[材料科学]聚合物的凝聚态结构.ppt

高分子液晶的类型 高分子液晶的应用 液晶态聚合物 * * 高分子的结构层次 高分子凝聚态结构 非晶态结构 取向结构 晶态结构 液晶态结构 更高层次的织态结构 高分子物理中的两章 高分子的链结构 非晶态聚合物 结晶态聚合物 高分子的溶液性质 聚合物的力学性能 聚合物的电学性能和热学性能 高分子聚合物结构的重要性 高分子材料，是由许多高分子链按一定方式凝聚而成的。而高分子链是如何排列和堆彻的凝聚态结构对高分子材料的性能有很大的影响。了解高分子的凝聚态结构特征，形成条件及其与高分子材料性能之间的关系，对通过控制加工成型条件，以获得具体预定结构和性能的材料是十分重要的，同时也为高分子材料的物理改性和设计提供理论依据。 分子间的相互作用力 范德瓦尔斯力 氢健 范德瓦尔斯力 静电力： 诱导力 色散力 氢键 方向性 饱和性 高分子聚合物的两态 气态 液体 固态 内聚能和内聚密度 分子间作用力的大小，常用内聚合能或内聚密度来表示。 橡胶：分子间作用力小，分子链不含庞大侧基，链段容易运动。 纤维：含有强极性基团，或分子链间能形成氢键，分子间作用力大，分子结构较规整，易结晶，这类聚合物强度高。 塑料:内聚能中等，含极性基团取代基，分子间作用力较大，或含体积庞大的侧基，链段运动较困难。 聚合物的非晶态结构模型 非晶态聚合物可以有玻璃态，高弹态和黏流态三种力学状态。 共同的结构特征：分子排列远程无序，近程有序。 玻璃态的非晶态聚合物属于过冷液体。 一种观点认为非晶态聚合物的结构是完全无序的。 一种观点认为非晶态聚合物的结构是局部有序的。 非晶态聚合物的分子运动和热转变 室温下，一般的橡胶为弹性体，而塑料为刚性的材料。 将橡胶冷却至低温（玻璃化温度以下）可变为硬而脆的固体。 分子运动能将材料的微观结构与宏观性能之间的关系联系起来。 高分子运动的特点 高分子运动单元的多重性：整个高分子链的运动，链段的运动，更小运动单元（链节，侧基）的运动。 高分子运动具有时间依赖性：高分子运动是一个松弛过程。 高分子运动的温度依赖性。 非晶态聚合物的温度－形变曲线 非晶态聚合物在不同的温度下，有不同的分子运动发生，使聚合物在宏观上呈现玻璃态，高弹态和黏流态三种力学状态，以及两个转变。 玻璃化温度：Tg 黏流温度：Tf 非晶态聚合物的玻璃化转变 聚合物的玻璃化转变除了模量等力学性能有很多变化，其他宏观物理性能也会变化，如热容，比体积等。 玻璃化温度的测定：膨胀计法－测量聚合物的体积随温度的变化速率在Tg 出有一转折。所需时间较长。 差式扫描量热计（DSC） 粘弹谱分析 影响玻璃化温度的因素 分子链的柔性 分子链间的相互作用 相对分子质量 交联 其他如增塑，共聚，升温和降温速率等 聚合物熔体的粘性流动 粘性液体的流动分为牛顿流动和非牛顿流动 影响聚合物黏流温度的因素 在黏流温度以上，在外力作用下，聚合物不仅链段能够运动，而且整个分子链也能发生相对移动，在宏观上聚合物表现为发生粘性流动，产生不可逆的流动形变。 高分子链的柔性 高分子的极性 相对分子质量 外力大小和外力作用时间 取向聚合物 聚合物在外力作用下，分子链，链段和结晶聚合物中的晶粒等取向单元着外力作用方向择优排列，称为取向。聚合物取向后形成取向结构。 取向结构和晶态结构中分子排列都是有有序性，但有明显区别。取向结构仅是取向单元在特定方向作择优排列，通常各个取向单元的方向不完全相同，只不过在特定方向上占优势，是一维或二维一定程度的有序。而晶态结构中分子链是三维规整有序排列。 结晶态聚合物 聚合物的结晶是分子链规则有序的排列形成的三维远程有序的晶体结构。 聚合物的结晶能力是指聚合物能不能结晶，结晶速率，可达到的最大结晶度。 聚合物的结晶能力的差异根本原因在于聚合物的分子结构是否满足形成三维有序的晶体结构所有要求条件。 影响因素 分子链的对称性 分子链的规整性 分子链的柔性 共聚结构 其他因素，如支化，交联等 结晶聚合物的晶体结构 X射线衍射法是研究晶体结构的最常用的重要方法。 聚合物单晶，聚合物球晶，纤维晶，串晶，伸直链晶 晶体聚合物的结构模型：缨状微束模型，折叠链模型，插线板模型 结晶聚合物的结晶度 测定结晶度的较常用的方法有：密度法，X射线衍射法，差示扫描量热法，红外光谱法。 差示扫描量热法（DSC）：根据晶体聚合物在熔融过程中吸收的热量来测定其结晶度，是目前测定聚合物结晶度最常用的手段。 X射线衍射法：原理是结晶部分和非结晶部分的X射线衍射强度来确定结晶度 聚合物的结晶过程 结晶速度和测定方法 Avrami 方程应用于聚合物等温结晶动力学 影响结晶速度的因素 结晶速度和测定方法 结晶速度常用的方法有：膨胀计法，解偏振光强度法，DSC法，X射线衍射法，小角激光光散射，热台偏光显微镜等。