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球晶-实验教学示范中心.ppt

发布:2017-03-15约8.4千字共71页下载文档
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第二章 聚合物的聚集态结构 Condensed States of Polymer 桂林工学院材料与化学工程系 高分子材料与工程专业 彭锦雯 本章内容 2.1 聚合物的晶态结构 2.2 聚合物非晶态结构 2.3 液晶态结构 2.4 聚合物的取向结构 2.5 高分子合金的织态结构 知识准备------凝聚态与相态 是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态,也称为超分子结构。 链结构与凝聚态结构的重要性比较 对于实际应用的高分子材料或制品,其使用性直接决定于在加工中形成的凝聚态结构,从此意义上可以说,链结构只是间接地影响聚合物材料的性能,而凝聚态结构才是直接影响其性能的因素。 高分子凝聚态形成的分子根源 ------高分子间作用力 高 分 子 间 作 用 力 范德华力 存在于分子间或分子内非键合原子间的相互作用力。包括静电力,诱导力和色散力,它没有方向性与饱和性。 诱导力 分子之间瞬时偶极之间的相互作用力。0.8-8 kJ/mol. 分子内与分子间氢键的例子 注意 由于长链高分子是由数目很大的小单元(链节或链段)组成,所以高分子中的分子间力不仅存在于不同的高分子链间,也存在于同一高分子链内不的链节或链段单元之间。 高分子中总的范德华力超过了化学键的作用,使得在解除所有的范德华力之前化学键就断裂了,所以聚合物没有气态,只有液态与固态。 聚合物内聚能 线形聚合物的内聚能密度 剖析 内聚能密度同分子的极性有关,分子的极性越小,内聚能密度越 内聚能密度对聚合物的性能有很大影响,内聚能密度越高,大分子间的作用力越 从而材料可作为 使用。 对耐热性材料,要求其内聚能密度 2.1 聚合物的晶态结构 2.1.1 聚合物的晶体结构 2.1.2 聚合物的结晶形态 2.1.3 聚合物的晶态结构模型 2.1.4 聚合物的结晶对性能的影响 2.1.5 影响聚合物结晶的因素 晶体结构的基本概念 晶体:组成物质的质点(原子、离子、分子、重复单元等)三维有序、周期性排列。 高分子晶体的概念 聚乙烯球晶的SEM照片 几点说明 很多聚合物的确存在像小分子晶体一样的结晶 宏观或亚微观形态看:聚合物结晶有一定的几何外形 微观结构看:组成晶体中的质点在三维空间呈周期性有序排列 2.1.1 聚合物的晶体结构 一、高分子结晶的特点 晶胞由链段组成------聚合物晶胞由一个或多个高分子链段构成。 高分子链各向异性,没有立方晶系。 结晶不完善,结构复杂,晶区、非晶区及中间结构共存。 小分子与高分子晶体的区别 示意图 二、高分子链在晶体的构象 在晶态高分子中,高分子长链为满足排入晶格的要求,一般都采用比较伸展的构象,彼此平等排列,使位能最低,才能在结晶中作规整的紧密堆积。 平面锯齿形和螺旋是结晶高分子链的两种典型构象。 1. 平面锯齿形构象 2. 螺旋形构象 带有较大侧基的高分子,为了减小空间位阻,以降低势能,采取旁式构象或反式旁式相间构象而形成螺旋状。 三、聚合物的晶体结构(晶系、晶胞参数)的确定 1. 利用多晶样品的X射线衍射(WAXD)实验测得的。 2. 试样拉伸取向,再在适当条件下处理,使晶体长得尽可能大而完善,X射线垂直入射样品,得到“纤维图”。 3.利用透射电子显微镜TEM和电子衍射ED、原子力显微镜AFM。 举例 聚乙烯为正交晶系,a=0.740nm, b=0.493nm, c=0.2534nm。 聚乙烯分子链在晶格中排布的情况,晶格角上每一个锯齿形主链的平面和bc平面呈的夹角410,而中央那个分子链和格子角上的每个分子链主轴平面成820。 等规聚丙烯单斜晶系, a=0.665nm, b=2.096nm,α=γ=90o, β=99.2o ,c=0.650nm。但结晶条件不同,还有单斜、六方、拟六方不同的晶型,晶型不同、聚合物的性能也不同。 晶格缺陷:畸变的点阵结构。 聚合物的晶胞密度计算 2.1.2 聚合物的结晶形态 同种聚合物可在不同的结晶条件下形成极为不同的结晶形态。 结晶形态:由微观结构堆砌而成的晶体外形,尺寸可达几十微米的。 主要的结晶形态有: 单晶:即结晶体内部的微观粒子在三维空间呈有规律地、周期性地排列。 特点:一定外形、长程有序。 多晶:是由无数微小的单晶体无规则地聚集而成的晶体结构。 高分子主要结晶形态的形状结构和形成条件 一、单晶 1957年A.J. Keller首先发现浓度0.01%的聚乙烯溶液中,极缓慢冷却时可生成棱形片状的、电镜下可观察到的片晶,呈现出单晶特有典型的电子衍射图。 随后陆续发现聚甲醛、尼龙、聚脂等单晶。 单晶的概念 二、球晶(聚合物最常见的结晶形式)
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