單面取向

單面取向，是聚合物材料中某取向單元相對於聚合物材料的某一特定平面擇優排列的現象。

基本介紹

• 中文名：單面取向
• 外文名：uniplanar orientation
• 性質：特定平面擇優排列的現象
• 學科分類：化學

簡介

單面取向，是聚合物材料中某取向單元相對於聚合物材料的某一特定平面擇優排列的現象。取向單元可為分子鏈軸、晶粒的某一晶軸或某一晶面、或纖維狀填料的纖維軸、或片狀填料的大表面。聚合物材料的特定平面通常是指薄膜或板材的大表面。

影響取向的因素

溫度

溫度升高，聚合物黏度降低，大分子運動容易，鬆弛時間縮短，取向速度加快。同樣溫度升高，解取向過程也加快，所以溫度對聚合物取向和解取向具有同樣的影響。

冷卻速度快，冷卻溫度低，鬆弛時間短，易凍結取向結構，反之，冷卻速度慢，冷卻溫度高，鬆弛時間長，有利於解取向。因此要減少取向結構，需提高冷卻溫度；若保持取向結構，則需驟冷。

拉伸比

拉伸比越大，材料的取向度越大。在同樣條件下，拉伸比還與材料結構有關。非結晶高聚物的拉伸比要小於結晶高聚物的拉伸比，結晶度低的要小於結晶度高的。如無定型態的聚苯乙烯，拉伸比為1.5~3.5，結晶度不太高的聚酯、聚醯胺拉伸比為2.5~5，結晶度高的高密度聚乙烯、聚丙烯拉伸比高達5~10。

聚合物化學結構

取向有賴於鏈段和大分子運動，所以凡是影響這兩個運動單元活動能力的結構都會影響取向。一般化學結構簡單、柔性大、相對分子質量較低的聚合物，運動單元能力強，容易取向，也容易解取向。相反鏈結構複雜，鏈的剛性大，相對分子質量高、分子間作用力大的聚合物，鏈段活動力低，鬆弛時間長，取向困難，解取向也難，但取向結構穩定。因此，為了獲得穩定的、具有相當彈性的取向纖維和薄膜，剛性和柔性大的分子都不適合，只能由軟硬適度的中等剛性聚合物才能解決。

低分子物質

在聚合物中引入低分子物質如溶劑或增塑劑等，能降低分子間作用力，縮短鬆弛時間，易於取向，同時也易於解取向。所以取向後除去溶劑或使聚合物形成凝膠有利於保持取向結構。

取向對高聚物性能的影響

取向使高聚物材料具有力學性質的各向異性

取向使高聚物具有力學性質的各向異性，取向以後，平行於取向軸方向的機械強度和模量增加，垂直於取向軸方向的強度和模量減弱。對於雙軸取向的薄膜和薄片在平面的任何方向上均有較高的拉伸強度、斷裂伸長率和衝擊強度，抗開裂能力也有所提高。

取向使高聚物材料具有光學性質的各向異性

當光線通過各向異性的物體時會發生雙折射現象，通過各向同性的物體時則不會產生雙折射現象。光線通過單向拉伸後的透明高聚物會產生光折射現象，證明取向使高聚物具有光學性質的各向異性。

取向使結晶高聚物材料具有熱傳導的各向異性

將取向後的結晶高聚物薄膜（如聚乙烯）和非結晶高聚物薄膜如（聚苯乙烯）各塗一層石蠟（或熱敏性塗料），水平放置後，用一個小的熱源放在這兩種薄膜下面，觀察石蠟的熔化速度，結果觀察到結晶高聚物取向薄膜，熔化區域是橢圓形，如圖1中(a)所示，具有熱傳導的各向異性。而非結晶高聚物的取向薄膜，熔化區域為圓形，如圖1中(b)所示，具有熱傳導各向同性。這是因為晶相取向，分子鏈遠程有序，即在非常小的區域內有高度有序的取向結構。而非晶態的取向，遠程無序，表現各向同性。所以熱傳導反映非常小的結構單元的取向程度。因此，用同一種方法研究取向時，應慎重考慮。

圖1

對高聚物材料其他性能的影響

取向使鏈段運動困難，高聚物玻璃化溫度升高；取向度越大，材料熱收縮率也越大。