高分子材料张的结构.pptVIP

第八章 聚合物的结构和性能 高分子物理：采用物理手段描述高分子体系 涉及的物理概念：空间、时间、温度、力、电场、磁场、光…… 一、高分子材料的结构 包括单个高分子的链结构及多个高分子链的凝聚态结构 描述高分子体系组成单元在空间的静态分布 二、高分子材料的分子运动 包括高分子运动的微观方式及其宏观效应 描述高分子体系组成单元在空间的运动状态 三、高分子材料的性能 包括力学、流动、电学、热学、光学和溶液性能等 描述高分子体系对力、电磁场等各种外部刺激的响应行为 §1 高分子材料的结构 §1.1 单个高分子的链结构 一、高分子链在三维空间的排布——构象 为什么高分子链有蜷曲的倾向？原因：高分子链中单键的内旋转 单键的内旋转使高分子链内原子在空间的排列方式不断改变而取不同的构象。 在高分子链中，每个化学键可取反式、旁式两种实际构象。构象间可相互转化。 单键数目越多，所取构象越多，链越柔顺。 若干个链节组成的能独立运动的小单元称作 链段。 二、影响高分子链柔性的因素 (一)主链结构 1.单键构成的高分子链内旋转位阻小，具很大柔性。 单键类型不同，柔性不同。 柔性： －Si－O－Si－ －CH2CH2O－ －CH2CH2－ 2.具有共轭双键的高分子链不能内旋转，是刚性高分子。 3.含非共轭双键的高分子链的柔性优于单键高分子链。 (二)取代基影响 1.非极性取代基 a.使主链间距离↑,分子间作用力↓,柔性↑(聚异丁烯） b.空间位阻↑,内旋转能力↓,柔性↓ （聚苯乙烯） 2.极性取代基 a.分子间作用力↑，柔性↓ b.极性基团近程排斥力↑，柔性↓ 极性：PAN PVC PE 柔性：PAN PVC PE 3.数量及位置 基团少，相距远，柔性好。取代基为对称结构，柔性好。 (三)支链与交联结构 支链阻碍分子链间的接近，有助于内旋转，柔性好。 交联度大，聚合物柔性迅速下降。 (四)分子间作用力 分子间易生成大量氢键的高分子柔性差。 三、链柔顺性的表征 末端距 h 均方末端距 h2 根均方末端距 (h2)? h2 ＝Z b2 or (h2)? ＝b (Z)? B：高分子链中能独立运动的最小单元（链段）的长度； Z：链段的总数 h2越小，链越柔顺 §1.2 高分子的聚集态结构 高分子链间的排列和堆砌结构——超分子结构 一、高分子的晶态结构 高分子晶体是由构成高分子链的原子或结构单元在空间按照一定规律周 期性重复排列构成的固体，其结晶形态因结晶条件不同而不同。 1. 单晶 只能在特殊条件下得到，要求： ①溶液的浓度足够稀(0.01%~0.1%) ②结晶的温度足够高 ③结晶的速率足够慢 单晶厚度：~ 10 nm 大小: 几~ 几十微米 在极稀溶液中缓慢结晶可得到单晶的聚合物： PP、PS、PAN的等规聚合物等 若溶液浓度较大，或者结晶温度较低， 或者分子量太大，则不能形成单晶，而易形 成树枝状晶。 原因：在这种条件下，高分子的扩散成 了结晶生长的控制因素，棱角处的晶粒生长 比生长面上邻近的其他晶粒优先，这种在特 定方向优先生长的特点，使结晶过程中重复 发生分叉支化，导致生成规则的树枝状晶。 2.球晶——浓溶液中析出或熔体冷却时形成。 黑十字消光图案：双折射性；对称性 a,b,c, 多层晶片 d,捆束状形式 e,球晶完成 3.伸直链晶体 生成条件：在极高压力下（几千或几万个大气压）聚合物进行熔融结晶，或对聚 合物熔体加压热处理 4.串晶 在应力作用下产生 三、高聚物的结