近熔点与过冷态挤出iPP的结晶形态结构

论文摘要

高分子材料的结晶形态结构强烈依赖于其大分子链结构和加工成型条件。高分子材料制品形态结构主要是在加工过程中复杂的温度场和外力场作用下原位形成的。研究高分子材料在外场作用下形态结构形成、演化、调控及最终结构对发展聚合物成型加工基础理论,开发出高性能、复合化、多功能化、低成本化及清洁化高分子材料具有重要意义。过去几十年中,众多学者研究了剪切场作用下高分子材料的结晶结构演变与流变行为,针对温度条件的研究工作相对较少。本文主要研究了近熔点和过冷态挤出条件对聚丙烯结晶形态结构的影响,分析了不同熔体温度、结晶温度、熔体熔融历史下柱状晶与β-iPP形成演变规律,构建了近熔点挤出柱状晶与过冷态挤出β-iPP的形成与演变模型。1、通过挤出近熔点熔体制备样品,采用偏光显微镜（PLM）、广角X射线衍射（WAXD）、小角X射线散射（SAXS）、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）研究了挤出熔体温度（Te）、壁剪切应力（σw）和挤出前熔体保温时间对柱状晶形成与演变的影响。研究发现：（1）当Te升高时,挤出样品中α-iPP和β-iPP柱状晶的长度明显变短,直至消失；β-iPP相对含量显著降低。（2）当%增大时,α-iPP和β-iPP柱状晶的数量显著增加；但β-iPP相对含量降低。在此基础上,构建了近熔点挤出条件下柱状晶形成与演变模型。2、通过挤出过冷熔体制备样品,采用PLM,WAXD和DSC研究了壁剪切应力（σw）、挤出熔体温度（Te）和结晶温度（Te）对iPP结晶形态结构的影响。研究表明：（1）当σw≥0.020MPa时,挤出物表层出现β-iPP柱状结晶；当σw≥0.045MPa时,不但挤出物表层存在β-iPP柱状晶,而且芯部也有β-iPP球晶形成；即σw的增大有利于β-iPP相对含量的提高。（2）随Te的升高,β-iPP的相对含量显著降低。（3）DSC和WAXD结果表明当Tc处于105～125℃之间时,绝对结晶度与β-iPP相对含量随Tc的升高而增大；当Tc高于125℃时,绝对结晶度继续增加但β-iPP相对含量降低。在此基础上,构建了过冷挤出条件下β-iPP的形成与演变模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 iPP结晶形态和结构
• 1.1.1 iPP的结晶结构
• 1.1.2 iPP的结晶形态
• 1.2 iPP自成核的影响因素
• 1.2.1 熔融条件对自成核的影响
• 1.2.2 结晶结构对自成核的影响
• 1.2.3 剪切历史引入对自成核的影响
• 1.3 iPP剪切诱导结晶
• 1.3.1 弱剪切对iPP结晶形态结构的影响
• 1.3.2 强剪切对iPP结晶形态结构的影响
• 1.4 选题思路及本论文的主要工作
• 2 样品制备与表征方法
• 2.1 iPP挤出样品的制备
• 2.1.1 实验原料及指标
• 2.1.2 自制柱塞挤出装置
• 2.1.3 自制多功能恒温炉
• 2.2 形态和结构表征方法
• 2.2.1 偏光显微镜（PLM）
• 2.2.2 差示扫描量热仪（DSC）
• 2.2.3 广角X射线衍射（WAXD）
• 2.2.4 小角X射线散射（SAXS）
• 2.2.5 扫描电子显微镜（SEM）
• 3 近熔点挤出条件下iPP结晶形态结构
• 3.1 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 iPP近熔点挤出物结晶形态结构
• 3.2.2 挤出温度对iPP结晶形态结构的影响
• 3.2.3 剪切应力对iPP结晶形态结构的影响
• 3.2.4 熔体挤出前保温时间对iPP结晶形态结构的影响
• 3.2.5 近熔点挤出条件下柱状晶形成与演变模型
• 3.4 本章小结
• 4 过冷态挤出条件下iPP结晶形态结构
• 4.1 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 过冷挤出温度对iPP结晶形态结构的影响
• 4.2.2 剪切应力对iPP结晶形态结构的影响
• 4.2.3 结晶温度对iPP结晶形态结构的影响
• 4.2.4 过冷挤出条件下β-iPP的形成与演变模型
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表和待发表的学术论文
• 获奖情况
• 致谢