第2章聚合物的凝聚态结构
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一次拉伸
热定形
二次拉伸
2.3.3 取向度
1 取向函数 f = 3cos 2 θ − 1 2 θ 为取向角, 指分子链主轴方向与取向方向之间的夹角
Orientation state No orientation (molecular chains orient randomly, isotropic) Perfectly parallel orientation Perpendicular orientation (chain orient perpendicular to the fiber axis) Partial orientation
2.3.2 聚合物的取向机理
非晶态聚合物:
链段取向 分子链取向
晶态聚合物:
非晶区: 链段与分子链取向 晶区: 微晶(晶粒)的取向
取向与解取向
取向与结晶
取向态是一种热力学不稳定状态, 分子链或 链段在一维或二维方向有序排列 取向有利于结晶
取向态的聚合物在一定的外界条件下会 解取向.取向有利于结晶ຫໍສະໝຸດ 2.3.1 聚合物的取向方式
单轴取向(Uniaxial Orientation)
纤维纺丝
薄膜的单 向拉伸
双轴取向 (Biaxial Orientation)
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。
常数, 负值 负值
对于结晶过程: ΔGc = ΔH c − T ΔSc ≤ 0 上式成立有两种方法: (1) 降低温度T (2) 降低 (只能适当的降低)
ΔSc
ΔSc = Sc − S a
ΔS = Sc − So ΔSc∗ < ΔSc
∗ c
从取向态结晶
Sc
So
Sa
Q: 怎样保证纤维既有较高的强度又有 较好的弹性?
(1) 声速法
基本原理:
声速沿分子链的传播速度>>链间的传播速度
Cunoriented 2 ) f = 1− ( C
2
声波在完全未取向聚合物中的传播速度
待测聚合物取向方向上的传播速度
2 Cunoriented 2 cos θ = 1 − ( ) C 3
这种方法得到的是晶区和非晶区的平均取向度, 由于声波在高 聚物中的波长较大, 该方法反映的只是分子链取向的情况.
Before orientation Structure of aggregation state Physical properties Disordered isotropic After orientation Different degree of orders anisotropic
双轴拉伸或吹塑的薄膜 聚合物取向方法 纤维 熔融挤出的管材和棒材
(2) 双折射法
双折射取向因子
Δn
n// − n⊥ Δn fB = = 0 0 Δnmax n// − n⊥
这种方法测得的取向度 与晶区和非晶区的总取 向度有关, 该方法反映 的是链段的取向.
f
(3) 广角X射线衍射法
拉伸取向过程中, 随取向度的增加, 环形衍 射变成圆弧并逐渐缩短, 最后成为衍射点的 事实, 以圆弧的长度的倒数作为微晶取向度 的量度.
非晶态结构模型
无规线团模型: Flory
在非晶态聚合物中，高分子链无论在θ溶剂或 者本体中，均具有相同的旋转半径，呈现无 扰的高斯线团状态。 橡胶弹性模量不随稀释剂的加入而变化
橡胶的弹性理论和溶液的流体力学性能
局部有序模型: Yeh等
认为非晶聚合物中具有3~10nm范围的局部 有序性。
SANS测量的分子尺寸一般大于10nm, 而对小 于10nm的区域不敏感 密度比完全无序模型计算的要高 某些聚合物结晶速度极快 TEM直接观察的结果
第2章 聚合物的凝聚态结构
非晶态结构 (Amorphous) 取向态结构 (Orientation)
2.2 非晶态结构
非晶态聚合物通常指完全不结晶的聚合物. 包括玻璃体, 高弹体和熔体. 从分子结构上讲, 非晶态聚合物包括:
链结构规整性差的高分子, 如a-PP, PS等 链结构具有一定的规整性, 但结晶速率极慢, 如 PC等 常温为高弹态, 如PB等
(
)
f
0 1 -1/2 -1/2~1
cos 2 θ
1/3 1 0
θ
54o44’ 0o 90o
取向度的测量方法
声速法 (Sound velocity method) 双折射法 (Birefringence anisotropic method) 广角X射线衍射法 (Wide-angle X-ray diffraction) 红外二向色性 (Infrared Dichroism )
(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
Random coils
local orders
Local orders, if exist, are limited to short-range no more than a few of tens of Angstroms.
2.3 取向态结构
取向: 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特定方向的择优 排列。
热定形
二次拉伸
2.3.3 取向度
1 取向函数 f = 3cos 2 θ − 1 2 θ 为取向角, 指分子链主轴方向与取向方向之间的夹角
Orientation state No orientation (molecular chains orient randomly, isotropic) Perfectly parallel orientation Perpendicular orientation (chain orient perpendicular to the fiber axis) Partial orientation
2.3.2 聚合物的取向机理
非晶态聚合物:
链段取向 分子链取向
晶态聚合物:
非晶区: 链段与分子链取向 晶区: 微晶(晶粒)的取向
取向与解取向
取向与结晶
取向态是一种热力学不稳定状态, 分子链或 链段在一维或二维方向有序排列 取向有利于结晶
取向态的聚合物在一定的外界条件下会 解取向.取向有利于结晶ຫໍສະໝຸດ 2.3.1 聚合物的取向方式
单轴取向(Uniaxial Orientation)
纤维纺丝
薄膜的单 向拉伸
双轴取向 (Biaxial Orientation)
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。
常数, 负值 负值
对于结晶过程: ΔGc = ΔH c − T ΔSc ≤ 0 上式成立有两种方法: (1) 降低温度T (2) 降低 (只能适当的降低)
ΔSc
ΔSc = Sc − S a
ΔS = Sc − So ΔSc∗ < ΔSc
∗ c
从取向态结晶
Sc
So
Sa
Q: 怎样保证纤维既有较高的强度又有 较好的弹性?
(1) 声速法
基本原理:
声速沿分子链的传播速度>>链间的传播速度
Cunoriented 2 ) f = 1− ( C
2
声波在完全未取向聚合物中的传播速度
待测聚合物取向方向上的传播速度
2 Cunoriented 2 cos θ = 1 − ( ) C 3
这种方法得到的是晶区和非晶区的平均取向度, 由于声波在高 聚物中的波长较大, 该方法反映的只是分子链取向的情况.
Before orientation Structure of aggregation state Physical properties Disordered isotropic After orientation Different degree of orders anisotropic
双轴拉伸或吹塑的薄膜 聚合物取向方法 纤维 熔融挤出的管材和棒材
(2) 双折射法
双折射取向因子
Δn
n// − n⊥ Δn fB = = 0 0 Δnmax n// − n⊥
这种方法测得的取向度 与晶区和非晶区的总取 向度有关, 该方法反映 的是链段的取向.
f
(3) 广角X射线衍射法
拉伸取向过程中, 随取向度的增加, 环形衍 射变成圆弧并逐渐缩短, 最后成为衍射点的 事实, 以圆弧的长度的倒数作为微晶取向度 的量度.
非晶态结构模型
无规线团模型: Flory
在非晶态聚合物中，高分子链无论在θ溶剂或 者本体中，均具有相同的旋转半径，呈现无 扰的高斯线团状态。 橡胶弹性模量不随稀释剂的加入而变化
橡胶的弹性理论和溶液的流体力学性能
局部有序模型: Yeh等
认为非晶聚合物中具有3~10nm范围的局部 有序性。
SANS测量的分子尺寸一般大于10nm, 而对小 于10nm的区域不敏感 密度比完全无序模型计算的要高 某些聚合物结晶速度极快 TEM直接观察的结果
第2章 聚合物的凝聚态结构
非晶态结构 (Amorphous) 取向态结构 (Orientation)
2.2 非晶态结构
非晶态聚合物通常指完全不结晶的聚合物. 包括玻璃体, 高弹体和熔体. 从分子结构上讲, 非晶态聚合物包括:
链结构规整性差的高分子, 如a-PP, PS等 链结构具有一定的规整性, 但结晶速率极慢, 如 PC等 常温为高弹态, 如PB等
(
)
f
0 1 -1/2 -1/2~1
cos 2 θ
1/3 1 0
θ
54o44’ 0o 90o
取向度的测量方法
声速法 (Sound velocity method) 双折射法 (Birefringence anisotropic method) 广角X射线衍射法 (Wide-angle X-ray diffraction) 红外二向色性 (Infrared Dichroism )
(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
Random coils
local orders
Local orders, if exist, are limited to short-range no more than a few of tens of Angstroms.
2.3 取向态结构
取向: 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特定方向的择优 排列。