第二组分引导聚丙烯退火过程中微纳米结构演化及其增韧机理

本项目以极少量第二组分引导聚丙烯在退火过程中微纳米结构的演化规律及其增韧机理为主要研究对象，通过SAXD、WAXD、DSC、TEM等研究退火前后聚丙烯片晶增厚、无定形区新片晶的生长等次级结晶过程及其影响因素；通过FTIR、Raman、NMR、DMA等研究聚丙烯无定形区分子链构象重组、有序-无序结构相互转化及分子链松弛行为，并建立粘弹行为与片晶结构、断裂韧性之间的相互关系；通过2d-SAXD、DSC、2d-WAXD、SEM等表征退火样品在应变作用下微观结构的变化规律、空隙化过程及其影响因素；从断裂力学角度分析其断裂行为，着重阐述其增韧机理，并建立新的增韧模型。阐明上述科学问题有助于进一步掌握结晶高分子材料在服役过程中的微观结构演化机制，丰富和发展高分子凝聚态物理的基本科学内容，同时可为通过调控凝聚态结构以实现通用高分子材料高性能化、低成本化提供积极指导，因而具有十分重要的理论意义和应用价值。

长期以来，研究者普遍认为，结晶尤其是成型后的热处理将导致聚丙烯(PP)变脆，并且认为这是PP结晶度增大、片晶增厚的必然结果。本项目利用退火过程中无定形区构象调整和结晶结构的微小变化的事实，通过引入极少量的第二组分放大或者抑制这种构象调整的程度，进而研究PP在不同组分条件下的片晶增厚、小片晶的生长、分子链构象重组与有序程度、无定形区分子链松弛行为等的演化规律和机制，以及样品在宏观载荷作用下的力学行为，并着重阐述其增韧机理，为PP这种通用聚烯烃的高性能化提供新的思路和方法。.项目执行过程中，围绕：①退火过程中PP片晶增厚、无定形区小片晶生长等次级结晶过程及其影响因素；②退火过程中分子链构象重组和有序－无序转变的相关规律和机制；③退火过程中分子链松弛行为变化及其影响因素；④力学行为及应变作用下微观结构发展变化规律；⑤断裂行为及增韧机理等主要研究内容予以开展工作。所选用的第二组分包括：增塑剂(DOA)、低熔点聚合物聚氧乙烯(PEO)、成孔剂(OP-10)、有机改性蒙脱土(OMMT)、氧化石墨烯(GO)等，以及四种不同的PP基体，包括等规聚丙烯(iPP)、聚丙烯无规共聚物(PPR)、聚丙烯嵌段共聚物(PPB)以及抗冲共聚聚丙烯(IPC)等。.通过本项目的研究，取得的重要成果包括：①晶区的双重松弛行为分别与不同晶型中的缺陷处链段的运动相关；②通过改变PP分子链结构能更有效地促进PP无定形区分子链在退火过程中的构象调整；③无定形区构象调整可以通过外加增塑剂来进一步促进或激发，从而在更简化的条件下获得性能的提升；④PEO的存在使PP由于次级结晶生成的小片晶的厚度更小；⑤载荷作用下发生平面应变诱导断裂向平面应力诱导断裂转变；⑥空穴的存在改变了载荷作用下样品中的应力场分布，空穴周围存在较大的应力集中；⑦等温退火在促进无定形区分子链构象调整的同时，还有利于增加OMMT的层间距，获得OMMT部分剥离的纳米复合材料，并且能够获得同时增强增韧的纳米复合材料；⑧粘弹行为分析进一步验证了退火促进无定形分子链运动能力的提高；⑨特别地，还将上述研究成果应用于PP多孔吸附薄膜的制备，成功制备出具有优异吸附能力的多孔复合材料薄膜。.通过本项目的研究，明确提出了片晶间构象调整促进微孔化的聚丙烯增韧新机理，为PP的增强增韧改性提供了新的思路，完善了高分子材料增韧理论，丰富和发展了高分子凝聚态物理相关知识。