《高分子物理》课程教学资源（PPT课件）第二章 聚合物的凝聚态结构

第二章聚合物的凝聚态结构2.1晶态结构2. 1. 1晶体结构的基本概念2. 1. 2聚合物的晶体结构2.1.3聚合物的结晶形态2. 1.4晶态聚合物的结构模型2. 1. 5结晶度和晶粒尺寸

2.1 晶 态 结 构 2.2 非 晶 态 结 构 2.3 液 晶 态 结 构 2.4 聚 合 物 的 取 向 结 构 2.5 高 分 子 合 金 的 形 态 结 构 第 二 章 聚 合 物 的 凝 聚 态 结 构 2.1.1 晶体结构的基本概念 2.1.2 聚合物的晶体结构 2.1.3 聚合物的结晶形态 2.1.4 晶态聚合物的结构模型 2.1.5 结晶度和晶粒尺寸

2.0高聚物分子间的作用力主价力：共价键金属键离子键次价力（内聚力、余价力）范德华力：静电力诱导力色散力（没有方向性和饱合性）氢键 有方向性和饱合性

主价力：共价键 金属键 离子键 次价力(内聚力、余价力)： 范德华力:静电力 诱导力 色散力 （没有方向性和饱合性） 氢键 有方向性和饱合性 2.0 高聚物分子间的作用力

2.0高聚物分子间的作用力（1）静电力：偶极力，定向力存在于极性分子之间，有取向效应静电力的相互作用能2号E=-3R°KTμ：偶极矩R：分子间距离k：玻尔兹曼常数T：绝对温度通常Ek：12~20kJ/mol从关系式发现：Ek与 μ成正比，与R6和T成反比

（1） 静电力：偶极力，定向力 存在于极性分子之间，有取向效应 静电力的相互作用能 μ：偶极矩 R：分子间距离 k：玻尔兹曼常数 T：绝对温度 通常Ek：12~20kJ/mol 从关系式发现：Ek与μ成正比，与R6和T成反比 2.0 高聚物分子间的作用力 KT u R u 3 2 E - 2 2 6 2 1 k 

2.0高聚物分子间的作用力（2）诱导力存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性与极性分子之间永久偶极（极性分子）非极性分子产生的诱导偶极诱导力的相互作用能(α,uz + αz)E, =_ (Re通常Ed：6~12kJ/mol从关式看：Ed只与α成正比，与R6成反比，与T无关

2.0 高聚物分子间的作用力 （2）诱导力 存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极 性与极性分子之间 永久偶极（极性分子） 非极性分子产生的诱导偶极 诱导力的相互作用能 通常Ed：6~12kJ/mol 从关式看：Ed只与α成正比，与R6成反比，与T无关 6 2 2 1 2 1 2 ( ) R ED      

2.0高聚物分子间的作用力（3）色散力分子瞬时偶极之间的相互作用力，存在于一切分子之中，最常见的一种色散力的相互作用能 E=号)I：分子电离能通常EL：0.8~8.4kJ/mol从关系式发现：EL与分子极化率α和分子间距R有关

2.0 高聚物分子间的作用力 （3）色散力 分子瞬时偶极之间的相互作用力，存在于一切分子 之中，最常见的一种 色散力的相互作用能 I：分子电离能 通常EL：0.8~8.4kJ/mol 从关系式发现：EL与分子极化率α和分子间距R有关 ) R )( I I I I ( 2 3 E - 6 1 2 1 2 1 2 L    

2.0高聚物分子间的作用力（4）氢键极性很强的X-H键上的氢原子，与另外-个键上电负性很大的原子Y上的孤对电子相互吸引而形成的一种键（X-H.Y)

2.0 高聚物分子间的作用力 （4）氢键 极性很强的X—H键上的氢原子，与另外 一个键上电负性很大的原子Y上的孤对电子相 互吸引而形成的一种键（X—H.Y）

2.0高聚物分子间的作用力（4）氢键饱合性方向性：Y的孤对电子云的对称轴尽可能与X一一H键的方向在一条直线上。键能：20~40kJ/mol，介于范德华力和主价力之间。氢键的强弱取决于X、Y的电负性和X，Y的半径，X，Y的申负性越大，氢键越强，Y的半径越小，氢键越强如淀粉，聚酯，尼龙，蛋白质均有氢键一般常用内聚能和内聚能密度来表征相互作用力的大小

2.0 高聚物分子间的作用力 （4）氢键 饱合性 方向性：Y的孤对电子云的对称轴尽可能与X—H键的方 向在一条直线上。 键能：20~40kJ/mol，介于范德华力和主价力之间。 氢键的强弱取决于X、Y的电负性和X，Y的半径，X，Y的电 负性越大，氢键越强，Y的半径越小，氢键越强 如淀粉，聚酯，尼龙，蛋白质均有氢键 一般常用内聚能和内聚能密度来表征相互作用力的大小

2.0高聚物分子间的作用力（5）内聚能定义：克服分子间作用力，把1mol液体或固体分子移至分子引力范围之外所需的能量，用△E表示 △E=△Hv-RT内聚能密度：单位体积的内聚能 CED= △E/Vm小分子的CED可测定，高分子的AE可用低分子溶剂相比较的方法进行估算根据CED不同，将高分子进行分类：CED<300(280)J/cm3橡胶，CED小，分子易运动但PE，PP虽在此范围内，由于结构规整，易结晶，而作塑料使用300(280)< CED< 400J/cm3 塑料CED < 400J/cm3 纤维

2.0 高聚物分子间的作用力 （5）内聚能 定义：克服分子间作用力，把1mol液体或固体分子移至分 子引力范围之外所需的能量，用∆E表示 ∆E = ∆Hv-RT 内聚能密度：单位体积的内聚能 CED = ∆E/Vm 小分子的CED可测定，高分子的∆E可用低分子溶剂相比 较的方法进行估算 根据CED不同，将高分子进行分类： CED﹤300(280)J/cm3 橡胶，CED小，分子易运动 但PE，PP虽在此范围内，由于结构规整，易结晶，而作 塑料使用 300(280)﹤CED﹤400J/cm3 塑料 CED﹤400J/cm3 纤维

2.1晶态结构布拉格方程衍射条件：2dsin0=n入晶面间距d0入射线与点阵平面之间的夹角（即入射角）入射光的波长n=1,2,3等整数，称为衍射级数在聚合物中,n用最强X光强度时，n长为1晶面法线1入射线衍射线22晶面80(hkl)d(hkl)28BX射线衍射布拉格条件几何图

2.1 晶态结构 X射线衍射布拉格条件几何图 布拉格方程衍射条件： 2dsinθ=nλ d ——晶面间距 θ ——入射线与点阵平面之间的夹角（即入射角） λ ——入射光的波长 n ——n=1,2,3等整数，称为衍射级数在聚合物中， 用最强X光强度时，n长为1

晶态结构2.1当入射x射线波长一定时，对于粉未晶体，因为许多小的微晶具有许多不同的晶面取向，所以，可得到以样品中心为共同顶点的一系列x射线衍射线束，而锥形光束的光轴就是入射X射线方内，它的顶角是40，见下左图：如果照相底片垂直切割这一套圆锥固．将得到一系列同心圆，见下右图。如用圆筒形底片时，得到一系列圆弧衔射线28入射线入射线试样46,180°照相底片照相底片上的德拜环40,=180平面底片照片锥形X射线衍射图

2.1 晶态结构 当入射x射线波长一定时，对于粉末晶体，因为许多小的 微晶具有许多不同的晶面取向，所以，可得到以样品中心为共 同顶点的一系列x射线衍射线束，而锥形光束的光轴就是入射X 射线方内，它的顶角是4θ，见下左图；如果照相底片垂直切割 这一套圆锥固．将得到一系列同心圆，见下右图。如用圆筒形 底片时，得到一系列圆弧。 锥形X射线衍射图 平面底片照片