【高物干货】第03期:高分子聚集态结构(一)

发布网友 发布时间：2024-10-24 03:00

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热心网友 时间：2024-10-26 23:36

高分子聚集态结构是直接影响材料性能的关键因素，它是高分子链之间排列和堆砌的结构，分为晶态、非晶态（玻璃态）、取向态、高弹态、黏流态等。在高分子链内部，由于包含成千上万个结构单元，即便孤立的高分子链也存在链单元间的相互作用，形成单链凝聚态，成为单链颗粒。玻璃态具有远程无序的固体结构，分子在某一位置上定居的时间远超观察时间，分子链段运动被冻结。内聚能（Cohesiveenergy）是指把一摩尔液体或固体分子移到其分子间的引力范围之外所需要的能量。内聚能密度（CED）是单位体积内聚能，它与分子间作用力的大小成正比，高分子不能汽化，无法直接计算内聚能密度，可通过最大溶胀比法或最大黏度法测定其溶解能力获得溶度参数估算。聚合物结晶条件需要具备高分子链的立构规整性（内因）和给予充分条件（外因），如适宜温度和足够时间。影响结晶速度的因素包括温度、高分子的链结构、分子量、杂质、溶剂和应力等。结晶形态分为单晶、球晶、拉伸纤维晶、非折叠的伸直链晶体和串晶。晶态结构模型有缨状微束模型、折叠链模型和插线板模型，非晶态结构模型包括无规线团模型和两相球粒模型。聚合物取向结构是分子链或其他结构单元在某种外力作用下择优排列的结构，取向状态与结晶状态的有序程度不同，对材料的力学性能、光学性质及热性能产生较大影响。结晶聚合物中有非晶态结构，可通过广角X射线衍射图、密度比较和实验测得的非晶与结晶密度比等事实证明。非晶态聚合物中包含有序结构，如两相球粒模型，可通过密度比偏高、结晶速率快和电子显微镜发现直径为5nm左右的小颗粒等事实证明。结晶性聚合物和非结晶性聚合物的区别在于结晶能力，结晶性聚合物如聚乙烯、天然橡胶、聚乙烯醇、全同聚丙烯和尼龙等易于结晶，非结晶性聚合物如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等不能结晶。结晶温度对聚合物晶体的熔点有影响，结晶温度较高时，聚合物晶体的熔点也较高。结晶速率受结晶能力、温度、高分子的链结构、分子量、杂质、溶剂和应力等因素影响，结晶速率快的聚合物如聚乙烯，结晶速率较慢的聚合物如聚对苯二甲酸乙二醇酯，而尼龙-6居中。聚合物取向是分子链、链段或晶片、晶带沿着外场方向排列的过程，材料的使用要求决定了取向方式，如单轴取向和双轴取向。双轴拉伸取向的有机玻璃在取向的X，Y方向上强度得到提高，原因在于分子链更多地沿取向方向排列，原子间以化学键结合为主。有机玻璃在常温下基本上是脆性材料，双轴拉伸取向后，分子链与平面平行取向，材料内部应力分布均化，强度提高。在子弹射击时，取向的X，Y方向上强度提高，子弹穿透处呈空洞，而不发生座舱的爆破。