聚合物的取向结构
聚合物在成型过程中为什么会发生取向
聚合物在成型过程中为什么会发生取向
在聚合物加工和成型的过程中，取向是一个非常重要的现象。
聚合物分子在加工过程中倾向于沿着特定的方向排列，这种有序排列形成了取向。
那么，为什么聚合物会在成型过程中发生取向呢？
首先，需要了解到聚合物分子本身具有一定的结构特点。
聚合物分子通常是由重复单元组成的长链结构，这些分子在自由状态下是呈无序排列状态的。
然而，在加工成型的过程中，聚合物经历了拉伸、挤压、注塑等加工操作，这些过程都会对聚合物分子施加力，从而导致分子逐渐排列成为有序结构，形成取向。
其次，聚合物在加工成型时会受到外部力的影响。
在加工过程中，聚合物料会经历变形和流动，这一过程中受到的拉伸力、切削力等外部力会影响聚合物分子的排列方式，导致取向现象的发生。
例如，在拉伸模塑过程中，聚合物链会沿着拉伸的方向有序排列，形成拉伸取向。
而在注塑成型中，由于熔融态聚合物在流动过程中受到的应变不均匀，也会导致分子取向的发生。
此外，成型工艺条件也是影响聚合物取向的重要因素之一。
加工过程中的温度、压力、速度等参数都会影响聚合物分子的排列方式和取向程度。
在不同的成型工艺条件下，聚合物分子的取向特征也会有所不同。
通过合理控制成型工艺参数，可以实现对聚合物取向的调控，从而得到符合要求的制品性能。
总的来说，聚合物在成型过程中发生取向是由于聚合物分子受到外部力的作用而发生有序排列的现象。
通过了解取向的形成机制，加工工程师可以针对具体的产品要求和工艺条件，调整加工参数，控制取向现象，从而获得更好的成型效果和性能表现。
1。
聚合物的结构与性能知识讲解
聚合物的结构与性能
（2）球晶
聚合物结晶最常见的结晶形态，是一种圆球状的晶体，尺 寸较大，一般是由结晶性聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却 时形成的。球晶在正交偏光显微镜下可观察到其特有的黑十字 消光或带同心圆的黑十字消光图象。
6.2 高分子的聚集态结构
高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构， 它是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构。
聚合物的结构与性能
虽然高分子的链结构对高分子材料有显著影响，但由 于聚合物是有许多高分子链聚集而成，有时即使相同链结 构的同一种聚合物，在不同加工成型条件下，也会产生不 同的聚集态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物 的聚集态结构对聚合物材料性能的影响比高分子链结构更 直接、更重要。
差；如：
C2 H CH H
C2 HCH C3 H
C2 H CH
柔 顺 性 ： 聚 乙 烯 > 聚 丙 烯
> 聚 苯 乙 烯
聚合物的结构与性能
对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱， 柔顺性大。侧基对称性越高，分子链柔顺性越好。如：
CH2 CH CH3
CH3 CH2C
CH3
柔顺性： 聚丙烯 < 聚异丁烯
（1）主链结构 当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。 这是因为O、N原子周围的原子比C原子少 ，内旋转的
位阻小；而Si-O-Si的键角也大于C-C-C键，因而其内旋转 位阻更小，即使在低温下也具有良好的柔顺性。 如：
聚合物的结构与性能
O COC
聚 酯
OH CNC
聚 酰 胺
高分子聚合物的取向表征
高分子聚合物的取向表征用途高分子和它的链段本身具有较大的长度，因此在空间上必然指向一定的方向。
当高分子链段在空间随机取向时，由概率论可知，此时分子或分子链段指向各个方向的几率是相同的。
在宏观上，高分子的这种取向方式使高分子聚合物在各个方向上呈现相同的品质，即各向同性性质。
高分子链段也可能沿某些方向规整地周期性排列，从而形成高分子晶体。
在一些条件下，如外力，流动等，相当数量的高分子链段会平行指向同一方向，由此形成的高分子聚集态结构被称作取向态结构。
高分子链段平行地向同一方向排列的现象叫做高分子聚合物的取向。
表征方法及原理1.高分子聚合物中分子链的取向度1.1 高分子聚合物的取向由于高分子聚合物取向后多数分子链段指向同一个方向，在这一方向上，高分子聚合物的宏观性能显然与其他方向存在差异，材料呈各项异性性质。
在力学性能上，取向方向的强度、刚度会明显提高，而与之垂直方向上的强度和刚度则可能会降低。
在光学性能上，高分子聚合物的取向导致双折射现象的出现。
热性能上，热膨胀系数在取向和非取向方向上不同。
高分子聚合物在外力作用下的取向有两种方式：l 单轴取向l 双轴取向单轴取向：高分子聚合物在单一方向上被外力拉伸；聚合物的长度增加，厚度和宽度减小。
分子链受外力的影响指向受力方向。
双轴取向：外力在两个互相垂直的方向拉伸高分子聚合物。
聚合物的在受力方向的长度增加，厚度减小，高分子链段相对于拉伸平面平行排列，在拉伸平面内则为随机排列。
可见，双轴取向后，高分子聚合物在拉伸平面内的性能呈各项同性。
1.2 取向度高分子聚合物中分子链段向特定方向排列的程度叫做取向度。
取向度一般用取向函数F表示：F=0.5 (3cos2θ —1)在定义取向函数时，通常取一特定的方向（如拉伸方向）作为参考方向，取分子的链轴方向与参考方向的夹角为取向角，θ。
对于实际的高分子聚合物，θ不是一个定值，而是按一定的方式分布，因此取向函数方程中的θ往往采用实际取向角的平均值。
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。
高分子物理聚合物的结构(计算题：均方末端距与结晶度)
聚合物的结构（计算题：均方末端距与结晶度）1.简述聚合物的层次结构。
答：聚合物的结构包括高分子的链结构和聚合物的凝聚态结构，高分子的链结构包括近程结构（一级结构）和远程结构（二级结构）。
一级结构包括化学组成、结构单元链接方式、构型、支化与交联。
二级结构包括高分子链大小（相对分子质量、均方末端距、均方半径）和分子链形态（构象、柔顺性）。
三级结构属于凝聚态结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构。
构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
（要改变构型，必须经过化学键的断裂和重组。
）高分子链的构型有旋光异构和几何异构两种类型。
旋光异构是由于主链中的不对称碳原子形成的，有全同、间同和无规三种不同的异构体（其中，高聚物中全同立构和间同立构的总的百分数称为等规度。
）。
全同（或等规）立构：取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成间同立构：取代基相间地分布于主链平面的两侧或者说两种旋光异构单元交替键接无规立构：取代基在平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构单元完全无规键接几何异构是由于主链中存在双键而形成的，有顺式和反式两种异构体。
构象：原子或原子基团围绕单键内旋转而产生的空间分布。
链段：把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元链节（又称为重复单元）：聚合物中组成和结构相同的最小单位高分子可以分为线性、支化和交联三种类型。
其中支化高分子的性质与线性高分子相似，可以溶解，加热可以熔化。
但由于支化破坏了高分子链的规整性，其结晶能力大大降低，因此支化高分子的结晶度、密度、熔点、硬度和拉伸强度等，都较相应的线性高分子的低。
交联高分子是指高分子链之间通过化学键形成的三维空间网络结构，交联高分子不能溶解，只能溶胀，加热也不能熔融。
高分子链的构象就是由单键内旋转而形成的分子在空间的不同形态。
单键的内旋转是导致高分子链呈卷曲构象的根本原因，内旋转越自由，卷曲的趋势就越大。
聚合物的取向结构
聚合物的取向结构
聚合物的取向结构指的是聚合物链上重复单元的排列方式和空间取向。
根据取向结构的不同，聚合物可以分为无取向结构、取向结构和复合取向结构三种类型。
1. 无取向结构：即无规共聚物（random copolymer）。
在聚合
物链上，由于无法通过统一规则的取向方式，重复单元的排列呈现随机性。
这种结构的聚合物具有均一、无序的特点。
2. 取向结构：即有序聚合物（ordered polymer）。
这种聚合物中，重复单元会按照一定的规则排列，呈现一定程度的有序性。
例如，具有晶体结构的聚合物链会通过长程有序的方式排列。
这种结构的聚合物具有较高的物理性质和热稳定性。
3. 复合取向结构：即具有多个取向状态的聚合物。
这种聚合物链上的重复单元在不同位置可能呈现不同的取向方式，或者由于环境的影响，取向结构发生变化。
这种结构的聚合物在特定条件下可以表现出不同的物理性质。
聚合物的取向结构对其性能和应用具有重要影响。
不同的取向结构决定了聚合物的力学强度、熔点、热稳定性等特性，因此取向结构的控制和调控是相关领域的研究重点。
高分子物理 取向态
4、晶态高聚物的取向
晶态高聚物的拉伸取向比较复杂，过变：
在拉伸的初始 阶段，球晶被拉长 而成椭球形，此过 程可逆。
2）、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 下两种结构：
（1）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。
5、取向度及其测定
为了研究高聚物的取向程度，引入取向度 的概念。
取向度—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（F）
表示：
F 1 3cos2 1 2
θ—平均取向角，
取向方向 分子链
是分子链主轴方向与取向方向之间的夹角 θ
完全未取向（无规取向）：F=0 cos2θ=1/3 θ=54°44″
（2）伸直链晶体：
形成新的取向的折叠链片晶
形成完全伸直链片晶
思考：是结晶高聚物的取向态稳定还 是非晶高聚物的取向态稳定？
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 来。
如：战斗机的座舱罩就是定向的PMMA经 双轴拉伸取向后制成的。
取向造成各向异性，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。
聚合物取向材料
双轴拉伸或吹塑的薄膜 熔融挤出的管材或棒材
1）单轴取向 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。
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， 而垂直于取向方向是范德华力的加和。
4.3 高聚物的取向态
1、取向现象 取向：外场作用下，聚合物分子链沿外场
聚合物 取向结构
聚合物取向结构聚合物是由重复单元组成的大分子化合物，其取向结构指的是聚合物链中重复单元的排列方式和空间关系。
聚合物的取向结构对于其性质和应用具有重要影响，不同的取向结构可以导致聚合物具有不同的力学性能、光学性质和导电性等特性。
下面将具体介绍一些聚合物的常见取向结构。
1. 线性结构：线性结构是聚合物链上的重复单元按照直线方式排列，形成一条直线状的链。
线性结构的聚合物通常具有高强度和高耐热性，具有良好的拉伸性和弯曲性，可用于制备高强度纤维和塑料等材料。
2. 支化结构：支化结构是聚合物链上的重复单元之间形成分支连接的结构。
支化结构的聚合物具有更高的密度和分子间交联，具有较高的熔点和熔融粘度。
支化结构的聚合物常用于制备高分子膜、胶粘剂和涂料等。
3. 交联结构：交联结构是聚合物链之间形成交联结构的聚合物，形成三维网络。
交联结构的聚合物具有优异的耐热性、耐化学性和机械性能，常用于制备橡胶、弹性体和涂层等。
4. 共聚结构：共聚结构是由两种或多种不同单体共同聚合形成的聚合物。
共聚结构的聚合物可以具有丰富的物理和化学性能，可以通过调节不同单体的比例和聚合条件来控制聚合物的性质。
5. 高分子晶体结构：在一些聚合物中，重复单元之间会形成有序的结晶结构。
高分子晶体结构的聚合物具有较高的结晶度和熔点，具有良好的力学性能和热稳定性。
高分子晶体结构的聚合物常用于制备纤维、薄膜和塑料等。
6. 阻段共聚物结构：阻段共聚物是由两种或多种聚合物链的阻段段组成的聚合物。
阻段共聚物的聚合物链上存在不同的聚合物段，形成有序排列的结构。
阻段共聚物具有多种特殊的性质，例如抗粘附性、光学性能和胶凝性等。
聚合物的取向结构可以通过多种方法进行研究，例如X射线衍射、核磁共振等。
通过进一步探究聚合物的取向结构，可以帮助我们更好地理解聚合物的性质和行为，从而为聚合物的设计和应用提供有力的支持。
6.2.3聚合物的取向态
6.2.4 聚合物的共混 6.2.4 聚合物的共混
通过共混可带来多方面的好处： （1）改善高分子材料的机械性能； （2）提高耐老化性能； （3）改善材料的加工性能； （4）有利于废弃聚合物的再利用。
6.2.4 聚合物的共混 6.2.4 聚合物的共混
共混与共聚相比，工艺简单，但共混时存在相容性 问题，若两种聚合物共混时相容性差，混合程度 （相互的分散程度）很差，易出现宏观的相分离， 达不到共混的目的，无实用价值。
623聚合物的取向态623聚合物的取向态624聚合物的共混624聚合物的共混所谓共混聚合物polymerblend是通过简单的工艺过程把两种或两种以上的均聚物或共聚物或不同分子量不同分子量分布的同种聚合物混合而成的聚合物材料也称聚合物合金
第 六 章 聚 合 物 的 结 构
6.2.3 聚合物的取向态 6.2.3 聚合物的取向态
通过加入相容剂（增容剂）来提高聚合物 共混的相容性。
6.2.4 聚合物的共混 6.2.4 聚合物的共混
TEM
SEM
图6-39 高抗冲聚苯乙烯的形态
6.2.3 聚合物的取向态 6.2.3 聚合物的取向态
聚合物的取向一般有两种方式：
单轴取向：在一个轴向上施以外力，使分子链 沿一个方向取向。 如纤维纺丝： 再如薄膜的单轴拉伸
6.2.3 聚合物的取向态 6.2.3 聚合物的取向态
牵伸后
热定型后
Hale Waihona Puke 获得强度获得弹性6.2.3 聚合物的取向态 6.2.3 聚合物的取向态
取向(orientation)：在外力作用下，分子链沿外力方 向平行排列。 聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及 结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。 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。而取向后的聚合物材料，在取向方向上 的力学性能得到加强，而与取向垂直的方向上，力学 性能可能被减弱。即取向聚合物材料是各向异性的， 即方向不同，性能不同。
4聚合物取向结构与性能(纤维)-武德珍
三、熔体纺丝的运动学和动力学
1、熔体纺丝线上的速度分布：
取向的测定方法
测定链取向有多种方法。平面双折射，广角X光衍射，小角 X光衍射，红外法和声学模量法等
A．双折射
原理：利用平行于纤维轴和垂直于纤维轴两方向上折光率之差来衡量取 向度。
如果振动平行于纤维轴和垂直于纤维轴时的折光指数分别为 //
n/
/
和
n，
则n n// n 就叫做纤维的双折射率。
Hermans取向因子f与双折射Δn成正比：
X
Z
r
O
S Y
取统P/计/ 均方co值s:
P sin cos
P//2 cos2
P2 sin 2 • cos2
Hermann取向因子f定义为二均方之差
f cos2 sin 2 • cos2
f cos2 sin 2 • cos2
cos2 1 2 cos2 d 1
取向对强度的影响
2.4 取向结构
例：PE的理论模量360GPa。 拉伸10倍后，30－40GPa。 二次拉伸8×4，320GPa。
取向与解取向
取向过程是分子的有序化过程，而热运 动使分子趋于无序，并且在热力学上后者是自发 过程，而前者必须在外力场存在下才能实现。
取向结构被“冻结” 取向是可逆的
取向过程与影响
取向结构单元： 无定形中链段、分子链
(a)链段取向
(b)分子链取向
取向结构单元： 晶态结构中晶片，系带链
取向度表征： Hermans取向因子
链 段 S 与 Z 轴 成 角 ， 在 xy 平 面 上的投影与Y轴的夹角为，则 S在Z轴上和Y轴上的投影分别 为：
高分子物理课件第二章
2、同质多晶现象
聚乙烯的稳定晶系是斜方晶系，拉伸时可形成 三斜或单斜晶系。
同质多晶现象：由于结晶条件的变化，引起分 子链构象的变化或者堆积方式的改变，一种聚合 物可以形成几种不同的晶型。
形成的晶型不同，聚合物所表现出来的性能 也不相同。
3、 聚丙烯的晶胞结构
基于内聚能的加和性，即原子或基团摩尔吸引力常 数Gi的加和
CED
Gi
i
M0
CED与高聚物物理性质之间的关系
a. CED < 300 J/cm3时（70cal/cm3） 聚合物都是非极性的，分子间作用力主要是色散力，比较 弱，分子链属于柔性链，具有高弹性，作橡胶使用。 b. CED > 400 J/cm3时（100cal/cm3） 聚合物都是极性的，由于分子链上有强的极性基团或分子 间能形成氢键，分子间作用力较强，加上易于结晶和取向， 作纤维使用 c. 300 J/cm3 < CED < 400 J/cm3时（70-100cal/cm3） 聚合物的分子间作用力居中，适宜作塑料使
但是在用X射线研究聚合物的凝聚态结构时，人们 发现：聚合物内部确实存在着三维有序的规整结构。
结晶聚合物最重要的实验证据为:
x射线衍射花样(图)——一系列同心圆(德拜环) （非晶聚合物—弥散环或称无定形晕） 衍射曲线—尖锐的衍射峰 (非晶聚合物—很钝的衍射峰)
实验证明：如果高分子链本身具有必要 的规整结构，同时给予适宜的条件(温度等)， 就会发生结晶，形成晶体。
纤维（>100）
解释PE的 CED < 300J/cm3 却作为塑料使用，Why？ PE分子链的结构非常规整，很容易结晶， 从而使材料具有一定的强度，作为塑料使用。
聚合物取向结构与性能
聚合物取向结构与性能引言聚合物是一类重要的工程材料，具有广泛的应用领域。
在聚合物材料中，分子链在加工过程中会发生取向现象，这种取向结构对聚合物材料的性能有着重要的影响。
本文将探讨聚合物的取向结构对其性能的影响，并介绍一些常见的聚合物取向结构的调控方法。
聚合物取向结构的影响聚合物的取向结构是指聚合物分子链在加工过程中沿特定方向排列的程度。
聚合物取向结构的形成取决于聚合物分子链的构型和加工条件等因素。
聚合物的取向结构对其性能有着重要的影响，主要体现在以下几个方面：1.机械性能：聚合物取向结构的形成可以增强聚合物材料的刚性和强度。
分子链的取向使聚合物具有较高的刚性和抗拉强度，从而提高材料的机械性能。
2.热性能：聚合物取向结构的形成可以改变聚合物材料的热膨胀性能。
分子链的取向可以降低聚合物材料的线膨胀系数，使材料在温度变化时保持较好的稳定性。
3.电性能：聚合物取向结构的形成可以影响聚合物材料的电导率。
分子链的取向可以增大电子或离子的传输路径，从而提高聚合物材料的电导率。
4.光学性能：聚合物取向结构的形成可以改变聚合物材料的光学性能。
分子链的取向可以调控聚合物材料的透明度、色散性等光学性能参数。
聚合物取向结构的调控方法为了调控聚合物的取向结构，提高聚合物材料的性能，人们开展了大量的研究工作，并提出了多种调控方法。
以下是几种常见的聚合物取向结构的调控方法：1.拉伸法：通过拉伸聚合物样品的方法可以使聚合物分子链在拉伸方向上取向。
在拉伸过程中，分子链受到应变，增加了相互间的相互作用，从而形成取向结构。
2.扭转法：通过扭转聚合物样品的方法可以使聚合物分子链在扭转方向上取向。
扭转过程中，分子链受到剪切力的作用，从而形成取向结构。
3.冷却速率调控法：在聚合物材料的凝固过程中，通过调节冷却速率可以控制分子链的取向结构。
快速冷却会使分子链形成较强的取向结构，而慢速冷却则会使分子链形成较弱的取向结构。
4.助剂添加法：通过在聚合物材料中添加助剂可以调控聚合物的取向结构。
聚合物的取向态结构
聚合物的取向态结构聚合物是由大量重复单元组成的高分子化合物，其结构和性质很大程度上取决于单元的排列和取向态结构。
取向态结构是指聚合物链的排列方式和方向性，影响着聚合物的物理性质、力学性能和应用领域。
本文将探讨聚合物的取向态结构及其影响。
1. 聚合物链的排列方式聚合物链的排列方式分为无序排列和有序排列两种。
在无序排列中，聚合物链呈现随机的方向和位置，没有规律可循。
而在有序排列中，聚合物链具有特定的方向和位置，呈现出一定的规律性。
聚合物的有序排列通常会导致聚合物链的取向态结构形成。
2. 取向态结构的类型根据取向态结构的类型，可将聚合物的取向态结构分为无定形态、半结晶态和结晶态三种。
2.1 无定形态结构无定形态结构是指聚合物链的排列呈无序状态，链的方向和位置没有规律可循。
无定形态结构的聚合物具有高度的柔韧性和可塑性，但缺乏机械强度和热稳定性。
常见的无定形态聚合物有聚乙烯、聚丙烯等。
2.2 半结晶态结构半结晶态结构是指聚合物链的排列既有有序区域，又有无序区域。
在有序区域中，聚合物链呈现规律的排列和取向，而在无序区域中，聚合物链呈现无规律的排列和取向。
半结晶态结构的聚合物具有介于无定形态和结晶态之间的性质，具有一定的机械强度和热稳定性。
典型的半结晶态聚合物有尼龙、聚氨酯等。
2.3 结晶态结构结晶态结构是指聚合物链的排列呈高度有序的状态，链的方向和位置非常规律。
结晶态结构的聚合物具有良好的机械强度、热稳定性和耐化学腐蚀性。
聚合物的结晶度越高，其性能越优越。
常见的结晶态聚合物有聚乙烯醇、聚丙烯酸等。
3. 影响取向态结构的因素聚合物的取向态结构受多种因素的影响，包括结晶度、分子量、晶核形成速率、结晶温度等。
3.1 结晶度结晶度是指聚合物中结晶区域所占的比例，是聚合物取向态结构的重要参数。
结晶度越高，聚合物的性能越优越，力学强度和刚度也越高。
3.2 分子量分子量是影响聚合物取向态结构的重要因素之一。
高分子量的聚合物通常更容易形成有序排列和取向态结构，有利于提高聚合物的力学性能和热稳定性。
聚合物的取向态结构
聚合物的取向态结构The orientation texture of polymer摘要聚合物的取向态结构是一种不仅具有研究前景也具有实用价值的聚集态结构。
本文概述了高聚物取向与解取向、流动取向和拉伸取向、单轴取向和双轴取向，分别简述了非结晶高聚物和结晶高聚物的取向机理，前者常发生前两种取向，即链段取向和分子链取向，后者除了非晶区可能发生链段取向和分子链取向外，还可能发生晶粒等的取向。
介绍了取向度F的定义及其相关测定方法，有广角X射线衍射法（Wide-angle X-ray Diffraction）、声波传播法（Sound Velocity Method）、光学双折射法（Birefringence Anisotropic Method）、红外二向色性法（Infrared Dichroism）等。
从高聚物的结构、温度、应力和时间、拉伸比和拉伸速率这四方面讨论了影响聚合物取向的因素。
最后，概括了聚合物在取向研究上的应用与前景。
关键词：取向态，单轴拉伸，双轴拉伸，取向度AbstractThe orientation texture of polymer is an academically potential and practical field. This paper describes the content and definition of orientation and disorientation, flow-orientation and stretch-orientation, uniaxial-orientation and biaxial-orientation, introduces the orientation mechanism of non-crystalline polymer and crystalline polymer, the former usually contains segment orientation and chain orientation, the latter contains not only segment orientation and chain orientation in amorphous region, but also grain orientation . In this paper,degree of orientation (F) and its measuring methods are also introduced, as Wide-angle X-ray Diffraction, Sound Velocity Method, Birefringence Anisotropic Method, Infrared Dichroism. Besides, effects of polymer structure, temperature in process, stress and time,draw ratio and stretching velocity on orientation are also evaluated, and finally this article makes a summary about the application and prospect.Key words:Orientation; Uniaxial-orientation; Biaxial-orientation; Degree of orientation物质的聚集态是指大量原子或分子以某种方式（结合力）聚集在一起，能够在自然界相对稳定存在的物质形态。
3.聚合物的取向态结构
聚合物的取向态结构1.取向：大分子链、链段或微晶在某些外力作用下，可以沿着外力方向有序排列，这种有序排列叫做取向（一维或二维有序）<非平衡状态>2.取向对材料性能的影响（1）沿取向方向上的力学性能提高，与取向垂直的方向上则降低（2）产生光学双折射现象（3）使用温度提高，密度、Tg、结晶度都会提高3.取向的类型（1）单轴取向：分子链或链段沿拉伸方向择优取向（纤维）（2）双轴取向：分子链或链段倾向于与拉伸平面平行排列，但在x、y平面内分子的排列是无序的（薄膜）4.取向机理（1）链段取向：通过单键的内旋转引起的链段运动来完成（>Tg）（2）分子链取向：通过各链段的协调运动来完成（Tf）（3）晶粒取向：通过晶区的破坏和重新排列来完成（外力作用）①非晶态聚合物的取向：高弹态：链段取向；粘流态：分子链取向②晶态聚合物的取向：微晶取向；非晶区中发生链段和分子链取向（外力作用下）5.解取向：外力场除去，分子热运动将使有序结构自发地趋向无序化（熵增）（1）解取向：链段解取向、分子链解取向：取向越快，解取向越快，故链段解取向优先发生（2）取向后降温至Tg以下，“冻结”获取向材料（3）晶态取向比非晶态取向稳定；晶态取向在晶格破坏之前是无法解取向的6.解取向的表征（1）取向函数物理意义：定量表示取向程度（2）取向单元完全平行于参考方向：φ=0，f=1（理想取向）取向单元完全垂直于参考方向：φ=90°，f=﹣1/2完全不取向：f=07.取向度的测定实验原理：（1）双折射法：分别测定平行和垂直于纤维轴的折光指数，其差值的最大值可以用来计算取向度（2）声速法：声速在高聚物中的传播速度与高分子链的取向有关，可以用平行和垂直于分子链方向上的声速来计算取向度（取向方向上的传播速度比垂直于取向方向上的传播速度快）（3）XRD：测定衍射圆弧强度来计算取向函数或测定cos2φ来计算f（4）红外二色法：聚合物试样中某基团的吸光强度与振动偶极距M有关，未取向高聚物M 的变化方向呈均匀分布，而取向聚合物M也发生取向。
聚合物的取向结构
聚合物的取向结构1.简述取向是指在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。
聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。
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。
而取向后的聚合物材料，在取向方向上的力学性能得到加强，而与取向垂直的方向上，力学性能可能被减弱。
取向聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能不同。
聚合物的取向一般有单轴取向和双轴取向两种方式。
单轴取向指在一个轴向上施以外力，使分子链沿一个方向取向。
如纤维纺丝、薄膜的单轴拉伸。
双轴取向一般在两个垂直方向施加外力。
如薄膜双轴拉伸，使分子链取向平行薄膜平面的任意方向。
在薄膜平面的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。
2.实例2.1聚丙烯薄膜水蒸汽透过系数是评价包装材料阻水性能的重要参数之一。
分子取向程度不同，材料的水蒸汽透过系数也不相同。
聚丙烯是半结晶性材料，存在结晶区与无定形区。
结晶区结构比较紧密，通常情况小分子物质从结构松散的无定形区中通过，而经过取向拉伸后聚丙烯的结晶度将提高，结构松散的无定形区将减少，因此小分子物质通过PP的有效途径就减少了。
BOPP薄膜的结晶度要高于OPP薄膜的结晶度，因此在一定的温湿度条件下，双向拉伸聚丙烯(BOPP)、单向拉伸聚丙烯(OPP) 和未拉伸聚丙烯(CPP)三种薄膜的透湿系数值依次增加。
说明拉伸取向操作可提高PP 薄膜的阻湿性能。
薄膜单轴拉伸时，与拉伸方向平行的强度随着拉伸比的增加而增加，但垂直于拉伸方向的强度则随之下降。
例如，把聚丙烯（PP）薄膜高度拉伸，那么在拉伸方向上薄膜的强度非常高，但在垂直拉伸方向上，薄膜就非常容易被撕裂，从而形成“裂膜纤维”。
目前市场上大量使用的包扎带就是拉伸成纤化的PP裂膜纤维。
在一定的温度条件下，拉伸比越大，则PP分子链的取向度越大，即薄膜的断裂伸长率减小，冲击强度、耐折性增大，力学强度提高、模量增大、透气、光泽性变好。
2-1 第二章 凝聚态-晶态、非晶态
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2.1晶态聚合物的结构 2.2非晶态聚合物结构 2.3 高分子液晶 2.4 聚合物的取向结构 2.5 多组分聚合物
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教学内容：聚合物的各种凝聚态结构（晶 态、非晶态、液晶态、取向和织态结构）
教学目的：通过本章的学习全面掌握高分子链之间的 各种排列方式及由此而产生的各种凝聚态结构，弄清 高分子链结构条件和外部条件与凝聚态结构之间的关 系，了解各种凝聚态结构的表征和应用，初步建立凝 聚态结构与性能之间关系。 重点和难点：各种凝聚态结构（晶态、非晶态、液晶 态、取相态、高分子合金的织态）的结构特点、形成 条件和性能差异。
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空间格子（空间点阵）
• 把组成晶体的质点抽象成为几何点，由这些等同的几 何点的集合所形成的格子，称为空间格子，也称空间 点阵。 • 点阵结构中，每个几何点代表的是具体内容，称为晶 体的结构单元。 • 所以，晶体结构=空间点阵+结构单元
晶体结构与点阵的关系
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• 直线点阵——分布在同一直线上的点阵
a b c, a b g 90 0
a b c, a g 90 0 , b 90 0
a b c,a b g 90 0
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晶面和晶面指数
晶格内所有格子点全部集中在相互平行的 等间距的平面群上，这些平面叫做晶面。 晶面与晶面之间的距离叫做晶面间距。
• 具有较大的侧基的高分子，为了减小空间阻碍， 降低位能，则必须采取旁式构象。 例如：全同PP， 聚邻甲基苯乙烯， 聚甲基丙烯酸甲酯PMMA， 聚4-甲基-1-戊烯 ， 聚间甲基苯乙烯 等。
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等规聚丙烯（IPP）
1．PP构象（螺旋构象H31） 2．晶系：单斜、六方、拟六方 3．晶胞俯视图（单斜）
(完整)第十章 聚合物材料取向度
第十章聚合物材料取向度§10.1 引言聚合物材料在挤出、注射、压延、吹塑等加工过程中，以及在温度场、压力场、电（磁）场等的作用下, 大分子链或链段，微晶必然要表现出不同程度的取向. 聚合物材料取向后，在以共价键相连的分子链方向上，单位截面化学键数目明显增加, 抗拉强度大大加强；在垂直分子链方向上，主要是分子链间较弱的V an der Waals 力作用，强度可能降低，使材料具有各向异性。
在与外力作用方向相同的方向上，聚合物材料具有较大的破坏强度和较高的伸长率, 对材料的物理机械性能以及使用均有相当大影响, 因此研究聚合物取向度及其过程是很有实际意义的。
本章着重阐述用 X 射线衍射方法测定结晶聚合物材料的取向。
取向是指样品在纺丝，拉伸，压延，注塑，挤出以及在电（磁）场等作用下分子链产生取向重排的现象. 在取向态下, 结晶聚合物材料分子链择优取向。
取向分为单轴取向 (如纤维）和双轴取向（如双向拉伸膜) (图10.1），以及空间取向, 即三维取向 (如厚压板)。
本章只讨论用 X 射线法测定聚合物分子链的单轴和双轴取向.对于分子链择优取向的表征, 一是要确定取向单元; 二是要选定参考方向. 纤维状单轴取向聚合物, 取向单元可取聚合物结晶主轴 (分子链轴) 或某个晶面法线方向; 参考方向取外力作用方向或称纤维轴方向。
双轴取向单元可取一个晶面; 参考方向也可取晶体的某个晶轴或晶面. 按两相模型理论，结晶聚合物包含有晶区与非晶区, 所以取向分为晶区取向、非晶区取向和全取向. 由于材料取向后，在平行于取向方向和垂直于取向方向上表现出不同的光学的、声学的以及光谱方面的性质，据此产生了不同测定取向方法. 即有：光学双折射法；声学法；红外二色性法； X 射线衍射法和偏光荧光法等。
光学双折射法和声学法是基于在平行和垂直取向方向的折光指数（光学双折射法）或声音传播速度(声学法）不同而建立的测定取向的方法。
这两种方法均可测定样品总的取向，即包括晶区取向和非晶区取向. 然而两者又有不同，光学双折射法可较好测定链段取向；声学法则可较好反映分子链的取向. 红外二色性法是根据平行和垂直取向方向具有不同的偏振光吸收原理建立的方法, 它亦是测定晶区与非晶区两部分的总取向。
高分子物理-4取向态
上式成立有两种方法: (1) 降低温度T (只能适当的降低)
(2) 降低 S c Sc Sc Saຫໍສະໝຸດ 从取向态结晶 Sc Sc So
Sc
Sc Sc
So Sa
Q: 怎样保证纤维既有较高的强度又有 较好的弹性?
一次拉伸 热定形
二次拉伸
3 取向度
取向函数 f 1 3cos21 2
非晶区
Amorphou s region
链段取向
Crystalline polymer
晶区
Crystal region
球晶变形，晶片 倾斜、滑移、取向
取向与解 取向问题
聚合物可以取向，但取向是一种热力学 不稳定状态，在一定的外力、时间、温 度下又有解取向。
2 聚合物的取向机理
非晶态聚合物:
链段取向 分子链取向
取向过程是热力学不平衡态（有序化不是 自发的）；解取向过程是热力学平衡态 （无序化是自发的。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，获得取向材料，必须在 取向后迅速使温度降低到玻璃化温度以下， 使分子和链段“冻结”起来，这种“冻结” 仍然是热力学非平衡态。只有相对稳定性， 时间长了，温度升高或被溶剂溶胀时，仍然 有发生自发的解取向性。
例2：薄膜也可单轴取向。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 氏力）。
例3：尼龙丝未取向的抗张700-800kg/cm2；
尼龙双取向丝的抗拉4700-5700 kg/cm2。
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拉伸可以使链段取向，即链段沿外场方向平排列，但整
个分子链的排列仍然是杂乱的。 较高温度时
拉伸使分子链取向，整个分子链均沿外场方向平行排列。
❖ 取向过度，分子排列过于规整，分子间相互 作用力太大，纤维弹性太小，呈现脆性。
❖ 在实际使用上，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。
谢谢大家
❖ 在加工成型时可以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高分 子链得到良好的取向，以达到高强度，然后 在用快的过程使链段解取向，使其具有弹性。
按照外力不同
单轴取向 只沿一个方向拉伸，长度增加，厚度宽度减
小，高分子链或链段倾向于沿拉伸方向取向。
双轴取向 沿两个互相垂直的方向拉伸，面积增加，厚
聚合物的取向结构
专业：材料学（高分子） 姓名：祝诗洋
聚合物取向结构 （oriented structure）
聚合物材料在外力作用下，分子链可 以在外力作用的方向整齐的排列起来， 这个过程成为取向。
双轴拉伸和吹塑的薄膜
纤维材料及熔融挤出的管材棒材
取向结构对材料的力学、光学、热性能影响显著
取向现象和取向机理
向，在平面上就是各向同性的了。
取向度及其测定方法
❖ 取向函数f
❖ f=½ ﹙3cos2ø－1﹚
❖ Ø —分子链主轴方向与取向方向之间的夹角，称 取向角。
Ø 取向方向
测定方法
❖ 光学显微镜测定双折射 反映晶区和非晶区两种取向的总效果
声速法测定 所测取向度是晶区和非晶区部分的平均取向度
广角X射线衍射法 测定的是晶区的取向度Biblioteka 红外二向色性 测定晶区和非晶区的取向度
取向研究的应用
❖ 尼龙等合成纤维生产中广泛采用牵伸工艺来大幅度 提高其拉伸强度
❖ 电影胶卷片基、录音录像磁带采用双轴拉伸薄膜 ❖ PMMA制作的战斗机上透明机舱，取向后冲击强度提
高 ❖ PVC或ABS为原料生产安全帽，采用真空成型工艺来
获得取向制品，提高安全帽承受冲击力的能力
度减小，高分子链或链段倾向于与拉伸平面平行排列， 但在xy平面内分子排列是无序的。
❖ 单轴取向的薄膜：平面上出现各向异性，取向方向上
原子间主要以化学键相连接，而垂直于取向方向上则是范德 华力。垂直于取向方向的强度降低了，实际使用中，发生破 坏，实际强度比未取向的还差。
❖ 双轴取向的薄膜：分子链取平行于薄膜平面的任意方