等规聚丙烯在流动场中的非线性流变行为及其对结晶的影响

摘要

在高分子材料加工工业中，外加流场引起分子链构象的改变及熔体流变行为的不同而导致分子链间的组合路径譬如结晶行为发生变化。理解流动场诱导结晶的机理需要明确外加流场、熔体流变行为和结晶三者之间的关系。然而在加工中聚合物熔体总是处于非线性流变区域，由于其流动的不稳定性，局部流动场与表观参数会有很大偏差，使得流动场和结晶之间的关系变得更加复杂。在外力作用下的非线性流动场中，剪切变稀通常表现为均匀状态。而壁滑、剪切带和延迟运动/断裂等通常以宏观非均匀的形式出现在基础实验和工业加工中。这些非线性流变行为与结晶的关系使我们对高分子在外场作用下的响应有了进一步理解，并提供了更多通过控制外场来获得理想样品/产品的方法。
　　在缠结高聚物流体中，剪切带和延迟断裂的出现获得了很多关注，并且在一定程度上颠覆了我们对高分子动力学的传统认识。尽管对这种非线性行为的解释仍存在争议，也已有很多课题组（包括本组）确认观察到这种现象。那么这种非线性流变行为怎样影响着高分子的流动场诱导结晶成为我们研究的重点。在高分子的流动场诱导结晶实验中，通常认为流场均匀且没有考虑像剪切带和延迟断裂等非线性流变行为的出现，这就导致了真实流动场和结晶行为参数的不匹配。
　　在本文的研究中，我们将带有粒子示踪(PTV)功能的剪切流变装置和同步辐射微焦点宽角X射线衍射(SR-μWAXD)相结合来研究等规聚丙烯（iPP）的流动场诱导结晶行为。有趣的是，在施加了大剪切速率或大应变的一步应变剪切之后，通过PTV装置观察到了剪切后的熔体运动及延迟断裂现象。通过离线SR-μWAXD检测，我们发现延迟运动中样品前进层保持高晶体取向度而运动后退层对应于低取向度，这证明了跨越样品厚度方向晶体取向度的不均匀分布。剪切后的延迟运动和晶体取向度的关系表明我们工作中观察到的延迟断裂行为取决于惯性和弹性回复力共同作用的结果，其中惯性推动熔体向前走而回弹力使其后退并耗散剪切效果。尽管现在的工作只建立了真实流场和结晶行为之间的定性关系，却给我们提供了一条新的途径来揭开流动场诱导结晶的真实图像。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 非线性流变行为

1．1．1 在均匀状态下的非线性流动--剪切变稀

1．1．2 在不均匀状态下的非线性流动--壁滑、剪切带和延迟运动/断裂

1．2 非线性流变行为与结晶行为的相互作用

1．2．1 非线性流变行为对结晶的影响

1．2．2 结晶对流变行为的反作用

1．3 剪切诱导的流体不稳定现象

1．3．1 密度变化导致的机械不稳定性

1．3．2 剪切不稳定导致的宏观断裂现象

参考文献

第2章 剪切流变测量装置

2．1 引言

2．2 剪切流变装置类型概述

2．2．1 常用流变测量装置

2．2．2 常用流变测量手段

2．3 高温粒子示踪剪切流变装置

2．3．1 电机及相关部件的选择

2．3．2 仪器整体使用说明

2．4 改变加减速装置调试

2．4．1 电机及相关部件的选择

2．4．2 程序调制

2．5 温度跳变装置的设计

2．5．1 设计目的

2．5．2 设计方案

参考文献

第3章 惯性和弹性回复对流动场诱导等规聚丙烯结晶影响的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 样品制备

3．2．2 仪器设备

3．2．3 实验细节

3．3 结果与讨论

3．3．1 实验结果

3．3．2 实验讨论

3．4 结论

参考文献

第4章 改变剪切方式对聚丙烯延迟运动及结晶的影响

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 样品制备

4．2．2 仪器设备

4．2．3 实验过程

4．2．4 实验结果与讨论

4．3 结论

参考文献

总结与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果