基于尺寸效应的剪切诱导聚合物晶型转变研究

聚合物稳定性随相尺寸减小而反转。剪切导致片晶厚度减小。结合二者将得到一个有趣结论：剪切诱导聚合物形成亚稳晶型，其诱导机理源于尺寸效应。证明该假说成立并探明其机理具有重要科学意义和应用价值。但相关研究鲜见报道。.前期工作已证实强剪切诱导间规矩苯乙烯形成大量亚稳晶型，但机理尚待研究。本项目选取间规聚苯乙烯和聚己二酸丁二酯为研究体系，以DMA和ARES对其熔体施加剪切力，结合WAXD、TEM、SEM和AFM研究剪切对其结晶行为、晶型、结晶形态及片晶尺寸的影响；通过剪切热台联用同步辐射SAXS/WAXS在线获取不同剪切速率下初始相片晶尺寸、晶体结构等信息，并进行定量关联分析，验证剪切诱导聚合物亚稳晶型的假说，阐明诱导机理。研究结果将为流动诱导聚合物晶型转变研究开辟新思路，为聚合物材料晶型控制提供重要理论指导。

本项目以Linkam CSS 450剪切热台为主要剪切力施加系统，系统研究了振荡剪切（Oscillatory shear）和稳态剪切（Steady shear）对聚己二酸丁二酯（PBA）、间规聚苯乙烯（sPS）和等规聚丙烯（iPP）三种聚合物的结晶速率、晶型及结晶形貌的影响。研究结果表明，剪切均可加速三种聚合物熔体等温结晶。但在本项目研究的剪切力度范围内，仅有sPS和iPP体系的晶体结构对剪切力敏感。大形变振荡剪切或高速稳态剪切可在熔点附近极大程度上加速sPS和iPP结晶，并形成一种极为独特的彩色条带状结晶形貌；对于sPS体系，这种独特的剪切形貌和结晶加速现象与亚稳晶型的形成完全正相关；而iPP则反之，彩色条带状剪切形貌和结晶加速现象与亚稳晶型完全没有相关性，剪切诱导亚稳晶型只是在一定的结晶温度区间才会显现出来。结论：剪切诱导亚稳晶型可能是两种晶型竞争性生长的结果。