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(zhǎng)期以來(lái)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(gè)世紀(jì)以來(lái)一直是材料學(xué)家關(guān)注的重點(diǎn)。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(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)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(cè)手段的單一性，使得該課題的進(jìn)步困難重重。解決此問(wèn)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(duì)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(shí)獲得材料形變過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化與力學(xué)響應(yīng)信號(hào)。研究對(duì)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(chǎng)時(shí)，材料的相態(tài)會(huì)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(guò)原位檢測(cè)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。基于此，本論文主要對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了探究:

3、>　　（一）利用同步輻射廣角X射線散射(WAXS)原位跟蹤了溫度對(duì)拉伸誘導(dǎo)PB-1相轉(zhuǎn)變的影響，證實(shí)了拉伸變形對(duì)晶型Ⅱ到晶型Ⅰ的轉(zhuǎn)變有顯著地促進(jìn)作用。不同實(shí)驗(yàn)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(shí)晶型Ⅱ先轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)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(guò)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(gè)區(qū)域:彈性區(qū)、平臺(tái)區(qū)以及應(yīng)變硬化區(qū)正好與PB-1相轉(zhuǎn)變過(guò)程中晶型Ⅰ的孕育、成核和凝膠網(wǎng)絡(luò)形成三個(gè)階段吻合

4、，由此建立了相轉(zhuǎn)變過(guò)程與力學(xué)性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　?。ǘ├猛捷椛鋁射線的時(shí)間分辨優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)了應(yīng)變速率對(duì)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(diǎn)由應(yīng)變控制而相轉(zhuǎn)變程度由外場(chǎng)功的多少?zèng)Q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(shuō)明高溫轉(zhuǎn)變符合拉伸熔融再結(jié)晶機(jī)理而低溫拉伸則遵循Young提出的位錯(cuò)理論。
　?。ㄈ㏄B-1中晶型Ⅱ到晶型Ⅰ相轉(zhuǎn)變的發(fā)生會(huì)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(guò)程中片晶周期的變化。實(shí)驗(yàn)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(gè)微屈服點(diǎn)，這可能是晶體Ⅱ的破壞開始。
　?。ㄋ模榱搜芯坷煺T導(dǎo)α-iPP晶體向中間相的轉(zhuǎn)變過(guò)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(dòng)場(chǎng)中會(huì)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