸发生的变化，将试样分成三组 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng热裂解鉴别实例聚烯烃的鉴别聚烯烃的鉴别 试剂：氧化汞硫酸溶液：试剂：氧化汞硫酸溶液：5gHgO5gHgO溶于溶于15mlH15mlH2 2SOSO4 4
27、和和 80ml80ml水中水中 操作操作:在试管中裂解试样，用浸过上述试剂的滤纸盖住试管口。在试管中裂解试样，用浸过上述试剂的滤纸盖住试管口。现象现象:滤纸上出现黄色斑点滤纸上出现黄色斑点-PIB-PIB、PPPP、丁基橡胶、丁基橡胶 滤纸上出现棕色斑点滤纸上出现棕色斑点-天然橡胶天然橡胶,丁腈胶丁腈胶,顺丁胶顺丁胶 要区别聚丙烯和聚乙烯，可将样品投入苯乙烯单体中，要区别聚丙烯和聚乙烯，可将样品投入苯乙烯单体中，PP会漂会漂浮在苯乙烯单体中浮在苯乙烯单体中,而而PE不能漂浮不能漂浮docin/sundae_meng3.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
28、器,可以不同程度的进行定性和定量分析。docin/sundae_meng七、高分子材料的分离提纯溶解沉淀法溶解沉淀法 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，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。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。docin/sundae_meng七、高分子材料的分离提纯萃取提纯法萃取提纯法：溶剂回流（浸泡）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
29、助剂含量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较少的情况。索式提取器法索式提取器法：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。子助剂。得到提纯的高分子。docin/sundae_meng最上面的是回最上面的是回 流冷凝管，最下面的流冷凝管，最下面的是烧瓶，中间部分是提取筒。三部是烧瓶，中间部分是提取筒。三部分均以磨砂口塞相分均以磨砂口塞相 连接。使用时，连接。使用时，经过称量的试样装在经过称量的试样装在 滤纸袋内，放滤纸袋内，放入提取筒中；平底烧瓶内盛溶剂。入提取筒中；平底烧瓶内盛溶剂。冷凝器通以冷凝水。将烧瓶中的溶冷凝器通以冷凝水。将烧瓶中的溶剂加热，溶剂蒸气经侧管剂加热，溶剂蒸气经侧管(图右边图右边)进进入提取筒，并在回流冷凝器中冷凝入提取筒，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，并组分溶解。当浸渍液越来越多，并且当液位高于虹吸管且当液位高于虹吸管(图左边图左边)的顶点的顶点时，浸液即被虹吸管吸入烧瓶。这时，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溶组分不断地被萃取到溶剂中去。索式提取器docin/sundae_meng
