高分子物理 取向态

1、1、取向现象、取向现象 取向：外场作用下，聚合物分子链沿外场取向：外场作用下，聚合物分子链沿外场方向排列，这种过程称为取向。方向排列，这种过程称为取向。 取向的结构条件取向的结构条件:有一定的长径比有一定的长径比 聚合物的取向特别容易发生聚合物的取向特别容易发生 取向单元：取向单元：链段、分子链、晶片链段、分子链、晶片等等 取向与结晶的区别取向与结晶的区别: 取向取向 结晶结晶 一维有序或二维有序一维有序或二维有序 三维有序三维有序 是一种是一种热力学非平衡态热力学非平衡态 相变、平衡态相变、平衡态 各向异性各向异性 各向异性或各向同性各向异性或各向同性4.3 高聚物的取向态高聚物的取向态2、

2、取向对高聚物性能的影响、取向对高聚物性能的影响 取向造成取向造成各向异性各向异性，因此取向使高聚物的力学，因此取向使高聚物的力学性能、光学性能以及热性质等都发生显著的变化。性能、光学性能以及热性质等都发生显著的变化。聚合物取向材料聚合物取向材料双轴拉伸或吹塑的薄膜双轴拉伸或吹塑的薄膜熔融挤出的管材或棒材熔融挤出的管材或棒材1）单轴取向）单轴取向 高分子材料只沿一个方向拉伸，分子链和链高分子材料只沿一个方向拉伸，分子链和链段倾向于沿着与拉伸方向平行的方向排列。段倾向于沿着与拉伸方向平行的方向排列。 单轴取向的材料呈明显的各向异性，平行于取单轴取向的材料呈明显的各向异性，平行于取向方向上，力学强度

3、大大提高，而垂直于平行方向向方向上，力学强度大大提高，而垂直于平行方向则降低。这是因为取向方向上强度是共价键的加和，则降低。这是因为取向方向上强度是共价键的加和，而垂直于取向方向是范德华力的加和。而垂直于取向方向是范德华力的加和。如：纤维纺丝如：纤维纺丝薄膜的单轴拉伸薄膜的单轴拉伸2）双轴取向）双轴取向 高分子材料沿一个平面的纵横两个方向拉伸，高分子材料沿一个平面的纵横两个方向拉伸，分子链取向于薄膜平面的任意方向。（图分子链取向于薄膜平面的任意方向。（图5-44） 双轴拉伸的薄膜在拉伸平面上就是各向同性，双轴拉伸的薄膜在拉伸平面上就是各向同性，力学性能优越于单轴拉伸薄膜。力学性能优越于单轴拉伸

4、薄膜。薄膜的双轴拉伸薄膜的双轴拉伸3、非晶高聚物的取向、非晶高聚物的取向 非晶高聚物的取向比较简单，根据取向单元的非晶高聚物的取向比较简单，根据取向单元的不同，可分为：不同，可分为： 1、小尺寸取向、小尺寸取向一般指链段的取向，此过程短，一般在一般指链段的取向，此过程短，一般在Tg附近就可完成附近就可完成 2、大尺寸取向、大尺寸取向整链取向，链段可能没有取向，此过程长，需要在整链取向，链段可能没有取向，此过程长，需要在高温下完成高温下完成如何获得高强度和适当弹性的材料？如何获得高强度和适当弹性的材料？ 取向可提高强度，而分子具有一定的活动能力取向可提高强度，而分子具有一定的活动能力是保持弹性的

5、条件。是保持弹性的条件。 (1)、适当的工艺过程可以使高分子大尺寸取、适当的工艺过程可以使高分子大尺寸取向而小尺寸解取向（向而小尺寸解取向（利用的原理就是链段与整链利用的原理就是链段与整链取向速度不同取向速度不同）。）。 (2)、刚柔相济的分子链、刚柔相济的分子链 (3)、结晶高分子取向、结晶高分子取向4、晶态高聚物的取向、晶态高聚物的取向 晶态高聚物的拉伸取向比较复杂，过程中伴随着晶态高聚物的拉伸取向比较复杂，过程中伴随着复杂的分子聚集态结构的变化，结晶结构被破坏。复杂的分子聚集态结构的变化，结晶结构被破坏。1）、球晶的形变：）、球晶的形变： 在拉伸的初始在拉伸的初始阶段，球晶被拉长阶段，球

6、晶被拉长而成椭球形，此过而成椭球形，此过程可逆。程可逆。2）、结晶结构的破坏：）、结晶结构的破坏： 继续拉伸会出现结晶结构的破坏，从而形成以继续拉伸会出现结晶结构的破坏，从而形成以下两种结构：下两种结构： （1）微纤结构：由取向的折叠链片晶和在取向）微纤结构：由取向的折叠链片晶和在取向方向上贯穿于片晶之间的伸直的分子链段所组成。方向上贯穿于片晶之间的伸直的分子链段所组成。 （2）伸直链晶体：）伸直链晶体：形成新的取向的折叠链片晶形成新的取向的折叠链片晶形成完全伸直链片晶形成完全伸直链片晶思考：是结晶高聚物的取向态稳定还思考：是结晶高聚物的取向态稳定还是非晶高聚物的取向态稳定？是非晶高聚物的取向

7、态稳定？结晶高聚物的取向态更稳定，因为取向后结晶高聚物的取向态更稳定，因为取向后结晶高聚物中有很多物理交联点。使解取结晶高聚物中有很多物理交联点。使解取向变得困难，使取向结构更容易被固定下向变得困难，使取向结构更容易被固定下来。来。如：战斗机的座舱罩就是定向的如：战斗机的座舱罩就是定向的PMMA经经双轴拉伸取向后制成的。双轴拉伸取向后制成的。5、取向度及其测定取向度及其测定 为了研究高聚物的取向程度，引入取向度为了研究高聚物的取向程度，引入取向度的概念。的概念。 取向度取向度取向的程度，是表征取向聚合物结取向的程度，是表征取向聚合物结构与性能关系的一个重要参数，用取向函数（构与性能关系的一个重要参数，用取向函数（F）表示：表示： 平均取向角，平均取向角，是分子链主轴方向与取向方向之间的夹角是分子链主轴方向与取向方向之间的夹角1cos3212F取向方向取向方向分子链分子链完全未取向（无规取向）：完全未取向（无规取向）：F=0 cos2=1/3 =5444完全取向完全取向 （平行取向）：（平行取向）：F=1 cos2=1 =0一般（实际取向