原位X射线研究拉伸过程中间规聚丙烯晶体熔融与晶体取向关系.pdfVIP

Vo1．34 高等 学校 化 学 学报 No．2 2013年 2月 CHEMICALJ0URNALOFCHINESEUNIVERSITIES 485～490 原位 X射线研究拉伸过程中间规聚丙烯 晶体熔融与晶体取向关系 邵春光 ，卓然然 ，李 倩 ，曹 伟 ，张 阳 ，张瑞静 ，刘成刚 ，申长雨 (1．郑州大学国家橡塑模具工程研究中心，力学与工程科学学院，郑州 450002； 2．郑州大学物理工程学院，郑州 450001) 摘要 间规聚丙烯熔体(sPP)淬冷至液氮温度并保持5min，于20，40，80，120oC下等温退火 10h，制备出 具有不同片晶厚度的样品．在室温条件下，利用原位x射线在线研究 sPP样品拉伸过程中应力诱导的晶体 熔融和晶体取向关系．结果表明，在单轴拉伸过程中，应力导致的晶体熔融和晶体取向同时发生，即两者在 同一应变、同一应力下同时发生，这一特性不受片晶厚度的影响．随着片晶厚度的增加 ，晶体熔融和取向需 要的临界应力不断增大，在所研究范围内，该临界应力的增加和片晶厚度基本呈线性关系．另外，随着片晶 厚度增大，样品的弹性模量、屈服强度和应变硬化模量均有一定程度的增大． 关键词 原位x射线衍射；间规聚丙烯熔体；晶体取向；应力诱导晶体熔融；片晶厚度 中图分类号 O631 文献标志码 A 外力场(如剪切场和拉伸场)不仅是检测材料力学性能的重要方法，也是材料加工成型过程中不可 或缺的重要手段，通过改变外场作用可以改变材料的宏观特性 ，因此，外力场作用下材料的结构与性 能关系一直是材料科学中的重要课题_l ．结晶性聚合物的结构非常复杂，含有不同尺度的多级有序 结构(如球晶尺度、片晶尺度、晶胞尺度和分子链构象)，其宏观性能是这些结构之间协同作用的结 果．为研究某一尺度结构对材料力学性能的影响，样品初始结构的设计非常重要，如制备出具有不同 片晶厚度的样品，研究片晶厚度对材料力学性能的影响 ．目前，原位x射线衍射、红外光谱、偏光 和拉曼光谱等。。卜挖检测技术已经广泛应用于材料的结构号l生能关系研究中，其主要优势在于可以实时 记录材料在形变过程、结晶过程及化学反应过程中的结构演化，从而在线定量描述材料宏观性能和微 观结构的关系．原位检测技术的出现和应用，不仅对深入认识高分子材料的物理本质具有重要的科学 意义，还可以为设计材料的加工工艺提供可靠的科学依据．早在20世纪70年代，Bowden等 利用原 位 x射线衍射发现，高密度聚乙烯材料在拉伸过程中出现片晶间及片晶内部的晶面滑移；Keller 等 ¨ 研究了拉伸过程中晶体的旋转和晶区内分子链的倾斜，进一步阐述了片晶问及片晶内部的晶 面滑移机理；Cowking等_1报道了片晶和晶胞在形变过程中的结构演化．尽管人们做了大量的工作并 取得了引人瞩 目的成果，但仍有很多问题等待解决，如晶体滑移 (片晶间的滑移和片晶内部的晶面滑 移)和应力诱导的晶体熔融[存在两种观点：(1)片晶发生破碎，高分子链被强行拉出片晶；(2)片晶在 拉伸过程中发生局部的熔融]的关系．一直以来，广角x射线数据证明了晶体滑移的存在，而小角x 射线数据又倾向于晶体熔融的存在．最近的研究发现，两者很可能是同时发生的，但两者的相互关系 需要进一步的实验验证 ¨ ． 不同于等规聚丙烯(iPP)，问规聚丙烯 (sPP)具有独特的物理特性，特别是在发现茂金属催化剂 后，人们可以制备出具有很高等规度的间规聚丙烯，该材料具有高模量、高强度及较高的断裂伸长率 等优异力学性能 卜 ，在很多应用中甚至可以取代iPP．本文利用原位x射线检测技术在线研究了单 轴拉伸情况下sPP的微观结构演化，主要阐明了具有不同片晶厚度的样品晶体熔融与晶体取向关系． 收稿 日期 ：2012-05-29． 基金项 目：国家自然科学基金 (批准号11272291)和教育部高等学校博士点基金 (批准号：20094101110008)资助． 联系人简介：邵春光，男 ，博士，讲师，主要从事高分子材料加工过程中物理问题研究．E-mail：shaochunguang2008@yahoo．tom．cn 高等 学校 化