剪切速率对等规聚丙烯的结晶和形貌的影响.pdfVIP

Vol.37 高等 学校 化 学 学报 No.2 2016年2月 CHEMICALJOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 367 ~372 doi:10.7503/ cjc 剪切速率对等规聚丙烯的结晶和形貌的影响 1,2 1 唐毓婧 , 门永锋 (1. 中国科学院长春应用化学研究所,高分子物理与化学国家重点实验室,长春 130022; 2. 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京 100013) 摘要 利用同步辐射小角X射线散射、广角X射线衍射和差示扫描量热法研究了不同剪切速率下等规聚丙 烯的结晶结构. 结果表明,施加剪切会导致β 晶生成,但基本不改变样品总结晶度. β 晶含量随着剪切速率 -1 的提高先升高后降低,与α 晶具有竞争关系. 当剪切速率在10 ~32 s 之间时,α 晶和β 晶共存,并存在分 属于两种晶型的两组长周期,其中较大的长周期属于β 晶. 关键词 等规聚丙烯;剪切速率;同步辐射小角X射线散射 中图分类号 O631 文献标志码 A 在聚合物的成型加工中,在剪切流动作用下,聚合物分子链会发生取向,生成与静态结晶时不同 结构形态的晶体. 部分聚合物在受到剪切作用时不仅会改变结晶动力学,而且其微观形貌也会发生改 [1~4] 变. 聚合物微观结构的变化最终会影响材料的使用性能 . 因此,研究聚合物在剪切场下的结晶行 为及形貌演变具有重要的学术与现实意义. 等规聚丙烯(iPP)是以丙烯为单体聚合而成的聚合物,密度仅为0 3 .9 g/ cm . 其树脂的生产原料易 [5] 得,具有无毒、耐热性、耐腐蚀性及易于加工成型等特点而应用广泛 . 在常规条件下,等规聚丙烯通 常只能结晶形成α 晶,而在剪切场下会生成β 晶[6~12]. 在广角X射线衍射(WAXD)中,α 晶在2θ= 18.6°处存在强的晶面(130)衍射,但β 晶在此处没有衍射峰; 而β 晶在 2θ=16.08°处存在强峰 [13] [8,9] (300) . Hsiao等 使用同步辐射WAXD/ SAXS在线观察剪切场下iPP 的结晶行为,发现施加剪切 [14] 时,立即出现沿着剪切方向排列的α 晶核,然后才开始在α 晶核表面形成β 晶. Varga等 发现,剪 切会诱导β 晶的生成,但剪切速率过大时却会抑制生成β 晶. 虽然已经有大量的文献研究剪切初期 iPP 的结晶行为,但少有文献报道施加剪切场后在样品完全结晶的情况下,体系中α 和β 晶粒的微观 形貌,而完全结晶后的样品形貌与制品最终的使用性能直接相关. 本文在 130 ℃时施加不同剪切速率并等温结晶制备 iPP 样品,采用同步辐射小角X 射线散射 (SAXS)、广角X射线衍射(WAXD)及差示扫描量热法(DSC)对iPP样品进行微观结构分析,研究施加 剪切场后的完全结晶iPP样品的微观形貌. 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 等规聚丙烯,Aldrich公司,重均分子量为2.5×10 ,多分散系数为3.7,熔融指数为12 g/ min(测5 试标准ASTM-D1238,2