【摘 要】
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挤出流延是制备高分子薄膜的重要方法,因具有工艺简单、适合高速生产的特点而被广泛应用于工业生产。三元共聚脂肪族聚酮(POK)自90年代问世以来,因具有良好机械性能和化学稳定性等特点而受到了广泛的关注,但目前对其挤出流延方面的报道比较少。加工流动场直接影响了高分子材料的结晶形态和性能。POK分子链上具有大量电负性较强的碳基,因而分子链堆积紧密,具有很快的结晶速度。熔体拉伸过程中对其结晶形态以及无定形缠
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挤出流延是制备高分子薄膜的重要方法,因具有工艺简单、适合高速生产的特点而被广泛应用于工业生产。三元共聚脂肪族聚酮(POK)自90年代问世以来,因具有良好机械性能和化学稳定性等特点而受到了广泛的关注,但目前对其挤出流延方面的报道比较少。加工流动场直接影响了高分子材料的结晶形态和性能。POK分子链上具有大量电负性较强的碳基,因而分子链堆积紧密,具有很快的结晶速度。熔体拉伸过程中对其结晶形态以及无定形缠结网络的影响值得深入的讨论。本文第一部分考察了三种牌号的POK的加工性能,明确了分子量分布对其流变和结晶性能的影响,并对挤出加工的可行性进行评估。第二部分采用第一部分中的POK1作为实验原料制备了不同熔体拉伸比(MDR)的三元共聚脂肪族聚酮薄膜,利用同步辐射小角/广角X射线衍射(SAXS/WAXS)技术对其晶体结构进行表征。第三部分使用阶跃循环拉伸试验明确其临界应变,并利用原位小角X射线散射(SAXS)研究了不同拉伸比脂肪族聚酮膜在单轴加载的形变行为和结构演化与拉伸温度的关系。本文主要研究内容和结论如下:1、分子量对于POK流变性和结晶能力有较大的影响。POK2较POK1有更多的高分子量部分,因而POK2具有更大的熔体强度,在熔体拉伸的过程中更容易建立缠结网络以及发生解缠结行为。实验数据表明,POK2较POK1有更大的拉伸粘度,POK2在更小的熔体拉伸速率下发生解缠结行为。POK2具有更多的高分子量部分,在冷却结晶的过程中,分子链折叠排入晶格需要更大的活化能,且POK1在不同降温速率下的半结晶时间也要小于POK2。相对于以上两种原料,POK3的分子量小,熔融指数高达66g/10min,并不适应挤出流延的成型方式。因此我们并不对POK3的流变性能和结晶能力做进一步的分析。2、在第一部分的基础上,采用POK1作为原料制备了熔体拉伸比20~70(每10倍一个间隔)的流延膜,利用AFM、FTIR、DSC、XRD、2D-SAXS/WAXS和万能拉伸试验机等对其作了系统的表征。实验数据表明,不同样品的结晶度均为31%左右,这是因为三元共聚脂肪族聚酮的快速结晶有关。结合2D-SAXS我们发现,所有样品的晶区厚度和长周期基本一致,保持在5.4nm和12.5nm左右,类似的结晶结构也导致其熔点和熔程近乎一致。这说明熔体拉伸对其结晶形态的影响不大,但是其无定形区缠结模量对于熔体拉伸比有很强的依赖性。熔体拉伸比由20增加至70的过程中,无定形区缠结模量由8.1MPa提升至14.1MPa。根据以上实验结论,我们认为不同熔体拉伸比POK1膜可以作为构建半结晶聚合物无定形区结构特征-力学性能的模板材料。3、临界应变由晶体的完善性和无定形区缠结密度共同决定。我们使用阶跃循环试验在25、100、150℃下对所有样品进行测试。实验数据表明,随着无定形区缠结密度的增大,临界应变由εH=0.5下降到εH=0.36,这是因为无定形区缠结密度的增大导致无定形区缠结模量增大,达到临界应力所需的应变变小。同时我们发现,同一拉伸比样品在不同的温度下有相同的临界应变,这说明临界应变独立于拉伸温度。后续我们利用原位2D-SAXS探究熔体拉伸比为20的三元共聚脂肪族聚酮膜在不同拉伸温度下的结晶结构衍化,表明在较低的温度下拉伸,倾向于片晶堆的剪切破坏并沿着拉伸方向取向,在较高的温度下拉伸,片晶堆趋向于平行分离。
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