高分子取向结构.ppt

高分子的取向态结构,目 录,一、聚合物的取向,四、取向方向,五、取向研究的应用,二、取向机理,三、取向特点,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 取向单元,非晶态高聚物取向,晶态高聚物在拉伸取向中的结构变化,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。,（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。,1.各取向单元的取相机理,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。,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。,取向过程是一种分子的有序化过程，而热运动却使分子趋向杂乱无序，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。,2、热力学上是一种非平衡状态,四、取向方式,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,双轴取向薄膜,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。,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。,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）。,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。,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。,THANK YOU!,