同步輻射X射線原位研究拉伸誘導聚烯烴的相轉變.pdf

1、結構與性能的關系長期以來都是都是高分子材料科學領域的重要課題之一，近半個世紀以來一直是材料學家關注的重點。材料的任何物理性能都是由其內部結構決定的，因此建立性能與結構的對應關系對于材料性能的優(yōu)化具有非常重要的意義。由于高分子材料結構的復雜性以及檢測手段的單一性，使得該課題的進步困難重重。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構變化與力學響應信號。研究對象主要選取具有多相態(tài)結構的高分子材料——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)生一定的轉變，例如PB-1發(fā)生晶型Ⅱ到晶型Ⅰ的轉變，以及iPP的α晶轉變?yōu)橹虚g相(mesophase)。通過原位檢測裝置追蹤這種顯著地結構變化，為建立微觀結構與宏觀性能之間的關系創(chuàng)造可能性。基于此，本論文主要對以下內容進行了探究:

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PB-1相轉變的影響，證實了拉伸變形對晶型Ⅱ到晶型Ⅰ的轉變有顯著地促進作用。不同實驗溫度下拉伸誘導的相轉變表現(xiàn)出兩種路徑，低溫拉伸為直接轉變，而高溫拉伸時晶型Ⅱ先轉變?yōu)闊o定型態(tài)然后進一步生成穩(wěn)定的晶型Ⅰ，即熔融再結晶過程。在該工作中還發(fā)現(xiàn)了工程應力應變曲線的三個區(qū)域:彈性區(qū)、平臺區(qū)以及應變硬化區(qū)正好與PB-1相轉變過程中晶型Ⅰ的孕育、成核和凝膠網(wǎng)絡形成三個階段吻合

4、，由此建立了相轉變過程與力學性能的對應關系。
　　（二）利用同步輻射X射線的時間分辨優(yōu)勢，檢測了應變速率對拉伸誘導晶型Ⅱ到晶型Ⅰ相轉變的影響。拉伸速率的增加可以加速相轉變的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)相轉變的起點由應變控制而相轉變程度由外場功的多少決定。高溫高速拉伸結束后還發(fā)現(xiàn)了晶型Ⅱ的重結晶現(xiàn)象，說明高溫轉變符合拉伸熔融再結晶機理而低溫拉伸則遵循Young提出的位錯理論。
　?。ㄈ㏄B-1中晶型Ⅱ到晶型Ⅰ相轉變的發(fā)生會導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。實驗結果還表明在力學曲線上宏觀屈服應變之前還存在一個微屈服點，這可能是晶體Ⅱ的破壞開始。
　?。ㄋ模榱搜芯坷煺T導α-iPP晶體向中間相的轉變過程，在該部分工作中利用iPP的特征結構——交叉投影(cross-hatched structure)在流動場中會沿著不同方向取向的性質，提出了能夠在原位環(huán)境中分辨子母晶的預取向方法。結合同步輻射廣角