Shear-enhancedcrystallization译文.doc

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Shear-enhancedcrystallization译文

译 文 学 院: 材料科学与工程学院 专 业: 材料成型及控制工程 学 号: 1040601127 姓 名: 石 伟 指导教师: 王广龙 江苏科技大学 2014年5月12日 剪切对等规聚丙烯熔体的结晶增强 第二部分 取向表层的形成分析 摘要 原位同步加速器广角X射线衍射(WAXD)是用于等温条件时在剪切力作用下,历经一个简短的时间间隔跟踪一个分散的聚丙烯的结晶情况。从引起定向的皮芯结构的范围内选择一段特定的流动过程进行分析。在所选择的结晶温度范围中(T结=141℃,静态结晶特征时间t=104s)。结晶衍射峰出现在具有高度取向的纤维状衍射图案的间隔中(σw=0.06 MPa,Ts=12s),伴随着相关的交叉子系薄片,还有c轴取向的原片层的存在。在剪切中断后的最初100s内结晶度快速增长,之后及其缓慢地增长。更确切地说,在最初的1200s内,取向发布并不会在剪切脉冲期间改变。原位透射电子显微镜显示出带有组成取向晶粒的薄的皮肤区域特征的皮芯结构,它靠近剪切装置的壁,与远离壁、弱相异性的晶球相邻。这表明在结晶的早期阶段的原位WAXD主要起源于取向皮肤的晶体中。皮肤由密核螺纹状线结构的相片晶薄片辐射而成。密排晶核表面之间的间距起到了增加剪切装置壁的距离的作用。我们的数据表明,从中心线成长的薄片会一直成长直到它们撞击100秒以形成致密的结晶结构。q2000 Elsevier科学有限公司保留所有权利。 1.介绍 用于监控最早开始流动加强结晶阶段的实验提供了有价值的线索,这个线索就是关于流动对整体结晶动力学和形态显微起源的影响。考虑到聚烯烃巨大的世界市场,若能认知到流动期间和之后半晶质形态学的发展,将会有巨大的商业价值。这种认知能够潜在地使加工设计过程通过大分子流动时动力和结晶的相互作用来引导。例如,当流动扮演着产生已被人们所认识的密排晶体的角色时,洞察瞬态结构发展的物理本性引领着凯勒和她的同事们去发展一条通往具有优越的热学和力学性能的高模数聚乙烯纤维的路线。通过降低过冷度来达到聚合物受到挤压后结晶成型的目的,它们能够产生细尖状相互交错的河流纹路形态的薄层。在处理过程中,结构发展基础理论有一个细节,尽管有大量文献但仍然难以理解,这个理解点就是改变树脂的组成所造成的影响或者对特定的材料特性所施加的变量进行处理。大多数检验密排形核结构的实验模拟高应力和应变率,这类实验具有对聚合物加工操作的典型特征。但复杂的暖气流以及由一个聚合物所进行的实验使得我们难以推断出用于控制半晶质形态的分子变量,好在有所进展。最近,“短期”剪切实验模型已被Janeschitz-Kriegl和他的同事们修正,对其中一个聚合物进行短暂的剪切处理,要在等温条件下控制好时间间隔(如图1-a所示) 图1-a 聚合物的剪切处理时间间隔 一个完全与之完全相关的初始条件——完全清除了之前的暖流和流动的痕迹,由在平衡融化点之上的高温下填充的流道产生,然后冷却到所需的结晶温度。在熔体完全融化之后,剩余的一些晶体也已经融化。所需的结晶温度要能使静态结晶时间以数小时的频率进行。热平衡后,聚合物要受到一个简短的,盒状的瞬态剪切应力(图1a),在受到剪切应力、流动中止后要监控其结构的发展。 这种方法消除了热瞬变和梯度,使它们难以隔离实验中流动的影响,而这个实验模仿的是商业流程。进入观察窗口的流体元素要经历只有一个压力驱动的流动通道,先前的流动痕迹会被热处理清除。喷泉流的影响也会被消除,正如冲模中没有自由表面一样。一个短暂的剪切脉冲刺激使流动区域结晶的再生降至最小。这些实验会获得一些处理过的应力和变形率数据,并且复制一些在注射成型过程中观察到的突出的形态特征。 一个典型的Ziegler–Nattaisotactic型聚丙烯对的短期剪切研究表明平行排列的形核结构是由所受的剪切力产生的。紧随着剪切时间段所表现出的幂律依赖性的是晶化时间内非线性的下降,它会对壁强加应变。Liedauer等人提出了一个模型来解释这些观察结果,他们猜测是剪切力导致活化点趋于形核,并且会随机分配一些剪切速率依赖性以促成这些核的形成。 假设与流体方向对齐的螺纹状的前体在持续剪切力的作用下从点核中分散出去。结晶从这些线核中持续进行,以产生微晶及其流体方向上的链轴。这种“类Avrami”模式类似于以行核模式为导向的结晶聚合物。这种模式由Keller和Machin研究发展而来。他们假设这种类排结构产生的流动方向允许肉串状薄片在一个垂直平面内流动。虽然这些模型定性地解释了行核结晶的现象,但还有几个问题留待探索:控制这些肉串状薄片成核的因素是什么?流动

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