高分子物理市公开课获奖课件

1、2.1 高分子汇集态结构类型和 影响原因Section 1.Types and Effects of Polymer Aggregate StructureChapter 2. Aggregate Structure of Polymer 第二章 高分子汇集态结构第1页第1页1. 高分子汇集态结构 Polymer Aggregate Structure大量高分子汇集体中高分子空间排列方式。2. 高分子汇集态结构类型 Types of Polymer Aggregate Structure结晶、非结晶、液晶态、取向态、织态第2页第2页3. 影响高分子汇集态结构原因 Effects of Poly

2、mer Aggregate Structure(1).高分子本身结构原因有无结晶能力 (1)结晶性聚合物：从高分子化学结构 看含有结晶能力聚合物。 (2)非结晶性聚合物：从高分子化学结 构看不含有结晶能力聚合物。 (3)液晶性聚合物：高分子中含有液晶原, 能够呈现液晶态聚合物。三类聚合物第3页第3页3.(3). 环境条件 温度：温度高下、温度改变快慢 外力：有助于或有碍于3.(2 ). 添加剂溶剂、着色剂、填充剂、增韧剂等第4页第4页 结晶聚合物：含有结晶汇集态结构 聚合物 非结晶聚合物：不含有结晶汇集态结 构聚合物 取向态聚合物：含有取向汇集态结 构聚合物 高分子液晶：呈现液晶态聚合物按照高

3、分子汇集态结构四类聚合物第5页第5页2.2 高分子间作用力Section 2.Mutual Action among PolymersChapter 2. Aggregate Structure of Polymer 第二章 高分子汇集态结构第6页第6页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 由于一个高分子与周围高分子之间 作用力远超出一个化学键键能。 范德华力氢键色散力诱导力静电力分子内分子间第7页第7页2. 表征 (1)摩尔内聚能 ： 克服分子间作用力将1摩尔固体或液体物质 分子远离到脱离互相作用情况下所需 能量。 (2)内聚能密度CED：单位体积内聚

4、能 普通 纤维塑料橡胶摩尔体积第8页第8页2.3 结晶聚合物结晶结构和形态Section 3.Crystalline Structure and Morphology of Crystalline PolymerChapter 2. Aggregate Structure of Polymer 第二章 高分子汇集态结构第9页第9页2.3.1 晶体结构基本知识冰结构第10页第10页2.3.1 晶体结构基本知识1.晶格(空间点阵) Crystal lattice第11页第11页1. 晶格(空间点阵)Crystal lattice 把晶体中质点抽象为几何点，这些等同几何点在空间汇集形成格子，称为空间

5、点阵。对于小分子，一个分子、原子或离子对于高分子，一个结点上普通不也许是一个高分子(球蛋白例外)，而往往是高分子周期重复基团，故一个晶胞往往不会包括一个完整高分子。第12页第12页2.3.1 晶体结构基本知识2.晶胞Unit cell(1)晶胞 Unit cell 晶体中周期性排列最小重复结构单元结点晶胞第13页第13页(2)晶胞参数 Cell parameters3个棱a、b、c3个棱之间 夹角 、 、 高分子链轴方向已折叠链并肩排列方向高分子链折叠方向2.晶胞 Unit cell第14页第14页2.3.1 晶体结构基本知识3. 晶系Crystal system(1)小分子7个:立方, 四方

6、, 斜方(正交), 六方, 三方, 单斜, 三斜 立方 Cubic a=b=c, =90 四方 Tetragonal a=bc, =90 正交 Rhombic abc, =90第15页第15页六方 Hexagonal a=bc, =90, =120三方 Rhombohedrala=b=c, =90a=bc, =90 =120单斜 Monoclinic abc =90, 90 三斜 Triclinic abc =903. 晶系Crystal system(1)小分子(2)高分子6个:立方, 四方, 斜方(正交), 六方, 三 方, 单斜, 三斜第16页第16页2.3.1 晶体结构基本知识4. 晶

7、面和晶面指数(1)晶面Crystal plane 指从某一方向观测晶体时，晶体中质点是分布在等间距平面群上，这些等间距平面群称为晶面。cba(2)晶面指数Crystal plane index a b c3 2 11312112636662 3 6(2,3,6)晶面倒数通分取分子第17页第17页2.3.1 晶体结构基本知识5. 同质多晶现象 heteromorphism(1)定义:同一个物质含有各种晶型现象(2)原因:晶型晶系单斜准六方三方熔点()165145-150155如:全同PP (31构象),普通有3种晶型A.构象不同B.构象同,但排列方式不同C.结晶条件不同如: 聚丁烯-1 31为三

8、方, 113为四方 第18页第18页2.3.1 晶体结构基本知识6. 异质同晶现象 allomerism(1)定义: 不同结构单元在晶格中能相互取代现象 或不同结构单元能够排入同一个晶格现象(2)原因:如: PP 31，聚丁烯-1 31 ,能够形成共晶不同结构单元对应均聚物含有相同结晶结构第19页第19页2.3.1 晶体结构基本知识7. 晶格缺点 lattice model(1)定义: 空间点阵周期性 在空间中断现象(2)类型:酝晶(准晶)点缺点线(一维)缺点面(二维)缺点 三维 缺点原子缺点电子缺点空间点阵周期性在三维空间上不太完整晶体(晶格变形晶体)如:腈纶晶体是 典型准晶 由于聚丙烯腈是

9、由自由基聚合办法得到，呈无规立构构型，由于高分子间作用力相称大，能够结晶，但晶格规整性差。第20页第20页2.3.2 结晶形态学1.研究内容 晶体外形形状、尺寸大小和结构特性2.研究办法 光学显微镜(正交偏光)、电子显微镜、 电子衍射等3.聚合物结晶结构和形态形态结 构形成条件(1)单晶平面状单层片晶(晶片)厚度普通100埃左右,片状,链轴方向 晶片平面,以折叠链构象排入晶格极稀(0.01-0.1%)聚合物溶液中缓慢结晶第21页第21页形态结 构形成条件(2)伸直链晶体普通类似块状晶片厚度和分子链长短(分子量大小)相应;链轴 晶面;分子链呈伸直链构象互相平行排入晶格;聚合物熔体在高温高压下结晶

10、3. 聚合物结晶结构和形态图2-10a 高温高压下得到 聚乙烯伸直链片晶图2-10b 低分子量聚乙烯熔体 结晶中伸直链片晶Extended Chaincrystal第22页第22页形态结 构形成条件(3)球晶近似球状自聚合物熔体降温结晶、或从浓溶液中结晶3. 聚合物结晶结构和形态特性A.都有球晶中心,径向对称球晶:由晶片汇集成长条扭 曲状微纤束自球晶中 心出发,沿径向辐射排列 多晶汇集体。 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种球晶第23页第23页图2-15 球晶黑十字消光原理图有消光黑十字3.(3) 球晶特性 因为球晶含有结构不对称性,一束平面偏振光照到球

11、晶上后,由于折光指数不同而分成2束光速不同光。B.第24页第24页消光黑十字式中:目镜上光强;入射平面偏振光振幅;球晶中任一点和球晶中心连线与平面偏振光偏振面夹角;两束光速不同光相位差当 , , , , ,当 , , , ,暗亮 黑十字两臂分别 起偏振片和检偏振片2个光轴,形成2束光速不同光,发生干涉。第25页第25页有正负光性c轴a轴b轴分子链轴方向,折射率 最大分子链折叠方向,折射率 较小球晶中小晶粒有3个轴(与晶胞轴一致)a.若 , 为单轴球晶若 , 为双轴球晶球晶半径或 球晶半径或 球晶半径折叠链并肩排列方向,折射率 较小cn3.(3) 球晶特性C.单轴、双轴球晶第26页第26页球晶正

12、负光性正负光性b.单轴球晶:或即 , 为 负光性球晶切线方向折射率球晶半径方向折射率双轴球晶也许为 混合光性也许为 正光性也许为 负光性第27页第27页有放射状和螺旋状球晶之分放射状球晶自球晶中心出发, 呈明暗条纹图2-19 聚戊二酸丙二酯球晶 偏光显微镜照片螺旋状球晶自球晶中心出发,有明暗相间同心圆环,如PE。由于球晶中微纤束以同周期、同相位扭曲图2-20 带消光同心圆环聚乙烯 球晶偏光显微镜照片3.(3) 球晶特性D.第28页第28页图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光学原理扭转聚乙烯球晶晶片球晶径向双折射圆体旋转球晶径向晶片取向旋转第29页第29页透明性(指含有

13、球晶聚合物)普通不透明,呈半透明或乳白色因为球晶尺寸(入射光波长1/2)较大，晶区和非晶区折光指数不同,出现光折射、散射例外:a. 聚-4-甲基戊烯-1 无论球晶多大,都透明 由于晶区与非晶区密度、折光指数相近b. ABS 属于非晶高分子材料,但不透明 由于 是多组分多相高分子材料 3.(3) 球晶特性E.第30页第30页A. 含有球晶聚合物:3.(3) 球晶结构B. 在球晶内部:球晶球晶间非晶成份构成微纤束微纤束晶片之间非晶成份跨越晶片连接链晶片表面链尾、折叠链圈等多晶汇集体第31页第31页3. 聚合物结晶结构和形态(4) 串晶 shish- kebab形成条件 图2-24 串晶结构示意图1自熔体或溶液结晶时受搅动或流动而形成结构 2两部分脊纤维晶高分子链沿纤维轴方向互相平行、交错排列附生晶片纤维轴 链轴以折叠链构象排入晶格晶面 链轴脊纤维晶附生晶片第3