什么是取向態(tài)聚合物 聚合物結(jié)構(gòu)性能關(guān)系

生活中有哪些取向態(tài)聚合物，為什么聚合物取向結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上是一種非平衡狀態(tài)？什么是聚合物的結(jié)晶和取向？研究結(jié)晶和取向?qū)Ω叻肿映尚图庸び泻螌?shí)際意義？為什么聚合物取向結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上是一種非平衡態(tài)？取向態(tài)，液晶態(tài)和結(jié)晶的之間有何異同，比較取向態(tài)，液晶態(tài)和結(jié)晶的異同。

本文導(dǎo)航

• 聚合物的取向?qū)π阅苡惺裁从绊?/a>
• 聚合物結(jié)構(gòu)性能關(guān)系
• 高分子結(jié)晶性能的研究方法
• 為什么研究聚合物的聚合度
• 含硅si晶體是什么
• 晶體化學(xué)和結(jié)晶學(xué)的區(qū)別

聚合物的取向?qū)π阅苡惺裁从绊?/h3>

在某些外場(chǎng)作用下，大分子鏈、鏈段或微晶可以沿著外場(chǎng)方向擇優(yōu)有序排列，稱(chēng)為取向結(jié)構(gòu)。

如:合成纖維紡絲、雙軸拉伸和吹塑的薄膜、纖維材料、如擠出的管材等。取向結(jié)構(gòu)對(duì)材料的力學(xué)、光學(xué)、熱性能影響顯著。

聚合物結(jié)構(gòu)性能關(guān)系

聚合物在外力作用下，分子鏈、鏈段和結(jié)晶聚合物中的晶粒等結(jié)構(gòu)單元沿著外力方向擇優(yōu)排列，稱(chēng)為取向。

取向過(guò)程是一種分子的有序化過(guò)程，它必須在外力的作用下才能實(shí)現(xiàn)；而分子的熱運(yùn)動(dòng)卻使分子趨于紊亂無(wú)序

即熱運(yùn)動(dòng)使分子發(fā)生解取向，解取向過(guò)程是一種自發(fā)過(guò)程，

即使在外力作用下，分子的解取向也總是存在的，因此取向狀態(tài)在熱力學(xué)上是一種非平衡狀態(tài)。

高分子結(jié)晶性能的研究方法

這個(gè)問(wèn)題可以寫(xiě)一本書(shū)。簡(jiǎn)單的說(shuō)一下吧：

某些聚合物的分子鏈結(jié)構(gòu)比較規(guī)整或含有大量能夠相互形成氫鍵的基團(tuán)，熔體冷卻時(shí)，聚合物分子鏈規(guī)則地排列（同時(shí)或有氫鍵參與），其結(jié)果是產(chǎn)生結(jié)晶。常見(jiàn)的非極性結(jié)晶/半結(jié)晶聚合物有聚丙烯、聚乙烯等。常見(jiàn)的極性結(jié)晶聚合物有尼龍、聚酯等。

聚合物的結(jié)晶有利有弊，好處在于，結(jié)晶可以提高制品的剛度和拉伸、彎曲等機(jī)械強(qiáng)度；壞處在于結(jié)晶過(guò)程通常導(dǎo)致聚合物不透明、沖擊強(qiáng)度受到影響、結(jié)晶過(guò)程導(dǎo)致相對(duì)較大的成型收縮率，容易導(dǎo)致翹曲變形等。

取向是指聚合物熔融加工過(guò)程中，長(zhǎng)鏈狀分子在剪切力作用下沿著熔體流動(dòng)方向排列，并在冷卻固化過(guò)程中被固定下來(lái)的現(xiàn)象。其負(fù)面影響主要是導(dǎo)致流動(dòng)方向和垂直方向不均一的內(nèi)應(yīng)力和收縮率，使得制品尺寸及外形受到影響，并可能導(dǎo)致機(jī)械性能的不均一。取向的好處是，在某些應(yīng)用中，取向方向的機(jī)械強(qiáng)度較大。

為什么研究聚合物的聚合度

1、取向的概念

大分子鏈、鏈段或微晶在某些外場(chǎng)(如拉伸應(yīng)力或剪切應(yīng)力)作用下，可以沿著外場(chǎng)方向有序排列，這種有序的平行排列稱(chēng)為取向，所形成的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為取向態(tài)結(jié)構(gòu)。

2、取向的機(jī)理

非晶態(tài)聚合物有兩種不同的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)單元——整個(gè)分子鏈和鏈段

鏈段的取向：通過(guò)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成，鏈段沿外場(chǎng)作用方向平行排列。例如：在高彈態(tài)下拉伸，整個(gè)分子鏈的排列仍然是雜亂無(wú)章的。

整個(gè)分子鏈取向：需要分子各鏈段的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，分子鏈均沿外場(chǎng)方向平行排列。例如：在粘流態(tài)下，外力可使整個(gè)分子鏈取向，但鏈段可能沒(méi)有取向。

對(duì)于結(jié)晶聚合物來(lái)說(shuō)，在外場(chǎng)作用下，還發(fā)生微晶的取向，即伴隨著晶片的傾斜、滑移過(guò)程，原有的折疊鏈晶片被拉伸破壞，重排為新的取向折疊鏈晶片、伸直鏈微晶或由球晶轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒗w結(jié)構(gòu)等等。

含硅si晶體是什么

取向態(tài)：聚合物中的分子鏈或鏈段或微晶的某一晶軸或晶面，朝著某一方向或平行于某一平面占優(yōu)勢(shì)的排列，即取向，這種聚合物就處于取向態(tài)。

取向又可分為單軸取向和雙軸取向，單軸取向是一維有序的過(guò)程，而雙軸取向是二維有序的過(guò)程。

液晶態(tài)：物質(zhì)在熔融狀態(tài)或在溶液狀態(tài)下雖然獲得了液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)性，但在材料內(nèi)部仍然保留有分子排列的一維或二維有序，在物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。這種兼有晶體和液體部分性質(zhì)的狀態(tài)稱(chēng)為液晶態(tài)。

液晶可根據(jù)以下不同條件來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。

近晶型 向列型 膽甾型

結(jié)晶：熱的飽和溶液冷卻后，溶質(zhì)以晶體的形式析出，這一過(guò)程叫結(jié)晶。

取向態(tài)和結(jié)晶

相同點(diǎn)：都與高分子有序性相關(guān)，都是熵值減小的過(guò)程。

不同點(diǎn)：（1）高分子鏈的有序程度不同。取向態(tài)是一維或二維有序，結(jié)晶是三維有序。（2）取向是相對(duì)穩(wěn)定的非熱力學(xué)平衡態(tài)，結(jié)晶是熱力學(xué)平衡態(tài)。（3）取向?yàn)榉亲园l(fā)過(guò)程，結(jié)晶為自發(fā)過(guò)程。（4）力學(xué)性能方面。取向態(tài)，抗張強(qiáng)度和擾曲疲勞強(qiáng)度在取向方向上顯著的增加，而與取向方向相垂直的方向上則降低，其他，如沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等也發(fā)生相應(yīng)的變化。結(jié)晶態(tài)。沖擊強(qiáng)度下降，拉伸強(qiáng)度上升。

非晶態(tài)高分子：熱力學(xué)不穩(wěn)定

晶態(tài)高分子：非晶區(qū)的取向，熱力學(xué)不穩(wěn)定；晶區(qū)的取向，熱力學(xué)穩(wěn)定。

液晶和取向態(tài)

液晶是物質(zhì)所呈現(xiàn)的一種聚集狀態(tài)，它兼有液體的流動(dòng)性、晶體排列的有序性和各向異性等特點(diǎn)。

而取向態(tài)是高分子鏈段在某些方向上的則有排列，因此呈各向異性。

當(dāng)剪切力較小時(shí)，液晶態(tài)溶液粘度的降低大于一般高分子溶液，即液晶內(nèi)流動(dòng)單元更易取向。

Freidel把取向有序引入液晶領(lǐng)域，提出了一套液晶分類(lèi)規(guī)則：向列、近晶和膽甾相。

三者的相同點(diǎn)：

取向態(tài)、液晶態(tài)、結(jié)晶態(tài)熔融時(shí)都有一定大小的熔限，且都是高分子物質(zhì)熵值減小的過(guò)程。

晶體化學(xué)和結(jié)晶學(xué)的區(qū)別

取向態(tài)：聚合物中的分子鏈或鏈段或微晶的某一晶軸或晶面，朝著某一方向或平行于某一平面占優(yōu)勢(shì)的排列，即取向，這種聚合物就處于取向態(tài)。

取向又可分為單軸取向和雙軸取向，單軸取向是一維有序的過(guò)程，而雙軸取向是二維有序的過(guò)程。

液晶態(tài)：物質(zhì)在熔融狀態(tài)或在溶液狀態(tài)下雖然獲得了液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)性，但在材料內(nèi)部仍然保留有分子排列的一維或二維有序，在物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。這種兼有晶體和液體部分性質(zhì)的狀態(tài)稱(chēng)為液晶態(tài)。

液晶可根據(jù)以下不同條件來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。

近晶型

向列型

膽甾型

結(jié)晶：熱的飽和溶液冷卻后，溶質(zhì)以晶體的形式析出，這一過(guò)程叫結(jié)晶。

取向態(tài)和結(jié)晶

相同點(diǎn)：都與高分子有序性相關(guān)，都是熵值減小的過(guò)程。

不同點(diǎn)：（1）高分子鏈的有序程度不同。取向態(tài)是一維或二維有序，結(jié)晶是三維有序。（2）取向是相對(duì)穩(wěn)定的非熱力學(xué)平衡態(tài)，結(jié)晶是熱力學(xué)平衡態(tài)。（3）取向?yàn)榉亲园l(fā)過(guò)程，結(jié)晶為自發(fā)過(guò)程。（4）力學(xué)性能方面。取向態(tài)，抗張強(qiáng)度和擾曲疲勞強(qiáng)度在取向方向上顯著的增加，而與取向方向相垂直的方向上則降低，其他，如沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等也發(fā)生相應(yīng)的變化。結(jié)晶態(tài)。沖擊強(qiáng)度下降，拉伸強(qiáng)度上升。

非晶態(tài)高分子：熱力學(xué)不穩(wěn)定

晶態(tài)高分子：非晶區(qū)的取向，熱力學(xué)不穩(wěn)定；晶區(qū)的取向，熱力學(xué)穩(wěn)定。

液晶和取向態(tài)

液晶是物質(zhì)所呈現(xiàn)的一種聚集狀態(tài)，它兼有液體的流動(dòng)性、晶體排列的有序性和各向異性等特點(diǎn)。

而取向態(tài)是高分子鏈段在某些方向上的則有排列，因此呈各向異性。

當(dāng)剪切力較小時(shí)，液晶態(tài)溶液粘度的降低大于一般高分子溶液，即液晶內(nèi)流動(dòng)單元更易取向。

Freidel把取向有序引入液晶領(lǐng)域，提出了一套液晶分類(lèi)規(guī)則：向列、近晶和膽甾相。

三者的相同點(diǎn)：

取向態(tài)、液晶態(tài)、結(jié)晶態(tài)熔融時(shí)都有一定大小的熔限，且都是高分子物質(zhì)熵值減小的過(guò)程。