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高分子的取向態(tài)結(jié)構(gòu)
高分子的取向態(tài)結(jié)構(gòu)1目錄一、聚合物的取向四、取向方向五、取向研究的應(yīng)用二、取向機理三、取向特點目錄一、聚合物的取向四、取向方向五、取向研究的應(yīng)用二、取向2一、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。一、聚合物的取向1.取向:在外力作用下,高分子鏈、鏈段以及32.取向態(tài)和結(jié)晶態(tài)
相同:都與高分子有序性相關(guān),是熵減小的過程相異:取向態(tài)是一維或二維有序,結(jié)晶態(tài)是三維有序;取向是相對穩(wěn)定的非熱力學(xué)平衡態(tài),結(jié)晶為熱力學(xué)平衡態(tài);取向為非自發(fā)過程,結(jié)晶為自發(fā)過程2.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43取向單元非晶態(tài)高聚物晶態(tài)高聚物分子鏈作為單元:分子鏈沿外力方向平行排列,但鏈段未必取向(粘流態(tài)時)晶片,晶粒,晶帶(晶區(qū))分子鏈,鏈段(非晶區(qū))鏈段:鏈段取向,分子鏈可能仍然雜亂無章(高彈態(tài))3取向單元非晶態(tài)高聚物晶態(tài)高聚物分子鏈作為單元:分子鏈沿外5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6二、取向機理取向過程是分子在外力作用下的有序化過程。外力除去后,分子熱運動使分子趨向于無序化,即稱為解取向過程。同時取向的過程是在外力作用下運動單元運動的過程。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時間。二、取向機理取向過程是分子在外力作用下的有序化過程。外力除去7(1)鏈段取向:通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運動來完成,這種取向在玻璃化溫度以上就可以進行。(2)分子鏈取向:通過各鏈段的協(xié)同運動來完成,只有在粘流態(tài)下才能實現(xiàn)。(3)晶粒的取向:通過晶區(qū)的破壞和重新排列來完成,一般需在外力作用下進行。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理(1)鏈段取向:通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運動來完成,這種取82、非晶態(tài)聚合物的取向
對于非晶態(tài)聚合物,有鏈段取向和分子取向兩種可能,在高彈態(tài)下只發(fā)生鏈段取向,不發(fā)生分子取向。在粘流態(tài)下,兩種都發(fā)生,但首先發(fā)生鏈段的取向,然后才發(fā)生整個分子的取向。3、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;晶區(qū)中還可能發(fā)生晶粒的取向。2、非晶態(tài)聚合物的取向3、晶態(tài)聚合物的取向9三、取向的特點1、各向異性
未取向時,大分子鏈和鏈段的排列是隨機的,因而呈現(xiàn)各向同性。
取向后,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,原子之間的作用力以范德華力為主,因而呈現(xiàn)各向異性。由此使材料在力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能上取向前后產(chǎn)生顯著差別。三、取向的特點1、各向異性10
取向過程是一種分子的有序化過程,而熱運動卻使分子趨向雜亂無序,即所謂解取向過程。在熱力學(xué)上,解取向是自發(fā)過程,而取向過程必須通過外力場的幫助才能實現(xiàn)。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,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溫度以下,使分子和鏈段的運動“凍結(jié)”起來,以獲取具有取向的材料。2、熱力學(xué)上是一種非平衡狀態(tài)取向過程是一種分子的有序化過程,而熱運動卻使分11四、取向方式1、單軸取向材料只沿一個方向拉伸,長度增加,厚度和寬度減少,大分子鏈或鏈段沿拉伸方向擇優(yōu)取向
單軸取向——纖維Z四、取向方式1、單軸取向單軸取向——纖維Z12雙軸取向——薄膜Z2、雙軸取向材料沿兩個垂直的方向拉伸,面積增加,厚度減少,大分子鏈或鏈段傾向于與拉伸平面平行排列。雙軸取向——薄膜Z2、雙軸取向13五、取向研究的應(yīng)用1、合成纖維的生產(chǎn)
紡絲時拉伸使纖維取向度提高后,雖然抗張強度提高,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。為了獲得一定的強度和一定的彈性的纖維,可以在成型加工時利用分子鏈取向和鏈段取向速度的不同,用慢的取向過程使整個分子鏈獲得良好的取向,以達(dá)到高強度,然后再用快的取向過程使鏈段解取向,使之具有彈性。五、取向研究的應(yīng)用1、合成纖維的生產(chǎn)紡絲時拉伸使纖維取向度14
纖維在較高溫度下(粘流態(tài))牽伸,因高聚物具有強的流動性,可以獲得整鏈取向,冷卻成型后,在很短時間內(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“熱處理”)以獲取彈性。未經(jīng)熱處理的纖維在受熱時就會變形(內(nèi)衣,汗衫)。纖維在較高溫度下(粘流態(tài))牽伸,因高聚物具有強的流動性,可152、薄膜的生產(chǎn)
例1:目前廣泛使用的全同PP包扎繩,是全同PP薄膜經(jīng)單軸拉伸再經(jīng)撕裂制成,拉伸方向十分結(jié)實(原子間化學(xué)鍵),而與之垂直方向上十分容易撕開(范氏力)。2、薄膜的生產(chǎn)例1:目前廣泛使用的全同PP包扎繩,是全同P16例2:電影膠片的片基,錄音、錄像的帶基等薄膜制品,大都是通過雙軸拉伸而制成。性能特點:雙軸取向后薄膜不存在薄弱方向,可全面提高強度和耐褶性,而且由于薄膜平面上不存在各向異性,存放時不發(fā)生不均勻收縮,這對于作攝影膠片的薄膜材料很重要,不會造成影象失真。例2:電影膠片的片基,錄音、錄像的帶基等薄膜制品,大都是通過173、塑料的吹塑
外形較簡單的塑料制品,可利用吹塑工藝使聚合物發(fā)生雙軸取向來提高強度。例如用PMMA制作的戰(zhàn)斗機上的透明機艙,用PVC或ABS制作的安全帽,取向后沖擊強度得到提高。3、塑料的吹塑外形較簡單的塑料制品,可利用吹塑工藝使聚合物18THANKYOU!THANKYOU!19高分子的取向態(tài)結(jié)構(gòu)
高分子的取向態(tài)結(jié)構(gòu)20目錄一、聚合物的取向四、取向方向五、取向研究的應(yīng)用二、取向機理三、取向特點目錄一、聚合物的取向四、取向方向五、取向研究的應(yīng)用二、取向21一、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。一、聚合物的取向1.取向:在外力作用下,高分子鏈、鏈段以及222.取向態(tài)和結(jié)晶態(tài)
相同:都與高分子有序性相關(guān),是熵減小的過程相異:取向態(tài)是一維或二維有序,結(jié)晶態(tài)是三維有序;取向是相對穩(wěn)定的非熱力學(xué)平衡態(tài),結(jié)晶為熱力學(xué)平衡態(tài);取向為非自發(fā)過程,結(jié)晶為自發(fā)過程2.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233取向單元非晶態(tài)高聚物晶態(tài)高聚物分子鏈作為單元:分子鏈沿外力方向平行排列,但鏈段未必取向(粘流態(tài)時)晶片,晶粒,晶帶(晶區(qū))分子鏈,鏈段(非晶區(qū))鏈段:鏈段取向,分子鏈可能仍然雜亂無章(高彈態(tài))3取向單元非晶態(tài)高聚物晶態(tài)高聚物分子鏈作為單元:分子鏈沿外24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25二、取向機理取向過程是分子在外力作用下的有序化過程。外力除去后,分子熱運動使分子趨向于無序化,即稱為解取向過程。同時取向的過程是在外力作用下運動單元運動的過程。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時間。二、取向機理取向過程是分子在外力作用下的有序化過程。外力除去26(1)鏈段取向:通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運動來完成,這種取向在玻璃化溫度以上就可以進行。(2)分子鏈取向:通過各鏈段的協(xié)同運動來完成,只有在粘流態(tài)下才能實現(xiàn)。(3)晶粒的取向:通過晶區(qū)的破壞和重新排列來完成,一般需在外力作用下進行。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理(1)鏈段取向:通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運動來完成,這種取272、非晶態(tài)聚合物的取向
對于非晶態(tài)聚合物,有鏈段取向和分子取向兩種可能,在高彈態(tài)下只發(fā)生鏈段取向,不發(fā)生分子取向。在粘流態(tài)下,兩種都發(fā)生,但首先發(fā)生鏈段的取向,然后才發(fā)生整個分子的取向。3、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;晶區(qū)中還可能發(fā)生晶粒的取向。2、非晶態(tài)聚合物的取向3、晶態(tài)聚合物的取向28三、取向的特點1、各向異性
未取向時,大分子鏈和鏈段的排列是隨機的,因而呈現(xiàn)各向同性。
取向后,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,原子之間的作用力以范德華力為主,因而呈現(xiàn)各向異性。由此使材料在力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能上取向前后產(chǎn)生顯著差別。三、取向的特點1、各向異性29
取向過程是一種分子的有序化過程,而熱運動卻使分子趨向雜亂無序,即所謂解取向過程。在熱力學(xué)上,解取向是自發(fā)過程,而取向過程必須通過外力場的幫助才能實現(xiàn)。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,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溫度以下,使分子和鏈段的運動“凍結(jié)”起來,以獲取具有取向的材料。2、熱力學(xué)上是一種非平衡狀態(tài)取向過程是一種分子的有序化過程,而熱運動卻使分30四、取向方式1、單軸取向材料只沿一個方向拉伸,長度增加,厚度和寬度減少,大分子鏈或鏈段沿拉伸方向擇優(yōu)取向
單軸取向——纖維Z四、取向方式1、單軸取向單軸取向——纖維Z31雙軸取向——薄膜Z2、雙軸取向材料沿兩個垂直的方向拉伸,面積增加,厚度減少,大分子鏈或鏈段傾向于與拉伸平面平行排列。雙軸取向——薄膜Z2、雙軸取向32五、取向研究的應(yīng)用1、合成纖維的生產(chǎn)
紡絲時拉伸使纖維取向度提高后,雖然抗張強度提高,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。為了獲得一定的強度和一定的彈性的纖維,可以在成型加工時利用分子鏈取向和鏈段取向速度的不同,用慢的取向過程使整個分子鏈獲得良好的取向,以達(dá)到高強度,然后再用快的取向過程使鏈段解取向,使之具有彈性。五、取向研究的應(yīng)用1、合成纖維的生產(chǎn)紡絲時拉伸使纖維取向度33
纖維在較高溫度下(粘流態(tài))牽伸,因高聚物具有強的流動性,可以獲得整鏈取向,冷卻成型后,在很短時間內(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“熱處理”)以獲取彈性。未經(jīng)熱處理的纖維在受熱時就會變形(內(nèi)衣,汗衫)。纖維在較高溫度下(粘流態(tài))牽伸,因高聚物具有強的流動性,可342、薄膜的生產(chǎn)
例1:目前廣泛使用的全同PP包扎繩,是全同PP薄膜經(jīng)單軸拉伸再經(jīng)撕裂制成,拉伸方向十分結(jié)實(原子間化學(xué)鍵),而與之垂直方向上十分容易撕開(范氏力)。2、薄膜的生產(chǎn)例1:目前廣泛使用的全同PP包扎繩,是全同P35例2:電影膠片的片基,錄音、錄像的帶基等薄膜制品,大都是通過雙軸拉伸而制成。性能特點:雙軸取向后
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