剪切历史对iPP熔体结晶行为的影响

论文摘要

聚丙烯是工业中应用最为广泛的结晶性聚合物材料之一,而生产加工过程中所受到的剪切拉伸会改变其晶体的晶型结构,并最终导致产品结构性能的变化。在其众多的晶型中,β晶由于特殊六方晶格的相结构决定了其优异的力学性能,例如:具有优异的增韧效果、较高的断裂伸长率、良好的拉伸韧性和延展性等。因此,β晶的形成机制研究为加工过程中通过调节参数来改善制品的结构与性能提供了一种途径。本文实验中率先采用熔体速率仪来模拟挤出工艺,研究了剪切历史对iPP熔体结晶行为的影响。用PLM、WAXD与DSC等表征手段研究了挤出条件、热处理工艺对结晶形态、晶型结构及分布、结晶度以及β晶含量的影响,为在成型加工中调控聚合物形态结构提供理论指导和实验依据。具体工作如下:1、研究了挤出条件对iPP熔体流变行为的影响,得出温度及荷载与取样时间、剪切时间和剪切速率的关系。2、用PLM与WAXD研究了荷载对挤出试样的结晶形态、晶型结构及分布的影响,发现α与β晶共存,β晶沿α排核生成柱状晶体,且β晶的分布随着荷载的增加而趋于挤出物表层:用DSC定量研究了挤出条件对结晶度和β晶含量的影响,发现β晶含量比结晶度对荷载与温度更为敏感,并在此基础上提出了易于β晶形成的加工窗口。3、通过不同的热处理工艺赋予试样不同的热机历史,研究了不同热处理工艺对β-iPP形成的影响,研究表明:挤出前原料在料筒中的保温时间、原料中未消除的热机历史、熔体的剪切历史与试样回火工艺均对β晶的含量有显著影响:同时荷载与挤出后的保温时间对挤出后等温结晶过程中所形成的β晶含量也有影响。4、研究了均聚和共聚PP及不同分子量均聚PP对β晶形成的影响,发现均聚PP的单一单体结构更易于β晶的形成,且β晶含量随其分子量的增加而增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 高聚物的结晶概述
• 1.1.1 高分子结构与结晶能力
• 1.1.2 高聚物的结晶形态及结晶特点
• 1.1.3 结晶对制品性能的影响
• 1.2 高聚物的静态结晶
• 1.2.1 静态结晶下的形态学研究
• 1.2.2 静态结晶下的结晶动力学研究
• 1.3 高聚物的流动诱导结晶
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 剪切条件下等规聚丙烯的结晶研究
• 2.1 iPP的结晶形态及剪切对其的影响
• 2.1.1 球晶结构
• 2.1.2 柱状晶结构
• 2.1.3 横晶结构
• 2.2 iPP聚丙烯的晶型及剪切对其的影响
• 2.2.1 α型单斜晶格
• 2.2.2 β型六方晶格
• 2.2.3 γ型三斜晶格
• 2.3 β-iPP的结晶形态及相关实验研究
• 2.3.1 β-iPP的超分子结构
• 2.3.2 β-iPP产生的条件和方法
• 2.3.3 影响β-iPP晶型含量的因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 挤出条件对iPP熔体流变行为的影响
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料与设备
• 3.2.2 样品制备与测试
• 3.2.3 实验方法与数据处理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 温度及荷载与取样时间的关系
• 3.3.2 温度及荷载与剪切时间的关系
• 3.3.3 温度及荷载与剪切速率的关系
• 3.4 本章小结
• 第四章 挤出条件对iPP熔体结晶行为的影响
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料与设备
• 4.2.2 样品制备与测试
• 4.2.3 实验方法与数据处理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 荷载对晶型结构及结晶形态的影响
• 4.3.2 挤出条件对试样结晶度的影响
• 4.3.3 温度对β-iPP形成的影响
• 4.3.4 荷载对β-iPP形成的影响
• 4.3.5 易于β-iPP形成的加工窗口
• 4.4 本章小结
• 第五章 热处理工艺对β-iPP形成的影响
• 5.1 概述
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料与设备
• 5.2.2 样品制备与测试
• 5.2.3 实验方法与数据处理
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 保温时间对β-iPP形成的影响
• 5.3.2 原料热机历史对β-iPP形成的影响
• 5.3.3 熔体剪切历史对β-iPP形成的影响
• 5.3.4 回火工艺对β-iPP含量的影响
• 5.3.5 不同PP原料对β-iPP形成的影响
• 5.3.6 等温条件下荷载对β-iPP形成的影响
• 5.3.7 等温条件下保温时间对β-iPP形成的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 论文总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢