聚丙烯共混体系结晶行为及结构性能关系研究

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聚丙烯(PP)因具有良好的综合性能而受到广泛关注,但是韧性不足的缺点,限制了其在更广领域中的应用。共混是最广泛应用的一种增韧方法,聚合物共混体系已成为开发新型聚合物材料的重要途径之一,得到了越来越多的重视与关注。绝大多数的聚合物共混体系都是不相容或部分相容的,共混物由于相分离可以形成复杂的相形态,而相结构对聚合物材料的各项物理性能具有重要影响。本论文主要围绕pP基共混体系,通过加入不同的共混组分及改变加工方法,探讨了PP基共混物结晶行为及结构和性能之间关系,并获得了制备高性能PP材料的方法。全文共有五个章节。第一章为绪论,介绍基本的背景和文中所涉及的部分理论。第二章中,我们通过力学测试发现高密度聚乙烯(HDPE)引入和进一步的退火处理对PP有增韧协同作用。对纯PP和PP/HDPE共混物,微结构变化表征发现HDPE的引入显著减小PP球晶尺寸。在130℃退火处理后,部分活动无定形区(MAF)链段重排入刚性无定形区(RAF)和晶区,形成更为致密的RAF区、更疏松的MAF区和增厚的晶片,这些结构变化促进了形变过程中的微孔的形成。特别地,对PP/HDPE共混物,链段重排在界面处更明显,导致更多的晶区和RAF区链段可作为界面处交联点,从而增强界面相互作用。研究工作说明退火后共混物急剧提升的韧性很大程度上与减小的Pp球晶尺寸、形变过程中更多微孔的形成和增强的共混物界面有关。第三章中,我们研究了不同晶型PP中OBC分散及结晶行为。通过不添加成核剂及添加α-、β-成核剂,分别制备了基体结晶结构主要为α、β晶型PP的PP/OBC共混物。SEM观察发现分散相OBC在β-PP基体中分散尺寸显著小于在a-PP基体中。由于OBC在β-PP基体中分散更好,在DSC非等温结晶曲线上相应观察到OBC在β-Pp基体中结晶温度显著降低,表现为结晶受严重抑制,而它在α.-PP基体中结晶则不受抑制。本章工作中,我们首次发现PP基体晶型结构对分散相结晶行为有显著影响。此外,可以看到OBC在β-PP中更好的分散导致其对PP显著更好的增韧效果。为此,我们研究了PP晶型影响OBC分散及结晶行为的机理。因为添加β-成核剂后PP结晶速率介于未添加成核剂与添加a成核剂时之间,由此可排除结晶速率对OBC分散尺寸的影响。SEM观察发现p-PP结晶结构松散,球晶纤维间距较大,OBC硬段可能插入PP基体球晶纤维间;而在α-PP结晶结构致密,球晶纤维间距小,不利于OBC硬段插入。由此我们通过比较推测OBC分散尺寸差异主要与α和β晶型PP结晶结构上的不同相关,更小的OBC分散尺寸可能通过减小OBC分散微区中成核点数量而抑制OBC结晶。此外,研究还发现基体为β-PP时,OBC结晶行为与β-PP/OBC质量比有关。这一比值越大,OBC结晶受抑制的相对含量则越高,反之亦然。本工作进一步加深了对于OBC在不同晶型PP基体中分散及结晶行为的理解,对于制备具有特定结构及力学性能的PP/OBC共混物具有重要意义。第四章中,我们研究了β-成核剂在PP/聚碳酸酯(PC)共混物中的选择分散。研究发现与纯PP相比,PC引入导致β-成核剂选择分散在PC相中,从而抑制了β-成核剂对PP基体的成核作用。实验观察到β-成核剂选择分散的动态过程,且这一选择分散会受到组分黏度的影响,共混温度降低导致的PC黏度升高会抑制β-成核剂的选择分散。本章工作中还采用MAPP作为相容剂,极大的改善了PP与PC间的相容性,大大降低共混物中PC相尺寸,增大相界面的面积,促使β-成核剂更多地分散在界面处,从而使得制备基于β晶的PP/PC合金成为可能。第五章是对全文的总结。我们的工作对于结晶类乙烯聚合物改性PP提供了基础数据,并为优化PP结构性能提供了一定的理论和实践指导。
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