《高分子物理實驗》教學大綱

1、高分子物理實驗課程教學大綱課程代碼：MMEN1001課程學分：1.5課程名稱（中/英）：高分子物理實驗/Experiments in Polymer Physics課程學時：54實驗學時：54適用專業(yè)：高分子材料與工程實驗室名稱：材料工程實驗室一、課程簡介及教學目標：高分子物理實驗是高分子材料與工程、材料化學等專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程。通過本課程的實驗訓練和學習，進一步加深對高分子物理的基本知識和基本理論的理解，掌握高分子材料物理性質的測試方法。能夠熟練掌握高分子材料相關物理性能的測試方法，了解高分子材料結構與性能的之間的關系。引導學生良好的實驗工作方法和工作習慣，認真記錄并分析實驗現(xiàn)象，正確處

2、理實驗數(shù)據(jù)和撰寫實驗報告。通過實驗課的訓練，使學生養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，良好的實驗習慣，使其以后能獨立完成一些科研工作。圍繞課程目標及其相應的教學目標開展課程教育，注重掌握各種表征技術的原理和方法，加強實驗動手能力、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)；加強工程案例分析；注重引導學生探究型學習，提高學生的工程知識、探究問題和解決問題的能力。二、課程目標：通過本課程的實驗訓練和學習，使學生具備以下能力：1、 課程目標1：能熟練掌握高分子材料結構與性能表征的基本技術與測試方法，具備扎實的實驗技能，能夠熟練操作分析測試儀器及設備，安全規(guī)范地完成實驗操作。2、 課程目標2：能綜合運用本課程和其它課程知識與和技術

3、手段，根據(jù)實驗目的，確定研究路線，選擇和設計可行的實驗方案，選用合適的儀器設備開展實驗。3、 課程目標3：能應用工程數(shù)學方法處理實驗數(shù)據(jù)，取得有效實驗數(shù)據(jù)；采用圖、表的形式規(guī)范地表達實驗結果；通過實驗結果分析研究高分子材料結構與性能的關系以及環(huán)境參數(shù)對性能的影響等高分子材料工程問題；能夠有條理、有邏輯地表達和完成實驗報告。4、 課程目標4：能夠團隊合作完成實驗任務，安全進行實驗操作；能夠主動承擔或積極配合解決實驗過程中出現(xiàn)的情況，順利完成實驗。三、課程目標與畢業(yè)要求指標點對應關系畢業(yè)要求指標點課程目標2、問題分析2.3能夠正確表達一個工程問題解決方案并分析其合理性。1，2，3，43. 設計/開

4、發(fā)解決方案3.3根據(jù)設計目標和解決方案，設計高分子材料的制備方法及加工工藝流程。1，2，3，44、研究4.1掌握高分子材料的合成和加工的實驗方法，熟悉材料的結構與性能的表征手段。1，2，3，44.4能對實驗結果進行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結論。1，2，3，45. 使用現(xiàn)代工具5.3能熟練使用新型儀器或設備制備或表征高分子材料，并理解儀器或設備的使用局限性。1，2，3，47. 環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展7.3能對高分子材料工程實踐對客觀世界的影響作出評價，并針對環(huán)境、安全、健康等因素提出改進建議。1，2，3，4四、實驗教學基本內容實驗項目1：黏度法測量聚合物的分子量（對應課程目標1-4）1

5、、 教學內容用烏氏黏度計測試PET聚合物樣品的分子量，用Huggins方程和Kramer方程作圖，求得特性粘數(shù)；用 MHS方程計算聚合物粘均分子量等。2、 教學目標（1） 熟悉烏氏黏度計的使用方法、恒溫槽的溫度控制（2） 掌握實驗數(shù)據(jù)處理分析3、 思考題（1） 黏度法測定高聚物相對分子質量有何優(yōu)缺點？（2） 影響?zhàn)ざ确y定相對分子質量準確性的因素有哪些？當把溶劑加入到黏度計中稀釋原有的溶液時，如何才能使其混合均勻？若不均勻會對實驗結果有什么影響？（3） 用"一點法"求相對分子質量有什么優(yōu)越性？假設（Huggins公式常數(shù)）和（Kramer公式常數(shù)）符合"一點法&q

6、uot;公式的要求，則用C0濃度的溶液測定的數(shù)據(jù)計算出的黏均相對分子質量為多少？它與外推法得出的結果相差多少？實驗項目2：紅外光譜法鑒別聚合物（對應課程目標1-4）1、 教學內容測量聚乙烯、聚丙烯等材料以及未知塑料薄膜、乳膠手套等聚合物制品的紅外光譜，并進行分析鑒定2、教學目標（1）熟悉和了解傅里葉變換型紅外光譜儀的工作原理及操作方法。（2）學會對紅外光譜進行解析并判定聚合物種類。3、思考題（1）影響紅外振動頻率的因素有哪些？（2）針對不同形狀的聚合物材料，如何選擇合適的制樣方法和測試方法？實驗項目3：旋轉黏度計測定聚合物溶液的黏度（對應課程目標1-4）1、 教學內容測試不同濃度聚乙烯吡咯烷酮

7、水溶液的黏度2、 教學目標（1） 掌握黏度的概念以及黏度測量的意義（2） 旋轉式黏度計的使用方法和實驗數(shù)據(jù)處理分析；（3） 掌握高分子濃溶液粘度與濃度的關系等。3、思考題（1） 如何正確的選擇轉子（2） 能否在湍流狀況下用旋轉黏度計測試樣品的黏度？為什么？實驗項目4：偏光顯微鏡法觀察聚合物的結晶形態(tài)（對應課程目標1-4）1、 教學內容觀察聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯的本體熔融結晶形態(tài)2、 教學目標（1） 熟悉和了解偏光顯微鏡的結構及使用方法。（2） 掌握樣品制備方法、偏光顯微鏡及標尺的使用方法和實驗數(shù)據(jù)處理分析；（3） 掌握球晶尺寸的測量方法；觀察球晶的黑十字消光圖案等。3、思考題（1） 聚合

8、物球晶的結構以及黑十字消光圖案的形成原理是什么？同心圓形成的原因是什么？（2） 聚合物晶體生長依賴什么條件？形態(tài)特征如何（包括球晶大小和分布、球晶的邊界、球晶的顏色等）？（3） 在實際生產(chǎn)中如何控制晶體的形態(tài)？其對聚合物材料性能有何影響？實驗項目5：聚合物熔體流動速率測定（對應課程目標1-4）1、教學內容：測試聚乙烯、聚丙烯材料的熔體流動速率2、教學目標：（1） 了解熱塑性塑料熔體流動速率的意義。（2） 掌握利用熔體流動速率儀測定熱塑性塑料熔體流動速率的方法。（3） 了解熱塑性塑料熔體流動速率與加工性能的關系。3、思考題（1） 改變溫度和負荷對熔體流動速率的測定有何影響？（2） 熔體流動速率和

9、相對分子量之間有何關系？熔體流動速率在塑料加工上有何意義？（3） 影響實驗結果的因素有哪些？實驗項目6：轉矩流變儀測聚合物熔體的流變性能（對應課程目標1-4）1、教學內容測試聚乙烯、聚丙烯樹脂在不同溫度下的熔體流變性質2、教學目標（1） 熟悉和了解轉矩流變儀的工作原理及操作方法。（2） 掌握高聚物塑化性能與成型加工的關系，以及測定塑化性能的原理與方法。3、思考題（1） 為什么高聚物熔體隨著剪切速率增大，表觀黏度下降？（2） 測得流變曲線對加工工藝有何實際指導意義？實驗項目7：旋轉流變儀測聚合物溶液的流變性能（對應課程目標1-4）1、 教學內容測試聚乙烯醇水溶液的流變性能2、教學目標（1）熟悉和

10、了解DHR型旋轉流變儀的工作原理及操作方法。（2）掌握使用旋轉流變儀進行流變性能測試方法。3、思考題（1）從結構角度分析溫度、剪切速率和濃度對高聚物溶液流動性能的影響規(guī)律。（2）測試高聚物流變性能對成型加工能夠有什么影響？實驗項目8：熱重分析法測定聚合物的熱穩(wěn)定性（對應課程目標1-4）1、 教學內容測量聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等聚合物材料的重量隨溫度變化曲線，分析其熱穩(wěn)定性。2、教學目標（1）掌握使用熱失重分析儀測定高分子材料熱穩(wěn)定性的原理及方法。（2）通過數(shù)據(jù)分析，學會測定高分子材料的熱分解溫度。（3）了解熱失重分析法在高分子材料領域的應用。3、思考題（1）如何通過熱重試驗評價材料的熱穩(wěn)

11、定性？（2）熱重分析法在解決實際工程問題中的作用？實驗項目9：熱紅聯(lián)用研究材料的裂解氣氛（對應課程目標1-4）1、教學內容用熱紅聯(lián)用測試聚對苯二甲酸乙二醇酯樣品的裂解氣氛2、教學目標（1）熟悉和了解熱紅聯(lián)用的工作原理及操作方法。（2）掌握熱紅聯(lián)用的實驗數(shù)據(jù)處理分析；分析聚合物的分解機理及影響因素。3、思考題（1）熱重和紅外為什么要聯(lián)用？結合數(shù)據(jù)說明聯(lián)用的好處。（2）如何根據(jù)聯(lián)用的熱重曲線和紅外光譜推斷高聚物的分解機理？實驗項目10：差示掃描量熱分析法研究聚合物的熱轉變（對應課程目標1-4）1、教學內容用差示掃描量熱儀對聚對苯二甲酸乙二醇酯樣品進行測試，分析其熱轉變行為2、教學目標（1）了解差示

12、掃描量熱法（DSC）的原理。（2）熟悉并掌握DSC測定聚合物的Tg、Tm以及Tc的方法。（3）掌握利用DSC數(shù)據(jù)對結晶聚合物結晶度的計算3、思考題（1）DTA與DSC的區(qū)別在哪里？（2）為什么在計算聚合物樣品的熱焓時需要準確稱量樣品的質量？（3）玻璃化轉變的本質是什么？有哪些影響因素？實驗項目11：動態(tài)熱機械分析（DMA）測定聚合物的粘彈性（對應課程目標1-4）1、 教學內容用DMA測試聚對苯二甲酸乙二醇酯膠片的粘彈性2、 教學目標（1）掌握DMA的結構與測試原理。（2）掌握測定聚合物的儲能模量、損耗模量和阻尼模量的原理及方法。（3）了解影響DMA實驗結果的因素，正確選擇實驗條件。3、思考題（

13、1）如何通過動態(tài)黏彈試驗評價材料性能？（2）為什么在玻璃化轉變區(qū)內會出現(xiàn)最大值？實驗項目12：極限氧指數(shù)法測聚合物阻燃性能（對應課程目標1-4）1、 教學內容用極限氧指數(shù)法測試未添加阻燃劑的PBT以及添加阻燃劑的PBT材料的阻燃性能，并分析比較其差別2、教學目標（1）了解聚合物材料燃燒的本質和機理，熟悉聚合物阻燃的途徑和意義。（2）掌握本實驗的原理、樣品制備的方法、極限氧指數(shù)儀的使用方法和實驗數(shù)據(jù)處理分析。（3）了解評價聚合物材料燃燒和阻燃性的基本方法。3、思考題（1）測定聚合物的氧指數(shù)有哪些影響因素?這些因素對試驗結果有何影響？（2）研究聚合物材料的燃燒性有何意義？（3）聚合物材料燃燒性和阻

14、燃性有何區(qū)別？各自表示的是什么意思？實驗項目13：塑料機械性能測定（拉伸、壓縮、彎曲、沖擊）（對應課程目標1-4）1、 教學內容聚丙烯樣條的機械性能測試2、教學目標（1）掌握本實驗的原理、樣條的制備方法（2）萬能材料試驗機以及沖擊試驗機的使用方法和實驗數(shù)據(jù)處理分析（3）掌握聚合物機械性能測量方法3、思考題（1）拉伸速度對測試結果有何影響？（2）壓縮試驗時，為什么要將樣品放兩壓板正中間的位置？放偏了，會產(chǎn)生什么后果？（3）分析影響試樣彎曲強度的因素有哪些?跨度和試驗速度對彎曲強度有何影響？（4）聚合物材料的缺口沖擊強度和無缺口沖擊強度，哪個大？為什么？如何提高材料的沖擊強度？實驗項目14：纖維的

15、線密度及力學性能測試（線密度、應力應變、彈性回復）（對應課程目標1-4）1、 教學內容聚對苯二甲酸丙二醇酯等纖維的線密度及力學性能測試2、 教學目標（1）了解纖維應力-應變曲線的含義及測試應力-應變曲線的基本原理。（2）掌握單絲強力儀的使用方法，了解纖維彈性回復的有關指標3、思考題（1）分析應力應變曲線上各段所表征的含義。（2）拉伸速度改變，實驗結果會有何不同？（3）實驗過程中容易造成實驗誤差的地方有哪些？實驗項目15：聚合物維卡軟化點測定（對應課程目標1-4）1、 教學內容測試PP以及PMMA的軟化點2、教學目標（1）了解維卡軟化點的含義及意義。（2）掌握測量維卡軟化點的原理及測試方法。3、

16、思考題（1）比較聚丙烯和有機玻璃的維卡軟化點，分析影響塑料耐熱性能高低的原因有哪些？（2）影響維卡軟化點測試的因素有哪些？升溫速度如何影響測試值？（3）材料的不同熱性能測試方法測定的數(shù)據(jù)是否具有可比性？五、實驗項目及學時分配序號項目名稱實驗類型學時分配每組人數(shù)必修/選修1黏度法測量聚合物的分子量設計性32必修2紅外光譜法鑒別聚合物設計性42必修3旋轉黏度計測定聚合物溶液的黏度設計性32必修4偏光顯微鏡法觀察聚合物的結晶形態(tài)設計性42必修5聚合物熔體流動速率測定設計性32必修6轉矩流變儀測聚合物熔體的流變性能設計性42必修7旋轉流變儀測聚合物溶液的流變性能設計性42必修8熱重分析法測定聚合物的熱

17、穩(wěn)定性設計性42必修9熱紅聯(lián)用研究材料的裂解氣氛設計性42必修10差示掃描量熱分析法研究聚合物的熱轉變設計性42必修11動態(tài)熱機械分析測定聚合物的粘彈性設計性41必修12極限氧指數(shù)法測聚合物阻燃性能設計性32必修13塑料機械性能測定（拉伸、壓縮、彎曲、沖擊）設計性42必修14纖維的線密度及力學性能測試設計性32必修15聚合物維卡軟化點的測試設計性32必修六、教學方法授課方式：獨立授課基本要求：高分子物理實驗注重將課堂理論教學與實驗研究相結合。實驗前通過教師闡述實驗目的、原理、操作流程、安全注意事項等。以學生實際操作為主，教師講授為輔培養(yǎng)學生的實驗動手能力，使學生掌握高分子材料結構、性能表征的基

18、本操作和過程，加深學生對基礎知識的理解，提高動手能力。要求學生準確記錄實驗數(shù)據(jù)和觀察實驗現(xiàn)象，開展團隊合作，培養(yǎng)學生運用綜合知識進行研究的能力，學會從工藝、工程角度分析問題和解決問題，提高學生的工程應用水平。七、考核方法根據(jù)平時成績和實驗報告成績綜合評分。 1、 獨立撰寫實驗報告。報告內容包括：實驗目的、實驗原理、實驗步驟（或流程圖）、實驗主要裝置圖、數(shù)據(jù)記錄與處理、結果與討論、思考題、分析總結意外情況、分析總結對實驗的體會和改進等內容。報告版面清晰，條理清楚；圖表規(guī)范；數(shù)據(jù)處理過程完整有條理，結果準確；回答問題準確。2、 指導教師對每份實驗報告進行批改和評分。八、成績評定方法課程成績評定：實

19、驗課的考核采取平時成績（占40）和實驗報告（占60）相結合。課程教學目標達成評價：見下表所示。 成績評定與課程目標對應關系評定內容對應課程目標平時成績（占40%）預習（含實驗設計）（10%）課程目標 3 實驗操作（20%）課程目標 1 安全與團隊合作（10%）課程目標 4 實驗報告（占60%）實驗原理和實驗步驟（15%）課程目標 3 原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理（25%）課程目標 2 結果分析與討論（20%）課程目標 3 課程目標達成評價課程目標考核分值考核形式課程目標 1 10 平時成績（實驗操作）課程目標 2 25 實驗報告（原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理）課程目標 3 55 平時成績（預習）、實驗報告（實驗原

20、理和實驗步驟、結果討論等）課程目標 4 10 平時成績（安全與團隊合作）九、主要儀器設備及現(xiàn)有臺套數(shù)設備名稱數(shù)量設備名稱數(shù)量烏氏黏度計1旋轉黏度計1紅外光譜儀1熱重分析儀1差示掃描量熱儀1動態(tài)熱機械分析儀1轉矩流變儀1旋轉流變儀1熱臺偏光顯微鏡2萬能材料試驗機2沖擊試驗機2纖維彈性儀2縷紗測長儀2熔體流動速率儀2氧指數(shù)儀1維卡軟化點測定儀1十、教材及參考書1、 教材：戴禮興主編, 高分子材料專業(yè)實驗教程, 化學工業(yè)出版社, 擬于2021年出版. 2、 參考書：華幼卿、金日光主編，高分子物理(第五版)，化學工業(yè)出版社，2019年3、 參考書：何曼君, 張紅東, 陳維孝, 董西俠編著. 高分子物理

21、(第三版), 復旦大學出版社, 2007年. 附：針對課程目標的評分標準課程目標1考核點評分標準90-100 75-89 60-74 0-59 優(yōu)良中/及格不及格平時成績（實驗操作）實驗過程中，按照實驗步驟要求，規(guī)范操作。實驗過程中，基本按照實驗步驟要求，操作基本規(guī)范。實驗過程中，未很好按照實驗步驟要求，操作不夠規(guī)范。實驗過程中，不按照實驗步驟要求，操作不規(guī)范。課程目標2 實驗報告（原始數(shù)據(jù)）正確地記錄實驗原始數(shù)據(jù)。較正確地記錄實驗原始數(shù)據(jù)。能夠記錄實驗原始數(shù)據(jù)。記錄的實驗數(shù)不全面。實驗報告（數(shù)據(jù)處理）準確處理實驗數(shù)據(jù)，取得有效實驗參數(shù)，并很好采用圖、表的形式規(guī)范地表達實驗結果。較準確處理實驗數(shù)據(jù)，并采用圖、表的形式規(guī)范地表達實驗結果。能夠處理實驗數(shù)據(jù)，采用圖、表的形式表達實驗結果不夠規(guī)范。實驗數(shù)據(jù)處理有誤，不能采用圖、表的形式表達實驗結果。課程目標3 平時成績（考勤和