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高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
态。 此时，只有比链段更小的结构单元如链节、侧基等能够运动。 受外力作用时，只能使主链的键长和键角有微小的改变，外力去除后形变能迅速回复，这 是一种普弹性状态。
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
第7章+高分子材料的结构特征ppt课件
• ABS树脂是丙烯腈A、丁二烯B和苯乙烯S的三 元共聚物，共聚方式上无规与接枝共聚相结 合。
•
ABS兼有三种组分的特性：
• A：有—CN基，使聚合物耐化学腐蚀，提 高抗胀强度和硬度；
• B： 使聚合物呈现橡胶态韧性，提高抗冲；
• S： 的高度流动性好，便于加工成型，而 且可以改善制品光洁度。
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• 独特的链结构。高分子是由很大数目（103——105 数量级）的结构单元组成的，每一个结构单元相当 于一个小分子
• 高分子链具有柔顺性。一般高分子的主链都有一 定的内旋转自由能，可以使主链弯曲而具有柔性
• 高分子结构具有多分散性。
• 高分子聚集状态具有复杂性。高分子聚集态有晶 态和非晶态之分，且晶态存在很多缺陷，有序性 也较差。
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碳链高分子 分子链全部由碳原子以共价键相连接而组成， 多由加聚反应制得。
如：聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚丙 烯腈(PAN)。
聚乙烯
聚丙烯
HHHHHH CCCCCC HHHHHH
HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
可塑性好、容易成型加工、易燃烧、易老化、一般为通用 塑料。来源丰富、价廉、产量大、用途广。
• 1)无规则共聚：—ABBABBABAABA A—
• 2)交替共聚： —ABABABABABA B—
• 3)嵌段共聚: —AAAABBAAAABB—
• 4)接枝共聚：
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• （1）无规共聚（random）
•
——两种单体无规则地平行联结
• ABAABABBAAABABBAAA
•
由于两种单体无规则地排列改变了结
第4讲 取向结构及高分子合金的织态结构
聚合物共混物
e.g.
PVC+CPE, PP+SBS, PP+EPDM etc.
分类
嵌段共聚物 接枝共聚物
e.g. SBS, SAN e.g. ABS
IPN – Interpenetrating network 互穿网络
高分子合金的相容性 Compatibility
G 0
G H TS
G 0
两组分相容 两组分不相容
对于薄膜材料来说，要求有二维强度， 就需要双轴取向才能获得好的力学性能，此 外，胶片也一样。在生产上广泛采用双轴拉 伸和吹塑工艺来进行加工。
双轴取向与未取向薄膜的力学性能比较
性能
抗张强度 （MPa）
断裂伸长率 （%）
冲击强度 （kJ/m2）
聚丙烯
未取向
双轴取向
20~40
130~250
聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜
(3) 取向态聚合物各向异性 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。 力学性能：抗张强度及疲劳强度在取向方向上大大增
第七讲（第二章 第四节，第五节）
取向结构及高分子合金的织态结构
本讲内容：
聚合物的取向结构和高分子合金的织态结构
重点及要求：聚合物的取向现象、取向机理、取向
度的表征和应用；高分子合金的概念、相容性和组分 含量与织态结构的关系；非相容高分子合金的增容方 法和相容性表征
教学目的：了解高分子链的取向和高分子合金及其应用
取向
高分子取向结构讲解
3、塑料的吹塑
外形较简单的塑料制品，可利用吹塑工艺使聚合物发生 双轴取向来提高强度。例如用PMMA制作的战斗机上的 透明机舱，用PVC或ABS制作的安全帽，取向后冲击强 度得到提高。
高分子的取向态结构
目录
一、聚合物的取向 二、取向机理 三、取向特点 四、取向方向 五、取向研究的应用
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、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。
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。
高分子取向结构 ppt课件
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四、取向方式
Z
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
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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。
Z
双轴取向——薄膜
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五、取向研究的应用
对于非晶态聚合物，有链段取向和分子取向两种可能， 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。
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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
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。
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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）。
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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）。
高分子的取向态结构
其他因素对取向态结构的影响
高分子材料的化学结构
高分子材料的化学结构对其取向态结构具有重要影响。不同的化 学结构可能导致不同的取向态结构。
高分子材料的分子量
高分子材料的分子量也会影响其取向态结构。分子量较高的高分子 链更容易形成有序的取向结构。
外界环境因素
如温度、湿度、光照等外界环境因素也可能对高分子材料的取向态 结构产生影响。
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高分子取向态结构的理论研究
基于统计力学、量子力学、分子动力学等理论框架，对高分子取向 态结构的形成机理和物理性质进行深入研究。
高分子取向态结构与性能关系
探讨高分子取向态结构对其力学、热学、光学、电学等性能的影响 规律。
存在的问题与挑战
实验表征技术的局限性
现有实验技术在表征高分子取向态结构时存在一定的局限性和不足，需要进一步发展新的实验方 法。
高分子链的取向
取向态结构的表征方法
高分子链在外力作用下会发生取向， 即高分子链会沿着某个方向排列，形 成有序的结构。
取向态结构可以通过X射线衍射、红 外光谱、拉曼光谱等方法进行表征。
取向态结构的类型
根据高分子链取向的程度和方向，取 向态结构可以分为单向取向、双向取 向和液晶态等。
研究目的和意义
揭示高分子取向态结构与性能的关系
能源领域
高分子取向材料在太阳能电池、燃料电池、储能 器件等方面具有应用前景，为新能源领域的发展 提供支持。
环保领域
高分子取向材料可用于制备高效过滤材料、吸附 材料等环保产品，为环境保护和可持续发展做出 贡献。
06 高分子取向态结构的研究 进展与展望
研究进展概述
高分子取向态结构的实验表征
包括X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振等技术手段的应 用和发展。
高分子的取向结构
第六节 高分子液晶结构
（2）向列型液晶nematic liquid crystals，N） 在向列型液晶中，棒状分子只维持一维有序。 它们互相平行排列，但重心排列则是无序的。在 外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并 可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏 观粘度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中 流动性最好的一种。
第六节 高分子液晶结构
阻燃性优异
高分子液晶分子链由大量芳香环所构成,除 了含有酰肼键的纤维外,都特别难以燃烧。 如：Kevlar 在火焰中有很好的尺寸稳定性, 若在其中添加少量磷等,高分子液晶的阻燃 性能更好。
第六节 高分子液晶结构
电性能和成型加工性优异
高分子液晶的绝缘强度高和介电常数低,而 且两者都很少随温度的变化而变化,并导热 和导电性能低。 由于分子链中柔性部分的存在，其流动性 能好,成型压力低,因此可用普通的塑料加工 设备来注射或挤出成型,所得成品的尺寸很 精确。
第六节 高分子液晶结构
（4）精密温度指示材料和痕量化学药品指示剂 胆甾型液晶的层片具有扭转结构，对入射光具有 很强的偏振作用，因此显示出漂亮的色彩。这种 颜色会由于温度的微小变化和某些痕量元素的存 在而变化。利用这种特性，小分子胆甾型液晶已 成功地用于测定精密温度和对痕量药品的检测。 高分子胆甾型液晶在这方面的应用也正在开发之 中。
a) b) 图2-28 晶态聚合物拉伸取向是结构变化示意图 图2-27 大分子取向示意图 a) 折叠链结晶的取向 a)链段取向 b)分子链取向 b) 伸直链结晶的取向
图2-29 球晶拉伸时内部晶片变化示意图
二、取向在实际生产中的应用
对于未取向的高分子材料来说，其中的链段 为随机取向，因此材料表现出各向同性。而取向 的高分子材料中，链段在某些方向上择优取向， 导致材料形成各向异性。如力学性能中抗拉强度 和挠曲疲劳强度在取向方向上显著地增加，而与 取向方向相垂直的方向上则有所降低。由于平行 于取向方向与垂直于取向方向上的折射率不同， 形成光学各向异性，即双折射现象。此外，取向 会使聚合物的密度、玻璃化温度、结晶聚合物的 结晶度提高，从而提高其使用温度。
高分子物理课件05拉伸与取向
❖ 第三组：请为生产宽度为12.5±0.5mm、厚度为0.7±0.1mm断裂拉力为 1500N的打包带的生产选择合适的高分子材料；
❖ 第四组：请为塑料撕裂膜（结扎绳）的生产选择合适的高分子材料； ❖ 第五组：请为鱼网丝的生产选择强度最大的高分子材料； ❖ 第六组：请为地毯的生产选择合适的高分子材料。
一、非晶态高聚物的应力-应变曲线
●拉伸的工业应用
为增加纤维的拉伸强度而进行单轴拉伸；为增加塑料薄膜的强度而进行双轴拉伸。
●线型非晶态高聚物的应力-应变曲线
拉伸过程高分子链的三种运动情况：
▲弹性形变（开始～A点）
B
B
应变随应力的增加而增大，服从虎克定律，具 有普弹性能；运动单元为键长、键角。对应 为弹 性伸长极限。
高分子链排列有序化
取向与结晶的相互关系
能结晶肯定能取向，但 能取向不一定能结晶。
§3-4 高聚物的取向态结构
☆取向的特征
存在链段与高分子链两种取向单元 取向的特征 取向是一个松弛过程
存在取向与解取向的平衡
二、取向过程
☆非晶态非交联高聚物的取向过程
(a)
(b)
高分子链的取向状态
(a)高分子链不取向，链段取向
§6-1 材料的力学概念
1、外力（负荷）
对材料所施加的使材料形变的力。如拉力、压力、剪切、扭转、弯曲等。
2、内力
指材料为反抗外力，使材料保持原状所具有的力。如回缩力。
3、形变
一般是指材料爱力后产生的绝对形变值。如ΔX、ΔY、ΔZ等；
相对形变值如ΔX/X、ΔY/Y、ΔZ/Z等。
4、应力（σ）
单位面积所受的力。用 表示。
项目5运行三的总结部分
❖ 图片 PET打包带
❖ 第四组：请为塑料撕裂膜（结扎绳）的生产选择合适的高分子材料； ❖ 第五组：请为鱼网丝的生产选择强度最大的高分子材料； ❖ 第六组：请为地毯的生产选择合适的高分子材料。
一、非晶态高聚物的应力-应变曲线
●拉伸的工业应用
为增加纤维的拉伸强度而进行单轴拉伸；为增加塑料薄膜的强度而进行双轴拉伸。
●线型非晶态高聚物的应力-应变曲线
拉伸过程高分子链的三种运动情况：
▲弹性形变（开始～A点）
B
B
应变随应力的增加而增大，服从虎克定律，具 有普弹性能；运动单元为键长、键角。对应 为弹 性伸长极限。
高分子链排列有序化
取向与结晶的相互关系
能结晶肯定能取向，但 能取向不一定能结晶。
§3-4 高聚物的取向态结构
☆取向的特征
存在链段与高分子链两种取向单元 取向的特征 取向是一个松弛过程
存在取向与解取向的平衡
二、取向过程
☆非晶态非交联高聚物的取向过程
(a)
(b)
高分子链的取向状态
(a)高分子链不取向，链段取向
§6-1 材料的力学概念
1、外力（负荷）
对材料所施加的使材料形变的力。如拉力、压力、剪切、扭转、弯曲等。
2、内力
指材料为反抗外力，使材料保持原状所具有的力。如回缩力。
3、形变
一般是指材料爱力后产生的绝对形变值。如ΔX、ΔY、ΔZ等；
相对形变值如ΔX/X、ΔY/Y、ΔZ/Z等。
4、应力（σ）
单位面积所受的力。用 表示。
项目5运行三的总结部分
❖ 图片 PET打包带
高分子物理-4取向态
(4) 红外二向色性
本讲小结
掌握不同非晶态结构模型的实验事实 取向现象 取向方式 取向机理 取向度及测量方法 能够解释取向在实际中的应用
isotropic
After orientation
Different degree of orders
anisotropic
1 取向 线性高分子充分伸展时，长度与宽度 相差极大（几百、几千、几万倍）。这种结构 上时悬殊的不对称性使它们在某些情况下很容 易
沿某个特定方向占优势平行排列，这种现 象就称为取向。
目前广泛使用的包扎绳用的全同pp是单轴拉伸薄膜拉伸方向十分结实原子间化学键y方向上十分容易撕开范尼龙双取向丝的抗拉47005700kgcm材料沿两个相互垂直的方向xy拉伸面积增大厚度减小高分子链或链段倾向于与拉伸平面xy平面平行排列在xy平面上分子排列无序是各向同性的即在xy平面上各个方向都有原子与原子间的化学键存在
未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上 的性能相同(isotropic)。而取向后的聚合物材料是各 向异性的(anisotropic)，即方向不同，性能也不同。
聚合物取向方法
双轴拉伸或吹塑的薄膜 纤维 熔融挤出的管材和棒材
1 聚合物的取向方式
单轴取向(Uniaxial Orientation)
例2：吹塑工艺：将熔化的物料挤出成管状，同时压 缩空气由管芯吹入，使管状物料迅速胀大，厚度减 小而成薄膜（PE，PVC薄膜）
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，不软化点以 上，熔点以下的温度范围内急剧进行拉伸， 分子产生取向排列，当薄膜急剧冷却时， 分子被“冻结”，当薄膜重新加热到被拉 伸时的温度，已取向的分子发生解取向， 使薄膜产生收缩，取向程度大则收缩率大， 取向程度小则收缩率小。
本讲小结
掌握不同非晶态结构模型的实验事实 取向现象 取向方式 取向机理 取向度及测量方法 能够解释取向在实际中的应用
isotropic
After orientation
Different degree of orders
anisotropic
1 取向 线性高分子充分伸展时，长度与宽度 相差极大（几百、几千、几万倍）。这种结构 上时悬殊的不对称性使它们在某些情况下很容 易
沿某个特定方向占优势平行排列，这种现 象就称为取向。
目前广泛使用的包扎绳用的全同pp是单轴拉伸薄膜拉伸方向十分结实原子间化学键y方向上十分容易撕开范尼龙双取向丝的抗拉47005700kgcm材料沿两个相互垂直的方向xy拉伸面积增大厚度减小高分子链或链段倾向于与拉伸平面xy平面平行排列在xy平面上分子排列无序是各向同性的即在xy平面上各个方向都有原子与原子间的化学键存在
未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上 的性能相同(isotropic)。而取向后的聚合物材料是各 向异性的(anisotropic)，即方向不同，性能也不同。
聚合物取向方法
双轴拉伸或吹塑的薄膜 纤维 熔融挤出的管材和棒材
1 聚合物的取向方式
单轴取向(Uniaxial Orientation)
例2：吹塑工艺：将熔化的物料挤出成管状，同时压 缩空气由管芯吹入，使管状物料迅速胀大，厚度减 小而成薄膜（PE，PVC薄膜）
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，不软化点以 上，熔点以下的温度范围内急剧进行拉伸， 分子产生取向排列，当薄膜急剧冷却时， 分子被“冻结”，当薄膜重新加热到被拉 伸时的温度，已取向的分子发生解取向， 使薄膜产生收缩，取向程度大则收缩率大， 取向程度小则收缩率小。
高分子的取向结构
第六节 高分子液晶结构
阻燃性优异
高分子液晶分子链由大量芳香环所构成,除 了含有酰肼键的纤维外,都特别难以燃烧。 如：Kevlar 在火焰中有很好的尺寸稳定性, 若在其中添加少量磷等,高分子液晶的阻燃 性能更好。
第六节 高分子液晶结构
电性能和成型加工性优异
高分子液晶的绝缘强度高和介电常数低,而 且两者都很少随温度的变化而变化,并导热 和导电性能低。 由于分子链中柔性部分的存在，其流动性 能好,成型压力低,因此可用普通的塑料加工 设备来注射或挤出成型,所得成品的尺寸很 精确。
第六节 高分子液晶结构
研究发现，处于145℃和179℃之间的液 体部分保留了晶体物质分子的有序排列， 因此被称为“流动的晶体”、“结晶的液 体”。1889年，德国科学家将处于这种状 态的物质命名为“液晶”（liquid crystals， LC）。研究表明，液晶是介于晶态和液态 之间的一种热力学稳定的相态，它既具有 晶态的各向异性，又具有液态的流动性。
第六节 高分子液晶结构
（4）精密温度指示材料和痕量化学药品指示剂 胆甾型液晶的层片具有扭转结构，对入射光具有 很强的偏振作用，因此显示出漂亮的色彩。这种 颜色会由于温度的微小变化和某些痕量元素的存 在而变化。利用这种特性，小分子胆甾型液晶已 成功地用于测定精密温度和对痕量药品的检测。 高分子胆甾型液晶在这方面的应用也正在开发之 中。
第六节 高分子液晶结构
按照液晶的形成条件不同，可将其主要分为 热致性和溶致性两大类。热致性液晶是依靠温度 的变化，在某一温度范围形成的液晶态物质。液 晶态物质从浑浊的各向异性的液体转变为透明的 各向同性的液体的过程是热力学一级转变过程， 相应的转变温度称为清亮点，记为Tcl。不同的物 质，其清亮点的高低和熔点至清亮点之间的温度 范围是不同的。
高分子的取向结构和液晶结构
高分子的取向结构和液晶结构一、高分子的取向结构1、概念高分子的取向是指在外力（拉伸、牵引、挤出）作用下，其大分子链、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。
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。
在诸如挤出、牵伸、压延、吹塑等在外力作用下均可发生分子链的取向现象。
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在一定程度上有序，而结晶态则是三维有序。
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，而取向的高分子材料，其链段在某些方向上择优取向，呈现各向异性。
2、取向高聚物的性能对于取向的高分子材料来说其力学性能、光学性质及热性能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，而与取向方向相垂直的方向则下降。
因此，人们可以通过取向现象来改善产品的某些性能。
3、取向方式取向方式分为单轴取向和双轴取向。
单轴取向是指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。
双轴取向是指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。
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，用于薄膜制品。
4、高分子的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。
4.1 各取向单元的取相机理（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。
高分子的取向与各向异性单元电子教材(精)
《塑料成型加工基础》单元电子教材
高分子的取向态与各向异性
高分子经过取向后的高聚物结构如1所示。
图1 高聚物取向态的结构示意图
取向的程度可以用取向度f 表示：θθ22sin 2
31)1cos 3(21-=-=f 式中，θ——取向轴与分子链轴之间的夹角，如图2所示。
图2几种特殊的取向形式
1－完全取向，θ＝00，f ＝1； 2-无规取向，θ＝54.50，f=0； 3－垂直取向，θ＝900，f ＝-1/2 取向度可以用X-射线衍射、光双折射、红外二色性、小角光散射、偏振光等方法测定。
取向之前的高聚物的性质是各个方向平均相同；取向后，高聚物的性质会出现各向异性，即纵向与横向的性质有差异。
如力学性质的各向异性，平行于轴向的力学强度和模量增大，而垂直于轴向的强度和模量减弱。
又如光学性质的各向异性，当光线通过各向同性的物体时无双折射现象，而通过取向后的材料时，出现双折射现象，并且，双折射的量与取向度成正比。
另外，热的传导在取向材料上也各向不同。
合成纤维生产中广泛采用牵伸工艺，来大幅度地提高纤维的强度。
例如，尼龙未取向时抗张强度约只有70~80MPa ，而尼龙复丝的强度竟达470~480 MPa 。
纺丝时牵伸使纤维的
取向度提高，抗张强度提高，但是同时，断裂伸长率却降低了很多，这是由于取向过度，分子排列过于规整，分子间的相互作用力太大，纤维反而显得弹性太小，出现僵硬的现象，这样的纤维将出现脆性。
实际上，一般要求纤维具有10%~20%的弹性伸长，即要求高强度和
适当的弹性相结合。
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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）。
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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）。
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1. 各取向单元的取相机理
（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。
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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。
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。
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2、热力学上是一种非平衡状态
取向过程是一种分子的有序化过程，而热运动却使分子趋
外形较简单的塑料制品，可利用吹塑工艺使聚合物发生 双轴取向来提高强度。例如用PMMA制作的战斗机上的 透明机舱，用PVC或ABS制作的安全帽，取向后冲击强 度得到提高。
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高分子的取向态结构
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目录
一、聚合物的取向 二、取向机理 三、取向特点
四、取向方向
五、取向研究的应用
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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。
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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
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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。
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3、塑料的吹塑
分子链，链段（非晶区）
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非晶态高聚物取向 晶态高聚物在拉伸取向中的结构变化
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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。
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
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3 取向单元
非晶态高聚 物
分子链作为单元：分子链沿外力方 向平行排列，但链段未必取向（粘 流态时）
链段：链段取向，分子链可能仍然 杂乱无章（高弹态）
晶片，晶粒，晶带（晶区） 晶态高聚物
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。
பைடு நூலகம்
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四、取向方式
Z
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
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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。
Z
双轴取向——薄膜
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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。
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三、取向的特点