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科研动态
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同步辐射X射线散射技术研究高分子熔体非平衡相变
 发布时间:2016-10-24  大小:【
   结合自制高速拉伸流变仪和同步辐射超快X射线散射技术,我室李良彬课题组针对聚乙烯、聚丙烯熔体在不同流场条件下的非平衡相变行为开展了实验研究。相关工作发表于近期Macromolecular Rapid Communications(2016, 37, 17, 1441-1445)和Scientific Reports(2016, 6: 32968)期刊上,第一作者分别硕士生鞠见竹和博士生王震。

   流场诱导结晶是一种典型的非平衡相转变,它不仅仅依赖于各热力学相的稳定性,同时受到动力学路径的控制。等规聚丙烯(iPP)和聚乙烯(PE)作为典型的多晶型高分子材料(iPP:α、β、γ晶和介晶相,PE: 正交晶、六方晶),在工业中有着广泛应用。过去关于流场诱导结晶的研究主要集中在熔点之下,晶型之间的竞争主要决定于实验温度下的生长速度。本项工作关注从熔点以下到熔点以上流场诱导的不同晶相之间的竞争和演化动力学,研究它们与流场参数(应力、应变速率)之间的关系。

   iPP为实验对象,发现高温或高应变速率更容易诱导生成β晶。在熔点之上,拉伸停止后α晶呈现先生长后熔融的规律,而β晶含量则直接指数衰减;在熔点之下,α和β晶都能够稳定存在。结合流变数据,得出晶体的稳定性是与体系中的应力值直接相关的,而流场主要控制的是成核动力学,这体现了高速流场诱导结晶的非平衡相变本质。结合实验结果,构建了iPP熔体的温度-应变速率结构相图(图1a)。以PE为实验对象,也成功在温度-应力二维坐标上构建了结构演变相图(图1b),它包含熔体、δ相、正交晶和六方晶。其中δ相能独立于晶体存在且结构转变可逆,表明其是一种热力学相,有序度介于熔体和晶体之间。该相图可以解释过去流场诱导聚乙烯结晶实验中的许多现象,对于指导聚乙烯材料工业加工具有重要指导意义。

 

图1. 流场作用下(a) iPP的温度-应变速率相图和(b) PE的温度-应力相图。

 

 

   以上研究工作得到国家自然科学基金等基金的资助。


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