固体结构7-聚合物与非晶态结构.pptx
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1、第六节第六节 聚合物的晶态结构聚合物的晶态结构6.1 聚合物的聚集态结构聚合物的聚集态结构6.2 聚合物的晶体形态聚合物的晶体形态6.3 聚合物晶态结构的模型聚合物晶态结构的模型6.4 聚合物的液晶态聚合物的液晶态第七节第七节 非晶态结构非晶态结构6.1 聚合物的聚集态结构聚合物的聚集态结构一、聚合物聚集态结构的概念一、聚合物聚集态结构的概念 是是指在分子间作用力下,大分子相互敛集在一起所指在分子间作用力下,大分子相互敛集在一起所形成的组织结构。形成的组织结构。二、聚合物聚集态结构的特点二、聚合物聚集态结构的特点 1.晶区与非晶区共存;晶区与非晶区共存;2.基本结构单元的不同基本结构单元的不同
2、 小分子:原子、分子和离子小分子:原子、分子和离子 高分子:分子链段高分子:分子链段 3.不但与大分子链本身的结构有关,而且强烈依赖不但与大分子链本身的结构有关,而且强烈依赖外界条件。外界条件。三、高分子的聚集态结构三、高分子的聚集态结构 非晶态结构非晶态结构:完全无序完全无序无规线团模型;无规线团模型;局部有序局部有序两相球粒模型。两相球粒模型。晶态结构晶态结构:缨状胶束(两相结构模型);缨状胶束(两相结构模型);折叠链、松散折叠链;折叠链、松散折叠链;隧道隧道折叠链、插线板。折叠链、插线板。液晶态结构液晶态结构:取向态结构取向态结构:高分子链或链段沿某一特定方向作占优势的排列,一维高分子链
3、或链段沿某一特定方向作占优势的排列,一维(单轴)或二维(双轴)有序。(单轴)或二维(双轴)有序。织态结构织态结构:更高层次的一类结构,描述不同组分的组成与构成。更高层次的一类结构,描述不同组分的组成与构成。典型的织态结构模型典型的织态结构模型无定形无定形 取向未结晶取向未结晶 结晶未取向结晶未取向 结晶取向结晶取向四、高分子链在晶体中的构象四、高分子链在晶体中的构象(一)影响因素:(一)影响因素:(1)分子内因素:能量最低原则)分子内因素:能量最低原则 晶体中的每个高分子链只能采取位能最低的晶体中的每个高分子链只能采取位能最低的一种特定的构象,在晶体中作紧密而规整的排列。一种特定的构象,在晶体
4、中作紧密而规整的排列。通常采取比较伸展的结构。通常采取比较伸展的结构。(2)分子之间作用力)分子之间作用力 分子间力会影响链的相互堆砌,即影响分子分子间力会影响链的相互堆砌,即影响分子间的构象和链和链之间的堆砌密度。如:氢键,间的构象和链和链之间的堆砌密度。如:氢键,范德华力等。范德华力等。(二)碳链的各种构象(二)碳链的各种构象存在较大侧基存在较大侧基螺旋形结构螺旋形结构6.2 聚合物的晶体形态聚合物的晶体形态 根据根据结晶条件结晶条件的不同,可形成多种形态的晶体:的不同,可形成多种形态的晶体:单晶、球晶、树枝状晶、串晶和伸直链晶片等。单晶、球晶、树枝状晶、串晶和伸直链晶片等。(1)单晶)单
5、晶 具有一定几何外形的薄片状晶体。一般聚合物的单晶只能具有一定几何外形的薄片状晶体。一般聚合物的单晶只能从极稀溶液(质量浓度小于从极稀溶液(质量浓度小于0.01wt%)中缓慢结晶而成。中缓慢结晶而成。(2)球晶)球晶 聚合物最常见的结晶形态,为圆球状晶体,尺寸较大,聚合物最常见的结晶形态,为圆球状晶体,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形成的。(3)伸直链晶片)伸直链晶片 由完全伸展的分子链平行规整排列而成的小片状晶体由完全伸展的分子链平行规整排列而成的小片状晶体;晶体中分子链平行于晶面方向,晶片厚度基本与伸展的分子
6、晶体中分子链平行于晶面方向,晶片厚度基本与伸展的分子链长度相当。链长度相当。这种晶体主要形成于极高压力下这种晶体主要形成于极高压力下,是高分子中热力学最,是高分子中热力学最稳定的一种聚集态结构。稳定的一种聚集态结构。(4)纤维状晶和串晶)纤维状晶和串晶 纤维状晶是在流动场的作用纤维状晶是在流动场的作用下使高分子链的构象发生畸下使高分子链的构象发生畸变,成为沿流动方向平行排列的伸展状态,在适当的条件下变,成为沿流动方向平行排列的伸展状态,在适当的条件下结晶而成。分子链取向与纤维轴平行。结晶而成。分子链取向与纤维轴平行。聚合物串晶是一种类似于串珠式的多晶体。聚合物串晶是一种类似于串珠式的多晶体。6
7、.3 聚合物的晶态结构模型聚合物的晶态结构模型一、缨状微束模型一、缨状微束模型 结构特点结构特点:晶区和非晶:晶区和非晶区互相穿插,同时存在。又区互相穿插,同时存在。又叫叫两相结构模型两相结构模型。一根分子链可以同时一根分子链可以同时穿过几个晶区和非晶区;穿过几个晶区和非晶区;晶区在通常情况下是无晶区在通常情况下是无规取向的,晶区的尺寸很小规取向的,晶区的尺寸很小(10nm10nm左右);左右);在非晶区中,分子链的在非晶区中,分子链的堆砌是完全无序的。堆砌是完全无序的。2、折叠链模型、折叠链模型 结构特点结构特点:大分子链:大分子链以折叠的形式堆砌形成结以折叠的形式堆砌形成结晶。晶。由于每一
8、根高聚物链由于每一根高聚物链在晶区连续折叠,相连的在晶区连续折叠,相连的链段在晶片中的空间排列链段在晶片中的空间排列是相邻的,故称为是相邻的,故称为近邻规近邻规整折叠整折叠。3、插线板模型、插线板模型 结构特点结构特点:在晶:在晶片中,同一分子相连片中,同一分子相连的两链段并不像折叠的两链段并不像折叠链模型那样,都是相链模型那样,都是相邻排列的,也有非相邻排列的,也有非相邻排列的,或相邻排邻排列的,或相邻排列的链段可以属于不列的链段可以属于不同的分子。同的分子。4、伸直链模型、伸直链模型5、串晶的结构模型、串晶的结构模型6、球晶的结构模型、球晶的结构模型7、霍斯曼模型、霍斯曼模型 液晶态是晶态
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