高分子取向結(jié)構(gòu)講解課件

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(jī)理三、取向特點(diǎn)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?yàn)榉亲园l(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(shí)）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(jī)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(yùn)動使分子趨向于無序化，即稱為解取向過程。同時(shí)取向的過程是在外力作用下運(yùn)動單元運(yùn)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(shí)間。二、取向機(jī)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(yùn)動來完成，這種取向在玻璃化溫度以上就可以進(jìn)行。（2）分子鏈取向：通過各鏈段的協(xié)同運(yùn)動來完成，只有在粘流態(tài)下才能實(shí)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(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（1）鏈段取向：通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運(yùn)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(gè)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(diǎn)1、各向異性

未取向時(shí)，大分子鏈和鏈段的排列是隨機(jī)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(diǎn)1、各向異性10

取向過程是一種分子的有序化過程，而熱運(yùn)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(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(yùn)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(yùn)動卻使分11四、取向方式1、單軸取向材料只沿一個(gè)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(gè)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(shí)拉伸使纖維取向度提高后，雖然抗張強(qiáng)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(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，用慢的取向過程使整個(gè)分子鏈獲得良好的取向，以達(dá)到高強(qiáng)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(shí)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(qiáng)的流動性，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(shí)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(qiáng)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(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）。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(diǎn)：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，而且由于薄膜平面上不存在各向異性，存放時(shí)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(qiáng)度。例如用PMMA制作的戰(zhàn)斗機(jī)上的透明機(jī)艙，用PVC或ABS制作的安全帽，取向后沖擊強(qiáng)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(jī)理三、取向特點(diǎn)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?yàn)榉亲园l(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(shí)）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(jī)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(yùn)動使分子趨向于無序化，即稱為解取向過程。同時(shí)取向的過程是在外力作用下運(yùn)動單元運(yùn)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(shí)間。二、取向機(jī)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(yùn)動來完成，這種取向在玻璃化溫度以上就可以進(jìn)行。（2）分子鏈取向：通過各鏈段的協(xié)同運(yùn)動來完成，只有在粘流態(tài)下才能實(shí)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(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（1）鏈段取向：通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運(yùn)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(gè)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(diǎn)1、各向異性

未取向時(shí)，大分子鏈和鏈段的排列是隨機(jī)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(diǎn)1、各向異性29

取向過程是一種分子的有序化過程，而熱運(yùn)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(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(yùn)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(yùn)動卻使分30四、取向方式1、單軸取向材料只沿一個(gè)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(gè)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(shí)拉伸使纖維取向度提高后，雖然抗張強(qiáng)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(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，用慢的取向過程使整個(gè)分子鏈獲得良好的取向，以達(dá)到高強(qiáng)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(shí)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(qiáng)的流動性，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(shí)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(qiáng)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(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）。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(diǎn)：雙軸取向后