伸展流变装置的研制与伸展诱导的高分子结晶

摘要

流动场诱导高分子结晶是高分子材料熔体加工的核心问题，也是高分子科学的重要课题。经过了几十年的关于流动场诱导高分子结晶的研究，高分子领域的科研人员已经得到了一些重要的结果：①流动场可以促进高分子结晶动力学，即便较小的流动场可能使得结晶速率大幅提高；流动场足够强时可以使得高分子晶体形态发生变化，通常静态下的高分子熔体结晶的晶体形态多为球晶，流动场足够强时，串晶可能会产生，这就是通常所述的shish-kebab结构。②流动场对于高分子熔体结晶动力学的促进主要是对于高分子成核期的促进作用，而非晶体生长过程中的促进。③高分子材料的分子量大小以及分子量分布在流动场诱导高分子结晶中扮演重要角色，通常认为高分子量部分对于高分子熔体流动诱导取向结构形成以及加速结晶动力学过程起到重要作用。然而，定量研究流动场诱导高分子结晶的实验却非常少，这也是阻碍高分子加工科研人员获得流动场诱导高分子结晶的机理的一个重要原因。本研究在前人的基础上，得出流动场诱导结晶必须利用流变-同步辐射相结合的手段才能充分阐明shish-kebab的形态以及形成过程，进而构建高分子流动场诱导结晶的理论模型。本研究主要做了以下工作：
　　 第一部分是伸展流变装置的设计，加工与调试。参考前人关于伸展流变装置的经验，尤其是市场上目前存在的伸展流变装置如Sentmanat ExtensionalRheometer(SER)流变仪，并考虑我们要研究的对象：通用的高分子材料如聚丙烯，聚乙烯，聚环氧乙烷熔体的一些技术参数，去选择电机，扭矩传感器，以及设计加热仓。借助机械加工以及软件控制这些手段将伺服电机，高精度扭矩传感器以及熔体拉伸部分组合成为伸展流变装置。最后，经过反复的机械调试，控温调试以及电机控制程序调试后，得到了满足要求的熔体拉伸装置。测试结果显示装置性能满足我们研究拉伸诱导高分子结晶的需要。
　　 第二部分是利用伸展流变装置研究流动场诱导高分子结晶中的shish形成的临界应变。结合美国Akron大学的王十庆教授的高分子熔体流变研究的最新进展，我们用流变手段定量地研究了高分子熔体中shish-kebab的机理。发现shish-kebab形成的机理不是传统认为的由伸直链形成，而是只需要缠结点间链段伸直就可以。这个新的实验结果对于当前研究流动场诱导高分子结晶具有重要意义，也同时说明伸展流变与同步辐射的结合为研究流动场诱导高分子结晶开辟了一个新的途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论(流动场诱导高分子结晶的进展与展望)

1.1引言

1.2高分子结晶理论

1.2.1 Hoffman的regime转变理论

1.2.2 Spinodal decomposition的结晶理论

1.2.3 Strobl的多步结晶理论

1.2.4总结

1.3流动场诱导shish-kebab结构的早期研究

1.3.1 Shish-kebabs的来源

1.3.2 shish-kebab的结构

1.3.3 shish-kebab的形成机理

1.4流动场诱导shish-kebab的最近研究进展

1.4.1总论

1.4.2最近的关于流动场诱导高分子结晶的一些进展

1.4.3当前理解shish-kebab成核的进展

1.5 X射线散射理论

1.5.1 SAXS装置及理论

1.5.2 SAXS数据分析

1.5.3 GUINIER's law

参考文献

第2章 伸展流变装置的研制

2.1引言

2.2传统的伸直流变装置概述

2.2.1历史上比较成功的几种伸展流变装置

2.2.2 SER伸展流变仪简介

2.3自制流变仪的设计

2.3.1流变仪设计参数

2.3.2机械设计

2.4自制流变仪的组装与调试

2.4.1同心度调试

2.4.2温度调试

2.5装置的使用

参考文献

第三章 高分子熔体中shish-kebab结构形成的临界应变研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.3.1 HDPE熔体伸展诱导shish-kebab结构形成

3.3.2 HDPE熔体伸展流变行为研究

3.4总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果