第五章聚合物的结构03.ppt

一、 概述 分子的聚集态结构： 平衡态时分子与分子之间的几何排列 1-2 高聚物的聚集态结构 除了没有气态，几乎小分子所有的物态它都存在，只不过要复杂得多。（晶态，液态，玻璃态，液晶态等。） 高分子的聚集态结构指的是高聚物材料本体内部高分子链之间的几何排列。 1-2 高聚物的聚集态结构 高聚物的聚集态结构至少要研究四个方面的问题： 晶态结构（crystalline structure） 非晶态结构（non-crystalline structure） 取向结构（oriented structure） 织态结构（texture structure） 1-2 高聚物的聚集态结构 高分子聚集态结构直接影响材料性能的因素，经验证明：即使有同样链结构的同一种高聚物，由于加工成型条件不同，制品性能也有很大差别。 例如：缓慢冷却的PET（涤纶片）是脆性的；迅速冷却，双轴拉伸的PET（涤纶薄膜）是韧性很好的材料。 1-2 高聚物的聚集态结构 我们在研究影响材料性能的各种因素时，不能忽视的是：尽管一种材料的基本性质取决于它的分子结构，但其本体性质则是由分子的排列状态所控制的。如果把物质的成分看作是砖的话，那么决定一座房子的最终性能和特征的是用怎样的方式把砖垒起来。所以，研究高分子聚集态结构特征、形成条件及其对制品性能的影响是控制产品质量和设计材料的重要基础。 二、 晶态结构和非晶态结构 基本概念 晶态模型 晶态结构和非晶态结构 结晶形态 部分结晶高聚物的结晶度 非晶模型 2-1 晶态高聚物的结晶结构 结晶结构——高聚物在十分之几nm的范围内的结构 2-1-1平面锯齿结构（plane zigzag） 没有取代基（PE）或取代基较小的（polyester，polyamide，POM，PVA等）的碳氢链中为了使分子链取位能最低的构象，并有利于在晶体中作紧密而规整的堆砌，所以分子取全反式构象，即：取平面锯齿形构象（P.Z）。 例如：PE 1．PE构象（平面锯齿） 2．晶系系： 斜方（正交） 晶系 2-1-2 螺旋形结构 （Helix） 具有较大的侧 基的高分子，为了减小空间阻碍，降低位能，则必须采取旁式构象。 例如：全同PP(H31)， 聚邻甲基苯乙烯(H41 ) ， 聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(H52)， 聚4-甲基戊烯- 1 (H72)， 聚间甲基苯乙烯 ( H11 8 )等。 例如：聚丙稀，PP的C—C主链并不居于同一平面内，而是在三维空间形成螺旋构象，即：它每三个链节构成一个基本螺圈，第四个链节又在空间重复，螺旋等同周期l＝6.50A。相当于每圈含有三个链节（重复单元）的螺距。 用符号H31表示 H：Helix（螺旋） 3：3个重复单元 1：1圈 IPP(等规聚丙烯) 1：螺旋构象。 2：晶系：单斜 六方 拟六方 2-1-3大分子排列方式 不管是取平面锯齿形构象还是螺旋构象，它们在结晶中作规整密堆积时，都只能采取使其主链的中心轴相互平行的方式排列。 与主链中心轴方向就是晶胞的主轴，通常约定为C方向。显然，在C方向上，原子间以化学键键合，而在空间其它方向上，则只有分子间力，在分子间力的作用下，分子链将相互靠近到链外原子或取代基之间接近范氏力所能吸引的距离。 2-1-3大分子排列方式 由于各个方向的受力不同，就产生了各向异性。因此在合成高聚物的晶体中不出现立方晶系（a＝b＝c），而其它六种晶系均存在（三方，四方，六方，单斜，三斜，正交）。 2-2 晶态高聚物的结晶形态 结晶结构（微观）是在十分之几纳米范围内考察的结构 结晶形态（宏观）——由以上的微观结构而堆砌成的晶体，外形至几十微米，可用电镜观察，也可用光学显微镜。 2-2-1 晶体的分类 ①单晶：近程和远程有序性贯穿整个晶体 宏观外形：多面体 宏观特征：各向异性 ②挛晶：晶体的远程有序性在某一确定的平面上发生突然转折，而且从这一平面为界的两部分晶体分别有各自的远程有序。 2-2-1 晶体的分类 ③多晶：整个晶体中由许多取向不同的晶粒（微小单晶或挛晶）组成，远程有序只能保持在几百nm或几十nm的范围内。 宏观外形：不具有多面体的规则外形（如金属，外观上没有明显的规整性）。 宏观物性：各向同性。 2-2-1 晶体的分类 ④准晶：仍属于晶体范畴，仍然存在点阵结构，但是有畸变的点阵结构，而且只有一定程度的远程有序。 另外还有球晶，柱晶，伸直链晶，纤维晶等 2-2-2 结晶