材料的结晶行为及性能

1、聚合物结晶行为及性能,目录,1 引言 2 聚合物的结晶行为 结晶能力的影响因素 结晶速度的影响因素 3 结晶行为对高聚物性能的影响,1 引言,晶态,非晶态,结晶条件,分子结构的对称性和规整性,结晶条件，如温度和时间等,2 聚合物的结晶行为,聚合物结晶行为的一个明显特点就是不同高分子链的结晶能力和结晶速度差别很大。其根本原因是不同的高分子具有不同分子结构，它们有不同的对称性和规整性。,第四节 结晶高聚物的转变,b.规整性 主链中含有不对称碳原子的聚合物，结晶能力与分子链的立体规整性有很大的关系。 无规立构的pp、ps、pmma都不能结晶，但其全同立构和间同立构异构体都能结晶，结晶能力大小与聚合物

2、立体规整度有关，立体规整度越高，结晶能力越强。,结晶能力的影响因素,无规高分子是否一定不能结晶?,pvc: 自由基聚合产物, 氯原子电负较大, 分子链上相邻的氯原子相互排斥, 彼此错开, 近似于间同立构, 因此具有微弱的结晶能力, 结晶度较小(约5%),pva: 自由基聚合的聚乙酸乙烯基酯水解而来, 由于羟基体积小, 对分子链的几何结构规整性破坏较小, 因而具有结晶能力, 结晶度可达60%,聚三氟氯乙烯: 自由基聚合产物, 具有不对称碳原子且无规, 但由于氯原子与氟原子体积相差不大, 仍具有较强的结晶能力, 结晶度可达90%,结晶能力的影响因素,2.共聚 无规共聚通常既破坏链的对称性，又破坏链

3、的规整性，使结晶能力下降。 pe、pp是结晶度较高的塑料，epr则是弹性体；pp接少量pe仍为塑料，e-p等量则为乙丙胶。 如果两种共聚单体的均聚物结晶结构相近时，共聚物也可以结晶。如乙烯-四氟乙烯共聚物，乙烯-乙烯醇共聚物等。 嵌段共聚物的各个嵌段基本上保持相对独立性，其中能结晶的嵌段将形成自己的结晶区，起到物理交联作用，如聚酯-聚丁二烯-聚酯是一种tpe。,结晶能力的影响因素,3.链柔性 一定的链柔性是结晶生长过程所必需的，链的柔性差，将会导致结晶能力下降。 pe（易结晶） pet（含苯环，结晶能力弱） pc（苯环密度大，不易结晶） 但是若链柔性太好，分子链虽然容易排入晶格，但也容易从晶格

4、上脱落，实际上也不能结晶，如聚二甲基硅氧烷。,结晶能力的影响因素,4.分子间作用力 适当的分子间作用力，有利于巩固已形成的结晶结构，如尼龙6、66等，由于能形成氢键，所以结晶结构相当稳定，结晶度可达50%。 但分子间作用力过大，链的内旋转困难，阻碍分子运动，结晶能力减弱，如pan 5.交联 分子链之间的化学交联，大大限制了链的活动性，使结晶能力下降，但还能结晶.,结晶能力的影响因素,6.分子量 m，粘度，链运动能力，结晶速度。,结晶速度的影响因素,结晶过程可分为晶核生成和晶粒生长两个阶段，因此, 影响成核和生长过程的因素都对结晶速度有影响： 主要包括: 结晶温度 外力, 溶剂, 杂质 分子量,

5、成核过程: 涉及晶核的形成与稳定; 温度越高, 分子链的聚集越不容易, 而且形成的晶核也不稳定. 因此, 温度越高, 成核速度越慢 生长过程: 涉及分子链向晶核扩散与规整堆砌; 温度越低, 分子链(链段)的活动能力越小, 生长速度越慢,（1）结晶温度,结晶速度的影响因素,tmax= (0.8-0.85) tm,结晶速度的影响因素,总结晶速度: 在tgtm之间可以结晶, 但结晶速度在低温时受生长过程控制, 在高温时受成核过程控制, 存在一个最大结晶速度温度。,杂质(添加剂),若起隔阂分子作用, 则阻碍结晶生长,若起晶核作用, 则促进结晶，称为成核剂,（2）压力、溶剂、杂质(添加剂),结晶速度的影

6、响因素,（3）分子量的影响,分子量m小,结晶速度快; 分子量m大,结晶速度慢。,结晶速度的影响因素,结晶聚合物的物理和机械性能、电性能、光性能在相当的程度上受结晶程度的影响。 所谓结晶度就是结晶的程度，就是结晶部分的重量或体积对全体重量或体积的百分数。,3 结晶行为对高聚物性能的影响,不同结晶度的聚合物性能比较： 结晶对聚合物性能的影响，应该用一种聚合物在晶态和非晶态下的性能对比说明。但是，完全结晶和完全非晶的试样很难得到，而且有关这方面的数据很少，只能用不同结晶度的同一种聚合物比较。,例1：pet 非晶态：室温下呈透明状，玻璃化温度为67，密度为1.33。 晶态：是不透明的，玻璃化温度为81

7、，密度为1455。,3 结晶行为对高聚物性能的影响,例2：pe 结晶度自60至80的聚乙烯试样知： 它的弹性模量从230mpa增至700mpa。其它如表面硬度和屈服应力的变化趋势也一样。,例3：聚四氟乙烯 当结晶度从60变至80时，它的弹性模量从560mpa增至1120mpa。,3 结晶行为对高聚物性能的影响,（1）力学性能,结晶度对高聚物力学性能的影响要看非晶区处于何种状态而定（是玻璃态还是橡胶态） 结晶度增加时，硬度、冲击强度、拉伸强度、伸长率、蠕变、应力松弛等力学性能会发生变化,3 结晶行为对高聚物性能的影响,（3）光学性质,物质对光的折光率与物质本身密度有关，晶区非晶区密度不同，因而对

8、光的折光率也不相同。 1) 光线通过结晶高聚物时，在晶区与非晶区面上能直接通过，而发生折射或反射，所以两相并存的结晶高聚物通常呈乳白色，不透明，如尼龙，聚乙烯等。,3 结晶行为对高聚物性能的影响,（2）密度,结晶度增大，密度增大。,结晶度减少时，透明度增加。完全非晶的高聚物如无规ps、pmma是透明的 2）并不是结晶高聚物一定透明，因为： 如果一种高聚物晶相密度与非晶密度非常接近，这时光线在界面上几乎不发生折射和反射。 当晶区中晶粒尺寸小到比可见光的波长还要小，这时也不发生折射和反射，仍然是透明的。,3 结晶行为对高聚物性能的影响,（4）热性能,（5）其它性能,结晶中分子规整密堆积，能更好的阻挡溶剂渗入，所以结