含氢键半结晶高分子拉伸加工的物理研究

发布时间：2021-10-26 05:08

　　含氢键半结晶高分子由于氢键的存在,具有优异的耐热性能和力学性能等,被广泛应用于高科技领域。但是,氢键的存在也阻碍了高分子链的排列、取向,给这类高分子材料的加工带来了巨大的困难。含氢键半结晶高分子材料的加工方式都涉及复杂条件下的拉伸形变过程。拉伸形变过程是高分子材料获得高取向、高性能的重要过程。因此,研究含氢键半结晶高分子在不同外场条件下拉伸形变过程中的结构演变,可以帮助我们掌握拉伸形变过程中氢键对半结晶高分子结构演变的影响规律,了解拉伸对氢键网络的影响,从而为含氢键半结晶高分子材料加工过程的改善、性能的提高提供理论依据和技术支撑。但是,目前缺少关于含氢键半结晶高分子材料在拉伸加工过程中结构演变这方面的系统研究,氢键对这类高分子材料在加工过程中结构演变的影响仍然不清楚。本文以聚酰胺46（PA46）和聚酰胺66（PA66）为柔性链含氢键半结晶高分子材料的代表,以三醋酸纤维素（TAC）为刚性链含氢键半结晶高分子材料的代表,利用同步辐射广角X射线散射（WAXS）,结合傅里叶红外光谱（FTIR）等技术,原位研究了以上含氢键半结晶高分子在拉伸形变过程中的结构演变,并探索了不同条件水蒸汽对TAC膜在... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

（a）强烈搅拌作用下聚乙烯稀溶液中形成的shish-kebab晶体的形貌图[39]

成。然而，由完全伸直的高分子链平行规则地排列形成的晶体是伸直链晶体，通常要在非常高的压力下才能形成，其熔点是各晶体形态中最高的，它也是使超高分子量聚乙烯能够用于制作防弹衣的关键结构。在高分子材料中最容易形成的、最常见的晶体就是球晶。在没有应力或流动的环境下，高分子熔体冷却结晶或浓度大于1%的浓溶液结晶，非常容易形成球晶。球晶是大量沿球心径向生长的片晶形成的多晶聚集体，其直径小至几纳米，大至几毫米，甚至可以到厘米级，通常在偏光显微镜下可以观察到黑十字消光图案，如图1-1（b）所示[40]。图1-2片晶链结构模型：（a）缨状微束模型、（b）规则近邻折叠链模型、（c）松散近邻折叠链模型、（d）多层片晶的折叠链模型和（e）插线板模型[41]Figure1-2Crystalstructuremodels:(a)fringed-micellemodel,(b)regularneighborfoldedchainmodel,(c)looseneighborfoldedchainmodel,(d)multilayerlamellarcrystalfoldedchainmodeland(e)patchpanelmodel[41]不同高分子在链结构上存在很大的差异，但是它们在纳米尺度的凝聚态结构具有相似性，即主要由晶态和非晶态两部分组成。对于片晶的链结构，科学家们在实验的基础上，提出了很多模型[38,41]，主要有：（1）Bryant的缨状微束模型，认为结晶高分子中的晶区和非晶区是相互连接的、共存的，如图1-2（a）所示。该模型可以很好地解释低结晶度高分子的晶体结构，但是不适用于单晶和球晶的晶体结构。（2）Keller提出的规则近邻折叠链模型，认为高分子链在晶体中是近邻规则折叠的[38]，如图1-2（b）所示。（3）在Keller的模型基础上，Fischer提出了松散近邻折叠链模型，指出片晶中一条高分子链

第一章绪论5晶格细滑移，最初是由Point等[66]利用WAXS在聚酰胺11和聚酰胺6的取向和形变后的样品上观察到的。横向滑移是由垂直于链方向上的剪切应力引起的晶体内滑移，滑移方向垂直于链轴方向，如图1-4（d）所示[67]。图1-3剪切应力下镶嵌块晶体内部塑性形变过程的示意图：（a）小晶块间的滑移和（b）片晶的均匀剪切[63]。Figure1-3Schematicdiagramoftheplasticdeformationprocessesinamosaicblockcrystalunderashearstress:(a)slipbetweensmallcrystalblocksand(b)uniformshearingofplatelets[63].图1-4晶体内部发生不同程度滑移的示意图：（a）细滑移、（b）粗滑移、（c）局部晶格的细滑移和（d）聚乙烯的横向滑移[50]。Figure1-4Schematicdiagramoftheslipinsidethecrystalwithdifferentdegrees:(a)fineslip,(b)coarseslip,(c)fineslipwithpartialdislocationand(d)transverseslipinpolyethylene[50].1.3.2孪晶和马氏体转变高分子晶体结构的对称性足够低的时候，容易出现孪晶。Bevis和Crellin[68]指出聚乙烯晶体中孪晶的两种可能孪生模式是（310）和（110）孪生，如图1-5（a）所示。早期研究发现[67,69]，聚乙烯在形变初期会出现孪晶现象。Allan等[70,71]发现孪晶广泛分布于发生形变的聚乙烯单晶中，而且属于（110）孪生。在聚乙烯晶体中，马氏体转变是指正交晶在应力作用下发生相转变形成单斜晶。

【参考文献】：
期刊论文
[1]In Situ Synchrotron Radiation Techniques: Watching Deformation-induced Structural Evolutions of Polymers[J]. Liang-Bin Li.  Chinese Journal of Polymer Science. 2018(10)
[2]Structure and Properties of Gel-spun Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Fibers with High Gel Solution Concentration[J]. Min-fang An,You Lv,Hao-jun Xu,Qun-Gu,王宗宝.  Chinese Journal of Polymer Science. 2017(04)



本文编号：3458892