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高密度聚乙烯的微观结构研究

李涛  
【摘要】: 高分子和聚合物,是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达10~4~10~6)化合物。在大分子概念建立以后的几十年中,合成高聚物取得了飞速的发展,许多重要的聚合物相继实现了工业化。 聚合物的结构研究和性能改良对其应用的推广具有举足轻重的作用。在实际的科学研究中,对微观结构的探索方法随着科技的进步而不断提高。自1932年美国物理学家安德森在宇宙射线的研究中发现正电子以来,正电子谱学作为一种新兴的、高科技的核技术在材料科学的研究中得到了广泛应用。正电子湮没寿命谱技术(简称PALS)是一种原位探针技术。正电子作为电子的反粒子和微探针,在探测高聚物的微结构、纳米量级的微空洞、结构转变与松弛、表面、界面物性、及共混、共聚物的相容性等方面是其他实验技术所不及的。 聚合物自由体积的概念最早是由Fox和Flory提出的,自由体积与聚合物的许多物理化学性质密切相关,如粘度、粘弹性、玻璃化转变及塑性屈服等。研究自由体积有助于了解聚合物结构与性能之间的关系。PALS的探针较小,不会对体积产生显著的影响,并且正电子优先定域潭没在孔穴和缺陷等处,其寿命、强度与自由体积孔穴的大小及数量、分布密切相关,所以,PALS是一种用于表征自由体积尺寸和浓度的极为有用的技术。 本文的工作是自行编制了基于windows编程的正电子解谱程序,将该程序应用于高密度聚乙烯(HDPE)的自由体积和微观结构的研究。该程序能对同类物质的微观结构分析具有较强的针对性。我们将从PALS技术的原理、应用理论以及寿命谱数据的处理方法等方面进行综述,最后有针对性地对该技术在聚合物中的应用进行了概述,并且详述了正电子解谱程序的编写和高密度聚乙烯的微观结构及自由体积的分析,通过分析得到了高密度聚乙烯的τ_3和自由体积随温度的变化情况,以及自由体积形成能随温度的关系。


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