取向与高性能纤维

1、在某种外力作用下，分子链或其他结在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿外力作用方向择优排列的结构。构单元沿外力作用方向择优排列的结构。单轴取向：只沿一个方向拉伸，取向单单轴取向：只沿一个方向拉伸，取向单元沿元沿拉伸方向拉伸方向排列。排列。 双轴取向：材料沿两个互相垂直的方向双轴取向：材料沿两个互相垂直的方向拉伸，取向单元沿拉伸，取向单元沿拉伸平面拉伸平面排列。排列。按取向维度可分为：按取向维度可分为：单轴取向单轴取向纤维纤维双轴取向双轴取向薄膜薄膜ZZ一般取Z轴为参考方向喷丝口喷丝口吹膜设备吹膜设备取向结构单元：取向结构单元：无定形中链段、分子链无定形中链段、分子链(a)(a)链段取向链段取

2、向 (b)(b)分子链取向分子链取向取向结构单元：取向结构单元：晶态结构中晶片，系带链晶态结构中晶片，系带链XYZSrO链段链段S与与Z轴成轴成 角，在角，在xy平面平面上的投影与上的投影与Y轴的夹角为轴的夹角为 ，则则S在在Z轴上和轴上和Y轴上的投影分别轴上的投影分别为：为：cos/PcossinP cos/PcossinP22/cosP222cossinPHermann取向因子取向因子f定义为二均方之差定义为二均方之差222cossincosf取统计均方值取统计均方值:故故222cossincosfd 202221cos21cosd) 1cos3(21sin21cos222f取向单元完全平

3、行于参考方向，则取向单元完全平行于参考方向，则 =0，f1取向单元完全垂直于参考方向，则取向单元完全垂直于参考方向，则 = /2 ，f-1/2取向单元在所有方向上的几率相等取向单元在所有方向上的几率相等f0) 1cos3(212f31cos2对对Hermans取向因子的直观解释取向因子的直观解释:具有取向度具有取向度f的样品中质量分数的样品中质量分数f的链段完全取向，的链段完全取向，而而(1-f)的链段完全无规排列。的链段完全无规排列。测定链取向有多种方法。平面双折射，广角测定链取向有多种方法。平面双折射，广角X光衍射，小角光衍射，小角X光衍射，红外法和声学模量法等光衍射，红外法和声学模量法等

4、A双折射双折射0nnfHermans取向因子取向因子f与双折射与双折射n成正比：成正比：原理：利用平行于纤维轴和垂直于纤维轴两方向上折光率之差来衡量取原理：利用平行于纤维轴和垂直于纤维轴两方向上折光率之差来衡量取向度。向度。如果振动平行于纤维轴和垂直于纤维轴时的折光指数分别为如果振动平行于纤维轴和垂直于纤维轴时的折光指数分别为 和和 ，则则 就叫做纤维的双折射率。就叫做纤维的双折射率。nnn/n/n n0为理论上的双折射最大值，在此处可视为比例系数，实际中这一比为理论上的双折射最大值，在此处可视为比例系数，实际中这一比例系数往往从经验上得到例系数往往从经验上得到双折射法测定的取向为链段的取向双

5、折射法测定的取向为链段的取向B. 声速法声速法原理：利用声波在分子链方向的传播速度与其垂直方向上传播速度的不同来衡原理：利用声波在分子链方向的传播速度与其垂直方向上传播速度的不同来衡量取向度。量取向度。声速法测得的取向反映整个分子链的取向声速法测得的取向反映整个分子链的取向21uCfC 222cos13uCC C. X射线衍射法射线衍射法取向材料的结构特征：各向异性取向材料的结构特征：各向异性取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范德华力为主之间的作用力以范德华力为主取向结构的结构特征：

6、取向结构的结构特征：2.42.4取向结构取向结构各向异性各向异性取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范德华力为主德华力为主强度在取向方向上大大增加强度在取向方向上大大增加2.42.4取向结构取向结构例：例：PEPE的理论模量的理论模量360GPa360GPa。拉伸拉伸1010倍后，倍后，303040GPa40GPa。二次拉伸二次拉伸8 84 4，320GPa320GPa。 取向对强度的影响取向对强度的影响取向过程是分子的有序化过程，而热运取向过程是分子的有序化过程，而热

7、运动使分子趋于无序，并且在热力学上后者是自发动使分子趋于无序，并且在热力学上后者是自发过程，而前者必须在外力场存在下才能实现。过程，而前者必须在外力场存在下才能实现。取向与解取向取向与解取向取向是可逆的取向是可逆的 取向结构被取向结构被“冻结冻结” 一维取向：拉伸，如纺丝过程一维取向：拉伸，如纺丝过程二维取向：吹膜或双向拉伸二维取向：吹膜或双向拉伸烘箱烘箱凝固凝固聚乙烯溶液聚乙烯溶液例：聚乙烯纤维生产例：聚乙烯纤维生产1. 聚合物的结构聚合物的结构柔性取向容易，但解取向也容易，结构稳定性差柔性取向容易，但解取向也容易，结构稳定性差刚性取向难，但结构稳定性好，因解取向难刚性取向难，但结构稳定性好，因解取向难纤维材料为刚性（芳杂环）或结晶性聚合物（纤维材料为刚性（芳杂环）或结晶性聚合物（PE，POM等）等）2.