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第二章高分子的聚集态结构
1、高分子的聚集态结构是指高分子链之间的排列和堆砌结构,也称为超分子结构。
高分子的链结构是决定高聚物基本性质的主要因素,而高分子的聚集态结构是决定高聚物本体性质的主要因素。对于实际应用中的高聚物材料或制品,其使用性能直接决定于在加工成型过程中形成的聚集态结构。
链结构只是间接影响高聚物材料的性能,而聚集态结构才是直接影响其性能的因素。
链结构是在高分子的合成过程中形成的,而聚集态结构是在高分子加工、成型过程中形成的。
液体
气体
固体
相态为物质的热力学状态
液态
气态
晶态
液体
固体
晶态
非晶态
高分子的凝聚态结构
聚合物的基本性能特点
材料的性能
决定
决定
控制成型加工条件
预定材料结构
预定材料性能
获得
得到
液晶态
取向结构
高分子凝聚态是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态
聚集态为物质的物理状态
织态结构
第一节高聚物分子间的作用力
范德华力与氢键
分子间的作用力包括范德华力(静电力、诱导力和色散力)和氢键。
内聚能密度
1、高分子的聚集态只有固态和液态,而没有气态,说明高分子的分子间力超过了组成它的化学键的键能。因为物质只有在破坏掉其分子间力时才会变为气态,可此时化学键已经被破坏而分解。
2、高聚物分子间力的大小采用内聚能或内聚能密度表示。
3、内聚能:把一摩尔液体或固体分子移到其分子间力范围之外缩需要的能量。单位体积的内聚能叫内聚能密度
⊿E= ⊿Hv-RT CED= ⊿E/V
对于低分子化合物,其内聚能近似等于恒容蒸发热或升华热。而高聚物不能汽化,不能直接测定内聚能(密度),只能估计。
高聚物
内聚能密度(兆焦/米3)
高聚物
内聚能密度(兆焦/米3)
PE
259
PMMA
347
PIB
272
PVAc
368
天然橡胶
280
PVC
381
PB
276
PET
477
丁苯橡胶
276
Nylon-66
774
PS
305
PAN
992
表线型高聚物的内聚能密度
内聚能密度与高聚物的物理性能存在明显的对应关系,内聚能密度在290兆焦/米3以下的高聚物均为非极性聚合物,分子间力小,分子链柔顺性好,富有弹性,可用作橡胶(PE例外,它易于结晶而失去弹性,只能作为塑料);高于420的高聚物,分子链上有强极性基团,或分子间能形成氢键,机械强度高,耐热,分子链结构规整,易于结晶取向,强度高,可以作纤维,其间的高聚物适合作塑料。
聚合物的晶态结构Crystalline structure
高分子链本身具有必要的规整结构
适宜的温度,外力等条件
高分子结晶,形成晶体
玻璃体结晶
溶液结晶
熔体结晶
方法
结晶聚合物的重要实验证据
X射线衍射曲线
X-ray diffraction
X射线衍射花样
X-ray patterns
Debye ring
or Debye crystallogram
X-ray instrument
Soller slit – Soller狭缝
2 Scan
无规聚丙烯和等规聚丙烯的X-ray图
无规聚丙烯
弥散圆
等规聚丙烯
弥散圆和衍射环共存
TMA- (热机械分析仪)