β晶型聚丙烯相轉變、結構調控及其力學行為相關性研究.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比而被廣泛應用。作為一種典型的多晶質半結晶性聚合物，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。由于β-iPP片晶之間近似平行排列，在應力下片晶之間容易發(fā)生滑移而誘導塑性形變，消耗大量的能量，從而賦予其制品較好的韌性。此外β-iPP形變過程中，在裂紋尖端發(fā)生的β-iPP向α-

2、iPP的相轉變會釋放熱量并將裂紋尖端鈍化，從而誘導周邊基體發(fā)生屈服，消耗能量，對其增韌效作用有很大的貢獻。但外界因素或β-iPP本身形貌對這種相轉變的影響及其在增韌過程中發(fā)揮的作用尚不明確，況且這種應力誘導相轉變機理也一直存在爭議。
　　基于此，本文通過引入一種高效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構變化和相轉變情況。綜合考慮晶體形貌和分散相等因素對β-iPP相轉變的影響，研

3、究相轉變的過程控制及其在β-NA和彈性體增韌聚丙烯中發(fā)揮的作用。利用復合成核劑對iPP基體結構進行有效控制，通過成核劑與彈性體的協(xié)同增韌效應對共混體系在較大范圍內實現(xiàn)性能調控。同時引入了一種新型PP(IPC：impact-resistent polypropylene copolymer)，初步探討了β-NA對其結晶性能、熔融行為和綜合力學性能的影響。具體結論如下：
　　1、臨界含量β-NA(0.05 wt％)誘導iPP基體形成完

4、美“花狀”或“球晶”結構的β-iPP；而過含量β-NA(0.2 wt％)則誘導iPP生成“捆束狀”結構的β-iPP。SEM結果顯示，相比于“捆束狀”β-iPP，具有完美“球晶”結構的β-iPP在應變過程中更容易通過晶片之間的滑移或剝離來適應外界應變，使晶片內部的滑移或切變推遲，從而降低其在應變過程中發(fā)生相轉變的速率，讓更多的β-iPP殘存下來并參與隨后的塑性形變，吸收更多能量；同時完美“球晶”結構的β-iPP在應變過程中形成大量細而密的

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iPP/POE/β-NA共混物基體在應變過程中發(fā)生的β-iPP向α-iPP相轉變具有阻礙作用，且這種阻礙作用隨POE含量增加而變得明顯。原因主要歸結為兩點：首先，β-iPP片晶在發(fā)生形變時，POE作為一種彈性體相分布于片晶間的無定形區(qū)域能起到良好的緩沖作用，使晶片內部滑移或切變不容易發(fā)生，從而阻礙了β-iPP向α-iPP發(fā)生相轉變過程。其

6、次，對于在拉伸過程中存在明顯頸縮現(xiàn)象的iPP/β-NA體系而言，其應力誘導β-iPP向α-iPP發(fā)生的相轉變主要是通過頸縮過程來實現(xiàn)的。彈性體POE的存在弱化了共混物在形變過程的頸縮現(xiàn)象，從而削弱了其發(fā)生β-iPP向α-iPP相轉變的程度。從相轉變角度來看，β-NA和POE協(xié)同增韌iPP原因可歸結為：POE阻礙了β-iPP向α-iPP發(fā)生相轉變的進行，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基體結構和β-iPP相對含量可通過調節(jié)復合成核劑中β-NA和α-NA含量來進行有效控制。在此基礎上引入橡膠相(EPDM)，通過EPDM和NAs的協(xié)同增韌作用，在較大范圍內實現(xiàn)共混物綜合機械性能調控；尤其在某些特定的組分，材料強度、韌性和熱變形溫度等綜合熱、力學性能同時得到改善。建立了共混物性能和基體中β-iPP相對含量(Kβ)的直接關系。為定量化描述成核劑與彈性體對iPP的協(xié)同增韌效果，本文定義了一個新的物理量-協(xié)同效率。結果發(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，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定形區(qū)甚至鑲嵌于晶片內部，破壞了晶體結構的連續(xù)性和完整性，使其在加熱過程中容易發(fā)生晶體結構的再完善。同時β-NA的引入誘導IPC基體生成大量的熱力學亞穩(wěn)態(tài)的β-iPP，其在加熱過程中將通過熔融再結晶轉化成更穩(wěn)定的α-iPP。因此IPC/β-NA體系在DSC升溫過程中表現(xiàn)出