線上研究聚丙烯結構與性能之間的關係

《線上研究聚丙烯結構與性能之間的關係》是依託天津大學，由蔣世春擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：線上研究聚丙烯結構與性能之間的關係
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔣世春
• 依託單位：天津大學

項目摘要

本基金申請課題套用Linkam拉伸熱台，同時結合線上拉伸光學顯微鏡和線上拉伸雷射光散射、線上拉伸X-光散系統（小角和廣角同步輻射X-光光源），觀測聚丙烯在不同拉伸條件下的多級結構（包括球晶、片晶、微晶等）和結構轉變行為，研究聚丙烯拉伸過程不同晶型的轉變，在不同尺度範圍內跟蹤體系的拉伸誘導形態結構的演變過程，結合應力-應變曲線闡明不同拉伸溫度、拉伸速率對聚丙烯結構與力學性能的影響規律。通過研究不同拉伸條件下的聚丙烯結構及其變化過程，進一步認識高分子拉伸誘導高分子結構轉變機理和結構控制機制，理解拉伸誘導聚丙烯形態結構與性能和聚合物流體自由能變化之間的內在聯繫，從不同尺度認識聚丙烯拉伸過程多尺度結構變化與性能的關係，為高分子材料的設計以及性能的最佳化提供依據。

結題摘要

我們利用拉伸熱台結合偏光顯微鏡和同步輻射X射線小角散射、廣角散射觀測了全同聚丙烯在拉伸過程中測得應力-應變曲線的同時觀測了拉伸過程中球晶、片晶和微晶不同結構的變化。球晶的形狀、尺寸隨溫度不同而改變，拉伸過程中球晶的破壞各有不同，有時球晶會被破壞，有時破壞發生在球晶間。在β成核劑誘導的β結晶為主的iPP中晶型的轉變隨拉伸溫度的不同而不同，溫度越高越有利於拉伸誘導晶型轉變；晶型的轉變發生在屈服之後，而在屈服前主要是非晶相或者介晶相的變化。在屈服前的彈性變形階段，垂直於拉伸方向上的長周期隨著應變的增加而增大，而平行於拉伸方向的長周期保持不變。通過研究α成核劑誘導iPP得到的α iPP在不同溫度下拉伸時的結構轉變， 揭示了屈服應變不依賴於拉伸溫度的本質原因。發現拉伸開始後，非晶區首先被拉伸且平行於拉伸方向取向，同時平行於拉伸方向的片晶向垂直於拉伸方向取向，屈服點後樣品發生熔融-重結晶現象。拉伸開始直至屈服點之前非晶鏈段伸展直至伸展極限，由於不同溫度下拉伸的樣品最初的結晶度大致相同，所以非晶區尺寸的變化大致相同，而造成屈服應變不依賴於拉伸溫度的現象。屈服以後片晶開始破碎，低溫下形成介晶，高溫下生成新的片晶，且新片晶的尺寸隨著拉伸溫度的增加有所增加。對不同退火條件處理後的等規聚丙烯進行了原位拉伸測試，探究退火條件對聚丙烯結構和性能的影響。發現聚丙烯的屈服強度隨著退火溫度的升高而增大，屈服應變和斷裂韌性卻隨著退火溫度的升高而降低；退火溫度的升高能夠使等規聚丙烯的結晶度增大，片晶厚度增加，而且高溫退火處理後會使β-iPP向α-iPP轉變。不同時間的退火處理後的β-iPP的結構隨著退火時間的延長，β-iPP的結晶度有所增加，結晶結構變得更加完善，材料的屈服強度也逐漸變大；退火處理後的β-iPP的長周期增大是由晶層厚度和非晶層厚度共同增加的結果，而且大約在半小時內片晶結構變化顯著。退火處理後β-iPP在室溫條件下拉伸時會使原有的β晶或β/α混合晶逐漸轉變為平行於拉伸方向的介晶，且平行於拉伸方向上的長周期變大，垂直於拉伸方向的長周期基本不變；片晶在拉伸過程中先沿垂直於拉伸方向取向，然後沿平行於拉伸方向取向。利用研究聚丙烯結構與性能原位觀測技術我們對PVDF、PVDF/石墨烯複合體系、PA6、PBS、PLA等高分子進行了研究並發表了系列期刊論文。