第9章 聚基态结构(新).ppt

Chapter 9 高聚物的聚集态结构(Structure of molecular aggregation of polymers) 聚集态结构：高分子链之间的排列和堆砌 结构，也称为超分子结构。 聚集态结构的变化导致材料的性能变化。 加工中赋予材料以什么样的聚集态结构，直接影响使用的性能。 9.1 高聚物分子间的作用力 9.2高聚物结晶的形态 　　 高聚物的聚集态结构主要包括：晶态结构，非晶态结构，取向态结构，液晶态结构和织态结构。是指高聚物内部分子链之间的几何排列。 　　 高聚物的晶体以许多种形式存在，主要有单晶、球晶、纤维状晶等。它们都有各自独特的形态，下面我们介绍几种主要的形态。 9.3高分子晶态与非晶态结构模型 9.3.1高聚物的晶态结构模型 　　关于结晶结构模型随着人们对高聚物结晶的逐 步认识，在已有实验事实的基础上，提出了各种各 样的结构模型。但是由于历史条件的限制，各种模 型都或多或少带有一定的片面性；不同观点之间的 讨论至今还在进行，各种模型还没有一定的结论。 在这里我们只简单地介绍几种主要的结构模型，使 我们对高聚物的结晶有一个初步的认识。 9.4 结晶对高聚物物理机械性能的影响 9.6 高聚物的液晶态结构 (structure of liquid crystal polymer) 主要是由于分子链上有比较大的取代基， 从而使得在结晶时，分子的排列不太紧 密，晶相密度与非晶相密度非常接近， 是透明的结晶高聚物。 4) 对热性能的影响 　对于作为塑料使用的高聚物来讲，在 不结晶或者结晶度非常低的时候，使用 的最高温度是Tg；当结晶度达到40% 以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在Tg以上仍不软化，其使用的最高温度可以提高到熔点温（Tm），这就是为什么许高聚物通过定向聚合之后，使用温度大大提高。 此外，高聚物结晶度的高低对高聚物的 耐溶剂性能、对气体和液体的渗透性以及化 学反应活性等都有一定的影响。 9.5高聚物的取向态结构 (Orientation Structure of Polymer) 9.5.1 高聚物取向的分类 高聚物的取向可以分为分子取向和晶粒取向两大类： 1) 分子取向 　　是指在外力作用下，使高聚物的链段或者整个分子链沿着外力场方向择优排列的现象。 2) 晶粒取象 　　是指晶粒的某晶轴或者某晶面朝着某个 特定的方向或者与某个特定的方向成一个恒 定的夹角，或者平行于某个特定的平面择优 排列的现象。从以上的概念我们知道，高聚 物材料经过取向之后，它的力学性能、光学 性能、热性能以及它的聚集态结构等许多方 面都与未取向高聚物有很大的差异。 　　高分子的取向现象包括分子链，链段以及结晶高聚物的晶片，晶带，晶粒沿某特定方向作占优势的平行排列。 　　取向不同于结晶，只是在一维或二维在一定程度上有序，而结晶是三维有序的。同时取向时填充密度也不同。 　　未取向的高分子是各向同性(isotropic)的，取向的高分子呈现各向异性(anisotropic). 9.5.2　高聚物的取向机理 　　对于无定型高聚物，只有分子取向的问 题，通常是通过在Tg温度以上使之变形， 然后在Tg以下使得分子链和链段的运动处于 冻结状态来达到。  低拉伸 高拉伸 低取向 高取向 分子链排列成单向有序的取向态 分子链无序排列 非晶高聚物的取向过程示意图 　　对于结晶高聚物，除了分子取向外， 还有晶粒取向的问题，通常分为四个阶段： （1）无定型部分随着外力的方向取向，晶片以整体的形式产生相对位移； （2）晶片中分子链发生倾斜滑移，同时，晶片中的分子链被拉直并产生变形； （3）晶片被拉碎成若干个片段，并沿外力方向取向； （4）所有的晶片和无定型区的分子链都沿着外力的方向单轴取向。 结晶高聚物的取向过程 　高聚物的取向又分单轴取向和双轴取 向两大类： 单轴取向时，分子链或者链段与试样的长度方向平行。通常在单向拉伸和单向流动的情况下形成。 双轴取向时，分子链或者链段平行于薄膜或者薄膜平面，但在这种平面内，它们是无规排列的。 ….. ….. ….. ….. 9.5.3取向度及其测量方法 取向度一般用取向函数F表示 而实际情况是： 0 ? F ? 1 测定取向度的方法很多,如：声波传播法、光学双折射法、广角X 射线衍射法、红外二色性以及偏振荧光等方法。 9.5.4　取向研究的应用 1)纤维的拉伸和热处理 　　先对纤维进行拉伸，使分子链取向，以 得到高的拉伸倍数和高的强度，然后在热空 气或者水蒸汽中迅速地吹一下，从而使高聚 物的链段部分地解取向，可以消除内应力， 使纤维保持有一定的弹性。对于纤维来说，