金屬基質(zhì)對結(jié)晶聚合物加工的影響機理.pdf

1、由于高聚物結(jié)晶在工藝和實驗中往往處在與金屬基質(zhì)接觸的狀態(tài)，基質(zhì)的性質(zhì)將會影響其結(jié)晶過程。本文以流變實驗為主要的實驗手段，結(jié)合差示掃描量熱儀(DSC)測量、偏光顯微鏡觀察，表面能測量技術等為輔助實驗方法，研究了金屬基質(zhì)對高聚物材料的靜態(tài)結(jié)晶和剪切誘導結(jié)晶的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無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)晶實驗中我們發(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，達到液固轉(zhuǎn)變點所需的時間要長于鋁基質(zhì)，且達到轉(zhuǎn)變點時出現(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)晶機理可能不相同。在對iPP的等溫結(jié)晶傳熱仿真計算中，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)的導熱能力并非造成結(jié)晶速率區(qū)別的主要因素。實驗發(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)晶過程的早期生成并生長，形成橫晶并深入熔體內(nèi)部(在130℃時橫晶層厚度約為0.2mm)，從而影響整個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)，從而導致了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。實驗中，我們還發(fā)現(xiàn)，在DSC的等溫結(jié)晶過程中，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的剪切誘導結(jié)晶實驗中，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iPP過冷熔體進行的預剪切過程中易發(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。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