第二章高分子物理

第二章高分子物理第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.高分子的聚集態(tài)結構

PolymerAggregateStructure大量高分子聚集體中高分子的空間排列方式。2.高分子聚集態(tài)結構的類型

TypesofPolymerAggregateStructure結晶的、非結晶的、液晶態(tài)、取向態(tài)、織態(tài)第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月3.影響高分子聚集態(tài)結構的因素

EffectsofPolymerAggregateStructure(1).高分子本身的結構因素—有無結晶能力

(1)結晶性聚合物：從高分子的化學結構看具有結晶能力的聚合物。

(2)非結晶性聚合物：從高分子的化學結構看不具有結晶能力的聚合物。

(3)液晶性聚合物：高分子中含有液晶原,能夠呈現液晶態(tài)的聚合物。三類聚合物第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月3.(3).環(huán)境條件①溫度：溫度的高低、溫度變化的快慢②外力：有助于或有礙于3.(2).添加劑溶劑、著色劑、填充劑、增韌劑等第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月①結晶聚合物：具有結晶聚集態(tài)結構的聚合物②非結晶聚合物：不具有結晶聚集態(tài)結構的聚合物③取向態(tài)聚合物：具有取向的聚集態(tài)結構的聚合物④高分子液晶：呈現液晶態(tài)的聚合物按照高分子的聚集態(tài)結構四類聚合物第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2高分子間的作用力Section2.

MutualActionamongPolymersChapter2.AggregateStructureofPolymer

第二章高分子的聚集態(tài)結構第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.作用力類型及特點

(1)類型：

(2)特點：只能呈現固態(tài)、液態(tài)，無氣態(tài)

因為一個高分子與周圍高分子之間的作用力遠超過一個化學鍵的鍵能。

范德華力氫鍵色散力誘導力靜電力分子內分子間第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.表征

(1)摩爾內聚能：克服分子間的作用力將1摩爾固體或液體物質的分子遠離到脫離相互作用的情況下所需的能量。

(2)內聚能密度CED：單位體積的內聚能

一般纖維>塑料>橡膠摩爾體積第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3結晶聚合物結晶的結構和形態(tài)Section3.

CrystallineStructureandMorphology

ofCrystallinePolymerChapter2.AggregateStructureofPolymer

第二章高分子的聚集態(tài)結構第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識冰的結構第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識1.晶格(空間點陣)Crystallattice第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.晶格(空間點陣)Crystallattice把晶體中的質點抽象為幾何點，這些等同的幾何點在空間聚集形成的格子，稱為空間點陣。對于小分子，一個分子、原子或離子對于高分子，一個結點上一般不可能是一個高分子(球蛋白例外)，而往往是高分子周期重復的基團，故一個晶胞往往不會包含一個完整的高分子。第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識2.晶胞Unitcell(1)晶胞Unitcell晶體中周期性排列的最小的重復結構單元結點晶胞第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)晶胞參數Cellparameters3個棱a、b、c3個棱之間的夾角、、

高分子鏈軸方向已折疊的鏈并肩排列的方向高分子鏈折疊的方向2.晶胞

Unitcell第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識3.晶系Crystalsystem(1)小分子7個:立方,四方,斜方(正交),六方,三方,單斜,三斜立方

Cubica=b=c,

===90°四方

Tetragonala=b

c,

===90°正交

Rhombica

b

c,

===90°第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月六方

Hexagonala=b

c,==90°,=120°三方

Rhombohedrala=b=c,==90°a=b

c,==90°=120°單斜

Monoclinica

b

c==90°,90°三斜

Triclinica

b

c===90°3.晶系Crystalsystem(1)小分子(2)高分子6個:立方,四方,斜方(正交),六方,三方,單斜,三斜第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識4.晶面和晶面指數(1)晶面Crystalplane

指從某一方向觀察晶體時，晶體中的質點是分布在等間距的平面群上，這些等間距的平面群稱為晶面。cba(2)晶面指數Crystalplane

index

a

bc3

211312112636662

36(2,3,6)晶面倒數通分取分子第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識5.同質多晶現象

heteromorphism(1)定義:同一種物質具有多種晶型的現象(2)原因:晶型αβγ晶系單斜準六方三方熔點(℃)165145-150155如:全同PP(31構象),一般有3種晶型A.構象不同B.構象同,但排列方式不同C.結晶條件不同如:聚丁烯-131為三方,113為四方

第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識6.異質同晶現象

allomerism(1)定義:不同的結構單元在晶格中能相互取代的現象

或不同的結構單元可以排入同一種晶格的現象(2)原因:如:PP31，聚丁烯-131,可以形成共晶不同結構單元相應的均聚物具有相同的結晶結構第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1晶體結構的基本知識7.晶格缺陷

latticemodel(1)定義:

空間點陣的周期性

在空間中斷的現象(2)類型:醞晶(準晶)點缺陷線(一維)缺陷面(二維)缺陷三維缺陷原子缺陷電子缺陷空間點陣的周期性在三維空間上不太完整的晶體(晶格變形的晶體)如:腈綸的晶體是典型的準晶因為聚丙烯腈是由自由基聚合的方法得到的，呈無規(guī)立構構型，由于高分子間作用力相當大，可以結晶，但晶格的規(guī)整性差。第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2結晶形態(tài)學1.研究內容

晶體的外形形狀、尺寸大小和結構特征2.研究方法

光學顯微鏡(正交偏光)、電子顯微鏡、

電子衍射等3.聚合物結晶的結構和形態(tài)形態(tài)結構形成條件(1)單晶平面狀單層片晶(晶片)厚度一般100埃左右,片狀,鏈軸方向晶片平面,以折疊鏈的構象排入晶格極稀(0.01-0.1%)的聚合物溶液中緩慢結晶第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月形態(tài)結構形成條件(2)伸直鏈晶體一般類似塊狀晶片厚度和分子鏈長短(分子量大小)對應;鏈軸晶面;分子鏈呈伸直鏈構象相互平行排入晶格;聚合物熔體在高溫高壓下結晶3.聚合物結晶的結構和形態(tài)圖2-10a高溫高壓下得到的

聚乙烯伸直鏈片晶圖2-10b

低分子量聚乙烯熔體結晶中的伸直鏈片晶ExtendedChaincrystal第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月形態(tài)結構形成條件(3)球晶近似球狀自聚合物熔體降溫結晶、或從濃溶液中結晶3.聚合物結晶的結構和形態(tài)特征A.都有球晶中心,徑向對稱球晶:由晶片聚集成的長條扭曲狀的微纖束自球晶中心出發(fā),沿徑向輻射排列的多晶聚集體。圖2-11球晶各生長階段形象示意圖在圖a,b,c下分別給出其俯視圖2種球晶第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2-15球晶黑十字消光原理圖有消光黑十字3.(3)球晶的特征由于球晶具有結構不對稱性,一束平面偏振光照到球晶上后,由于折光指數不同而分成2束光速不同的光。B.第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月消光黑十字式中:目鏡上的光強;入射的平面偏振光的振幅;球晶中的任一點和球晶中心的連線與平面偏振光偏振面的夾角;兩束光速不同的光的相位差當,,,,,當,,,,暗亮黑十字的兩臂分別起偏振片和檢偏振片的2個光軸,形成2束光速不同的光,發(fā)生干涉。第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月有正負光性c軸a軸b軸分子鏈軸方向,折射率最大分子鏈折疊方向,折射率較小球晶中的小晶粒有3個軸(與晶胞的軸一致)a.若,為單軸球晶若,為雙軸球晶球晶半徑或球晶半徑或球晶半徑折疊鏈并肩排列的方向,折射率較小cn3.(3)球晶的特征C.單軸、雙軸球晶第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月球晶的正負光性正負光性b.單軸球晶:或即,為負光性球晶切線方向的折射率球晶半徑方向的折射率雙軸球晶可能為混合光性可能為正光性可能為負光性第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月有放射狀和螺旋狀球晶之分放射狀球晶自球晶中心出發(fā),呈明暗條紋圖2-19聚戊二酸丙二酯球晶的偏光顯微鏡照片螺旋狀球晶自球晶中心出發(fā),有明暗相間的同心圓環(huán),如PE。因為球晶中微纖束以同周期、同相位扭曲圖2-20帶消光同心圓環(huán)的聚乙烯球晶偏光顯微鏡照片3.(3)球晶的特征D.第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2-21球晶環(huán)狀消光圖案光學原理圖螺旋狀球晶環(huán)狀消光圖案的光學原理扭轉的聚乙烯球晶晶片球晶徑向雙折射圓體的旋轉球晶徑向晶片的取向旋轉第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月透明性(指含有球晶的聚合物)一般不透明,呈半透明或乳白色因為球晶尺寸(>入射光波長的1/2)較大，晶區(qū)和非晶區(qū)折光指數不同,出現光的折射、散射例外:a.聚-4-甲基戊烯-1不管球晶多大,都透明因為晶區(qū)與非晶區(qū)的密度、折光指數相近b.ABS

屬于非晶高分子材料,但不透明因為是多組分多相高分子材料3.(3)球晶的特征E.第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月A.

含有球晶的聚合物:3.(3)球晶的結構B.