实际晶态聚合物中,通常是晶区和非晶区同时存在的。结晶度即试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度)。
(1-1)
(1-2)
和—一分别表示试样中结晶部分的质量和体积。
和—一分别表示试样非晶部分的质量和体积。
由于部分结晶聚合物中,晶区与非晶区的界限很不明确,无法准确测定结晶部分的量。因此,结晶度的概念缺乏明确的物理意义,其数值随测定方法不同而不同。较为常用的测定结晶度的方法有密度法,此外还有x射线衍射法、量热法、红外光谱法等。这些方法分别在某种物理量和结晶程度之间建立了定量或半定量的关系,故可分别称之为密度结晶度、x射线结晶度等,可用来对材料结晶程度作相对的比较。
密度法
该法的基本依据是分子链在晶区规整堆砌,故晶区密度()大于非晶区密度()。或者说,晶区比体积()小于非晶区比体积()。部分结晶聚合物的密度介于和之间。
假定试样的比体积
等于晶区和非晶区比体积的线性加和。即
(1-3)
则
(1-4)
同理由
(1-5)
推出
(1-6)
由式(1-5)可知,为了求得试样的结晶度,需要知道试样的密度,晶区的密度()和非晶区密度()。试样密度可用密度梯度管进行实测,晶区和非晶区的密度分别认为是聚合物完全结晶和完全非结晶时的密度。完全结晶的密度即晶胞密度。完全非结晶的密度可以从熔体的比体积—温度曲线外推到被测温度求得。也可以把熔体淬火,以获得完全非结晶的试样后进行实测。
实际上,许多聚合物的和都己由前人测定过,可以从手册或文献中查到。表4-1列出了几种结晶性聚合物的密度。由此可见只要测出待测样品的密度就可以就可以求出结晶度。
表4-1几种结晶性聚合物的密度
密度梯度管法
密度梯度管法不需昂贵的设备,是一种简单方便的测定密度的方法。配置密度梯度管法有以下几种方法:
1.两段扩散法
2.分段添加法
3.连续注入法