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等规聚丙烯力学性能与球晶结构关系的研究

作　者: 姚雪敏
导　师: 蒋世春
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 等规聚丙烯变温拉伸球晶与力学性能的关系
分类号: TQ325.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚合物材料的力学性能与其结构密切相关,了解聚合物结构与力学性能之间的关系一直是研究材料性能的热点。聚合物的形变行为是表征其力学性能的重要依据,形变行为除了与材料本身的结构有关外,还随温度和拉伸速率的变化而变化。目前,对聚合物形变特征的描述还处于唯象阶段,形变机理存在争议,对其本质还缺乏足够的认识和理解。本文以等规聚丙烯(i-PP)为研究对象,通过原位同步辐射小角X射线散射(SR-SAXS)对i-PP体系在不同的温度下等温结晶过程中介观结构及其变化进行了观察,发现SAXS散射曲线中存在明显的散射峰,且随结晶时间的延长i-PP的散射强度逐渐增大,表明在等温结晶过程中存在有序结晶结构。在不同温度下等温结晶的样品,随时间的延长长周期和非晶层厚度有减小的趋势,而片晶厚度基本不变,在较高温度下这种趋势更明显;随结晶温度的升高长周期和片晶厚度均增大。对在不同的温度下等温结晶的i-PP,利用配置有偏光显微镜拉伸热台观察其在不同温度下拉伸时的形貌变化情况,发现较高温度下等温结晶的样品在实验温度下拉伸时均表现为无屈服的脆性断裂,断裂发生在球晶间;低温下等温结晶的样品在实验温度下拉伸时表现出典型的韧性形变行为;中等温度下等温结晶的样品在较低温度下拉伸时发生的是无屈服的脆性断裂,断裂发生在球晶间,在高温下拉伸时发生的是有屈服的、应变软化处的韧性断裂,断裂也发生在球晶间。测定球晶尺寸在拉伸过程中的变化,结果表明在拉伸过程中球晶的尺寸基本不变。利用配置有偏光显微镜拉伸热台观测温度、拉伸速率和样品厚度对i-PP力学性能的影响,结果表明在拉伸实验中,升高拉伸速率与降低温度的效应是相似的。升高拉伸温度或降低拉伸速率,i-PP的杨氏模量、屈服应力和断裂应力均有所降低,而断裂伸长率有所升高。i-PP的屈服应力与拉伸速率成对数关系,即(?) ~ ln_V。这可由晶体塑性理论和Eyring活化理论来解释。研究还发现厚度为1mm的i-PP与厚度为0.1mm的i-PP的杨氏模量相比差别不明显,可以认为,样品厚度不同带来的力学性能上的差别和同样厚度样品的拉伸性能相比,误差在可接受的范围之内。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-27
  1.1 引言  10
  1.2 等规聚丙烯（i-PP）的结晶结构和研究进展  10-11
  1.3 聚合物力学性能的研究  11-17
    1.3.1 成型加工条件对聚合物力学性能的影响  12-15
    1.3.2 温度和应变速率对聚合物力学性能的影响  15-17
    1.3.3 其他条件对聚合物力学性能的影响  17
  1.4 聚合物的形变机理  17-25
    1.4.1 聚合物的应力—应变曲线  18-22
    1.4.2 屈服与塑性流动  22-24
    1.4.3 应变硬化与模量  24-25
  1.5 脆韧转变  25
  1.6 课题的提出  25-27
第二章实验部分  27-31
  2.1 实验材料  27
  2.2 实验仪器  27-28
  2.3 样品的制备  28
    2.3.1 i-PP 样品的压制  28
    2.3.2 i-PP 的等温结晶处理  28
  2.4 实验方法  28-29
    2.4.1 SR-SAXS 测试方法  28
    2.4.2 i-PP 的拉伸实验  28-29
  2.5 数据分析和处理  29-31
    2.5.1 同步辐射小角X 射线散射（SR-SAXS）的数据分析  29-30
    2.5.2 i-PP 力学性能数值的获得  30-31
第三章 i-PP 结晶结构的SAXS 研究  31-38
  3.1 引言  31
  3.2 i-PP 结晶结构的研究  31-37
    3.2.1 等温结晶过程中SR-SAXS 实验结果  31-34
    3.2.2 等温结晶过程中长周期、片晶厚度与时间的关系  34-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章偏光显微镜观察拉伸过程中i-PP 球晶的演变  38-57
  4.1 引言  38-39
  4.2 i-PP 等温结晶过程中的iPP 球晶的演变  39-41
  4.3 拉伸温度对i-PP 形貌的影响  41-51
    4.3.1 室温（25℃）下拉伸i-PP 的形貌变化  41-44
    4.3.2 60℃下拉伸i-PP 的形貌变化  44-47
    4.3.3 100℃下拉伸i-PP 的形貌变化  47-51
  4.4 拉伸过程中i-PP 球晶尺寸的变化  51-55
    4.4.1 25℃下拉伸在不同温度下等温处理的i-PP 样品  51-52
    4.4.2 60℃下拉伸在不同温度下等温处理的i-PP 样品  52-53
    4.4.3 100℃下拉伸在不同温度下等温处理的i-PP 样品  53-55
  4.5 本章小结  55-57
第五章拉伸对i-PP 力学性能的影响  57-67
  5.1 引言  57
  5.2 拉伸温度对i-PP 力学性能的影响  57-59
    5.2.1 拉伸温度对i-PP 杨氏模量的影响  58
    5.2.2 拉伸温度对i-PP 断裂应力的影响  58-59
    5.2.3 拉伸温度对i-PP 断裂伸长率的影响  59
  5.3 拉伸速率对i-PP 力学性能的影响  59-62
    5.3.1 拉伸速率对i-PP 杨氏模量的影响  59-60
    5.3.2 拉伸速率对i-PP 屈服应力的影响  60-61
    5.3.3 拉伸速率对i-PP 断裂应力的影响  61
    5.3.4 拉伸速率对i-PP 断裂伸长率的影响  61-62
    5.3.5 i-PP 的脆韧转变  62
  5.4 样品厚度对i-PP 力学性能的影响  62-65
    5.4.1 1mm 厚的i-PP 的力学性能  62-64
    5.4.2 0.1mm 厚的i-PP 的力学性能  64-65
    5.4.3 两种厚度下i-PP 的杨氏模量的比较  65
  5.5 本章小结  65-67
全文主要结论  67-68
参考文献  68-74
致谢  74

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