显微红外原位研究聚丙烯、聚丁烯及其共混物的结构与性能关系.docx

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1、显微红外原位研究聚丙烯、聚丁烯及其共混物的结构与性能关系高分子材料的结构与性能关系是高分子物理学科研究中的重要课题。高分子特有的长链结构奠定了结晶在高分子凝聚态的重要地位,也使得结晶性高分子成为高分子材料应用中最大的门类。结晶性高分子材料特有的多尺度和多相态的特征,也为其微观结构与宏观力学性能的关系研究变得复杂和有趣。本文从原位研究方法着手,结合原位样品装置和显微红外谱学成像技术,系统研究并对比了结晶性高分子材料聚丙烯(iPP)和聚丁烯(PB)球晶样品在形变过程中的空间结构演化,并着重关注了两种薄膜材料在拉伸过程中的结构演

2、变与力学行为的相关性。在单一高分子球晶力学性能研究的基础上,我们进一步研究了iPP/PB共混体系中的晶体形态,加深了解不同相变耦合与竞争对晶体形态调控的物理机制。拉伸诱导PB单个球晶的晶型转变研究表明,菱形球晶和球晶样品力学行为上表现出相同的三个阶段：第一阶段(应变ε<0.2),此阶段晶型Ⅰ晶体的生成速率非常缓慢；第二阶段(0.2<ε<1.2),晶型Ⅱ到晶型Ⅰ的转变过程明显被加速；第三阶段(ε>0.8),晶型Ⅱ完全转变成晶型Ⅰ。以上三个阶段分别对应分子链不同的形变方式。实验结果还表明大球晶相对较高的

3、模量易形成应力集中,并导致大球晶内部转变速率要快于周围小晶粒,这种差异在菱形球晶中体现的更加明显,归因于其更加规整的片晶排列方式。iPP单个球晶形变行为研究表明,大球晶相对较高的模量抵抗细颈扩展过程,直到硬化阶段,大球晶的形变才明显发生。塑性形变过程,晶体与无定形的取向演化通过特征峰998和973cm-1在线跟踪。基于相关性研究方法同时表现了形变过程中晶体与无定形取向的空间相关性。相关性研究结果表明大球晶内无定形取向高于晶体,而球晶外则表现相反,来源于不同区域晶体稳定性和缠结密度的共同作用。并且晶体和无定形取向分布保持正相

4、关性,当应力作用时,晶体的取向变化要快于无定形。iPP/PB共混体系晶体形态研究表明,热历史对iPP晶体形态的影响来自于对浓度分布的调控。相同结晶温度,iPP晶体生长速率随着热处理次数的增加而降低,在相行为上表现出不可逆性。通过两组份各自的红外特征峰,我们对球晶生长前端PB浓度进行了标定,并采用了1219和998cm-1相对强度表示结晶过程中PB和iPP的浓度分布。实验结果表明,不同热历史条件下的相态分布都不均匀。高温起始消除热历史,PB富集区域依然相对集中,iPP球晶在相应区域出现分叉。然而各个方向上的生长速率却几乎保持

5、一致,对应的球晶生长前端的PB浓度则呈现出较大的波动。随着热处理次数增加,生长前端出现新的树枝状晶体,球晶尺寸达到100μm后就几乎不再变化,在生长速率上表现为非线性生长行为。球晶生长前端PB浓度的波动幅度明显减小,浓度整体上也有所下降。原先富集较为集中的PB组分逐渐与iPP形成更加均匀的相态分布。