第三章-高聚物的聚集态结构详解.ppt

高聚物的聚集态结构;分子间作用力;小分子的聚集态结构; 高分子的聚集态结构也称三次结构，或超分子结构，它是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构。 聚合物的聚集态结构主要包括晶态结构、非晶态结构和取向态结构。 晶态结构 非晶态结构 取向态结构;第三章 高 聚 物 的 聚 集 态 结 构 ;第一节 高聚物分子间的相互作用;第一节 高聚物分子间的相互作用; ①静电力（或定向力） 静电力是极性分子之间的引力，它与偶极的定向程度有关，通常偶极的定向程度越高则定向力也越大，其能量约为12.5～21.0kJ/mol。 以静电力为主的物质主要是极性高聚物，如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈等。; ③ 色散力 色散力是分子瞬时偶极之间的相互作用力，其能量约为0.8～8.4kJ/mol。 色散力存在于一切分子中，特别是非极性分子，并且具有加和性，??分子组成中单个原子色散力的总和。 原因：在一切分子中，电子在各原子周围不停地旋转着，原子核也在不停地振动着，在某一瞬间，当分子的正、负电荷中心不相重合时，便产生了瞬时偶极。 以色散力为主的物质主要是非极性高聚物，如：PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）等。; a．是永远存在于一切分子之间的一种吸引力； b．这种力没有方向性和饱和性； c．力作用的范围约为几个?，并随分子间距离的增大而很快衰减； d．能量约为0.4～42.0kJ/mol，比主价力小1～2个数量级。; 氢键是极性很强的特殊的范德华力，是电负性较强、原子半径较小的原子X上连接的氢原子，与另外一个电负性较强、原子半径较小的原子Y上的孤对电子相互吸引而形成的一种键（X—H……Y） 其能量约为21.0～42.0kJ/mol，具有饱和性和方向性。;（1）高聚物的相对平均分子质量非常大，次价力又具有加和性，其次价力的总和常超过主价力。 （2）次价力的大小影响高聚物的机械强度、耐热性能、电性能、溶解性能等，次价力对高分子材料的机械强度起着重要的作用。;;1、内聚能 指克服分子间的作用力，把一摩尔液体或固体分子移到其分子间作用力范围之外所需要的总能量。 将液体或固体的分子蒸发或升华，使原来聚集在一起的分子分离到彼此不再相互作用的距离需要的能量。;（1）内聚能密度小于290（J/cm3）——非极性聚合物，该类聚合物一般比较柔软，富有弹性，适合做橡胶使用。 （2）内聚能密度大于400（J/cm3）—— 强极性聚合物，它们可以成为工程塑料或者纤维材料。 （3）内聚能密度介于290—400（J/cm3）——弱极性聚合物，分子间作用力比较适中，适合于一般塑料。;;3.2 高聚物的结晶形态与结构;一、高聚物的结晶形态 结晶微观结构排列堆砌形成的晶体几何外形。例如：单晶、球晶、纤维状晶等。 1. 单晶(片晶) ① 形成条件： 极稀高聚物溶液（浓度低于0.01％） 高聚物熔融温度 十分缓慢降温的条件下获得;② 形态：具有一定规则形状的薄片晶体。如聚乙烯的单晶是菱形片晶，聚甲醛的单晶是六角形片晶。 ;2、球晶 （1）概念 由许多取向方向不同的微小晶体组成的外观几何形状为球状的多晶聚集体。 聚合物最常见的结晶形态，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形成的。;;（3）球晶的生长过程; 球晶不规则，大小和形状受多种因素影响;正交偏光显微镜下聚合物球晶的形态 ;（4）球晶对聚合物性能的影响; 3、纤维状晶和串晶 聚合物在结晶过程中受到了搅拌、拉伸、剪切等应力作用时分子链会沿外力方向伸展并且平行排列，形成纤维状晶体。; 纤维状晶体中分子链呈完全伸展状态，而且分子链的方向与纤维轴向平行。由于分子链互相交错，纤维晶的长度大大超过分子链长度。纤维晶体聚合物具有很好的机械强度。; 在较低的温度下，聚合物溶液在搅拌下结晶会形成一种类似于串珠式的结构，称之为“串晶”。 串晶可以看做是纤维状晶体和片晶的复合体，串珠是在纤维状晶体表面诞生出来的片状附晶，它具有折叠链结构。;4、 伸直链晶体 ① 形成条件：在高压（100～1000MPa）等温条件下或高速（105m/min）急冷（冷却速度104～105℃/s）的纺丝条件下可形成伸直链晶体。 由于伸直链的存在，各向异性，拉伸强度高，但脆性大。 ② 形态：分子链完全伸展平行于晶面方向规整排列而成的晶体。;高温高压下聚乙烯片晶;5、 柱晶 ① 形成条件