结晶高分子材料晶态结构与力学性能关系的同步辐射原位研究

高分子材料的结构与力学性能关系是高分子科学研究的核心问题。由于原位检测技术的缺乏和高分子材料结构的复杂性，这一问题一直没有很好的回答。本项目抓住国内同步辐射发展的契机，设计研制与同步辐射小角和广角X射线散射和红外光谱实验站联用的拉伸装置，用于原位研究结晶性高分子的结构与性能关系。以聚丙烯和聚乙烯为研究实例，研究球晶尺寸和片晶厚度与力学性能的关系，特别关注结晶性高分子的双屈服行为和临近材料失效前材料微观结构的变化过程与外应力的关系。总结出材料失效与不同尺度微观结构的关系。同时开展同步辐射应用在高分子材料的方法学研究，建立一套利用同步辐射开展高分子材料结构与性能关系的方法学，为高分子研究工作者利用同步辐射开展研究服务。

高分子材料的力学性能与微观结构的对应关系一直是高分子科学家与工程科学研究的中心课题。但是由于高分子材料结构的复杂性，至今还没有一个合适的理论能够满意的描述高分子材料的力学性能与微观结构的对应关系，也没有普适的科学理论来指导材料设计和精确计算材料的安全使用寿命。由于过去研究材料力学性能大都采取非原位检测的方式，这样结构变化与力学性能数据就会发生错位；同时我们不能得到结构变化过程和测试条件的关系。一种有效的克服这些问题的方法是原位检测拉伸过程中的结构与性能变化。本项目首先对原有的与同步辐射X射线联用的拉伸装置进行了改进，并利用该装置研究了半晶性材料在拉伸过程中的相变行为和天然橡胶在拉伸过程中的结晶行为。然后研制了一套能与同步辐射显微红外联用的微型原位拉伸装置，利用该装置结合显微红外成像技术研究了单球晶拉伸过程的结构变化行为和细颈扩展行为。以上结果对高分子材料结构与力学性能之间关系这一科学问题给出了全新的实验证据和解释，较高的创新性和探索性。