金屬基質(zhì)對(duì)結(jié)晶聚合物加工的影響機(jī)理.pdf

1、由于高聚物結(jié)晶在工藝和實(shí)驗(yàn)中往往處在與金屬基質(zhì)接觸的狀態(tài)，基質(zhì)的性質(zhì)將會(huì)影響其結(jié)晶過(guò)程。本文以流變實(shí)驗(yàn)為主要的實(shí)驗(yàn)手段，結(jié)合差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)量、偏光顯微鏡觀察，表面能測(cè)量技術(shù)等為輔助實(shí)驗(yàn)方法，研究了金屬基質(zhì)對(duì)高聚物材料的靜態(tài)結(jié)晶和剪切誘導(dǎo)結(jié)晶的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是采用高密度聚乙烯(HDPE)還是等規(guī)聚丙烯(iPP)，樣品在鋁和不銹鋼基質(zhì)中的靜態(tài)結(jié)晶的速度都是不相同的，在鋁基質(zhì)中的結(jié)晶速率均快于在不銹鋼基質(zhì)中的結(jié)晶速率，且隨著

2、等溫結(jié)晶溫度的升高，結(jié)晶速率的差別增大。在HDPE的結(jié)晶實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，樣品在不銹鋼基質(zhì)中等溫結(jié)晶的樣品所能達(dá)到的結(jié)晶程度低于在鋁基質(zhì)上結(jié)晶的樣品，此外，HDPE在不銹鋼基質(zhì)上結(jié)晶時(shí)，達(dá)到液固轉(zhuǎn)變點(diǎn)所需的時(shí)間要長(zhǎng)于鋁基質(zhì)，且達(dá)到轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)的屈服模量值也低于在鋁板上結(jié)晶的HDPE樣品。因此，樣品在鋁和不銹鋼基質(zhì)中的結(jié)晶機(jī)理可能不相同。在對(duì)iPP的等溫結(jié)晶傳熱仿真計(jì)算中，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)的導(dǎo)熱能力并非造成結(jié)晶速率區(qū)別的主要因素。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋁和不銹

3、鋼基質(zhì)使熔體在靠近基質(zhì)壁面處發(fā)生了異相成核，晶核在結(jié)晶過(guò)程的早期生成并生長(zhǎng)，形成橫晶并深入熔體內(nèi)部(在130℃時(shí)橫晶層厚度約為0.2mm)，從而影響整個(gè)iPP樣品的結(jié)晶。由于不銹鋼和鋁基質(zhì)的表面自由能不同，造成的界面處熔體的異相成核能力不同(鋁基質(zhì)的表面自由能高于不銹鋼基質(zhì)在鋁基，iPP/鋁基質(zhì)的界面成核能力較強(qiáng))，從而導(dǎo)致了iPP樣品在鋁和不銹鋼基質(zhì)中的整體結(jié)晶速率的區(qū)別。實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)，在DSC的等溫結(jié)晶過(guò)程中，由于采用的鋁制坩

4、堝的表面能較高，iPP的薄片樣品受界面結(jié)晶影響，得到的結(jié)晶曲線主要反映的是界面結(jié)晶。
　　 在iPP的剪切誘導(dǎo)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，樣品在鋁和不銹鋼基質(zhì)上的結(jié)晶速率也不相同，在鋁基質(zhì)上的結(jié)晶速率大于不銹鋼基質(zhì)。iPP過(guò)冷熔體流變曲線的間距依賴現(xiàn)象表明，在等溫結(jié)晶發(fā)生前，基質(zhì)對(duì)iPP過(guò)冷熔體進(jìn)行的預(yù)剪切過(guò)程中易發(fā)生壁面滑移現(xiàn)象，滑移程度和基質(zhì)的表面自由能密切相關(guān)。樣品在表面自由能較高的鋁基質(zhì)上的滑移程度較小，因此在相同表觀剪切速率