高分子物理2.ppt

第二章高聚物的聚集态结构 高聚物的结构 高聚物聚集态结构 根据分子排列情况不同分类 单晶折叠链片晶球晶其他无规线团链结链球取向态结构织态结构 结构与性能结构不同 性能不同 不同的合成方法与不同的成型加工方法 其产物结构不同 晶态结构 非晶态结构 其他结构 材料性能 合成方法 成型加工方法 结构 高聚物聚集态与小分子物质的聚集态 相态的对应关系气态气相小分子物质的聚集态液态液相小分子物质的相态固态晶相一 分子间的相互作用 作用力的类型共价键主价力 又称化学键 配位键作用力的类型离子键次价力 又称分子间力 包括 范德华力 氢键 力学 分子热运动特征分类 热力学特征分类 高分子链的形成主要靠主价力 化学键 高分子链聚集成高聚物主要靠次价力 分子间的力 范德华力 氢键氢键是特殊的范德华力 具有方向性和饱和性 氢键的形成条件是一个电负性强 半径小的原子X与氢原子H形成的共价键 X H 而这个氢原子又与另外一个电负性强 半径小的原子Y以一种特殊的偶极作用结合成氢键 X H Y 氢键的形成可以是分子内 也可以是分子间 分子间形成氢的高聚物有聚丙烯酸 聚酰胺等 次价力与高聚物的使用次价力小于4 4 103J mol的高聚物用作橡胶 次价力大于2 1 103J mol的高聚物用作纤维 次价力介于两者之间的高聚物用作塑料 次价力的描述内聚能将一摩尔分子聚集在一起的部能量内聚能密度 CED 单位体积的内聚能 聚酰胺分子间的氢键示意图 内聚能密度与高聚物的使用内聚能密度小于290J cm3的高聚物分子间作用力较小 分子链较柔顺 容易变形 具有较好弹性 一般可以作为橡胶使用 内聚能密度较高的高聚物 分子链较刚性 属于典型的塑料 内聚能密度大于400J cm3的高聚物 具有较高的强度 一般作为纤维使用 二 高聚物的结晶形态与结构 高聚物的结晶形态 晶态高聚物的结构 晶态高聚物的结构模型 结晶过程 结晶度定义 高聚物中结晶部分所占的质量分数或体积分数 测定方法 热分析DSC X 线衍射法 红外光谱法 密度法 影响高聚物结晶的因素 内因 高分子链的化学结构对结晶的影响高分子链的化学结构简单 对称性好 结构规整性好 分子间作用力大等利于结晶 高聚物相对分子质量对结晶的影响在相同温度下 相对分子质量越低 结晶速率越快 在同一高聚物中相对分子质量低的部分结晶度大于相对分子质量高的部分 高分子链的形状对结晶的影响线型高分子链容易结晶 结晶度大 支链型次之 体型难于结晶 外因 温度温度是最主要的外部条件 在玻璃化温度与熔融温度之间存在最佳的结晶温度 一般情况下 最佳的结晶温度为 高聚物结晶速率与温度的关系 1 晶核生成速率2 晶体成长速率3 结晶总速率4 黏度 三 非晶高聚物的形态与结构非晶高聚物的结构是指玻璃态 橡胶态 熔融态及结晶高聚物中的非晶区中的结构 在非晶高聚物中高分子链的排列为远程有序 近程无序 缨状 胶束模型均相无规线团模型非晶高聚物结构模型折叠链缨状胶束模型可折叠球模型回文波形模型 均相无规线团模型 折叠链缨状胶束模型 可折叠球模型 回文波模型 Randomcoil无规线团 1974NobelChemistryprize PaulJ Flory 四 高聚物的取向态结构 取向的机理与特征 取向的机理取向是指非晶高聚物的分子链段或整个高分子链 结晶高聚物的晶带 晶片 晶粒等 在外力作用下 沿外力作用的方向进行有序排列的现象 工业取向的方法纤维制品 通过单轴拉伸实现单轴取向 薄膜制品 通过双轴拉伸实现双轴取向 取向的目的增加拉伸方向上的强度 取向与结晶的异同 取向的特征 取向过程 非晶态非交联高聚物的取向过程 非晶态交联高聚物的取向过程 晶态高聚物的取向过程 高聚物取向态结构与各向异向性取向度取向程度可以用X 射线衍射 光双折射 红外二色性 小角光散射 偏振荧光等方法测定 五 高聚物复合材料 高