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等规聚丙烯β晶型向α晶型的相转变行为研究

王吉英  
【摘要】:等规聚丙烯(iPP)的β晶型与α晶型是其常见的晶体结构。β晶与α晶相比处于亚稳态,在一定条件下会发生相转变形成α晶型。本论文利用iPP纤维诱导得到β柱晶,成核剂诱导得到β球晶及多角晶,采用两步结晶法诱导β晶高温相转变。利用偏光显微镜及扫描电镜研究了相转变动力学以及结晶温度、时间、薄膜厚度等因素对相转变行为的影响。采用熔体快速冷却至室温的方法诱导β球晶低温相转变,利用偏光显微镜及扫描电镜研究了相转变形成的晶体及其片晶结构。主要研究结果如下: 1.通过将iPP纤维引入过冷iPP熔体并控制纤维引入条件,制备出β柱晶。通过两步结晶法,分别在135oC和151oC等温结晶,诱导βα高温相转变。利用POM研究了β晶与α晶在相转变过程中的晶体结构;利用SEM研究了相转变过程中片晶结构的变化。结果表明两步结晶法可以诱导β柱晶发生相转变,在其生长前沿形成了扇形α晶体,而未发生相转变的β片晶则继续以β晶的形式生长。 2.庚二酸与氢氧化钙反应(酸碱中和反应)制备出庚二酸钙,作为β晶型成核剂。采用熔融共混法制备庚二酸钙/iPP共混体系,热压成膜制法制备出厚度约10-20μm薄膜样品。研究了β球晶在两步结晶过程中形成的晶体结构和形貌。采用POM原位观察了β球晶的相转变行为,分析了β相与α相的球晶生长速率。动力学研究表明当结晶温度升高至151oC时β相并未立即发生相转变,而是以β晶的形式继续生长。在约20-40min后,才在β相的前沿观察到了α晶体。采用SEM研究了β球晶中片晶相转变行为。结果表明β球晶的相转变边界形态结构与β柱晶的基本一致。 3.采用溶液浇筑法制备庚二酸钙/iPP共混体系薄膜,厚度在0.5-1μm左右。通过两步结晶法在β六角晶的生长前沿诱导相转变形成α晶。采用POM和SEM研究了等温结晶温度、结晶时间、薄膜厚度对β六角晶相转变行为的影响。结果表明:随着结晶温度的提高,发生相转变的几率增大;随着结晶时间的增长,不仅相转变的几率增大,而且生成的α晶体尺寸也明显增大;薄膜厚度的增加也增加了α晶体的成核几率。SEM研究结果表明,在相转变的初期,α晶是cross-hatched结构,与等温结晶时α球晶中心部分的形貌一致。随着相转变形成的α晶继续生长,片晶形貌以径向片晶为主。这表明βα相转变要经历成核及发散生长,与熔体中普通α球晶的生长一致。 4.将庚二酸钙/iPP共混物热压膜从180oC熔体状态冷却至室温,诱导β球晶的低温相转变。POM实验结果表明,当降温至100oC以下时在β球晶生长前沿形成了α晶体。SEM结果表明flat-on与edge-on片晶在低温相转变过程中均以原有片晶结构连续生长,但晶型转变为α晶型。


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