拉伸过程中附生结晶对聚己内酯纳米复合材料结构演变的影响

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本论文分别选取聚己内酯(PCL)和还原氧化石墨烯(RGO)以及PCL和碳纳米管(CNT)两个体系的纳米复合材料为研究对象,探究附生结晶和软附生结晶两种不同的机制在拉伸过程中对纳米复合材料结构演变的影响。采用原位小角X射线散射(SAXS)和广角X射线衍射(WAXD)为主要手段,结合离线的差示扫描量热法(DSC)和密度测量充分表征和分析了结构演变机理。对拉伸过程中纯PCL的结构演变和拉伸过程中附生结晶对PCL/RGO纳米复合材料结构演变的影响以及拉伸过程中软附生结晶对PCL/CNT纳米复合材料结构演变的影响进行了详细的研究,主要工作内容和结果如下:1.制备了不同RGO含量的PCL/RGO纳米复合材料和不同CNT含量的PCL/CNT纳米复合材料。2.纯PCL在室温下以相对较低的速度拉伸时经历熔融-重结晶过程:随着拉伸的进行,屈服前非晶区的拉伸导致长周期变大,取向度和结晶度基本不变;屈服时发生晶体熔融,结晶度降低;继续拉伸使得分子链沿拉伸方向排列,大部分原始的折叠链转变为伸直链,形成原纤维结构,同时形成部分空穴。3.在PCL/RGO纳米复合材料中,由于注塑成型过程中流动场的影响和RGO的空间限制作用,PCL分子链的有序性得到提高,又由于RGO与PCL之间的附生结晶作用,在RGO与PCL之间形成较大厚度的晶体,所以取向度和结晶度都大于纯的PCL。在拉伸过程中,屈服前长周期增加,取向度和结晶度则基本不变,屈服后长周期迅速减小,取向度逐渐增大,结晶度先降低随后逐渐增加。随着RGO含量的增加,PCL/RGO纳米复合材料长周期的减小以及取向度和结晶度的变化有滞后现象。总的来说,PCL/RGO纳米复合材料在室温下以相对较低的速度拉伸时经历应力诱导的熔融-重结晶过程,在拉伸过程中附生结晶对PCL的结构转变具有限制作用,相比于纯PCL形成更多的空穴。4.在PCL/CNT纳米复合材料中,由于与二维RGO的平面结构不同,一维的CNT表面曲率极大,所以附生结晶作用被忽略,主要发生的是CNT与PCL之间表面诱导的软附生结晶作用。CNT与PCL之间的软附生结晶形成纳米杂化串晶,提高了PCL的取向度和结晶度。在拉伸过程中,屈服前长周期增加,取向度和结晶度基本不变,屈服后长周期迅速减小,取向度逐渐增大,结晶度先降低随后逐渐增加。虽然发生了同样的熔融-重结晶和纤化过程,但PCL/CNT纳米复合材料中的杂化串晶在拉伸过程中变化很少,只有一小部分发生了熔融,更多的拉伸和纤化来源于非晶区,从而在晶区和非晶区之间产生了更多的空穴。
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