材料科学基础第3章高分子材料的结构资料.ppt

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1.高分子链的构象 1)单键的内旋转: C-C单键是?键的电子云分布具有轴对称性,即以?键相连的两个原子可以相对的旋转,而不影响电子云的分布。 内旋转:高分子在运动时链中C-C单键可以绕轴旋转。 内旋转异构体:由于单键的内旋转导致的不同构象的分子。 实际,围绕?键内旋转不是自由的,因C原子上总是带有其他的原子或原子团,C-H等键的电子云对球形电子云的排斥作用而使C—C单键内旋转受阻,必须消耗一定的能量一克服位垒。 PE的晶胞结构 PP的晶胞结构 形态:单个晶粒的大小,形状和聚集方式。 1)单晶、多晶、非晶、准晶的概念: 准晶:结构的有序性介于理想晶体和液体之间,属于晶体的范畴。 (6)树枝状晶 §2.3 不完善的结晶状态 结 束 一、结晶度 1、结晶度: 实际晶态聚合物中,通常是晶区和非晶区同时存在的。 结晶度即试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度),以?cw 、 ?cv 表示 2、结晶度的测定方法 X-ray衍射法 密度法 红外光谱法 量热法(DSC法) 基本原理:结晶的聚合物的晶区高分子链紧密堆砌的排列,而无定形区的高分子链排列松散,因此反映在它的密度就有差别。 在一定温度下,polymer的比容v具有加和关系: 1). 密度法 ρc:完全结晶时样品的密度,由X-ray所得的 ?c -样品中晶区的比容 ?a -样品中非晶区的比容(可查资料) ? -结晶高聚物的比容 关键是测定?——样品的比容 V0:晶胞体积 (由晶胞的6个 参数a . b , c, α,β,r ) 晶胞参数求得: Z:单个晶胞含有的结构单元数。e.g: Z PE=2 ZPP=12 M0: 结构单元分子量 密度剃度管中装上两种比重不同的互溶液体,两种 不同的互溶的液体能很好地浸润高聚物,但不能溶解高 聚物,两种液体在管内相互扩散缓慢,形成细长自上而 下密度梯度要预先做好曲线:ρ-高度标准曲线。从试 样在管内高度的测量,即可知试样的密度 密度法 假定试样的结晶部分的含量正比于结晶的X射线的衍射强度,非晶部分的含量正比于非晶的衍射强度,可以用这两部分的相对大小来确定结晶度。 2). x-ray衍射法 测定一系列结晶度不同的样品Ic和Ia 以Ic对Ia作图应得到一条直线 图5全同立构聚苯乙烯样品的IC对Ia作图所得回归线 研究结晶的聚合物的红外谱图中某些吸收带同结晶现象有关,随结晶度的增多而增强,随着结晶度的熔解而减弱乃至消失,这种吸收带称为晶带;某些聚合物还会出现非结晶部分的吸收带,称为非晶带。因为谱带的吸收度同结构的含量成正比,所以通过晶带与非晶带的的相对吸收强度的测定即可求得结晶度。 例如:聚丁二烯得红外谱图中953cm-1是结晶带,吸光度正比于结晶度,为了消除试样厚度得影响,以2940vcm-1得C-H伸展振动谱带作为内标结晶度可以由下式计算: 3. 红外光谱法: 4). DSC法 注意:不同方法测定同一聚 合物的结晶度没有可比性! 在一个样品中,实际上同时存在不同程度的有序状态,由于各种测定结晶度的方法涉及不同有序状态,或者说,各种方法对晶区和非晶区的理解不同,测试的结果相差很大。因此,在指出某种聚合物的结晶度时,必须具体说明测量方法。 例题:由文献查得PET resin 的密度?c =1.5×103Kg/m3 ?a =1.335×103Kg/m3 ?E= 66.67 KJ/mol (重复单元),重量为 2.92 ×10-3Kg ,V = 1.42×2.96×0.51×10-6m 3 试由以上数据计算 (1)PE Tresin 试样的 ? 和 ? (2)PET resin 内聚能密度(CED) 解: (1) ? = W V = 2.92 ×10-3 1.42×2.96×0.51×10-6 = 1.362×103 (Kg/m3) (2) 内聚能密度: CED = ?E ? Mc = 66.67×103 196/1.362 ×103 =473(J.cm-3) 本节的内容:重点掌握结晶度的测定方法及原理 =23.3% ?cv = ?- ?a ?c-?a = 21.8% ×100% §2.4聚合物的取向态结构 取向:一维有序, 二维有

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