3.6 高分子材料晶态结构(7)

    3.6.4 结晶度及其测定方法

       由于其结构的复杂性，所以高分子在通常条件下不可能完全结晶，而存在非晶区。可以想象，从晶区到非晶区，分子链的规整性是逐步减小的，因此高分子的晶区和非晶区之间没有明确的界限。但是为了方便起见，将结晶高分子考虑成是由完全结晶和完全非晶部分组成。如何才能对这种状态作定量的描述呢？这里引入了结晶度的概念。所谓结晶度，就是指结晶高分子中结晶部分所占的百分数，有质量和体积之分，分别以f_c^w和f_c^v表示。
       测定结晶度的方法有密度法、X-射线衍射法、红外光谱法、核磁共振法等，其中密度法较为简单易行，下面就以密度法为例介绍结晶度的测定。
       假设试样的密度为ρ，比容为v，体积V，重量W。其中晶区的密度为ρ_c，比容为v_c，体积V_c，重量W_c；非晶区的密度为ρ_a，比容为v_a，体积V_a，重量W_a，那么就有
                         （3-26）
                         （3-27）
由于W=W_c+W_a，则
                            （3-28）
           同样可以根据V=V_c+V_a，则W_v=W_cv_c+W_av_a?
                            （3-29）
   式中的密度ρ和比容v可由密度梯度管测定。在细而长的密度梯度管中放入两种不同密度的可以相互混合的液体，管中至上而下密度递增并呈连续分布的密度梯度。将已知准确密度的数个玻璃小球投入管中，标定液柱的密度，作出密度-高度的标准曲线。向管中放入被测试样，由试样在管中的高度位置即可获知试样的密度值。
      对于ρ_a和v_a，如果完全非晶试样可以制得，则由密度梯度管可测定出来；如无法制得完全非晶的试样，则可以从该高分子熔体的密度-温度曲线外推至测量温度求得。而ρ_c和V_c由晶体结构乘数计算得到
                            （3-30）
式中：M为高分子结构单元的分子量，Z为晶胞内结构单元的数目，V为晶胞体积，N为阿佛加德罗常数。
         需要注意的一点就是，采取不同的方法测得的结晶度值，即使是对于同一个样品，有时也是不一致的。这是因为实际的高分子并不是由完全结晶部分和完全非晶部分组成的，各种方法对晶区和非晶区的理解不同，因而所求得的结晶度值也就往往是不相同的。各种方法所测得的结晶度值只有相对意义。在指出某种高分子的结晶度时，通常必须注明其相应的测量方法。
（本节完）