浅析高分子聚合物取向及应用
浅析高分子聚合物取向及应用 CHAMINGCHINA科技交流
浅析高分子聚合物取向及应用
◎杨红霞
(郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州450001) 中图分类号:TQ316文献标识码:A文章编号:1673-0992(2011)07—210—01 摘要:通过生产和生活中的实例引出高分子聚合物的取向态,并简单阐释其含义及测定方法,介绍了高分子聚合物取向在生产液晶显示器方面的 应用
关键词:高分子;聚合物;取向;应用
在现实生活中,随处可见的聚丙烯包装绳,由于是单轴拉伸, 我们在取向方向上用很大的力也拉不断,但垂直方向上却随意可以 撕开成微纤;如果先在橡皮上切一个小口,再进行拉伸,那么拉不 了多久,切口就向纵深很快扩展,费不了多大劲就能把它拉断,但 如果先把橡皮拉的很长,使其中的分子键取向,再用刀子划一刀, 此时切口顺拉力方向扩大而不向纵深扩展,这时要拉断它就要用比 较大的力气;纳米炭管的应用很广泛,但很多都是以其定向取向排 列为前提的.因此,研究高分子取向结构有其重要的意义,可以通 过控制加工成型条件获得具有取向态结构和性能的材料提供科学的 依据.
取向就是当线性高分子充分伸展的时候,其长度为其宽度的几 百,几千甚至几万倍,这种特殊的几何不对称性,使它们在外力场 的作用下很容易受外力场作占优势的排列.对于未取向的高分子材 料来说,其中连段是随机取向的,朝一个方向的连段与朝任何方向 的同样多,因此未取向的高分子材料是各向同性的,而取向的高分 子材料中,连段在某些方向上是择优取向的.由于沿着分子链方向 是共价键结合的,而垂直干分子链方向是链问范德华凝聚力,因此
取向材料呈现各向异性.
取向的结果是高分子的力学性质,光学性质,导热性以及声传 播速度等方面发生了显着的变化.力学性质中,抗张强度和挠曲疲 劳强度在取向方向上显着地增加,而与取向方向垂直的方向上则降 低;光学性质中,高分子聚合物的取向导致双折射现象的出现;热 性能中,热膨胀系数在取向和非取向方向上不同.
高分子聚合物在外力作用下的取向有两种方式:单轴取向,双 轴取向.
单轴取向是高分子聚合物在单一方向上被外力拉伸,聚合物的 长度增加,厚度和宽度减小,分子链受外力的影响指向受力方向. 单轴取向最常见的例子是合成纤维的牵伸,一般在合成纤维纺丝 时,从喷丝孔喷出的丝中,分子链已经有些取向了,再经过牵伸若 干倍,分子链沿纤维方向的取向度得到进一步提高. 双轴取向是外力在两个相互垂直的方向拉伸高分子聚合物,聚 合物在受力方向的长度增加,厚度减小,高分子连段相对于拉伸平 面平行排列,在拉伸内侧为随机排列.可见,双轴取向后,高分子 聚合物在拉伸平面内的性能呈各向同性.双轴取向最常见的例子是 薄膜双轴取向,使分子链取平行于薄膜平面的任意方向,从而获得 平面
上各向同性的薄膜.
为了比较材料的取向程度,引入取向度的概念,高分子聚合物 中分子链段向特定方向排列的程度叫取向度.取向度一般用取向函 数F来表示F=0.5(3coso一1),0是分子链主轴与取向方向间 的夹角,对于实际的高分子聚合物,e不是一个定值,而是按一定 的方式分布,因此取向函数方程中的e往往采用实际取向角的平均 值.
用来测定取向度的方法很多,有光学折射法,红外二向色性, 广角X射线衍射法,声波传播法以及偏振荧光等方法,下面简单介绍 前三种方法.
光学双折射法:通常直接用两个互相垂直方向上折光率之差作
为衡量取向度的指标.无规取向试样是光学各向同性的,?n=O, 而完全取向试样,则?n可达到最大,应该注意的是:在…个待测 试样上,不同方向将会得到不同的值,例如单轴取向的薄膜,在平 行于薄膜平面的两个方向间存在最大的?n,而在双轴取向的薄膜 上,平行于膜面的两个方向间的An~E4,或者等于零,只有在平行膜 面和垂直膜面的两个方向间才有最大的?n,利用这个特性可以区 别取向的种类.
红外二向色性:红外偏振光通过被测试样时,试样中某基团的 吸光强度A与震动偶极{EM的变化有关.电矢量方向与偶极矩变化 向平行时红外吸收最大,而当这两个方向垂直时则不产生吸收,这 种现象被叫做红外二向色性.未取向高分子聚合物M的变化方向呈均 匀性分布,而取向高分子聚合物的M也发生取向.因此,高分子聚合 物的取向度可以用红外二向色性表征.根据所选择的红外光谱谱带 的不同,可以分别确定晶区与非晶区的取向,也可以
确定整个材料 的平均取向根据振动光谱是侧基还是主链的基团,可以区分主链 和侧基的取向,红外二向色性法可获得广泛的取向参数. 实际的生产和生活中,高分子聚合物取向的应用日益广泛在 液晶纺丝中由于液晶分子的取向特性纺丝时可以在较低牵伸条 件下,获得较高的取向度,避免纤维在高倍拉仲时产生应力和受到 损伤;在液晶显示器(LCD)的生产过程中,液晶分子的取向控制技 术是很重要的,它不仅关系到液晶分子的响应速度,而且直接影响 到LCD的显示品质.好的取向效果可以增大显示容量,提高显示品 质,有机高分子材料的特性随液晶变化较小而且适于生产线生产, 逐步成为取向膜材料.人们不断的研究如何控制液晶分子的取向, 使之可以在外电场作用下快速发生响应,工业上得到广泛应用的取 向控制技术主要有传统的摩擦法和近年来新发展起来的非摩擦法., 结语:
预定取向的高分子聚合物具有非常广阔的应用前景,可以相信 在未来几年内,随着人们对高分子聚合物取向的研究及技术的不断
发展,一定会更多地造福于人类.
参考文献:
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作者简介:杨红霞,女,郑州大学,材料科学与工程学院2008级 包装工程专业
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们也需要更深八的研究其机理,以便得到更广泛的应用. 结语:为更好的理解金属的蠕变性能,需要从宏观规律与内在 形变本质两个方面把握,深入分析蠕变机制,以便寻找出更好的提 高蠕变抗力的途径.合理的应用蠕变抗力,更好的满足人们的生活 需求.
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