玻纤（GF）/聚丙烯（PP）复合体系动态流变学行为和结晶行为研究

论文摘要

填充聚合物体系的熔体流变行为不仅取决于填料本身的物理化学性质,还与相形态、填料与基体间的相互作用密切相关,并进而影响填充体系的加工性能和最终的使用性能。基于学术研究和工业应用的需要,对于复合体系形态结构与熔体流变行为之间的关联正成为近年来研究的热点。但目前关于填充体系流变学的研究多基于颗粒填充体系,对具有各向异性的纤维填充体系流变行为的了解仍然有限,特别是对在外场力作用下纤维填充体系形态结构的演变的理解非常不够。本工作通过稳态剪切实验方法构建单一剪切场,研究了玻纤（GF）/聚丙烯（PP）复合体系熔体无规和取向态下的动态流变行为、形态结构演变和结晶的关系。首先通过200℃下的稳态预剪切实验,研究了剪切场下玻纤/聚丙烯复合体系的结晶行为和结晶形态。DSC和XRD的结果表明,对于PP/GF（处理）/PP-g-MA体系A,PP结晶行为和结晶结构与稳态预剪切速率之间表现出一定的依赖性,在较低的剪切速率下（<3s-1）,PP结晶结构发生变化,α晶和β晶共存,同时有棒状晶体和针状晶体等取向晶体形成,而在高剪切速率下,PP只以α晶型存在,结晶形态为球晶。而对于PP/GF（未处理）/PP-g-MA、PP/GF（处理）、PP/GF（未处理）等体系,剪切场对结晶行为和结晶形态影响不大,体系中PP晶型仍然为α晶型,PP晶体以球晶存在。然后通过小幅振荡剪切实验研究了取向态下复合体系的动态流变行为。通过考察其流变参数的变化来研究取向态下复合体系熔体形态结构的演变。结果发现,PP/GF（处理）/PP-g-MA体系的动态模量和粘度随着剪切速率的增大呈现先增大后减小的趋势,而PP/GF（未处理）/PP-g-MA、PP/GF（处理）、PP/GF（未处理）等体系的模量和粘度则均随着剪切速率的增大而减小。而且通过计算复合体系熔体中聚合物分子链的松弛时间,发现在适当的剪切速率下条件下体系分子链的松弛时间会延长,且玻纤经过表面处理后,也会延长体系中聚合物分子链的松弛时间。根据玻纤/聚丙烯复合体系流变行为和结晶行为的实验结果,初步阐明了玻纤/聚丙烯复合体系熔体在剪切场下形态结构的演变机理和模型。当玻纤与聚丙烯基体间有较强相互作用条件下,适当的剪切场作用,玻纤-聚丙烯的网络结构被拉伸,取向作用使得整个网络结构的有序度提高,故体系的模量和粘度均得到提高；而这种有序的网络结构的存在使得取向的聚合物分子链在高温条件下的松弛时间延长,其取向结构能更多的被保留下来,从而在后续的结晶过程中诱导β晶的形成,并能得到更多的棒状晶体及针状晶体类的取向晶体；当玻纤与聚丙烯基体间界面粘合较弱时,剪切场会破坏体系中原有的网络结构,故体系的模量和粘度随剪切速率的增大而降低；且分子链的松弛时间较短,熔体中的取向结构难以保持,因此后续结晶结构为通常的α晶型,无取向晶体形态结构形成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 聚合物流变学简介
• 1.1.1 定义
• 1.1.2 聚合物流变学研究的内容
• 1.1.3 聚合物流变行为的特性
• 1.1.4 聚合物流变学的研究意义
• 1.2 动态流变学方法
• 1.2.1 动态流变学方法的优点
• 1.2.2 动态流变学方法的测量系统
• 1.3 聚合物填充体系流变学
• 1.3.1 高分子填充体系的流变行为
• 1.3.2 填充聚合物体系的动态流变行为的研究现状
• 1.4 流动场下聚合物的结晶行为
• 1.4.1 流动场对聚合物结晶形态的影响
• 1.4.2 流动场对聚合物结晶动力学的影响
• 1.4.3 流动场对等规聚丙烯晶型结构的影响
• 1.5 课题研究意义与研究内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 剪切场下玻纤/聚丙烯复合体系结晶行为的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料及设备
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.3 DSC测试
• 2.2.4 XRD测试
• 2.2.5 SEM测试
• 2.2.6 力学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 玻纤含量对复合体系非等温结晶行为的影响
• 2.3.2 玻纤含量对复合体系力学性能的影响
• 2.3.3 熔融行为
• 2.3.4 结晶形态
• 2.4 本章小结
• 第3章 剪切场下玻纤/聚丙烯复合体系的流变性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料及设备
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 流变性能测试
• 3.2.4 力学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 应变扫描
• 3.3.2 步阶剪切速率扫描
• 3.3.3 频率扫描
• 3.3.4 界面粘结强度对体系流变行为的影响
• 3.3.5 体系网络结构的演变机理
• 3.4 本章小结
• 第4章 剪切场下玻纤/聚丙烯复合体系流变行为与其结晶行为的关系
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 熔体状态下的松弛时间
• 4.3.2 流变结构对体系结晶行为的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表或待发表的论文