高分子凝聚態(玻璃態)結構特徵

2021-01-19 微注塑


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高聚物的每個分子就好像是一根長長的線，通常情況下它們可互相雜亂無章地繞在起，被稱為「無規線團」，這樣形成的高聚物內部不存在規整的結構，是類非晶態的高聚物。許多高聚物都有這樣的結構，如聚氯乙烯、聚苯乙烯和有機玻璃等，以及幾乎所有的橡膠。


但是也有少數聚合物，當它們在塑料加工機器中被加熱熔解，然後從熔體中冷卻成型時，支鏈的分子會按照一定順序規整的排列起來，形成有序的結晶結構。由於高分子的相對分子量很大，分子運動受到牽制，因此在通常情況下，它們不能像小分子化合物那樣形成完美的單晶結構，也不能形成100% 的結晶；所謂的結晶聚合物實際上只是一部分結晶的高分子，在這類聚合物中包含許多非晶區，我們常用結晶部分的質量分數或體積分數來表示高分子的結晶度。


還有與小分子不同的是，高聚物結晶的熔融通常發生在幾度甚至十幾度的寬範圍內，這個溫度範圍稱為「熔限」。這是因為高聚物結晶的形態和完善程度很不相同，升溫時尺寸較小、不太完善的晶體首先熔融，尺寸較大、比較完善的晶體則在較高的溫度下才能熔融。


結晶影響了聚合物的性能，主要是力學性能和光學性能。結晶度越大，塑料越脆。結晶度越大，高聚物越不透明，因為光線在晶區和非晶區界面發生光散射。


線形高分子長鏈具有顯著的幾何不對稱性，其長度一般為其寬度的幾百倍至幾萬倍。在外場作用下分子鏈將沿著外場方向排列，這過程稱為取向。高聚物的取向現象，包括分子鏈、鏈段、晶片和微纖等沿外場方向的擇優排列。


取向結構與結晶結構不同，它是一維或二維有序結構。因而能夠很好取向的聚合物不一定能結晶。很多聚合物產品如合成纖維、薄膜等都是在一定條件下經過不同形式的拉伸工藝製成的。研究取向有著重要的實際應用意義。總的來說，取向的結果使沿取向方向的力學強度增加，但與取向方向相垂直的方向上卻有所降低。

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