高分子取向结构.ppt

高分子的取向态结构 目录 一 聚合物的取向 四 取向方向 五 取向研究的应用 二 取向机理 三 取向特点 一 聚合物的取向 1 取向 在外力作用下 高分子链 链段以及结晶高聚物的晶片 晶带沿外力作用方向择优排列 2 取向态和结晶态 相同 都与高分子有序性相关 是熵减小的过程相异 取向态是一维或二维有序 结晶态是三维有序 取向是相对稳定的非热力学平衡态 结晶为热力学平衡态 取向为非自发过程 结晶为自发过程 3取向单元 非晶态高聚物取向 晶态高聚物在拉伸取向中的结构变化 二 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 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 1 各取向单元的取相机理 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 3 晶态聚合物的取向非晶区中可能发生链段取向和分子链的取向 晶区中还可能发生晶粒的取向 三 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 2020 3 18 11 可编辑 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 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 2 热力学上是一种非平衡状态 四 取向方式 1 单轴取向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 单轴取向 纤维 双轴取向 薄膜 2 双轴取向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 五 取向研究的应用 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 这一过程叫 热处理 以获取弹性 未经热处理的纤维在受热时就会变形 内衣 汗衫 2 薄膜的生产 例1 目前广泛使用的全同PP包扎绳 是全同PP薄膜经单轴拉伸再经撕裂制成 拉伸方向十分结实 原子间化学键 而与之垂直方向上十分容易撕开 范氏力 例2 电影胶片的片基 录音 录像的带基等薄膜制品 大都是通过双轴拉伸而制成 性能特点 双轴取向后薄膜不存在薄弱方向 可全面提高强度和耐褶性 而且由于薄膜平面上不存在各向异性 存放时不发生不均匀收缩 这对于作摄影胶片的薄膜材料很重要 不会造成影象失真 3 塑料的吹塑 外形较简单的塑料制品 可利用吹塑工艺