高分子的取向态结构

1、内容介绍内容介绍1. 一、一、高聚物的取向现象高聚物的取向现象 1. 概念概念 高分子的取向是指在外力高分子的取向是指在外力（拉伸、牵引、挤出拉伸、牵引、挤出）作用作用下，其大分子链、下，其大分子链、链段或结晶高分子中的晶体结构沿外力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。作用方向排列的现象。1. 高分子链在伸展状态下，其长度是宽度的几百、几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。在诸千乃至几万倍，因此在结构上具有悬殊的不对称性。在诸如如挤出、牵伸、压延、吹塑挤出、牵伸、压延、吹塑等在外力作用下均可发生分子等在外力作用下均可发生分

2、子链的取向现象。链的取向现象。 1. 取向态和结晶态尽管都与高分子的有序排列有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。在一定程度上有序，而结晶态则是三维有序。2. 取向态和结晶态的区别取向态和结晶态的区别 1. 通常，对于未取向的高分子材料来说，链段的取通常，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，而取向是随机的，这样的材料客观上是各相同性的，而取向的高分子材料，其链段在某些方向上择优取向，呈向的高分子材料，其链段在某些方向上择优

3、取向，呈现各向异性。现各向异性。 1. 对于取向的高分子材料来说其对于取向的高分子材料来说其力学性能、光学性质力学性能、光学性质及热性能及热性能等方面发生了较大的变化。比如在力学性能中，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。因此方向相垂直的方向则下降。因此 ，人们可以通过取向现，人们可以通过取向现象来改善产品的某些性能。象来改善产品的某些性能。 3. 取向高聚物的性能取向高聚物的性能 1. 取向的高分子材料按取向方式分为两类。取向的高分子材料按取向方式分为两类。4. 分类

4、分类 单轴取向，取向单元在一维方向上择优排列；单轴取向，取向单元在一维方向上择优排列； 双轴取向，取向单元在二维方向上择优排列。双轴取向，取向单元在二维方向上择优排列。1. 单轴取向可通过单向拉伸等方法在材料的一维方向单轴取向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，如上施以应力来实现，如合成纤维中的牵伸是单轴取向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，用而双轴取向长常通过双向拉伸、吹塑等过程来实现，用于于薄膜制品薄膜制品。 2. 1. 非晶高分子的取向过程非晶高分子的取向过程 非晶高分子根据取向单元的大小，可分为：整链分子取非晶高分子根据取向单元

5、的大小，可分为：整链分子取向和链段取向两类。向和链段取向两类。 链段取向链段取向是通过单键的内旋转来完成的，这种取向过程是通过单键的内旋转来完成的，这种取向过程在高弹态下即能进行。在高弹态下即能进行。 2. 整链的取向整链的取向要求高分子各链段的协同运动才能实现，需要求高分子各链段的协同运动才能实现，需在粘流态下进行。在粘流态下进行。 在外力的作用下首先发生链段取向，然后再发展到整个在外力的作用下首先发生链段取向，然后再发展到整个大分子链。大分子链。 从难易程度来说，链段取向要比整链取向容易。从难易程度来说，链段取向要比整链取向容易。 2. 高分子的取向态是一种不平衡状态，由于分子的热运高分子

6、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，取向的高分子总是为解取向过程。显然，只要条件允许，取向的高分子总是要自发地解取向。因此要自发地解取向。因此发生解取向作用时，首先发生链段发生解取向作用时，首先发生链段的解取向，然后是整链的解取向。的解取向，然后是整链的解取向。 2. 2. 结晶高分子的取向过程结晶高分子的取向过程 结晶高分子的取向过程比较复杂，除了结晶高分子的取向过程比较复杂，除了非晶区可能发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生链段取

7、向和整链取向外，还可能发生晶粒的取向。在外。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。的取向过程目前有两种观点。 2. 结晶高分子的非晶区在拉伸时将首先发生取向，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，从而形成新然后是结晶的变形、破坏、再结晶，从而形成新的取向晶体。的取向晶体。 2. Flory等人认为：在非晶态时，柔性高分子链周围有数等人认为：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，这些缠结部以百计的近邻分子与之缠结，但形成结晶后，这些缠结

8、部分将集中在非晶区。分将集中在非晶区。2. 由于非晶区缠结的很厉害，分子运动比较困难，由于非晶区缠结的很厉害，分子运动比较困难，拉伸时不可能一开始就发生较大的形变。因此结晶高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。分子的拉伸将首先发生晶区结构的破坏。 3. 1. 概念概念 取向度是指高分子材料的取向程度。取向度是取取向度是指高分子材料的取向程度。取向度是取向材料结构特点的重要指标，也是研究取向程度与物向材料结构特点的重要指标，也是研究取向程度与物理性质关系的重要参数。取向度一般用取向函数理性质关系的重要参数。取向度一般用取向函数F来来表示：表示： 3. ) 1cos3(212F式中式中是分子链主轴与取向方向间的夹角。是分子链主轴与取向方向间的夹角。 3. 对于理想单轴取向，在链取向方向上，平均取向角对于理想单轴取向，在链取向方向上，平均取向角=0,，则则F=1；在垂直链取向方向上在垂直链取向方向上=90，则则F=0.5；在完全无规取向时，在完全无规取向时，F=0，=5444 。 实际取向试样的平均取向角为实际取向试样的平均取向角