高分子取向結(jié)構(gòu)

高分子的取向態(tài)結(jié)構(gòu)

目錄一、聚合物的取向四、取向方向五、取向研究的應(yīng)用二、取向機理三、取向特點一、聚合物的取向1.取向：在外力作用下，高分子鏈、鏈段以及結(jié)晶高聚物的晶片、晶帶沿外力作用方向擇優(yōu)排列。2.取向態(tài)和結(jié)晶態(tài)

相同：都與高分子有序性相關(guān)，是熵減小的過程相異：取向態(tài)是一維或二維有序，結(jié)晶態(tài)是三維有序；取向是相對穩(wěn)定的非熱力學(xué)平衡態(tài)，結(jié)晶為熱力學(xué)平衡態(tài)；取向為非自發(fā)過程，結(jié)晶為自發(fā)過程3取向單元非晶態(tài)高聚物晶態(tài)高聚物分子鏈作為單元：分子鏈沿外力方向平行排列，但鏈段未必取向（粘流態(tài)時）晶片，晶粒，晶帶（晶區(qū)）分子鏈，鏈段（非晶區(qū)）鏈段：鏈段取向，分子鏈可能仍然雜亂無章（高彈態(tài)）非晶態(tài)高聚物取向晶態(tài)高聚物在拉伸取向中的結(jié)構(gòu)變化二、取向機理取向過程是分子在外力作用下的有序化過程。外力除去后，分子熱運動使分子趨向于無序化，即稱為解取向過程。同時取向的過程是在外力作用下運動單元運動的過程。必須克服高聚物內(nèi)部的粘滯阻力，因而完成取向過程要一定的時間。（1）鏈段取向：通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的鏈段運動來完成，這種取向在玻璃化溫度以上就可以進行。（2）分子鏈取向：通過各鏈段的協(xié)同運動來完成，只有在粘流態(tài)下才能實現(xiàn)。（3）晶粒的取向：通過晶區(qū)的破壞和重新排列來完成，一般需在外力作用下進行。即伴隨晶片的傾斜、滑移過程，原有的折疊鏈晶片被拉伸破壞，重新為新的折疊鏈晶片、伸直鏈微晶或由球晶轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒗w結(jié)構(gòu)。1.各取向單元的取相機理2、非晶態(tài)聚合物的取向

對于非晶態(tài)聚合物，有鏈段取向和分子取向兩種可能，在高彈態(tài)下只發(fā)生鏈段取向，不發(fā)生分子取向。在粘流態(tài)下，兩種都發(fā)生，但首先發(fā)生鏈段的取向，然后才發(fā)生整個分子的取向。3、晶態(tài)聚合物的取向

非晶區(qū)中可能發(fā)生鏈段取向和分子鏈的取向；晶區(qū)中還可能發(fā)生晶粒的取向。三、取向的特點1、各向異性

未取向時，大分子鏈和鏈段的排列是隨機的，因而呈現(xiàn)各向同性。

取向后，由于在取向方向上原子之間的作用力以化學(xué)鍵為主，而在與之垂直的方向上，原子之間的作用力以范德華力為主，因而呈現(xiàn)各向異性。由此使材料在力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能上取向前后產(chǎn)生顯著差別。

取向過程是一種分子的有序化過程，而熱運動卻使分子趨向雜亂無序，即所謂解取向過程。在熱力學(xué)上，解取向是自發(fā)過程，而取向過程必須通過外力場的幫助才能實現(xiàn)。在高彈態(tài)下，拉伸可使鏈段取向，但外力去除后，鏈段就自發(fā)解取向，恢復(fù)原狀。在粘流態(tài)下，外力可使分子鏈取向，但外力去除，分子鏈就自發(fā)解取向。

為了維持取向狀態(tài)，必須在取向后把溫度迅速降至玻璃化溫度以下，使分子和鏈段的運動“凍結(jié)”起來，以獲取具有取向的材料。2、熱力學(xué)上是一種非平衡狀態(tài)四、取向方式1、單軸取向材料只沿一個方向拉伸，長度增加，厚度和寬度減少，大分子鏈或鏈段沿拉伸方向擇優(yōu)取向

單軸取向——纖維Z雙軸取向——薄膜Z2、雙軸取向材料沿兩個垂直的方向拉伸，面積增加，厚度減少，大分子鏈或鏈段傾向于與拉伸平面平行排列。五、取向研究的應(yīng)用1、合成纖維的生產(chǎn)

紡絲時拉伸使纖維取向度提高后，雖然抗張強度提高，但是由于取向過度，分子排列過于規(guī)整，分子間相互作用力太大，分子的彈性卻太小了，纖維變得僵硬、脆。為了獲得一定的強度和一定的彈性的纖維，可以在成型加工時利用分子鏈取向和鏈段取向速度的不同，用慢的取向過程使整個分子鏈獲得良好的取向，以達到高強度，然后再用快的取向過程使鏈段解取向，使之具有彈性。

纖維在較高溫度下（粘流態(tài)）牽伸，因高聚物具有強的流動性，可以獲得整鏈取向，冷卻成型后，在很短時間內(nèi)用熱空氣和水蒸氣很快吹塑一下，使鏈段解取向收縮（這一過程叫“熱處理”）以獲取彈性。未經(jīng)熱處理的纖維在受熱時就會變形（內(nèi)衣，汗衫）。2、薄膜的生產(chǎn)

例1：目前廣泛使用的全同PP包扎繩，是全同PP薄膜經(jīng)單軸拉伸再經(jīng)撕裂制成，拉伸方向十分結(jié)實（原子間化學(xué)鍵），而與之垂直方向上十分容易撕開（范氏力）。例2：電影膠片的片基，錄音、錄像的帶基等薄膜制品，大都是通過雙軸拉伸而制成。性能特點：雙軸取向后薄膜不存在薄弱方向，可全面提高強度和耐褶性，而且由于薄膜平面上不存在各向異性，存放時不發(fā)生不均勻收縮，這對于作攝影膠片的薄膜材料很重要，不會造成影象失真。3、