高分子的取向结构和液晶结构.doc

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1、高分子的取向结构和液晶结构一、高分子的取向结构1、概念高分子的取向是指在外力（拉伸、牵引、挤出）作用下，其大分子链、链段或结晶高分子中的晶体结构沿外力作用方向排列的现象。高分子链在伸展状态下，其长度是宽度的几百、几千乃至几万倍，因此在结构上具有悬殊的不对称性。在诸如挤出、牵伸、压延、吹塑等在外力作用下均可发生分子链的取向现象。取向态和结晶态尽管都与高分子的有序排列有关，但它们的有序程度不同。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。通常，对于未取向的高分子材料来说，链段的取向是随机的，这样的材料客观上是各相同性的，而

2、取向的高分子材料，其链段在某些方向上择优取向，呈现各向异性。2、取向高聚物的性能对于取向的高分子材料来说其力学性能、光学性质及热性能等方面发生了较大的变化。比如在力学性能中，抗张强度和疲劳强度在取向方向上显著增加，而与取向方向相垂直的方向则下降。因此，人们可以通过取向现象来改善产品的某些性能。3、取向方式取向方式分为单轴取向和双轴取向。单轴取向是指材料只沿一个方向拉伸，长度增加，厚度和宽度减少，大分子链或链段沿拉伸方向择优取向。双轴取向是指材料沿两个垂直的方向拉伸，面积增加，厚度减少，大分子链或链段倾向于与拉伸平面平行排列。单轴取向

3、可通过单向拉伸等方法在材料的一维方向上施以应力来实现，如合成纤维中的牵伸是单轴取向。而双轴取向长常通过双向拉伸、吹塑等过程来实现，用于薄膜制品。4、高分子的取向机理取向过程是分子在外力作用下的有序化过程。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。同时取向的过程是在外力作用下运动单元运动的过程。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。4.1各取向单元的取相机理（1）链段取向：通过单键的内旋转引起的链段运动来完成，这种取向在玻璃化温度以上就可以进行。（2）分子链取向：通过各链段的协同运动来完成，只有

4、在粘流态下才能实现。（3）晶粒的取向：通过晶区的破坏和重新排列来完成，一般需在外力作用下进行。即伴随晶片的倾斜、滑移过程，原有的折叠链晶片被拉伸破坏，重新为新的折叠链晶片、伸直链微晶或由球晶转变为微纤结构。4.2非晶态聚合物的取向对于非晶态聚合物，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。高分子的取向态是一种不平衡状态，由于分子的热运动，它有自发恢复到紊乱无序的平衡态倾向，这种过程称为解取向过程。显然，只要条件允许，取向的高分子总是

5、要自发地解取向。因此发生解取向作用时，首先发生链段的解取向，然后是整链的解取向。4.3晶态聚合物的取向结晶高分子的取向过程比较复杂，除了非晶区可能发生链段取向和整链取向外，还可能发生晶粒的取向。在外力作用下，晶粒将沿外力方向择优取向。关于结晶高分子的取向过程目前有两种观点：一部分人认为结晶高分子的非晶区在拉伸时将首先发生取向，然后是结晶的变形、破坏、再结晶，从而形成新的取向晶体。Flory等人认为：在非晶态时，柔性高分子链周围有数以百计的近邻分子与之缠结，但形成结晶后，这些缠结部分将集中在非晶区。由于非晶区缠结的很厉害，分子运动比较

6、困难，拉伸时不可能一开始就发生较大的形变。因此结晶高分子的拉伸将首先发生晶区结构的破坏。5、取向的特点（1）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。（2）热力学上是一种非平衡状态：取向过程是一种分子的有序化过程，而热运动却使分子趋向杂乱无序，即所谓解取向过程。在热力学上，解取向是自发过程，而取向过程必须通过外力场的帮助才能实现

7、。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。为了维持取向状态，必须在取向后把温度迅速降至玻璃化温度以下，使分子和链段的运动“冻结”起来，以获取具有取向的材料。6、取向研究的应用6.1合成纤维的生产纺丝时拉伸使纤维取向度提高后，虽然抗张强度提高，但是由于取向过度，分子排列过于规整，分子间相互作用力太大，分子的弹性却太小了，纤维变得僵硬、脆。为了获得一定的强度和一定的弹性的纤维，可以在成型加工时利用分子链取向和链段取向速度的不同，用慢的取向过程

8、使整个分子链获得良好的取向，以达到高强度，然后再用快的取向过程使链段解取向，使之具有弹性。纤维在较高温度下（粘流态）牵伸，因高聚物具有强的流动性，可以获得整链取向，冷却成型后，在很短时间内用热空气和水蒸气很快吹塑一下，使链段解取向收缩