第二章高分子物理.ppt

Chapter2 AggregateStructureofPolymer 第二章高分子的聚集态结构 1 高分子的聚集态结构PolymerAggregateStructure 大量高分子聚集体中高分子的空间排列方式 2 高分子聚集态结构的类型TypesofPolymerAggregateStructure 结晶的 非结晶的 液晶态 取向态 织态 3 影响高分子聚集态结构的因素EffectsofPolymerAggregateStructure 1 高分子本身的结构因素 有无结晶能力 1 结晶性聚合物 从高分子的化学结构看具有结晶能力的聚合物 2 非结晶性聚合物 从高分子的化学结构看不具有结晶能力的聚合物 3 液晶性聚合物 高分子中含有液晶原 能够呈现液晶态的聚合物 三类聚合物 3 3 环境条件 温度 温度的高低 温度变化的快慢 外力 有助于或有碍于 3 2 添加剂 溶剂 着色剂 填充剂 增韧剂等 结晶聚合物 具有结晶聚集态结构的聚合物 非结晶聚合物 不具有结晶聚集态结构的聚合物 取向态聚合物 具有取向的聚集态结构的聚合物 高分子液晶 呈现液晶态的聚合物 按照高分子的聚集态结构 四类聚合物 Chapter2 AggregateStructureofPolymer 第二章高分子的聚集态结构 1 作用力类型及特点 1 类型 2 特点 只能呈现固态 液态 无气态因为一个高分子与周围高分子之间的作用力远超过一个化学键的键能 2 表征 1 摩尔内聚能 克服分子间的作用力将1摩尔固体或液体物质的分子远离到脱离相互作用的情况下所需的能量 2 内聚能密度CED 单位体积的内聚能一般纤维 塑料 橡胶 摩尔体积 Chapter2 AggregateStructureofPolymer 第二章高分子的聚集态结构 2 3 1晶体结构的基本知识 冰的结构 2 3 1晶体结构的基本知识 1 晶格 空间点阵 Crystallattice 1 晶格 空间点阵 Crystallattice 把晶体中的质点抽象为几何点 这些等同的几何点在空间聚集形成的格子 称为空间点阵 2 3 1晶体结构的基本知识 2 晶胞Unitcell 1 晶胞Unitcell 晶体中周期性排列的最小的重复结构单元 2 晶胞参数Cellparameters 3个棱a b c3个棱之间的夹角 高分子链轴方向 已折叠的链并肩排列的方向 高分子链折叠的方向 2 晶胞Unitcell 2 3 1晶体结构的基本知识 3 晶系Crystalsystem 1 小分子 7个 立方 四方 斜方 正交 六方 三方 单斜 三斜 立方Cubica b c 90 四方Tetragonala b c 90 正交Rhombica b c 90 3 晶系Crystalsystem 1 小分子 2 高分子 6个 立方 四方 斜方 正交 六方 三方 单斜 三斜 2 3 1晶体结构的基本知识 4 晶面和晶面指数 1 晶面Crystalplane 指从某一方向观察晶体时 晶体中的质点是分布在等间距的平面群上 这些等间距的平面群称为晶面 2 晶面指数Crystalplaneindex abc321 236 2 3 1晶体结构的基本知识 5 同质多晶现象heteromorphism 1 定义 同一种物质具有多种晶型的现象 2 原因 如 全同PP 31构象 一般有3种晶型 如 聚丁烯 131为三方 113为四方 2 3 1晶体结构的基本知识 6 异质同晶现象allomerism 1 定义 不同的结构单元在晶格中能相互取代的现象或不同的结构单元可以排入同一种晶格的现象 2 原因 如 PP31 聚丁烯 131 可以形成共晶 不同结构单元相应的均聚物具有相同的结晶结构 2 3 1晶体结构的基本知识 7 晶格缺陷latticemodel 1 定义 空间点阵的周期性在空间中断的现象 2 类型 空间点阵的周期性在三维空间上不太完整的晶体 晶格变形的晶体 如 腈纶的晶体是典型的准晶 因为聚丙烯腈是由自由基聚合的方法得到的 呈无规立构构型 由于高分子间作用力相当大 可以结晶 但晶格的规整性差 2 3 2结晶形态学 1 研究内容晶体的外形形状 尺寸大小和结构特征2 研究方法光学显微镜 正交偏光 电子显微镜 电子衍射等3 聚合物结晶的结构和形态 3 聚合物结晶的结构和形态 图2 10a高温高压下得到的聚乙烯伸直链片晶 图2 10b低分子量聚乙烯熔体结晶中的伸直链片晶 ExtendedChaincrystal 3 聚合物结晶的结构和形态 特征 A 都有球晶中心 径向对称 球晶 由晶片聚集成的长条扭曲状的微纤束自球晶中心出发 沿径向辐射排列的多晶聚集体 图2 11球晶各生长阶段形象示意图在图a b c下分别给出其俯视图 2种球晶 图2 15球晶黑十字消光原理图 有消光黑十字 3 3 球晶的特征 由于球晶具有结构不对称性 一束平面偏振光照到球晶上后 由于折光指数不同而分成2束光速不同的光 B 消光黑十字 式中 目镜上的光强 入射的平面偏振光的振幅 球晶中的任一点和球晶中心的连线与平面偏振光偏振面的夹角 两束光速不同的光的相位差 当 当 有正负光性 c轴 a轴 b轴 分子链折叠方向 折射率较小 球晶中的小晶粒有3个轴 与晶胞的轴一致 a 若 为单轴球晶 若 为双轴球晶 3 3 球晶的特征 C 单轴 双轴球晶 球晶的正负光性 正负光性 b 单轴球晶 或 即 为负光性 有放射状和螺旋状球晶之分 自球晶中心出发 呈明暗条纹 图2 19聚戊二酸丙二酯球晶的偏光显微镜照片 自球晶中心出发 有明暗相间的同心圆环 如PE 因为球晶中微纤束以同周期 同相位扭曲 图2 20带消光同心圆环的聚乙烯球晶偏光显微镜照片 3 3 球晶的特征 D 图2 21球晶环状消光图案光学原理图 螺旋状球晶环状消光图案的光学原理 扭转的聚乙烯球晶晶片 球晶径向双折射圆体的旋转 球晶径向晶片的取向旋转 透明性 指含有球晶的聚合物 一般不透明 呈半透明或乳白色因为球晶尺寸 入射光波长的1 2 较大 晶区和非晶区折光指数不同 出现光的折射 散射 例外 a 聚 4 甲基戊烯 1不管球晶多大 都透明因为晶区与非晶区的密度 折光指数相近b ABS属于非晶高分子材料 但不透明因为是多组分多相高分子材料 3 3 球晶的特征 E A 含有球晶的聚合物 3 3 球晶的结构 B 在球晶内部 多晶聚集体 3 聚合物结晶