本文關(guān)鍵詞：抗沖共聚聚丙烯分散相調(diào)控及其結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系

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【摘要】：作為新型高性能聚丙烯材料代表的抗沖共聚聚丙烯(IPC),因具有優(yōu)異的沖擊韌性和良好的綜合性能,已成為國內(nèi)外聚丙烯材料發(fā)展的主要品種之一。開發(fā)高性能、低成本的IPC以及各種特殊功能的專用料,已成為近年來引人關(guān)注的研究方向。然而,由于IPC體系的多組分和復雜相結(jié)構(gòu)特征,對其“組成-結(jié)構(gòu)-性能’失系、增韌機理等基本科學問題的認識仍有許多欠缺。研究IPC的“組成-結(jié)構(gòu)-性能”關(guān)系,需要實現(xiàn)對其各組分含量比和鏈結(jié)構(gòu)的調(diào)控,并對其相結(jié)構(gòu)與性能進行控制和優(yōu)化。然而,由于IPC是一種反應合金,通過合成方法很難實現(xiàn)單一因素的單調(diào)調(diào)控。相比之下,共混是一種簡單、經(jīng)濟而有效的方法,可實現(xiàn)各組分含量比的精確控制。通過溫度梯度抽提分級的方法,可將IPC分級為三種主要組分：丙烯均聚物(HPP),乙烯丙烯無規(guī)共聚物(EPR)和嵌段的乙烯丙烯共聚物(EbP)。采用共混方法調(diào)控多組分體系的組成,重新構(gòu)建了具有IPC原始形態(tài)特征的相結(jié)構(gòu),并研究了組成對相形態(tài)、結(jié)晶、微結(jié)構(gòu)、力學性能等的影響,進而建立IPC的組成-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。采用溶液混合及共沉淀方法制備了HPP/EPR/EbP共混物,保持EbP含量恒定(10 wt%)而改變HPP/EPR比例,共混物呈現(xiàn)了類似IPC中分散相鈞多層核殼結(jié)構(gòu)。在高EPR含量(30 wt%)時,共混物相形態(tài)才演化為雙連續(xù)結(jié)構(gòu)。共混物的結(jié)晶和熔融行為表明,熔點隨共混物中EPR含量增多而升高,EPR達到臨界組成時HPP熔點降低,這緣于與共混物相容性和相結(jié)構(gòu)相關(guān)的初始成核能力的變化。晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)值與結(jié)晶行為的相關(guān)性研究表明,片晶厚度主要受初始成核行為影響,而晶粒尺寸則與二次成核參數(shù)相關(guān)。保持HPP/EPR/EbP共混物中HPP含量恒定(70 wt%),調(diào)節(jié)形成分散相的EPR/HbP組成,可實現(xiàn)核殼分散粒子數(shù)量和殼層厚度的調(diào)控。隨EPR/EbP中EbP含量的減少,組分間的相容性變差而不利于細化分散相,體系中呈現(xiàn)更多的大尺寸且外殼層厚度較小的核殼結(jié)構(gòu)分散粒子。結(jié)晶和熔融行為結(jié)果表明,界面處的HPP和EbP間可形成共晶,HPP的熔點隨共混物中EPR含量增加而升高。共混物呈現(xiàn)出HPP和EPR玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的同時降低,這一現(xiàn)象一定程度上反映了界面處鏈段間的相互作用和滲透狀態(tài),也間接地證實了核殼結(jié)構(gòu)相形態(tài)的存在。將高密度聚乙烯(HDPE)加入到到IPC中,制備了具有高強高韌特征的IPC共混材料。隨共混物中HDPE含量的增加,核相尺寸逐漸增大,且體系相形態(tài)由核殼結(jié)構(gòu)分散粒子轉(zhuǎn)變?yōu)殡p連續(xù)結(jié)構(gòu),表明HDPE組分進入了核殼分散粒子的核中。核尺寸的逐漸增大導致其不能被殼層完全包覆,原始核結(jié)構(gòu)中所含的乙烯長鏈段EbP組分(EbP-E)被擠出到界面處,形成HPP基體和核間的橋狀連接物。核中的EbP-E組分和HDPE分子鏈上的乙烯鏈段可形成PE共晶,增厚的PE片晶壓縮了晶片間隙,導致間隙中的乙丙無規(guī)鏈段(EbP分子鏈上的無規(guī)序列)運動更加困難。這些相互作用均有助于增強分散相與基體的連接,有利于樣品受力時應力的有效傳遞,同時能引發(fā)PE核相的剪切變形,耗散能量,提高IPC的強度和韌性。IPC中基體HPP的結(jié)晶相和無定形相狀態(tài)也能影響最終性能。通過加入β成核劑和熱處理,考察了其對IPC結(jié)晶和性能的影響。加入β成核劑后,HPP晶相中同時存在a-PP和β-PP兩種晶型,且HPP無定形相中的鏈段運動加強。熱處理后,隨部分β-PP晶轉(zhuǎn)化為a-PP,兩種晶體的片晶厚度均隨熱處理溫度升高而增大,無定形相中鏈段運動減弱。沖擊性能測試結(jié)果表明,加入β成核劑可有效提高IPC的韌性,因為其誘發(fā)形成結(jié)構(gòu)松散的β-PP晶體易于發(fā)生剪切變形而耗散大量能量。熱處理后,沖擊性能均顯著降低,片晶的增厚和無定形相中可運動鏈段的減少,均不利于斷裂能的耗散和傳遞。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ325.14
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本文編號：1197424