高分子的聚集态结构

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1、第七节高聚物的取向态结构本讲内容：聚合物的取向结构。重点及要求：聚合物的取向现象、取向机理、取向度的表征和应用。教学目的：了解高分子链的取向及其应用。www.themegallery.comCompanyLogo一、聚合物的取向1、取向的概念聚合物取向态结构是指在某种外力(如拉伸应力或剪切应力)作用下，大分子链、链段或微晶沿着外力作用方向择优排列的结构。取向态是一维或二维在一定程度上有序，而结晶态则是三维有序。2.7.1高聚物的取向现象www.themegallery.comCompanyLogo

2、取向造成各向异性聚合物取向举例双轴拉伸或吹塑的薄膜纤维熔融挤出的管材和棒材未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上的性能相同。而取向后的聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能也不同。www.themegallery.comCompanyLogo聚合物的取向一般有两种方式：单轴取向：在材料一个轴向上施以外力，使分子链沿一个方向取向。使长度增加，厚度和宽度减小，高分子链或链段倾向于沿拉伸方向排列。单轴取向最常见的例子是合成纤维的牵伸。如纤维纺丝再如薄膜的单轴拉伸www.themegallery.c

3、omCompanyLogo双轴取向在材料两个垂直方向施加外力，使面积增加，厚度减小。如薄膜双轴拉伸，使高分子链或链段取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。薄膜挤压吹塑机www.themegallery.comCompanyLogo取向单元无定形聚合物晶态聚合物链段、整链取向非晶区晶区链段、整链取向球晶变形，晶片倾斜、滑移等取向取向与解取向问题聚合物可以取向，但取向是一种热力学不稳定状态，在一定的外力、时间、温度下又有解取向。www.themegalle

4、ry.comCompanyLogo取向后的聚合物材料各向异性单轴取向双轴取向www.themegallery.comCompanyLogo取向结构对材料的力学、光学、热性能影响显著。力学性能:抗张强度及绕曲疲劳强度在取向方向上大大增加，而与其垂直的方向上则降低。热学性能:Tg提高；结晶聚合物的结晶度和密度增加，因而提高了高分子材料的使用温度。光学性能：双折射现象（在平行于取向方向与垂直于取向方向上的折射率不同，用这两个折射率的差值来表征材料的光学各向异性。△n=n//-n⊥）。www.themega

5、llery.comCompanyLogo2、取向态主要结构特征：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，大分子链和链段在取向方向上择优取向，因而材料呈现各向异性。3、取向是可逆。取向过程是分子的有序化过程，而热运动使分子趋于无序，且在热力学上后者是自发过程，而前者必须在外力场存在下才能实现。www.themegallery.comCompanyLogo高聚物成型过程中的取向在成型加工时，受到剪切和拉伸的影响，高聚物的分子链将发生取向，依受力情况，取向作用可分为两类：

6、（1）流动取向是指熔融成型或浓溶液成型中，高聚物的分子链、链段或其它添加剂，沿剪切流动的运动方向排列。（2）拉伸取向是指高聚物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。仅受一个方向作用力引起的拉伸取向为单轴拉伸取向；同时受两个相互垂直方向的作用力引起的拉伸取向为双轴拉伸取向。www.themegallery.comCompanyLogo1．各种取向单元的取向机理（1）链段的取向：通过单键的内旋转引起链段运动来完成，即链段沿外力场作用方向平行排列，这种取向在玻璃化温度以上（高弹态下）就可进行

7、。见图2-96（a）。（2）整个分子链取向：需要分子各链段的协同运动，分子链均沿外力场方向平行排列。只有当高聚物处于粘流态下才能进行，见图2-96（b）。二、取向的机理www.themegallery.comCompanyLogo（3）晶粒的取向:除了非晶区中发生链段或整链取向外，还可能有微晶的取向。通过晶区的破坏和重新排列来完成。在外力场作用下,伴随着晶片的倾斜、滑移过程,原有的折叠链晶片被拉伸破坏,重排为新的取向折叠链晶片、伸直链微晶，见图2-51。或球晶在拉伸过程中发生变形直至转变为微原纤结构

8、（球晶内所有晶片以其长周期方向几乎平行于形变方向排列），见图2-52。www.themegallery.comCompanyLogo2.非晶态高聚物的取向有链段取向和分子取向两种可能，在高弹态下只发生链段取向，不发生分子取向。在粘流态下，两种取向都发生，但首先发生链段的取向，然后才发生整个分子的取向。3.晶态聚合物的取向非晶区中可能发生链段和分子链的取向；晶区中还可能发生晶粒的取向。www.themegallery.comCompanyLogo4.解取向取向的逆过程，