聚合物的结构与性能.ppt

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1、聚合物的结构与性能概述聚合物成型加工过程中最主要的物理及化学变化概括为：结晶取向降解交联考查成型工艺或成型条件对各类可能的物理或化学反应的影响，并根据产品性能和使用要求对这些变化加以控制是非常必要的。聚合物的结构聚合物结构比较复杂，主要有以下特点：（1）由许多结构单元组成，相互作用力对分子运动有影响；（2）聚合物的聚集态有晶态与非晶态之分，但聚合物晶态有序程度较差；（3）织态结构也会影响聚合物材料的性能。聚合物的聚集态结构聚集态结构直接决定聚合物本体性质。由于聚合物链结构的不同及成型工艺条件的影响，聚合物的聚集态结构主要包括非晶态结构、晶态结构、液晶态结构、取向态结构和共混聚合物的织态结构

2、。聚合物的聚集态结构特点：（1）非晶聚合物在冷却过程中分子链堆砌松散，密度较低；（2）结晶聚合物一般都是晶区、非晶区两相共存，不会是100%（3）聚合物结晶结构的完善程度比小分子晶体的差，强烈依赖于成型工艺与冷却条件。（4）结晶形态多样；（5）取向态结构是热力学非稳定体系，易解取向。第一节成型加工过程中聚合物的结晶1、结晶形态根据结晶条件不同，可形成多种形态的晶体：单晶、球晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。（1）单晶具有一定几何外形的薄片状晶体。一般聚合物的单晶只能从极稀溶液（质量浓度小于0.01wt%)中缓慢结晶而成。一、聚合物的晶态结构及结晶速度（2）球晶聚合物最常见的结晶形态，为圆

3、球状晶体，尺寸较大，一般是由结晶性聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却时形成的。球晶在正交偏光显微镜下可观察到其特有的黑十字消光或带同心圆的黑十字消光图象。球晶的形成过程聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却时。熔体中的有序区域（链束）形成尺寸很小的晶坯（结晶团簇），晶坯长大到某一尺寸时转变为初始晶核；大分子链通过热运动在晶核上重排而形成最初的晶片。初始晶片沿晶轴方向生长（此时晶轴与球晶半径相同），接着出现偏离球晶半径方向的生长（即纤维状生长），并逐渐形成初级球晶。球晶在生长过程中形成双眼结构，初级球晶长大后即形成球晶。长大过程中球晶与周围的球晶相连接，在球晶之间形成直线切截的界线。球晶的外形为具有

4、直线状边界的多面体。球晶由无数微小晶片按结晶生长规律向四面八方生长形成的一个多晶聚集体，球晶中的晶片有扭曲的形状并相互重叠。（3）伸直链晶片由完全伸展的分子链平行规整排列而成的小片状晶体，晶体中分子链平行于晶面方向，晶片厚度基本与伸展的分子链长度相当。这种晶体主要形成于极高压力下。如：聚乙烯在温度高于200℃，压力大于400Mpa结晶时，可以得到伸直链晶体。最稳定，可大幅提高聚合物的力学强度，如果能提高制品中伸直链结构警惕的含量，可以有效的提高聚合物的力学强度，但在常见的成型方法中，因压力不足很难使聚合物形成伸直链晶体。（4）纤维状晶和串晶纤维状晶是在流动场的作用下使高分子链的构象发生畸变

5、，成为沿流动方向平行排列的伸展状态，在适当的条件下结晶而成。分子链取向与纤维轴平行。晶体主要形成于高应力作用下聚合物串晶是一种类似于串珠式的多晶体。2、聚合物的晶态结构模型聚合物晶态结构模型有两种：缨状胶束模型：认为结晶聚合物中晶区与非晶区互相穿插，同时存在。在晶区分子链相互平行排列成规整的结构，而在非晶区分子链的堆砌完全无序。该模型也称两相结构模型。晶片由折叠链重叠构成，存在着缺陷，球晶存在着缺陷。非晶区：分子链无序或有序不好的区域，无规链球和不能结晶的分子链束构成聚合物非结晶区。折叠链模型：聚合物晶体中，高分子链以折叠的形式堆砌起来的。伸展的分子倾向于相互聚集在一起形成链束，分子链规整

6、排列的有序链束构成聚合物结晶的基本单元。这些规整的有序链束表面能大，可自发地折叠成带状结构，进一步堆砌成晶片。特点：聚合物中晶区与非晶区同时存在，同一条高分子链可以是一部分结晶，一部分不结晶；并且同一高分子链可以穿透不同的晶区和非晶区。3、聚合物结晶速度聚合物的结晶速率是成核速度和晶体生长速度的总效应ln[-ln(1-Xc)]=lnK+nlntXc=△Vt/△V∞表示时间t时的结晶分数结晶速度常数K：结晶度达到50%的时间t1/2的倒数作为聚合物结晶速度的比较标准，结晶速度快，t1/2小，K值大均相成核（散现成核）：纯净的聚合物由于热起伏而自发地生成晶核的过程，过程中晶核密度能连续上升。异

7、相成核（瞬时成核）：不纯净的聚合物中某些物质（成核剂、杂质或加热时未完全熔化的残余结晶）起晶核作用成为结晶中心，引起晶体的生长过程，过程中晶核密度不发生变化。4、聚合物结晶过程的特点聚合物结晶是高分子链从无序转变为有序的过程，有三个特点：（1）结晶必须在玻璃化温度Tg与熔点Tm之间的温度范围内进行。聚合物结晶过程与小分子化合物相似，要经历晶核形成和晶粒生长两过程。温度高于熔点Tm，高分子处于熔融状态，晶核不易形成；低于T