用于研究剪切场下聚合物共混体系相结构的激光散射分析系统

　　多年来,关于聚合物共混体系相结构的研究仅限于静止状态下。但在实际的高聚物加工过程中,共混体系不可避免地要受剪切力的作用。因此,为了与实际生产相结合,研究剪切场下相结构就显得相当重要。当前,国内外相结构研究的主要方法有:精度法、浊度法、荧光光谱法、小角中子散射法等。其中前3种方法虽简单,但不能确切表明导致聚合物性能变化的因素;而激光散射法较之于前几种方法,可以测量到相结构尺寸,且设备相对简单,制样方便而成为广泛应用的方法。介绍了一种研究剪切场下相结构的激光散射系统。该系统由偏振光变换装置、样品台、加热控温装置和记录显示系统组成;以He-Ne激光器作为光源,用一蜗轮蜗杆传动装置带动样品上面的压玻片转动,实现对样品施加剪切力;当激光通过样品台发生散射后,改变剪切速度和样品温度,散射图样也随之发生变化,并采用面阵CCD来接收光散射信号。记录每一变化的散射图样,再与未发生散射时的背景光图作比较,作出不同的散射光强与散射矢量的关系曲线(I- q曲线),由该曲线进一步获得聚合物共混体系的相分离温度和微观尺寸。

　　1　测量原理

　　1.1　德拜—比谢非均匀固体光散射理论[1]1949年德拜将光散射源于非均匀性的基本原理用于表征固体材料的非均匀性,创立了著名的非均匀固体的光散射理论。基于固体对电磁波的散射能力,对材料的非均匀性进行定量表征。当一束光通过材料时,即使不被吸收也会因散射而减少强度。这散射强度及其角度依赖于固体的折射率的变化(η)以及这个变化所涉及的范围大小(aC),即散射光强I(K)为:

　　式中,为散射矢量;γ(r)为相关函数;Vs为散射体积;r为空间矢量;η为固体的折射率的变化。

　　一般地,相关函数γ(r)取简单的指数形式:

　　若是非均匀体系,假设非均匀性(涨落)所涉及的范围很小,即r值很小,则γ(r)接近于1且Kr值很小,则可得:

　　这样,由散射强度的角度依赖性指数得到了表征共混体系混合均匀度的相关距离ac,角度依赖性越大(斜率越大),ac值越大。

　　1.2　散射光强及其角度校正

　　由于空气与介质的折射率差异,造成了测量光线的偏折和平移(散射角度发生变化),并且由于被测样品的浊度变化,也对散射光强有所影响。为了使本装置的测量结果与同类仪器可比,所以,用散射原理研究聚合物相结构的仪器均要作散射光强和散射角度的校正。

　　1.2.1　散射角度校正

　　由于样品的压玻片有一定厚度,这将使得测量光线发生一定平移,使得中心光束的理论位置与实际位置不重合,带来散射角度误差,故对其作如下校正(如图1所示)。