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1、2000年8月山东工业大学学报Vol.30No.4第30卷第4期JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYAug.2000聚丙烯球晶的研究孙玉璞徐英陈方生(山东工业大学材料科学与工程学院济南250061)摘要对聚丙烯(PP)在不同条件下的熔融结晶进行了研究,利用偏光显微镜,对聚丙烯球晶进行观察1结果表明:温度、应力及杂质对球晶形态、大小、多少、分布均有影响1文章还对试验结果进行了理论分析1关键词聚丙烯;过冷;结晶;ö球晶中图法分类号TQ311众所周知,柔性链高聚物在不同条件下,可以生成形
2、态极不相同的晶体1从高聚物熔体或溶液进行结晶时,一般倾向于生成球晶1它是由厚度约10nm的晶片组成的多晶聚集体,在晶片中分子链呈折迭链形式,并垂直于晶片长轴方向1本文主要研究了不同工艺条件对高聚物熔融结晶的影响,包括熔融温度、冷却速度、应力和杂质对球晶形态的影响,并借助偏光显微镜,对球晶进行了观察和分析,掌握了高聚物在不同条件下结晶的一些规律,对于指导生产有重要的现实意义11试验方法111试验材料试验材料选用聚丙烯(PP),产地为齐鲁石化塑料厂,玻璃化温度为-10℃,熔点由DSC法测得为16816℃;碳纤维(CF)为日本产
3、;玻璃纤维(GF)由泰安玻璃纤维厂制造1112试样制备先把树脂粒料切成极薄的片,把切好的薄片放在两载玻片之间,两边用铁夹夹住,可以通过控制夹子的夹力来改变外界应力;加入CF或GF时,将其放在树脂切片与载玻片之间,然后放到烘箱中熔融后进行等温冷却,制成试样1试样制取的工艺条件是:熔融温度选择260℃、240℃、220℃、210℃、200℃,熔融时间控制在5～10min,等温冷却温度分别为140℃、120℃、90℃、80℃、60℃、40℃,冷却介质为空气和甘油1不同材料在不同工艺条件下共制得试样259片1113球晶观察第一作者
4、简介:女,教授,1943年生,1969年青岛海洋大学毕业1主要研究方向:复合材料、高分子材料、驻极体材料1收稿日期:2000201207354山东工业大学学报2000年将制备的259片试样用XJG—04大型金相显微镜和MeF3高性能金相显微镜偏振光系统进行观察12试验结果与分析通过对259片试样的观察,下面就PP树脂在某些工艺条件(见表1)所得到的球晶进行分析1表1形成球晶的工艺条件材料熔融温度Hö℃熔融时间tömin等温冷却温度Hö℃冷却介质PP240120甘油PP24090空气PP210140空气PP2605～1040
5、空气PP+CF200140空气PP+GF200140空气PP20080空气PP22060空气211“离散型”和“综合型”球晶在偏光显微镜下进行观察,可以观察到“离散型”球晶,如图1所示,径向的晶片之间相互分离,并且圆周边界不明显1另一种是“综合型”球晶,径向的晶片之间联系紧密,圆周边界明显,如图21图1离散型球晶(×200)图2综合型球晶(×200)一束偏振光通过高分子球晶时,发生双折射分成两束电矢量相互垂直的偏振光,它们的电矢量分别平行和垂直于球晶的半径方向,由于这两个方向上折射率不同,这两束光通过样品的速度是不等的,必
6、然要产生一定的相位差而发生干涉现象,结果使通过球晶的一部分区域的光可以通过与起偏器处在正交位置的检偏器,而另一部分区域不能,最后分别形成球第4期孙玉璞等:聚丙烯球晶的研究355[1]晶照片上的亮暗区域1212球晶较小时呈球形,晶体长大失去球状外形显微镜观察可知,当晶核较少晶粒较小时,球晶呈球形(从本文提供的照片中均可见到);这是体积自由能和表面自由能共同作用的结果,以球形形式存在最稳定1当晶体长大到互相接触,球晶充满整个空间时,相邻球晶以面接触,球晶失去其球状外形1如图2中箭头所示,其邻近三球晶相交,界面之间的夹角趋向于最
7、稳定的120°1说明其结晶后冷却速度缓慢,接近平衡状态,球晶外形呈多面体1213同一视野球晶尺寸差别较大偏光显微镜下观察同一个视野发现,球晶径向尺寸差别较大,如图31出现这一结果的原因可解释如下:聚丙烯熔体结晶时,在同一区域形成晶核的先后、多少不尽相同,晶核多的区域,球晶尺寸较小1214试样中心至边界球晶尺寸逐渐变大各种条件下PP熔体结晶后的球晶尺寸由试样中心到边界逐渐增大,边界处球晶的半径可以是中心部位的几倍或十几倍,如图41这是由于试样中心部位晶核长大受周边长大晶体的限制作用,所以中心多为小球晶1相反,边界处的球晶在边
8、界方向上没有其他晶体的限制,沿此方向球晶可继续生长,因此观察到边界处球晶相对较大的现象1图3大小不一的球晶(×200)图4不同区域的球晶大小(×50)215杂质对球晶形态的影响试验引入的杂质为GF和CF1GF和CF对PP熔体结晶后的形态影响都很显著,如图5,61高聚物结晶的基本过程包括成核和长大,成核又
