高分子取向结构.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高分子的取向态结构,1,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,2,一、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,。,3,2.,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,4,3,取向单元,非晶态高聚物,晶态高聚物,分子链作为单元：分子链沿外力方向平行排列，但链段未必取向（粘流态时）,晶片，晶粒，晶带（晶区）,分子链，链段（非晶区）,链段：链段取向，分子链可能仍然杂乱无章（高弹态）,5,非晶态高聚物取向,晶态高聚物在拉伸取向中的结构变化,6,二、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。,7,（,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,8,2,、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,。,9,三、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。,10,2025/1/13 周一,11,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,12,四、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,Z,13,双轴取向,薄膜,Z,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。,14,五、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,。,15,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）。,16,2,、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）。,17,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。,18,3,、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。,19,THANK YOU!,20,2025/1/13 周一,21,