高分子鏈整齊地排列成為具有周期性結構的有序狀態叫高聚物的晶態
基本介紹
- 中文名：高聚物晶態結構
- 結構：周期性結構
- 組成：平行排列的分子鏈段
- 狀態：有序狀態
結構,類型,
結構
通常，高聚物的晶態是由彼此平行排列的分子鏈段組成的，這些有序排列的分子鏈段的長度往往比高分子鏈的長度短得多。
特點 無論是從溶液中析出的各種形狀的柔性鏈高分子晶體和結晶聚集體，還是從熔體冷凝而形成的高分子晶區，都是以分子鏈的一小段有序排列形成晶區的。高分子鏈中摺疊部分不規則排列的鏈段及連線相鄰片晶之間的過渡區域中的鏈段則組成高分子晶態中的非晶區。
典型高聚物晶態中的有序微區具有三維有序的周期性結構。然而，晶態高聚物的有序微區相當小（只有幾到幾十納米），晶區中三維有序的重複周期性也不理想。R.霍塞曼提出了一個描述高聚物晶態結構特點的次晶結構模型。在這個模型中，近鄰的分子鏈段具有相當好的有序性，而相距較遠的分子鏈段不論在方向上和在間距上都逐漸偏離理想的點陣結構，相隔愈遠的分子鏈段偏離得愈大。在不同的高聚物晶體樣品中或在同一高聚物晶體的不同方向上，晶區中分子鏈排列偏離理想點陣的程度有大有小，偏離程度愈大愈接近於高聚物的非晶態。在某些高分子的有序微區中分子鏈段排列的有序程度低於三維點陣結構。例如，一些分子鏈段彼此整齊地排列成較規則的分子層，即生成二維有序結構，但是這些分子層的相互堆砌不很規則。又例如，有些分子易於生成螺旋狀的構象或者由於分子鏈的剛性不易彎曲而具有伸直鏈的構象。這些分子鏈段的聚集體可以具有分子鏈方向的一維有序性，可是棒狀分子之間則不存在規則的周期性結構。
類型
①單晶：在一定的條件下，合成高分子可以整齊地排列成為高分子單晶體。從稀溶液中析出的高分子單晶體常常呈薄片狀，叫做單晶片，它的厚度為10納米左右，分子鏈的方向則垂直於薄片。所以，在高分子單晶體中，分子鏈長為100～1 000納米的高分子仍然以整個分子的一小段為單位，平行排列而組成晶體，而整個分子鏈則反覆摺疊於晶片之內，或貫穿於相鄰的片晶之中。②球晶：從熔體或溶液中析出的無數微小的片狀晶體或絲狀晶體，往往從一個結晶中心向四面八方生長，並發展成為球狀的多晶聚集體，叫做球晶。球晶是部分結晶高分子材料中常見的一種結構單元，它的直徑約為幾微米到幾百微米。③微絲晶：剛性的分子鏈不易彎曲也不能摺疊，這類分子往往易於組成微絲狀的微晶聚集體,其分子呈伸直鏈構象,例如芳香族聚醯胺。設法把能夠摺疊的柔性分子鏈儘可能地舒展為伸直鏈的構象，並使這些拉直的分子鏈排列成晶態，也可以生成微絲狀的、由較多的伸直鏈分子組成的結晶聚集體，例如從高切變的溶液中析出的微絲狀聚乙烯以及超高倍拉伸而形成的高分子纖維。這類具有伸直鏈結晶的高聚物有較多的伸直鏈分子連線各晶區。具有這類結構的高取向材料有非常高的抗拉模量和抗拉強度。高聚物熔體在高壓下冷卻結晶，也可以得到伸直鏈結晶。
在一些特殊的情況下，由單晶單體固相聚合而成的高分子單晶體可以長得相當大，也可以生成結晶較完善的高聚物晶體，具有這種伸直鏈結晶的樣品也有很高的強度。此外，一些天然的蛋白質分子可以長成相當完善的大單晶體，在晶體中一個個大分子（已先形成二級結構）按晶格排列堆砌，而每個分子都有相當複雜的、獨特的構型和構象。
關於分子鏈怎樣摺疊於片晶之內或怎樣貫穿於相鄰的晶片之間的細節，迄今仍不很清楚，有些實驗證據支持分子鏈沿某些晶面規則地進行摺疊並依次地與相鄰的分子鏈段平行排列的近鄰摺疊觀點；而另一些實驗結果則表明分子鏈進行近鄰摺疊的可能性很小，分子鏈像插線板似地無規則地貫穿於相鄰的晶片之間及非近鄰地進入同一片晶。一般認為，至少在熔體冷凝而形成的高分子晶區中，插線板模型更接近於實際情況。
