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实验 5 材料体积密度的测定 （1）密度梯度管法测定结晶聚合物的密度和结晶度 一、目的要求 1．用密度梯度管测定聚合物的密度，并由密度计算结晶度。 2．掌握密度梯度管法测定聚合物密度的基本原理、密度梯度的标定方法和计算结晶度的方 法。 二、基本原理 聚合物密度是聚合物物理性质的一个重要指标，是判定聚合物产物、指导成型加工和探 索聚集态结构与性能之间关系的一个重要数据。尤其是结晶性聚合物，密度与结晶有密切关 系，而结晶度又是表征聚合物性质的重要指标。通过密度可以计算结晶度。 聚合物结晶度的测定方法很多，有 X-射线衍射法、红外吸收光谱法、差热分析法、反 相色谱法等，但这些方法都需要复杂的仪器设备，而用密度梯度管法测定结晶度，设备简单 且数据可靠，是测定结晶度的常用方法。 密度梯度管是一个有刻度的柱形玻璃管，选用不同密度的可以互相混溶的两种液体，配 制成一系列等差密度混合液，按低密度（轻液）居上，高密度（重液）居下的层次，以等体 积分次地注入到柱形玻璃管中，任其自行扩散，最后构成密度自上而下逐渐递增的连续分布 状态，通称密度梯度管或密度梯度拄。再将预先标定好密度玻璃球投入管中进行标定，以玻 璃球的已知密度对所处高度作图，得密度梯度管的标定曲线（图 15-1）确定为直线后，即 可用来测定聚合物的密度。 1.00 3 m 0.95 c / g ， 0.90 度 密 0.85 10 30 50 70 90 高度，cm 图 15-1 乙醇-水体系密度梯度管标定曲线 将试样投入已标定的密度梯度管中，根据悬浮原理，试样将于某一高度处停留，即可读 取密度梯度管的刻度，利用标定曲线找出试样的密度。 结晶性聚合物都是部分结晶的，即晶体和非晶体共存。而晶体和非晶体的密度不同，晶 区密度高于非晶区密度，因此同一聚合物由于结晶度不同，样品的密度不同，如果采用两相 结合模型，并假定比容具有加和性，即结晶聚合物试样的比容V等于晶区V 和非晶区比容V 的 c a 线性加和，则有： V=V f +V （1-f） （15-1） c c a c 式中f 为结晶度（即聚合物中结晶部分的重量百分比）。设ρ 为被测聚合物完全结晶（即 100% c c 结晶）时的密度，ρa为被测聚合物完全不结晶（无定形）时的密度（某些聚合物的见附录 6），则有： V=1/ρ，V =1/ρ ，V =1/ρ （15-2） c c a a 代入（15-1）得： （1/ρ）=（1/ρ）f +（1/ρ ）f （15-3） c c a a 简化后为： ρ （ρ ρ ） f = c ×100% （15-4） ρ （ρ ρ ） 三、仪器及药品 仪器：压片机、空气浴、带夹套的密度梯度管（结构示意图于图 15-2）、恒温水浴。