β晶型聚丙烯相轉(zhuǎn)變、結(jié)構(gòu)調(diào)控及其力學(xué)行為相關(guān)性研究.pdf

1、等規(guī)聚丙烯(Isotactic Polypropylene，iPP)因其優(yōu)異的綜合性能和高性價(jià)比而被廣泛應(yīng)用。作為一種典型的多晶質(zhì)半結(jié)晶性聚合物，iPP包含α、β、γ和近晶相等多種晶型晶體，其中以α晶型聚丙烯(α-iPP)和β晶型聚丙烯(β-iPP)最為常見(jiàn)。由于β-iPP片晶之間近似平行排列，在應(yīng)力下片晶之間容易發(fā)生滑移而誘導(dǎo)塑性形變，消耗大量的能量，從而賦予其制品較好的韌性。此外β-iPP形變過(guò)程中，在裂紋尖端發(fā)生的β-iPP向α-

2、iPP的相轉(zhuǎn)變會(huì)釋放熱量并將裂紋尖端鈍化，從而誘導(dǎo)周邊基體發(fā)生屈服，消耗能量，對(duì)其增韌效作用有很大的貢獻(xiàn)。但外界因素或β-iPP本身形貌對(duì)這種相轉(zhuǎn)變的影響及其在增韌過(guò)程中發(fā)揮的作用尚不明確，況且這種應(yīng)力誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變機(jī)理也一直存在爭(zhēng)議。
　　基于此，本文通過(guò)引入一種高效β-晶型成核劑(β-NA)誘使iPP生成β-iPP基體，研究β-iPP在單軸拉伸條件下的結(jié)構(gòu)變化和相轉(zhuǎn)變情況。綜合考慮晶體形貌和分散相等因素對(duì)β-iPP相轉(zhuǎn)變的影響，研

3、究相轉(zhuǎn)變的過(guò)程控制及其在β-NA和彈性體增韌聚丙烯中發(fā)揮的作用。利用復(fù)合成核劑對(duì)iPP基體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效控制，通過(guò)成核劑與彈性體的協(xié)同增韌效應(yīng)對(duì)共混體系在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)性能調(diào)控。同時(shí)引入了一種新型PP(IPC：impact-resistent polypropylene copolymer)，初步探討了β-NA對(duì)其結(jié)晶性能、熔融行為和綜合力學(xué)性能的影響。具體結(jié)論如下：
　　1、臨界含量β-NA(0.05 wt％)誘導(dǎo)iPP基體形成完

4、美“花狀”或“球晶”結(jié)構(gòu)的β-iPP；而過(guò)含量β-NA(0.2 wt％)則誘導(dǎo)iPP生成“捆束狀”結(jié)構(gòu)的β-iPP。SEM結(jié)果顯示，相比于“捆束狀”β-iPP，具有完美“球晶”結(jié)構(gòu)的β-iPP在應(yīng)變過(guò)程中更容易通過(guò)晶片之間的滑移或剝離來(lái)適應(yīng)外界應(yīng)變，使晶片內(nèi)部的滑移或切變推遲，從而降低其在應(yīng)變過(guò)程中發(fā)生相轉(zhuǎn)變的速率，讓更多的β-iPP殘存下來(lái)并參與隨后的塑性形變，吸收更多能量；同時(shí)完美“球晶”結(jié)構(gòu)的β-iPP在應(yīng)變過(guò)程中形成大量細(xì)而密的

5、“裂紋帶”，消耗大量形變能，從而賦予其更好的韌性。
　　2、彈性體POE(乙烯-辛烯共聚物)對(duì)iPP/POE/β-NA共混物基體在應(yīng)變過(guò)程中發(fā)生的β-iPP向α-iPP相轉(zhuǎn)變具有阻礙作用，且這種阻礙作用隨POE含量增加而變得明顯。原因主要?dú)w結(jié)為兩點(diǎn)：首先，β-iPP片晶在發(fā)生形變時(shí)，POE作為一種彈性體相分布于片晶間的無(wú)定形區(qū)域能起到良好的緩沖作用，使晶片內(nèi)部滑移或切變不容易發(fā)生，從而阻礙了β-iPP向α-iPP發(fā)生相轉(zhuǎn)變過(guò)程。其

6、次，對(duì)于在拉伸過(guò)程中存在明顯頸縮現(xiàn)象的iPP/β-NA體系而言，其應(yīng)力誘導(dǎo)β-iPP向α-iPP發(fā)生的相轉(zhuǎn)變主要是通過(guò)頸縮過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。彈性體POE的存在弱化了共混物在形變過(guò)程的頸縮現(xiàn)象，從而削弱了其發(fā)生β-iPP向α-iPP相轉(zhuǎn)變的程度。從相轉(zhuǎn)變角度來(lái)看，β-NA和POE協(xié)同增韌iPP原因可歸結(jié)為：POE阻礙了β-iPP向α-iPP發(fā)生相轉(zhuǎn)變的進(jìn)行，從而使基體中殘存了更多的β-iPP并參與后續(xù)的塑性形變，耗散更多能量。
　　3、

7、iPP基體結(jié)構(gòu)和β-iPP相對(duì)含量可通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)合成核劑中β-NA和α-NA含量來(lái)進(jìn)行有效控制。在此基礎(chǔ)上引入橡膠相(EPDM)，通過(guò)EPDM和NAs的協(xié)同增韌作用，在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)共混物綜合機(jī)械性能調(diào)控；尤其在某些特定的組分，材料強(qiáng)度、韌性和熱變形溫度等綜合熱、力學(xué)性能同時(shí)得到改善。建立了共混物性能和基體中β-iPP相對(duì)含量(Kβ)的直接關(guān)系。為定量化描述成核劑與彈性體對(duì)iPP的協(xié)同增韌效果，本文定義了一個(gè)新的物理量-協(xié)同效率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)

8、，高的協(xié)同效率并不意味著材料將擁有更好的韌性，反而在適中Kβ時(shí)，協(xié)同效率保持較高水平且共混物表現(xiàn)出良好的綜合性能。
　　4、散相均勻分散于IPC基體片晶和晶界的無(wú)定形區(qū)甚至鑲嵌于晶片內(nèi)部，破壞了晶體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和完整性，使其在加熱過(guò)程中容易發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的再完善。同時(shí)β-NA的引入誘導(dǎo)IPC基體生成大量的熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)的β-iPP，其在加熱過(guò)程中將通過(guò)熔融再結(jié)晶轉(zhuǎn)化成更穩(wěn)定的α-iPP。因此IPC/β-NA體系在DSC升溫過(guò)程中表現(xiàn)出