形貌分析技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用

1、形貌分析技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用高分子材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能之間有著密切的關(guān)系，為了深人理解高分子材料的組織結(jié)構(gòu)特性并更好地利用它們，必須研究高分子材料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。電子顯微鏡的出現(xiàn)和不斷完善，尤其是近年來電子顯微分析技術(shù)的迅速發(fā)展，給高分子材料科學(xué)及其工程技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展提供了強(qiáng)有力的分析手段。電子顯微鏡是在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中給出信息多、分辨本領(lǐng)高的大型分析儀器。本文將著重討論透射電鏡(TEM)在高分子材料研究中的應(yīng)用。透射電鏡可以用來表

2、征聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形貌。將待測(cè)聚合物樣品分別用懸浮液法，噴物法，超聲波分散法等均勻分散到樣品支撐膜表面制膜；或用超薄切片機(jī)將高分子聚合物的固態(tài)樣樣品切成50nm薄的試樣。把制備好的試樣置于透射電子顯微鏡的樣品托架上，用TEM可觀察樣品的結(jié)構(gòu)。利用TEM可以觀測(cè)高分子聚合物的晶體結(jié)構(gòu)，形狀，結(jié)晶相的分布。高分辨率的透射電子顯微鏡可以觀察到高分子聚合物晶的晶體缺陷。1橡膠工業(yè)1.1研究橡膠形態(tài)結(jié)構(gòu)葉林忠[1]等用TEM研究了TPULDPES

3、BS共混材料的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，該共混體系可以形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以TPUSBS共混體系在一定的共混比和工藝條件下，并不需要添加增容劑就具有適中的工藝相容性，充分發(fā)揮TPU優(yōu)異的耐磨性、耐油性和抗老化性等優(yōu)點(diǎn)來改善SBS的不足。在共混比為103100時(shí)，乙炔炭黑用量為22質(zhì)量份可以制得綜合性能優(yōu)良的抗靜電塑性橡膠材料。1.2研究炭黑結(jié)構(gòu)及其在橡膠中的分散李影兵[2]等研究白炭黑在橡膠中的分散形態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)白炭黑在橡膠中以孤立點(diǎn)分布、密聚點(diǎn)群分

4、布、松聚點(diǎn)群分布這3種形式存在，對(duì)填充白炭黑的膠片做超薄切片進(jìn)行透射電鏡觀察，令人振奮地獲得了白炭黑環(huán)式聚集形態(tài)的圖像。由于白炭黑分散顆粒微小，為獲得TEM清晰無干擾的圖像而要求在膠料混煉和電鏡制樣上嚴(yán)格控制。本研究采用二階混煉法。，可使白炭黑從填料母膠相遷移至純膠相，從而可能觀察到白炭黑比較理想的分散形態(tài)，稱之為遷移法制樣。一般混煉工藝制樣獲得的丈景象的白炭黑分散形態(tài)圖，白炭黑三難多次聚集總形態(tài)清晰可見，但看不到細(xì)節(jié)。通過遷移法制圖像

5、而獲得的白炭黑一次及二次聚集體的特征圖像。是在透射電鏡450000高倍下白炭黑的六元環(huán)式聚集周邊牽引作用而處在多軸拉伸狀態(tài)。當(dāng)薄膜中存在缺陷或雜質(zhì)等薄弱結(jié)構(gòu)時(shí)，由于應(yīng)力集中而生成了沿垂直極大張力方向擴(kuò)展的銀紋。在這一過程中相互纏結(jié)的聚合物分子線團(tuán)沿極大張力方向形變伸長而轉(zhuǎn)變成初始銀紋質(zhì)同時(shí)銀紋變形時(shí)的橫向約束效應(yīng)使得相鄰銀紋質(zhì)之間生成了空穴?？昭ㄌ幫高^的電子流強(qiáng)度大，在照片上呈現(xiàn)亮點(diǎn)?？昭ǖ男纬墒广y紋體積膨脹，密度和折光指數(shù)下降。在銀紋

6、生長階段，銀紋寬度增加，珠狀空穴相應(yīng)變成橢圓，同時(shí)初始銀紋質(zhì)開始分叉成為更細(xì)微的結(jié)構(gòu)。2.2銀紋的成熟成熟階段銀紋的最主要特征是銀紋質(zhì)發(fā)展成為完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在維系兩銀紋面的主銀紋質(zhì)(即生長階段銀紋質(zhì))之間彼此以更細(xì)微的銀紋質(zhì)交叉維系，前者直徑約200一400，后者約50一10。成熟銀紋中唇形空穴的大小、形狀不盡相同，其長度一般在銀紋寬的生一工之間。細(xì)小的空穴多數(shù)分布在銀紋界面附近，界面上的本體聚合物2斗約束并限制了主銀紋質(zhì)伸長變形時(shí)的

7、橫向收縮，迫使它們分叉并形成更多的細(xì)小空穴。主銀紋質(zhì)束在伸長變形時(shí)它可能自身分開產(chǎn)生狹長空穴也可能在相鄰銀紋質(zhì)間形成寬度稍大的相間空穴。銀紋質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分叉點(diǎn)是唇形空穴端點(diǎn)。若把唇形空穴看作銀紋質(zhì)中沿取向方向擴(kuò)展的“裂紋”，那么這種分叉點(diǎn)事實(shí)上是不穩(wěn)定的，在銀紋繼續(xù)變形時(shí)，空穴端點(diǎn)還可能向前擴(kuò)展。在成熟的PS薄膜銀紋的中部有時(shí)候見到與銀紋方向平行的一亮條，其寬約占銀紋寬的十分之一。Kramer在Ps的銀紋中發(fā)現(xiàn)到它的存在，其寬約750，稱之為

8、“中間肋條”，并認(rèn)為是銀紋質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中分子纏結(jié)密度高而鏈密度較低的區(qū)域。我們?cè)趧傊瞥傻谋∧ゃy紋中未見到它，將樣品在室溫下放置幾天以后再觀察時(shí)才出現(xiàn)中間肋條。因此它很可能是銀紋質(zhì)中的聚合物分子在張力作用下松弛變形的結(jié)果。2.3銀紋的破壞和徽裂紋的形成細(xì)微銀紋質(zhì)的斷裂是銀紋破壞的開始。在張力作用下結(jié)構(gòu)薄弱或承載過多的主銀紋質(zhì)有可能首先斷裂，同時(shí)它所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)移給鄰近主銀紋質(zhì)并促成了后者的相繼斷裂。主銀紋質(zhì)的這一連續(xù)斷裂過程類似于有機(jī)玻璃中慢裂