第15讲 聚合物的结晶态ppt课件.ppt

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1、第5章聚合物的结晶态凝聚态(聚集态)与相态凝聚态：物质的物理状态,是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的,通常包括固、液、气体（态），称为物质三态相态：物质的热力学状态，是根据物质的结构特征和热力学性质来区分的，包括晶相、液相和气相（或态）一般而言，气体为气相，液体为液相，但固体并不都是晶相。如玻璃(固体、液相)高分子凝聚态高分子链之间的几何排列和堆砌状态高分子凝聚态液体固体液晶态取向态织态结构晶态非晶态高分子链结构高分子凝聚态结构聚合物的基本性能特点直接决定材料的性能高分子材料的成型条件分子间作用力范德华力和氢键表征分子间作用力大小的物理量——内聚能或内聚

2、能密度内聚能：为克服分子间作用力，将1mol凝聚体汽化时所需要的能量DE物质为什么会形成凝聚态？DE=DHv-RT摩尔汽化热或摩尔升华热汽化时所作的膨胀功CED=DEVm摩尔体积内聚能密度(CED)：单位体积凝聚体汽化时所需要的能量(CohesiveEnergyDensity)5.1晶态结构(Crystallinestructure)高分子规整堆砌形成结晶高分子链本身具有必要的规整结构适宜的温度，外力等条件玻璃体结晶溶液结晶熔体结晶结晶聚合物的重要实验证据X射线衍射曲线X-raydiffractionX射线衍射花样X-raypatterns人为地将晶体结构抽象为空间点阵空

3、间点阵：指由几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列。阵点、结点：构成空间点阵的每个点。晶格：人为地将阵点用一系列相互平行的直线连接起来形成空间架格。晶胞：构成晶格的最基本单元。晶胞在三维空间重复堆砌就构成空间点阵在同一空间点阵中可以选取多种不同形状和大小的平行大面体作为晶胞。晶体结构的基本概念晶体结构=空间点阵+结构基元晶胞：代表晶体结构的基本重复单位(平行六面体)晶胞参数描述晶胞的形状和大小——建立坐标系，晶格常数可由三个核边的长度a、b、c、d（点阵常数）及其夹角α、β、γ这六个参数完全表达，只要任选一个阵点为原点，将a、b、c三个点阵矢量作平移，就可得到

4、整个点阵。点阵中任一阵点的位置均可用下列矢量表示：ruvw=ua+vb+wc式中γabc为由原点到某一阵点的矢量，uvw分别为沿三个点阵矢量方向平移的基矢数，亦即阵点在X、Y、Z轴上的坐标值abgabc七大晶系SystemAxesAxialanglesCubica=b=c===90Hexagonala=bc==90;=120Tetragonala=bc===90Rhombohedrala=b=c==90Orthorhombicabc===90Monoclinicabc==90;90Triclini

5、cabc90立方晶系六方晶系四方晶系三方晶系正交晶系单斜晶系三斜晶系晶面指数(hkl)(Millerindices)abcc/2a/32b/3(1)求晶面在三晶轴上的截距(2)去单位向量，求倒数并通分(3)除分母，用圆括号括起来X-射线衍射的基本原理X-rayDiffraction(XRD)①②③1a2a2b3a3cABCdAB+BC=2dsinq2dsinq=nlq布拉格定律(Bragg’sLaw)当两束光的光程差为入射光波长的整数倍时,反射光间会出现衍射现象nl=2dhklsinqn=1,2,3,…称为衍射级数q为衍射角多晶样品的衍射花样样品X-射

6、线衍射花样电子射线衍射花样铝箔的X-射线和电子射线衍射花样晶体样品的衍射曲线6.1聚合物在晶体中的构象等同周期(或称纤维周期)：高分子晶体中，在c轴方向化学结构和几何结构重复单元的距离。一般将分子链的方向定义为c轴,又称为主轴在晶态高分子中，分子链多采用分子内能量最低的构象，即孤立分子链在能量上最优选的构象。聚合物的晶体结构在合成高分子晶体中，高分子链通常呈平面锯齿状或螺旋状构象PEPET平面锯齿构象(a)31;(b)72;(c)41;(d)41等规聚合物-(CH2-CHR-)n-的各种螺旋构象螺旋构象用Pn描述，其中P表示分子轴向（C方向）上每重复周期内包含的结构单元数

7、，n表示每一重复周期中分子链旋转几圈。(a)31;(b)72;(c)41;(d)41等规聚合物-(CH2-CHR-)n-的各种螺旋构象示意图例如：31(全同立构聚丙烯的晶型之一)表示分子轴向上每一重复周期内包含3个结构单元，旋转1圈。157(聚四氟乙烯)表示分子轴向上每一重复周期内包含15个结构单元，旋转7圈。聚乙烯晶体（Planarzigzagconformation）晶胞结构：体心正交a=0.736nm,b=0.492nm,c=0.253每个晶胞中包含2个结构单元间规聚氟乙烯晶胞结构：体心正交a=1.026nm,b=0.5