聚丙烯/乙烯-1-辛烯共聚物相结构演变的分形和结构-力学性能研究

摘要

通过对密炼机共混过程中在线取样作扫描电镜(SEM)实验和相差显微镜(PCM)实验，结合利用特征长度的概念和统计理论，引出相应的标度函数，从而确定PP/POE共混体系在共混过程中相结构形成与演变的动力学自相似性，进而证明PP/POE共混体系在共混过程中复杂、不规则相结构的形成与演变存在的分形行为，进而可以计算出共混体系的分形维数。无标度区是分形存在的区域，只有在无标度区域内，分形才有意义。在特定熔融共混加工时间段内，POE相的尺寸变化具有各自独立的动力学自相似性，并且动力学自相似性可以用特征长度导出的标度函数描述，SEM分析和PCM分析在这一点上是一致的。熔融共混整个过程分为三个大的阶段：共混初期、共混中期、共混后期，POE相尺寸变化具有动力学自相似性的时间阶段分别为：共混初期的开始至其中段、共混初期的末段至共混后期的开始、共混后期的中段至共混结束，这些具有动力学自相似性的时间阶段可能会因转子转速的不同而重叠。平均特征长度是个很有效的结构参数，它既可以在PP/POE共混物出现类似“海-岛”结构的相形貌时描述分散相POE尺寸，也可以在PP/POE共混物出现双连续相形貌时描述POE相尺寸。 通过对哈克流变仪双螺杆挤出机最终挤出样品作小角X射线衍射(SAXS)实验和扫描电镜实验，结合Stein、Debye-Bueche等人有关光散射方面的理论，利用Schaefer等人在分形研究中的公式，引出相应的标度函数，从而表征出PP/POE共混体系中存在的自相似性，证明共混体系中分形行为的存在，进而求出分形维数，分形维数与一定范围内共混物的组成没有关系，但是这个分形维数是质量分形维数，与通过对SEM和PCM分形得到的不同；同时还可以得到与SAXS相关的结构参数，如可以描述分散相颗粒形状的Porod指数，粒子回旋半径Rg和平均弦长-L，这些结构参数对表征PP/POE共混体系有重要作用。 通过对密炼机和挤出机样品作扫描电镜、力学性能测试和DSC测试，结合模量预报的一些理论模型和组分材料极限失效强度的简化模型，研究PP/POE共混体系的模量预报和材料的极限失效强度，并研究了共混体系的结构(不均匀长度比、POE相颗粒表观一致比)、聚集态结构(结晶度)与力学性能(杨氏模量、拉伸强度、屈服强度)之间的关系，取得了一定的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2聚合物共混物相结构形成以及演变的研究

1.3形态结构的显微学方法

1.3.1扫描电子显微学

1.3.2相差显微学

1.4分形理论发展以及应用

1.5力学性能与相结构的联系

1.5.1概述

1.5.2模量预报的力学模型

1.5.3极限失效强度

1.6 PP/POE共混物的研究现状

1.7本课题的意义和研究思路

第二章实验部分

2.1原料和设备

2.1.1实验原料

2.1.2仪器与设备

2.1.3密炼机转子转速与剪切速率之间的关系

2.2实验步骤

2.2.1密炼机物料的混炼

2.2.2哈克流变仪挤出机物料的混炼

2.2.3在线取样

2.3结构与形貌、力学性能测试实验

2.3.1扫描电子显微镜(SEM)观察

2.3.2相差显微镜照片分析

2.3.3力学性能测试

2.3.4挤出机中样品DSC测试

2.4挤出机中样品SAXS测试

第三章PP/POE体系相结构演变SEM照片的分形分析

3.1扫描电镜照片的处理方法和计算步骤

3.2密炼机中不同剪切条件下PP/POE共混体系相结构演变的分形分析

3.2.1 PP/POE=70/30转子剪切速率为51.2s-1时的相结构演变的分形分析

3.2.2 PP/POE=70/30转子剪切速率为76.8s-1时的相结构演变的分形分析

3.2.3 PP/POE=70/30转子剪切速率为102.4s-1时的相结构演变的分形分析

3.2.4 PP/POE=70/30转子剪切速率为128s-1时的相结构演变的分形分析

3.3密炼机中不同组成条件下PP/POE共混体系相结构演变的分形分析

3.3.1剪切速率102.4s-1，PP/POE组成比为50/50的共混体系相结构演变分析

3.3.2剪切速率102.4s-1，PP/POE组成比为60/40的共混体系相结构演变分析

3.3.3剪切速率102.4s-1，PP/POE组成比为60/40的共混体系相结构演变分析

3.3.4剪切速率102.4s-1，PP/POE组成比为80/20的共混体系相结构演变分析

3.3.5剪切速率102.4s-1，PP/POE组成比为90/10的共混体系相结构演变分析

3.4本章小结

第四章PP/POE体系相结构演变PCM照片的分形分析

4.1 PCM照片的处理方法和计算步骤

4.2密炼机不同转速下PP/POE共混物的PCM分形分析

4.2.1剪切速率为51.2s-1，组成为70/30的PP/POE共混物的PCM分形分析

4.2.2剪切速率为76.8s-1，组成为70/30的PP/POE共混物的PCM分形分析

4.2.3剪切速率为102.4s-1，组成为70/30的PP/POE共混物的PCM分形分析

4.3密炼机不同共混组成下PP/POE共混物的PCM分形分析

4.3.1剪切速率102.4s-1，PP/POE组成比为50/50的共混体系相结构演变分析

4.3.2剪切速率102.4s-1，PP/POE组成比为60/40的共混体系相结构演变分析

4.4本章小节

第五章PP/POE共混体系SAXS分析

5.1 PP/POE共混体系SAXS的分形分析

5.2 PP/POE共混体系SAXS的Porod分析

5.3 PP/POE共混体系SAXS的平均弦长分析

5.4本章小结

第六章PP/POE共混物相结构-力学性能的关系

6.1密炼机不同组成的PP/POE共混体系的拉伸性能

6.2挤出机不同组成的PP/POE共混体系的拉伸性能

6.3挤出机不同转速组成为PP/POE80/20下共混体系的拉伸性能

6.4密炼机中PP/POE共混体系的冲击实验分析

6.5本章小结

第七章全文主要结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢