第2章 聚集态结构——第05讲 分子间作用力及晶态.ppt

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1、第2章聚合物的凝聚态结构TheAggregationStateofPolymers1凝聚态(聚集态)与相态凝聚态：物质的物理状态,是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的,通常包括固、液、气体（态），称为物质三态相态：物质的热力学状态，是根据物质的结构特征和热力学性质来区分的，包括晶相、液相和气相（或态）一般而言，气体为气相，液体为液相，但固体并不都是晶相。如玻璃(固体、液相)2高分子凝聚态高分子链之间的几何排列和堆砌状态高分子凝聚态液体固体液晶态取向态织态结构晶态非晶态高分子链结构高分子凝聚态结构聚合物的基本性

2、能特点直接决定材料的性能高分子材料的成型条件3分子间作用力范德华力和氢键表征分子间作用力大小的物理量——内聚能或内聚能密度内聚能：为克服分子间作用力，将1mol凝聚体汽化时所需要的能量DE物质为什么会形成凝聚态？DE=DHv-RT摩尔汽化热或摩尔升华热汽化时所作的膨胀功CED=DEVm摩尔体积内聚能密度(CED)：单位体积凝聚体汽化时所需要的能量(CohesiveEnergyDensity)4内聚能密度﹤300J/cm2非极性高弹性，可用作橡胶，聚乙烯易于结晶而失去弹性，具有塑料特性内聚能密度﹥400J/cm2，分子链上

3、有极性基团或能形成氢键，有较好的力学强度和耐热作纤维。内聚能密度在300~~400J/cm2，适合作塑料内聚能作用力大小对聚合物凝聚态结构和性能有很大的影响如表2-1内聚能密度与性能关系52.1晶态结构(Crystallinestructure)高分子规整堆砌形成结晶高分子链本身具有必要的规整结构适宜的温度，外力等条件玻璃体结晶溶液结晶熔体结晶结晶聚合物的重要实验证据X射线衍射曲线X-raydiffractionX射线衍射花样X-raypatterns62.1.1晶体结构的基本概念点阵与晶胞晶体结构=空间点阵+结构

4、基元晶胞：代表晶体结构的基本重复单位(平行六面体)7abgabc晶胞参数8七大晶系SystemAxesAxialanglesCubica=b=c===90Hexagonala=bc==90;=120Tetragonala=bc===90Rhombohedrala=b=c==90Orthorhombicabc===90Monoclinicabc==90;90Triclinicabc90立方晶系六方晶系四方晶系三方晶系正交晶系单斜晶系

5、三斜晶系9晶面指数(hkl)(Millerindices)abcc/2a/32b/3(1)求晶面在三晶轴上的截距(2)去单位向量，求倒数并通分(3)除分母，用圆括号括起来10例2：在立方晶系中，{100}代表(100),(010),(001)三个等效晶面族。有时为了表示一个具体的晶面，也可以不化互质整数。例3：(200)指平行于(100)，但与a轴截距为a/2的晶面。说明：若选用基矢坐标系，方法类似，显然数值是不同的。111213X-射线衍射的基本原理X-rayDiffraction(XRD)①②③1a2a2b3a3cAB

6、CdAB+BC=2dsinq2dsinq=nlq14布拉格定律(Bragg’sLaw)当两束光的光程差为入射光波长的整数倍时,反射光间会出现衍射现象nl=2dhklsinqn=1,2,3,…称为衍射级数q为衍射角15多晶样品的衍射花样样品16X-射线衍射花样电子射线衍射花样铝箔的X-射线和电子射线衍射花样17晶体样品的衍射曲线182.1.2聚合物在晶体中的构象等同周期(或称纤维周期)：高分子晶体中，在c轴方向化学结构和几何结构重复单元的距离。一般将分子链的方向定义为c轴,又称为主轴在晶态高分子中，分子链多采用分子内能量最低的

7、构象，即孤立分子链在能量上最优选的构象。19PE的晶胞结构PlanarzigzagconformationPE的构象1PE的构象220PP的晶胞结构PP的构象21碳链的各种构象22Nylon-66Extended拉伸Poly-peptideHelical肽链螺旋结构PET,kinked扭结链23晶胞密度其中:M----结构单元分子量Z----单位晶胞中单体(即链结构单元)的数目V----晶胞体积NA----为阿佛加德罗常数242.1.3聚合物的结晶形态CrystallinePolymerMorphology结晶形态学研究的对

8、象：单个晶粒的大小、形状以及它们的聚集方式。单晶体与多晶体单晶体:具有一定外形,长程有序多晶体:由很多微小单晶无规则地聚集而成常见聚合物晶体形态:单晶、球晶、树枝状晶、纤维晶、串晶、伸直链晶等25单晶SingleCrystal(片晶lamella)螺旋生长稀溶液，慢降温PE单晶全同聚苯乙