《高分子结构与性能》研究生课程教学课件（讲稿）高聚物结构性能与表征（3/3）高分子的聚集态结构

三：高分子的聚集态结构武学支道大学理学院SCHOOLOP SCIENCE XIAN.ZIAOTONG UNIVERSITY

三：高分子的聚集态结构

一、概念一凝聚态：指由大量原子或分子以某种方式（结合力）聚集在一起，能够在自然界相对稳定存在的物质形态。普通物质标准条件下：固（晶）、液、气三态

◼ 一、概念 ——凝聚态：指由大量原子或分子以某种方式（结合力）聚 集在一起，能够在自然界相对稳定存在的物质形态。 ——普通物质标准条件下：固（晶）、液、气三态

原子或分子的空间排列固态呈三维远程有序液态有近程有序，无远程有序气态无近程有序，无远程有序高分子材料只有固、液态，无气态

固态 液态 气态 原子或分子的空间排列 呈三维远程有序 有近程有序，无远程有序 无近程有序，无远程有序 高分子材料只有固、液态，无气态

聚合物聚集态结构：又称超分子结构，它是指聚合物本体中分子链的排列和堆积结构。（有些书“凝聚态”链结构：决定高聚物的基本性能的主要因素聚集态结构：决定高聚物本体性能的主要因素高分子材料是由许许多多高分子链（相同或不同的）以不同方式排列或堆砌而成的聚集体

——聚合物聚集态结构：又称超分子结构，它是指聚合物本 体中分子链的排列和堆积结构。（有些书“凝聚态”） ——链结构：决定高聚物的基本性能的主要因素 ——聚集态结构：决定高聚物本体性能的主要因素 ——高分子材料是由许许多多高分子链（相同或不同的）以 不同方式排列或堆砌而成的聚集体

链结构和聚集态结构是如何决定高聚物的性能的！即二者的关系链结构是基础聚集态结构是在此基础上形成的是决定高聚物使用性能的直接因素对制品性能有很大影响

链结构和聚集态结构 是如何决定高聚物的性能的？ 即二者的关系 链结构是基础 聚集态结构是在此基础上形成的 是决定高聚物使用性能的直接因素 对制品性能有很大影响

即使具有相同链结构的同一种聚合物，在不同加工成形条件下，也会产生不同的聚集状态，结果，制品性能迥然不同。涤纶片：缓慢冷却一→结晶一呈脆性；迅速冷却并经双轴拉伸的涤纶薄膜一只取向而未结晶一→韧性非常好的材料。一意义：聚集态结构对材料的影响更为直接，更为重要。研究聚集态结构，掌握其内在运动变化的规律，对选择合适的加工成形条件，以改进材料的性能，合成具有预定性能的材料提供了可靠的依据

——即使具有相同链结构的同一种聚合物，在不同加工成形 条件下，也会产生不同的聚集状态，结果，制品性能迥然 不同。 ——涤纶片：缓慢冷却→结晶→呈脆性；迅速冷却并经双轴 拉伸的涤纶薄膜→只取向而未结晶→韧性非常好的材料。 ——意义：聚集态结构对材料的影响更为直接，更为重要。 研究聚集态结构，掌握其内在运动变化的规律，对选择合 适的加工成形条件，以改进材料的性能，合成具有预定性 能的材料提供了可靠的依据

两个特点A.聚合物晶态总是包含一定量的非晶态，100%结晶的情况是很罕见的;B.聚合物凝聚态结构不但与大分子链本身的结构有关，而且强烈地依赖于外界条件。例子：尼龙-6：非晶态球状结构1一将尼龙-6的甘油溶液加热至260°C，倾入25°C的甘油中则形成此结构；，微丝状结构g一若将上述溶液以1-2C/min的速度冷却；规整的晶体结构冷却速度40C/min，则形成细小的层片结构；枝状或钢丝状结构—将尼龙-6的甲醛溶液蒸发，则得到此结构

两个特点 A.聚合物晶态总是包含一定量的非晶态，100%结晶的情况是很 罕见的； B.聚合物凝聚态结构不但与大分子链本身的结构有关，而且强 烈地依赖于外界条件。 例子： 尼龙-6：非晶态球状结构——将尼龙-6的甘油溶液加热至 260℃，倾入25℃的甘油中则形成此结构；微丝状结构—— 将上述溶液以1-2℃/min的速度冷却；规整的晶体结构——若 冷却速度40℃/min，则形成细小的层片结构；枝状或钢丝状 结构——将尼龙-6的甲醛溶液蒸发，则得到此结构

二、高聚物分子间作用力(1)范德华力：分子间的作用力包括范德华力静电力、诱导力和色散力）和氢键。静电力：极性分子之间的引力，13-21kJ/mol一香一诱导力：极性分子的永久偶极于有它引起的诱导偶极之间的相互作用力，6-13kJ/mol一色散力：分子瞬时偶极之间的相互作用力，0.8-8kJ/mol(2）氢键：12-40kJ/mol（10-50kJ/mol）

◼ 二、高聚物分子间作用力 （1）范德华力：分子间的作用力包括范德华力(静电力、诱 导力和色散力)和氢键。 ——静电力：极性分子之间的引力，13-21kJ/mol ——诱导力：极性分子的永久偶极于有它引起的诱导偶极之 间的相互作用力， 6-13kJ/mol ——色散力：分子瞬时偶极之间的相互作用力， 0.8-8kJ/mol （2）氢键：12-40kJ/mol（10-50kJ/mol）

表3-5一些氢键的键能和键长氢键化合物键能/(kJ·mol-1)键长(X一Y)/pm气体（HF）2FH..F28.0255固体(HF)n,n>528.0270水O-H...018.8285冰18.8276CH,OH,CH,CHOH25.9270(HCOOH)229.3267N-H...FNH.F20.9268N-H...NNH35.4338t

NHNHI0OCHNHaH-OCHHOCHOHOHHOOHHOCH2b图3-12尼龙分子间的氢键和纤维素分子内的氢键a）尼龙分子间的氢键b）纤维分子内的氢键