高分子取向結(jié)構(gòu)

1、高分子的取向態(tài)結(jié)構(gòu)高分子的取向態(tài)結(jié)構(gòu) 目目 錄錄一、聚合物的取向一、聚合物的取向四、取向方向四、取向方向五、取向研究的應(yīng)用五、取向研究的應(yīng)用二、取向機(jī)理二、取向機(jī)理三、取向特點(diǎn)三、取向特點(diǎn)一、聚合物的取向一、聚合物的取向1. 取向：在外力作用下，高分子鏈、鏈段以及結(jié)晶高聚物的晶片、晶帶沿外力作用方向擇優(yōu)排列。2. 取向態(tài)和結(jié)晶態(tài)取向態(tài)和結(jié)晶態(tài) 相同：都與高分子有序性相關(guān)，是熵減小的相同：都與高分子有序性相關(guān)，是熵減小的 過程過程相異：取向態(tài)是一維或二維有序，結(jié)晶態(tài)是三維相異：取向態(tài)是一維或二維有序，結(jié)晶態(tài)是三維 有序；有序； 取向是相對(duì)穩(wěn)定的非熱力學(xué)平衡態(tài)，取向是相對(duì)穩(wěn)定的非熱力學(xué)平衡態(tài)， 結(jié)

2、晶為熱力學(xué)平衡態(tài)；結(jié)晶為熱力學(xué)平衡態(tài)； 取向?yàn)榉亲园l(fā)過程，結(jié)晶為自發(fā)過程取向?yàn)榉亲园l(fā)過程，結(jié)晶為自發(fā)過程3 3 取向單元取向單元非晶態(tài)高聚非晶態(tài)高聚物物晶態(tài)高聚物晶態(tài)高聚物分子鏈作為單元：分子鏈沿外力方分子鏈作為單元：分子鏈沿外力方向平行排列，但鏈段未必取向（粘向平行排列，但鏈段未必取向（粘流態(tài)時(shí)）流態(tài)時(shí)）晶片，晶粒，晶帶（晶區(qū)）晶片，晶粒，晶帶（晶區(qū)）分子鏈，鏈段（非晶區(qū)）分子鏈，鏈段（非晶區(qū)）鏈段：鏈段取向，分子鏈可能仍然鏈段：鏈段取向，分子鏈可能仍然雜亂無章（高彈態(tài)）雜亂無章（高彈態(tài)）非晶態(tài)高聚物取向非晶態(tài)高聚物取向晶態(tài)高聚物在拉伸取向中的結(jié)構(gòu)變化晶態(tài)高聚物在拉伸取向中的結(jié)構(gòu)變化二、取向

3、機(jī)理二、取向機(jī)理取向過程是分子在取向過程是分子在外力作用外力作用下的下的有序化有序化過程。過程。外力除去后，分子熱運(yùn)動(dòng)使分子趨向于外力除去后，分子熱運(yùn)動(dòng)使分子趨向于無序化無序化，即稱為即稱為解取向解取向過程。同時(shí)取向的過程是在外力過程。同時(shí)取向的過程是在外力作用下作用下運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)的過程。必須克服高聚物運(yùn)動(dòng)的過程。必須克服高聚物內(nèi)部的粘滯阻力，因而完成取向過程要一定的內(nèi)部的粘滯阻力，因而完成取向過程要一定的時(shí)間。時(shí)間。（1）鏈段取向：通過）鏈段取向：通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運(yùn)動(dòng)來完引起的鏈段運(yùn)動(dòng)來完成，這種取向在玻璃化溫度以上就可以進(jìn)行。成，這種取向在玻璃化溫度以上就可以

4、進(jìn)行。（2）分子鏈取向：通過各）分子鏈取向：通過各鏈段的協(xié)同鏈段的協(xié)同運(yùn)動(dòng)來完成，只有運(yùn)動(dòng)來完成，只有在在粘流態(tài)粘流態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)。下才能實(shí)現(xiàn)。（3）晶粒的取向：通過）晶粒的取向：通過晶區(qū)的破壞晶區(qū)的破壞和和重新排列重新排列來完成，來完成，一般需在外力作用下進(jìn)行。即伴隨晶片的傾斜、滑移一般需在外力作用下進(jìn)行。即伴隨晶片的傾斜、滑移過程，原有的折疊鏈晶片被拉伸破壞，重新為新的折過程，原有的折疊鏈晶片被拉伸破壞，重新為新的折疊鏈晶片、伸直鏈微晶或由球晶轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒗w結(jié)構(gòu)。疊鏈晶片、伸直鏈微晶或由球晶轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒗w結(jié)構(gòu)。1. 各取向單元的取相機(jī)理各取向單元的取相機(jī)理2、非晶態(tài)聚合物的取向、非晶態(tài)聚合物的取向

5、對(duì)于非晶態(tài)聚合物，有對(duì)于非晶態(tài)聚合物，有鏈段取向鏈段取向和和分子取向分子取向兩種可能，兩種可能，在在高彈態(tài)高彈態(tài)下只發(fā)生下只發(fā)生鏈段取向鏈段取向，不發(fā)生分子取向。，不發(fā)生分子取向。 在在粘流態(tài)粘流態(tài)下，兩種都發(fā)生，但下，兩種都發(fā)生，但首先首先發(fā)生發(fā)生鏈段鏈段的取向，的取向，然后然后才發(fā)生整個(gè)才發(fā)生整個(gè)分子分子的取向。的取向。3、晶態(tài)聚合物的取向、晶態(tài)聚合物的取向 非晶區(qū)中可能發(fā)生鏈段取向和分子鏈的取向；非晶區(qū)中可能發(fā)生鏈段取向和分子鏈的取向；晶區(qū)晶區(qū)中中還可能發(fā)生還可能發(fā)生晶粒的取向晶粒的取向。 三、取向的特點(diǎn)三、取向的特點(diǎn)1、各向異性、各向異性 未取向未取向時(shí)，大分子鏈和鏈段的排列是隨機(jī)的，

6、因時(shí)，大分子鏈和鏈段的排列是隨機(jī)的，因而呈現(xiàn)而呈現(xiàn)各向同性各向同性。 取向后取向后，由于在取向方向上原子之間的作用力以，由于在取向方向上原子之間的作用力以化學(xué)鍵為主，而在與之垂直的方向上，原子之間的作用化學(xué)鍵為主，而在與之垂直的方向上，原子之間的作用力以范德華力為主，因而呈現(xiàn)力以范德華力為主，因而呈現(xiàn)各向異性各向異性。 由此使材料在力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能上取向前后由此使材料在力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能上取向前后產(chǎn)生顯著差別。產(chǎn)生顯著差別。 取向過程是一種分子的有序化過程，而熱運(yùn)動(dòng)卻使分子趨取向過程是一種分子的有序化過程，而熱運(yùn)動(dòng)卻使分子趨向雜亂無序，即所謂解取向過程。在熱力學(xué)上，向雜亂無序，即所謂解取

7、向過程。在熱力學(xué)上，解取向是自發(fā)解取向是自發(fā)過程，而取向過程必須通過外力場(chǎng)的幫助才能實(shí)現(xiàn)。過程，而取向過程必須通過外力場(chǎng)的幫助才能實(shí)現(xiàn)。 在高彈態(tài)下，拉伸可使鏈段取向，但外力去除后，鏈段在高彈態(tài)下，拉伸可使鏈段取向，但外力去除后，鏈段就自發(fā)解取向，恢復(fù)原狀。在粘流態(tài)下，外力可使分子鏈取向，就自發(fā)解取向，恢復(fù)原狀。在粘流態(tài)下，外力可使分子鏈取向，但外力去除，分子鏈就自發(fā)解取向。但外力去除，分子鏈就自發(fā)解取向。 為了維持取向狀態(tài)，必須在取向后把溫度迅速降至玻璃化為了維持取向狀態(tài)，必須在取向后把溫度迅速降至玻璃化溫度以下，使分子和鏈段的運(yùn)動(dòng)溫度以下，使分子和鏈段的運(yùn)動(dòng)“凍結(jié)凍結(jié)”起來起來，以獲取具有

8、取，以獲取具有取向的材料。向的材料。2、熱力學(xué)上是一種非平衡狀態(tài)、熱力學(xué)上是一種非平衡狀態(tài)四、取向方式四、取向方式1、單軸取向、單軸取向材料只沿一個(gè)方向拉材料只沿一個(gè)方向拉伸，長度增加，厚度和伸，長度增加，厚度和寬度減少，大分子鏈或?qū)挾葴p少，大分子鏈或鏈段沿拉伸方向擇優(yōu)取鏈段沿拉伸方向擇優(yōu)取向向 單軸取向單軸取向纖維纖維Z雙軸取向雙軸取向薄膜薄膜Z2、雙軸取向、雙軸取向材料沿兩個(gè)垂直的方材料沿兩個(gè)垂直的方向拉伸，面積增加，厚向拉伸，面積增加，厚度減少，大分子鏈或鏈度減少，大分子鏈或鏈段傾向于與拉伸平面平段傾向于與拉伸平面平行排列。行排列。五、取向研究的應(yīng)用五、取向研究的應(yīng)用1、合成纖維的生產(chǎn)、

9、合成纖維的生產(chǎn) n紡絲時(shí)拉伸使纖維取向度提高后，雖然抗張強(qiáng)度提高紡絲時(shí)拉伸使纖維取向度提高后，雖然抗張強(qiáng)度提高 ，但，但是由于取向過度，分子排列過于規(guī)整，分子間相互作用力是由于取向過度，分子排列過于規(guī)整，分子間相互作用力太大，分子的彈性卻太小了，纖維變得僵硬、脆。為了獲太大，分子的彈性卻太小了，纖維變得僵硬、脆。為了獲得一定的強(qiáng)度和一定的彈性的纖維，可以在成型加工時(shí)利得一定的強(qiáng)度和一定的彈性的纖維，可以在成型加工時(shí)利用分子鏈取向和鏈段取向速度的不同，用用分子鏈取向和鏈段取向速度的不同，用慢的取向慢的取向過程使過程使整個(gè)分子鏈獲得良好的取向，以達(dá)到整個(gè)分子鏈獲得良好的取向，以達(dá)到高強(qiáng)度高強(qiáng)度，然

10、后再用，然后再用快快的取向的取向過程使鏈段解取向，使之具過程使鏈段解取向，使之具有彈性有彈性。n 纖維在較高溫度下（粘流態(tài)）牽伸，因高聚物纖維在較高溫度下（粘流態(tài)）牽伸，因高聚物具有強(qiáng)的流動(dòng)性，可以獲得整鏈取向，冷卻成型具有強(qiáng)的流動(dòng)性，可以獲得整鏈取向，冷卻成型后，在很短時(shí)間內(nèi)用熱空氣和水蒸氣很快吹塑一后，在很短時(shí)間內(nèi)用熱空氣和水蒸氣很快吹塑一下，使鏈段解取向收縮（這一過程叫下，使鏈段解取向收縮（這一過程叫“熱處理熱處理”）以獲取彈性。未經(jīng)熱處理的纖維在受熱時(shí)就會(huì)變以獲取彈性。未經(jīng)熱處理的纖維在受熱時(shí)就會(huì)變形（內(nèi)衣，汗衫）。形（內(nèi)衣，汗衫）。2、薄膜的生產(chǎn)、薄膜的生產(chǎn) 例例1：目前廣泛使用的全

11、同：目前廣泛使用的全同PP包扎繩，是全包扎繩，是全同同PP薄膜經(jīng)單軸拉伸再經(jīng)撕裂制成，拉伸方薄膜經(jīng)單軸拉伸再經(jīng)撕裂制成，拉伸方向十分結(jié)實(shí)（原子間化學(xué)鍵），而與之垂直方向十分結(jié)實(shí)（原子間化學(xué)鍵），而與之垂直方向上十分容易撕開（范氏力）。向上十分容易撕開（范氏力）。例例2：電影膠片的片基，錄音、錄像的帶基等?。弘娪澳z片的片基，錄音、錄像的帶基等薄膜制品，大都是通過雙軸拉伸而制成。膜制品，大都是通過雙軸拉伸而制成。性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)：雙軸取向后薄膜不存在薄弱方向，：雙軸取向后薄膜不存在薄弱方向，可全面提高強(qiáng)度和耐褶性，而且由于薄膜平面可全面提高強(qiáng)度和耐褶性，而且由于薄膜平面上不存在各向異性，存放時(shí)不發(fā)生不均勻收縮，上不存在各向異性，存放時(shí)不發(fā)生不均勻收縮，這對(duì)于作攝影膠片的薄膜材料很重要，不會(huì)造這對(duì)于作攝影膠片的薄膜材料很重要，不會(huì)造成