近年来,随着人们环保意识的增强,矿山边坡的生态环境治理得到越来越广泛的关注。目前国际上已发展到第四代软体边坡修复技术,其所用的聚丙烯功能组件具有价格低廉,力学性能优良,耐腐蚀耐酸碱等优势,但由于叔碳原子的存在导致聚丙烯极易发生光氧老化,限制其广泛使用。对聚丙烯结构改性,提高其抗老化性能成为亟待解决的问题。聚丙烯是多晶型聚合物,其中β晶和α晶具有应用价值。光氧老化受晶区影响,β晶光线不易透过,难老化,α晶光线易透过,易老化。本研究以晶体结构可改善聚丙烯抗老化性能为切入点,以聚丙烯为基材,通过材料体系、工艺条件及外加场作用调控聚丙烯晶体结构,重点研究聚丙烯晶体结构的可控调节及分层晶体结构的聚丙烯材料构建。为此,本论文主要做了以下几方面工作,并得到阶段性研究成果:⑴研究材料体系对聚丙烯晶体结构及分层晶体结构的影响。结果表明成核剂含量可通过改变成核剂间相互作用大小,从而影响成核剂在聚丙烯基体中的自组装结构,进而控制最终晶体结构。界面改性进一步增加β晶含量及结晶度。实验证明硅烷类偶联剂的改性效果由于钛酸酯类偶联剂及硬脂酸水解产物,可使成核剂的成核效率提高33.33%。⑵研究工艺条件对聚丙烯晶体结构及分层晶体结构的影响。结果表明,熔融温度为220℃时,成核剂的溶解程度好,在该温度下实现成核效率最大化,而熔融温度调控分层晶体结构的能力差;冷却温度增大,结晶度增大,β晶相对含量增大,促进β晶在皮层的分布。基于有限元方法分析冷却温度的影响发现,冷却温度通过改变皮芯层跨越β晶生成温度范围的时间,从而影响分层晶体结构;成核剂分散情况和拉伸诱导结晶两方面共同作用,使β晶含量随拉伸比增大呈现先增大后减小的趋势,拉伸比为4时达最大值,皮芯层β晶含量差异随拉伸比增大而增大,拉伸使大分子链有序度增加,导致结晶度随拉伸比增大而增大。⑶研究超声波外场对晶体结构和分层晶体结构的影响。超声波外场可调控聚丙烯晶体结构,尤其对分层晶体结构的影响较大,超声波对晶体结构及分层晶体结构的影响存在温度与频率的匹配问题。低温时(20℃),结晶度随频率增加而减小,高温时则相反;温度为20℃和40℃时,β晶相对含量随频率增加而增加,温度为80℃时,β晶相对含量随频率变化不明显。温度较低时,超声波只作用于皮层,皮层结晶度随频率增大而减小,频率与温度的协同作用未渗透至中间层,致使皮芯层结晶度差异随频率增大而增大,温度升高时,熔体粘度减小,超声波衰减慢,其作用可渗透中间层,使皮层和中间层结晶度随频率增加而增加,皮芯层结晶度差异减小。⑷晶体结构调控可在一定程度上实现聚丙烯抗老化改性,β晶含量增加47.13%时,可使羰基指数减小16.28%,并且随β晶含量增加,碳基指数减小;皮层β晶能有效阻挡光照的透射作用,减缓聚丙烯径向老化进程。