取向态结构课件.ppt

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1、《高分子物理》课程团队：李彩虹余旺旺栗娟苏珺取向态结构取向：聚合物材料在外力作用下，分子链、链段或微晶可以沿着外力场方向进行有序排列，称为取向。其结构称为取向态结构。晶态和非晶态高聚物均可发生取向。这种结构的特征：各向异性，未取向时，大分子链和链段的排列是随机的，因而呈现各向同性，取向后，由于在取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范德华力为主，因而呈现各向异性。由此使材料在力学、光学和热学性能上取向前后产生显著差别。1.取向的定义2.取向单元非晶高聚物结晶高聚物分子链作为单元：分子链沿外力方向平行排列，但链段未必取向（粘流态时）晶片，晶粒，晶带（晶区

2、）分子链，链段（非晶区）链段：链段取向，分子链可能仍然杂乱无章（高弹态）晶态聚合物的取向，除了非晶区中可能发生链段或整链取向之外，还可能有微晶的取向。组成球晶的片品发生倾斜、滑移、取向、分离，最后形成取向的折叠链片状晶体或完全伸直链的晶体。而就球晶而言，拉伸过程使球晶从变形直至形成微原纤结构(球晶内所有片晶以其长周期方向几乎平行于形变方向排列。取向机理取向过程是分子在外力作用下的有序化过程。高分子有二种单元：链段和整链。所以高聚物取向有链段取向和分子链取向链段取向由单键的内旋转造成的，在高弹态就可以进行整链取向由高分子的各个链段协同作用，在粘流态下实现取向的过程是在外力作用下运动单元运动的过程

3、。必须克服高聚物内部的粘滞阻力，因而完成取向过程要一定的时间。链段受到的阻力比分子链受到的阻力小，所以外力作用时，首先是链段的取向，然后是整个分子链的取向。（在高弹态下，一般只发生链段的取向，只有在粘流态时才发生大分子链的取向。）取向过程是热力学不平衡态（有序化不是自发的）；外力除去后，分子热运动使分子趋向于无序化，即称为解取向过程。解取向过程是热力学平衡态（无序化是自发的）。（在高弹态下，拉伸可使链段取向，但外力去除后，链段就自发解取向，恢复原状。在粘流态下，外力可使分子链取向，但外力去除，分子链就自发解取向。取向与解取向由于高聚物的取向态在热力学上是一种非平衡态，一旦外力解除，分子的热运动

4、将使有序结构自发地趋向无序化，这个过程称为解取向。为了维持取向状态，获得取向材料，必须取向后把温度迅速降至Tg以下，使分子和链段运动被冻结起来。举例：化纤衣服开水烫后缩小。电池外包装、雪碧瓶外包装等为了维持取向状态，获得取向材料，必须在取向后迅速使温度降低到玻璃化温度以下，使分子和链段“冻结”起来，这种“冻结”仍然是热力学非平衡态。只有相对稳定性，时间长了，温度升高或被溶剂溶胀时，仍然有发生自发的解取向性。取向快，解取向也快，所以链段解取向比分子链解取向先发生。4.取向与结晶比较相同点：都是从无序到有序的过程不同点：取向：一维或二维有序，在外力作用下进行，是非自发过程是热力学不稳定状态。结晶：

5、三维有序，是自发过程，是热力学平衡状态。5.取向方式1）单轴取向材料仅沿一个方向拉伸。长度增大，厚度和宽度减小高分子链或链段倾向沿拉伸方向排列，在取向方向上，原子间以化学键相连。yx例1：合成纤维牵伸是最常见的例子。纺丝时，从喷嘴孔喷出的丝已有一定的取向（分子链取向），再牵伸若干倍，则分子链取向程度进一步提高。例2：薄膜也可单轴取向。目前广泛使用的包扎绳用的全同PP，是单轴拉伸薄膜，拉伸方向十分结实（原子间化学键），Y方向上十分容易撕开（范氏力）。例3：尼龙丝未取向的抗张700-800kg/cm2；尼龙双取向丝的抗拉4700-5700kg/cm2。2）双轴取向材料沿两个相互垂直的方向（X、Y）

6、拉伸面积增大，厚度减小高分子链或链段倾向于与拉伸平面（X、Y平面）平行排列，在X、Y平面上分子排列无序，是各向同性的（即在X、Y平面上各个方向都有原子与原子间的化学键存在）。例1：薄膜厂应用的双轴拉伸工艺：将熔化挤出的片状在适当的温度下沿相互垂直的两个方向同时拉伸（电影胶片的片基，录音、录像的带基）例2：吹塑工艺：将熔化的物料挤出成管状，同时压缩空气由管芯吹入，使管状物料迅速胀大，厚度减小而成薄膜（PE，PVC薄膜）性能特点：双轴取向后薄膜不存在薄弱方向，可全面提高强度和耐褶性，而且由于薄膜平面上不存在各向异性，存放时不发生不均匀收缩，这对于作摄影胶片的薄膜材料很重要，不会造成影象失真。例3：

7、外形较简单的塑料制品，利用取向来提高强度：取向（定向）有机玻璃——可作战斗机的透明航罩。未取向的有机玻璃是脆性的，经不起冲击，取向后，强度提高，加工时利用热空气封平板，吹压成穹顶的过程中，使材料发生双轴取向。例4：ABS生产安全帽，也采用真空成型（先挤出生成管材，再将管材放到模具中吹塑成型）获得制品。各种中空塑料制品（瓶，箱，油桶等）采用吹塑工艺成型，也包含通过取向提高制品强度的原理例5：PVC热