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聚丙烯合金的结晶行为及其动力学研究

上官勇刚  
【摘要】:采用超活性球形催化剂并由三段聚合工艺制备的聚丙烯催化合金(Polypropylene catalloys,PP-c)兼具优良的强度和韧性,是一种新型的高性能聚丙烯材料(polypropylene,PP)。由组成分析可知,PP-c是一种三元结晶/非晶反应共混材料。PP-c的结构与形态很大程度上依赖于加工制备过程中的结晶行为。因而,研究其结晶行为及其动力学过程,对于调控和优化材料性能具有重要理论价值和应用指导意义。本文通过对PP-c材料结构、形态、结晶及熔融行为、结晶动力学的系统研究,对不同组成的PP-c结晶行为进行了深入探讨,力求阐明各种影响因素,并试图对非等温结晶动力学理论提出新的见解,论文研究取得以下主要结果。 非等温结晶下,PP-c的晶相组成随结晶条件和其组成而变化。PEP60在较快的降温速率下(5℃/min及更快)晶相由PPα晶、PPβ晶和PE晶体组成;而以2℃/min降温结晶时则没有PPβ晶,主要是PPα晶并含有少量的PE晶体。其它的PP-c样品以2℃/min降温结晶时,只存在PPα晶;降温速率提高,则PPα晶和β晶共存。虽然PP-c总的结晶度随乙丙共聚物组成的增加和降温速率的提高迅速下降,但其中β晶含量却逐渐增加。说明乙丙共聚物的存在妨碍了PP-c中丙烯均聚物的结晶,整体结晶能力有所下降。PP-c中乙丙共聚物的增加和降温速率的加快,有利于PPα晶沿b轴方向取向生长。由于PP-c中各组分结晶能力的差异,导致β-PP生成的可能原因是,结晶过程中液-固相分离的存在使结晶单元取向,并使得β-PP的生成显著地依赖于热条件和PP-c组成。 等温结晶下,乙烯含量高的PEP60晶相中含有PPα晶、PPβ晶和PE晶体。PEP20的晶相结构与纯PP基本相同,只存在α晶;PEP30、PEP40和PEP50的晶相则由PPα晶和PPβ晶共同组成,结晶温度的变化能显著改变其β晶含量,但是对结晶度的影响很小。实验证明,220℃下的热处理有利于PP-c中形成PPβ晶。热处理后的PEP20在所有实验温度下均出现PPβ晶,而其它PP-c试样中的β晶含量也显著提高。此外,α和β晶动力学特征决定了124℃下PP-c的β晶含量出现最大值。结晶形态的研究结果表明,随着其中乙丙共聚物含量的增加,PP-c结晶呈现明显的晶粒细化。220℃下的热处理使PP-c样品晶体尺寸明显变小,


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