同步輻射X射線原位研究拉伸誘導(dǎo)聚烯烴的相轉(zhuǎn)變.pdf

1、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系長期以來都是都是高分子材料科學(xué)領(lǐng)域的重要課題之一，近半個世紀(jì)以來一直是材料學(xué)家關(guān)注的重點。材料的任何物理性能都是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，因此建立性能與結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系對于材料性能的優(yōu)化具有非常重要的意義。由于高分子材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及檢測手段的單一性，使得該課題的進(jìn)步困難重重。解決此問題需要從兩方面入手:一方面發(fā)展特殊的研究手段，另一方便選取合適的研究對象。
　　本課題采用的研究手段主要基于單軸雙向拉伸裝置與同步輻射X射

2、線散射裝置聯(lián)用，可以同時獲得材料形變過程中結(jié)構(gòu)變化與力學(xué)響應(yīng)信號。研究對象主要選取具有多相態(tài)結(jié)構(gòu)的高分子材料——聚（1-丁烯）(PB-1)和等規(guī)聚丙烯(iPP)。在受到外界刺激即拉伸外場時，材料的相態(tài)會發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變，例如PB-1發(fā)生晶型Ⅱ到晶型Ⅰ的轉(zhuǎn)變，以及iPP的α晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g相(mesophase)。通過原位檢測裝置追蹤這種顯著地結(jié)構(gòu)變化，為建立微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系創(chuàng)造可能性?；诖耍菊撐闹饕獙σ韵聝?nèi)容進(jìn)行了探究:

3、>　?。ㄒ唬├猛捷椛鋸V角X射線散射(WAXS)原位跟蹤了溫度對拉伸誘導(dǎo)PB-1相轉(zhuǎn)變的影響，證實了拉伸變形對晶型Ⅱ到晶型Ⅰ的轉(zhuǎn)變有顯著地促進(jìn)作用。不同實驗溫度下拉伸誘導(dǎo)的相轉(zhuǎn)變表現(xiàn)出兩種路徑，低溫拉伸為直接轉(zhuǎn)變，而高溫拉伸時晶型Ⅱ先轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定型態(tài)然后進(jìn)一步生成穩(wěn)定的晶型Ⅰ，即熔融再結(jié)晶過程。在該工作中還發(fā)現(xiàn)了工程應(yīng)力應(yīng)變曲線的三個區(qū)域:彈性區(qū)、平臺區(qū)以及應(yīng)變硬化區(qū)正好與PB-1相轉(zhuǎn)變過程中晶型Ⅰ的孕育、成核和凝膠網(wǎng)絡(luò)形成三個階段吻合

4、，由此建立了相轉(zhuǎn)變過程與力學(xué)性能的對應(yīng)關(guān)系。
　?。ǘ├猛捷椛鋁射線的時間分辨優(yōu)勢，檢測了應(yīng)變速率對拉伸誘導(dǎo)晶型Ⅱ到晶型Ⅰ相轉(zhuǎn)變的影響。拉伸速率的增加可以加速相轉(zhuǎn)變的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)相轉(zhuǎn)變的起點由應(yīng)變控制而相轉(zhuǎn)變程度由外場功的多少決定。高溫高速拉伸結(jié)束后還發(fā)現(xiàn)了晶型Ⅱ的重結(jié)晶現(xiàn)象，說明高溫轉(zhuǎn)變符合拉伸熔融再結(jié)晶機理而低溫拉伸則遵循Young提出的位錯理論。
　　（三）PB-1中晶型Ⅱ到晶型Ⅰ相轉(zhuǎn)變的發(fā)生會導(dǎo)致片晶各方向尺寸不

5、同程度的收縮，因此可以利用同步輻射小角X射線散射(SAXS)跟蹤拉伸過程中片晶周期的變化。實驗結(jié)果還表明在力學(xué)曲線上宏觀屈服應(yīng)變之前還存在一個微屈服點，這可能是晶體Ⅱ的破壞開始。
　　（四）為了研究拉伸誘導(dǎo)α-iPP晶體向中間相的轉(zhuǎn)變過程，在該部分工作中利用iPP的特征結(jié)構(gòu)——交叉投影(cross-hatched structure)在流動場中會沿著不同方向取向的性質(zhì)，提出了能夠在原位環(huán)境中分辨子母晶的預(yù)取向方法。結(jié)合同步輻射廣角