取向與高性能纖維

1、在某種外力作用下，分子鏈或其他結(jié)在某種外力作用下，分子鏈或其他結(jié)構(gòu)單元沿外力作用方向擇優(yōu)排列的結(jié)構(gòu)。構(gòu)單元沿外力作用方向擇優(yōu)排列的結(jié)構(gòu)。單軸取向：只沿一個方向拉伸，取向單單軸取向：只沿一個方向拉伸，取向單元沿元沿拉伸方向拉伸方向排列。排列。 雙軸取向：材料沿兩個互相垂直的方向雙軸取向：材料沿兩個互相垂直的方向拉伸，取向單元沿拉伸，取向單元沿拉伸平面拉伸平面排列。排列。按取向維度可分為：按取向維度可分為：單軸取向單軸取向纖維纖維雙軸取向雙軸取向薄膜薄膜ZZ一般取Z軸為參考方向噴絲口噴絲口吹膜設(shè)備吹膜設(shè)備取向結(jié)構(gòu)單元：取向結(jié)構(gòu)單元：無定形中鏈段、分子鏈無定形中鏈段、分子鏈(a)(a)鏈段取向鏈段取

2、向 (b)(b)分子鏈取向分子鏈取向取向結(jié)構(gòu)單元：取向結(jié)構(gòu)單元：晶態(tài)結(jié)構(gòu)中晶片，系帶鏈晶態(tài)結(jié)構(gòu)中晶片，系帶鏈XYZSrO鏈段鏈段S與與Z軸成軸成 角，在角，在xy平面平面上的投影與上的投影與Y軸的夾角為軸的夾角為 ，則則S在在Z軸上和軸上和Y軸上的投影分別軸上的投影分別為：為：cos/PcossinP cos/PcossinP22/cosP222cossinPHermann取向因子取向因子f定義為二均方之差定義為二均方之差222cossincosf取統(tǒng)計均方值取統(tǒng)計均方值:故故222cossincosfd 202221cos21cosd) 1cos3(21sin21cos222f取向單元完全平

3、行于參考方向，則取向單元完全平行于參考方向，則 =0，f1取向單元完全垂直于參考方向，則取向單元完全垂直于參考方向，則 = /2 ，f-1/2取向單元在所有方向上的幾率相等取向單元在所有方向上的幾率相等f0) 1cos3(212f31cos2對對Hermans取向因子的直觀解釋取向因子的直觀解釋:具有取向度具有取向度f的樣品中質(zhì)量分數(shù)的樣品中質(zhì)量分數(shù)f的鏈段完全取向，的鏈段完全取向，而而(1-f)的鏈段完全無規(guī)排列。的鏈段完全無規(guī)排列。測定鏈取向有多種方法。平面雙折射，廣角測定鏈取向有多種方法。平面雙折射，廣角X光衍射，小角光衍射，小角X光衍射，紅外法和聲學模量法等光衍射，紅外法和聲學模量法等

4、A雙折射雙折射0nnfHermans取向因子取向因子f與雙折射與雙折射n成正比：成正比：原理：利用平行于纖維軸和垂直于纖維軸兩方向上折光率之差來衡量取原理：利用平行于纖維軸和垂直于纖維軸兩方向上折光率之差來衡量取向度。向度。如果振動平行于纖維軸和垂直于纖維軸時的折光指數(shù)分別為如果振動平行于纖維軸和垂直于纖維軸時的折光指數(shù)分別為 和和 ，則則 就叫做纖維的雙折射率。就叫做纖維的雙折射率。nnn/n/n n0為理論上的雙折射最大值，在此處可視為比例系數(shù)，實際中這一比為理論上的雙折射最大值，在此處可視為比例系數(shù)，實際中這一比例系數(shù)往往從經(jīng)驗上得到例系數(shù)往往從經(jīng)驗上得到雙折射法測定的取向為鏈段的取向雙

5、折射法測定的取向為鏈段的取向B. 聲速法聲速法原理：利用聲波在分子鏈方向的傳播速度與其垂直方向上傳播速度的不同來衡原理：利用聲波在分子鏈方向的傳播速度與其垂直方向上傳播速度的不同來衡量取向度。量取向度。聲速法測得的取向反映整個分子鏈的取向聲速法測得的取向反映整個分子鏈的取向21uCfC 222cos13uCC C. X射線衍射法射線衍射法取向材料的結(jié)構(gòu)特征：各向異性取向材料的結(jié)構(gòu)特征：各向異性取向方向上原子之間的作用力以化學鍵為主，而在與之垂直的方向上，原子取向方向上原子之間的作用力以化學鍵為主，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之間的作用力以范德華力為主取向結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征：

6、取向結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征：2.42.4取向結(jié)構(gòu)取向結(jié)構(gòu)各向異性各向異性取向方向上原子之間的作用力以化學鍵為主，取向方向上原子之間的作用力以化學鍵為主，而在與之垂直的方向上，原子之間的作用力以范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德華力為主強度在取向方向上大大增加強度在取向方向上大大增加2.42.4取向結(jié)構(gòu)取向結(jié)構(gòu)例：例：PEPE的理論模量的理論模量360GPa360GPa。拉伸拉伸1010倍后，倍后，303040GPa40GPa。二次拉伸二次拉伸8 84 4，320GPa320GPa。 取向?qū)姸鹊挠绊懭∠驅(qū)姸鹊挠绊懭∠蜻^程是分子的有序化過程，而熱運取向過程是分子的有序化過程，而熱

7、運動使分子趨于無序，并且在熱力學上后者是自發(fā)動使分子趨于無序，并且在熱力學上后者是自發(fā)過程，而前者必須在外力場存在下才能實現(xiàn)。過程，而前者必須在外力場存在下才能實現(xiàn)。取向與解取向取向與解取向取向是可逆的取向是可逆的 取向結(jié)構(gòu)被取向結(jié)構(gòu)被“凍結(jié)凍結(jié)” 一維取向：拉伸，如紡絲過程一維取向：拉伸，如紡絲過程二維取向：吹膜或雙向拉伸二維取向：吹膜或雙向拉伸烘箱烘箱凝固凝固聚乙烯溶液聚乙烯溶液例：聚乙烯纖維生產(chǎn)例：聚乙烯纖維生產(chǎn)1. 聚合物的結(jié)構(gòu)聚合物的結(jié)構(gòu)柔性取向容易，但解取向也容易，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差柔性取向容易，但解取向也容易，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差剛性取向難，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，因解取向難剛性取向難，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，因解取向難纖維材料為剛性（芳雜環(huán)）或結(jié)晶性聚合物（纖維材料為剛性（芳雜環(huán)）或結(jié)晶性聚合物（PE，POM等）等）2.