第六章 高聚物结晶情形分析
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第六章聚合物的结晶态1、具有柔顺性和一定规整结构的聚合物具有结晶性。
2、晶态高聚物构象:平面锯齿状和螺旋状。
3、聚合物的结晶形态有:单晶、球晶、纤维晶和串晶、伸直链片晶、树枝状晶。
4、单晶:一般只能在极稀溶液中(浓度<0.1%)缓慢结晶才能形成;球晶:在不存在应力或流动的情况下,当结晶性的高聚物从浓溶液中析出,或从熔体冷却结晶时,倾向生成球状晶体。
纤维晶:聚合物在外力场(如搅拌、拉伸或剪切等)作用下形成;串晶:聚合物溶液在搅拌下结晶时可以形成串晶结构,;伸直链片晶:聚合物在非常高的压力下结晶可以形成;聚合物在热力学上最稳定的一种凝聚态;聚乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯和尼龙均可在高压下结晶形成伸直链片晶。
5、球晶在偏光显微镜下观察,呈现特有的黑十字消光图案。
6、结晶模型有樱状微束模型、折叠链模型、松散折叠链模型、隧道-折叠链模型、插线板模型。
7、影响结晶速度的因素有:分子结构、分子量、杂质、溶剂、外力;8、晶核形成、晶体生长分别受什么条件影响?结晶过程(包括晶核的形成、晶粒的生长):成核过程的温度依赖与成核方式有关,异相成核可在较高的温度下进行,而均相成核只有在较低温度下才能发生。
因为温度过高,分子的热运动过于剧烈,晶核不易形成,或生成的晶核不稳定,容易被分子热运动所破坏。
随着温度的降低,均相成核速度增大。
异相成核与时间无关,均相成核与时间有关;结晶的生长过程则取决于链段向晶核扩散和规整堆积的速度,随着温度的降低,链段活动能力降低,晶体生长速度下降。
9、Avrami方程:()nt ktcvvvv-=-=--∞∞exp10,适用于等温结晶过程。
Avrami指数n与成核机理和生长方式有关,等于生长的空间维数和成核过程中的时间维数之和。
均相成核:时间维数为1,n=3+1=4;异相成核:时间维数为0,n=3+0=3;10、温度对结晶速度的影响:敏感、重要。
高聚物的结晶速度随着熔体温度的逐渐降低,起先由于晶核生成的速度极小,结晶速度很小;之后,由于晶核形成速度增加,并且晶体生长速度又很大,结晶速度迅速增大;到某一适当的温度时,晶核形成和晶体生长都有较大的速度,结晶速度出现极大值;此后,虽然晶核形成的速度仍然较大,但是由于晶体生长速度逐渐下降,结晶速度也随之下降。
高聚物结晶— XXX一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子。
高分子通常由103~105个原子以共价键连接而成。
由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的,因此也常被称为聚合物或高聚物,用于聚合的小分子则被称为“单体”。
能够发生聚合的低分子量化合物叫单体,它们的主要成分是碳和氢,在一定条件和催化剂作用下,单体聚合成以碳原子为骨架的长链,就叫聚合物。
高分子化合物几乎无挥发性,常温下常以固态或液态存在。
固态高聚物按其结构形态可分为晶态和非晶态。
前者分子排列规整有序;而后者分子排列无规则。
同一种高分子化合物可以兼具晶态和非晶态两种结构。
大多数的合成树脂都是非晶态结构。
影响聚合物结晶能力的因素有以下几点:1、分子链的柔性:聚对苯二甲酸乙二酯的结晶能力要比脂肪族聚酯低2、支化:高压聚乙烯由于支化,其结晶能力要低于低压法制得的线性聚乙烯3、交联:轻度交联聚合物尚能结晶,高度交联则完全失去结晶能力。
4、分子间力:分子间的作用力大,会使分子链柔性下降,从而影响结晶能力;但分子间形成氢键时,则有利于晶体结构的稳定。
我们知道,聚合物结晶和小分子结晶不一样,它的结晶不是一个恒定的温度,而是一个较窄的温度范围。
而且,晶态聚合物的不仅只有晶态部分,还有非晶态部分。
聚合物的晶态部分所占的分数叫结晶度。
结晶度对聚合物的物理性质影响很大,很多性质都受它的影响,例如,玻璃化温度,熔点或粘流温度,分解温度,以及折光率等。
特别是功能高分子,这些影响尤为重要。
因此,高聚物的结晶机理研究很有必要。
根据过程理论将结晶定性地划分为晶核形成和晶体生长两个阶段, 针对这两个阶段, 应用不同的机理提出了多种形式的动力学模型进行了描述, 但结晶过程中成核和生长阶段的识别和区分仍缺少统一的标准或判据, 导致获取的动力学参数差异较大; 目前研究多侧重于间歇结晶过程中添加晶种条件下的成核和生长机理、动力学参数估计、动力学模型的优化和结晶过程的控制, 而对于伴有自发成核的典型结晶过程, 其机理和动力参数估计等方面的研究以及成核和生长阶段的识别和区分则报道较少; 结晶过程中不仅溶液相溶质浓度发生变化, 而且从溶液中析出晶体的粒度还同时存在着时间和空间的分布, 固液两相变化信息的获取, 尤其是在线数据的准确测定, 对于结晶过程识别和参数估计的结果具有较大的影响, 但固液两相实时变化信息的准确获取至今仍存在较大的困难。