快速增压法制备大块非晶聚合物及原位FTIR、X射线研究其拉伸过程中的结晶行为

与非晶材料的常规制备方法不同，本项目关注快速增压条件下非晶高分子材料的加工工艺，并利用原位检测设备研究其在单轴拉伸过程中的结晶行为和晶体结构演化。一方面利用快速增压法将高分子熔体快速固化，尝试制备出大块的完全非晶高分子材料。期望通过不同温度下熔体的快速固化得到具有不同缠结点密度的非晶材料。另一方面利用傅里叶红外光谱原位研究这些材料结晶前分子链内的构象有序性；利用小角和广角X射线散射原位研究在外场作用下的长程有序结构和晶体的形成、完善、取向、破坏过程。从而探索快压技术制备大块非晶高分子材料的方法，以及拉伸场诱导其结晶的机理，该方面的研究对深入认识非晶高分子材料的物理本质具有重要的科学意义，对于非晶高分子材料的应用也有广阔的前景。

基于本项目的支持，申请人研究小组围绕快速增压制备块状非晶聚合物材料及原位研究其结晶行为这一主题，分别研究了PLA、PEEK、PE等不同高分子材料在快速增压过程中的固化行为，并对制得的块状非晶材料的冷结晶行为、热性能和力学性能进行了分析，同时还利用原位检测技术在线研究了部分材料结晶过程中的结构演化情况。结果显示：快速增压过程中，分子链的“迅速冻结”会有效抑制聚合物的结晶。然而，聚合物熔体在压制固化过程中形成了某种程度上的局部有序结构，压力卸除后这些有序结构部分保存下来，在材料的冷结晶过程或者是拉伸诱导的结晶过程中起到诱导成核、促进结晶的作用。这一现象在快速增压制备的PLA材料的冷结晶行为中表现明显，不仅显著提高了PLA的结晶度还改善了材料的力学性能；拉伸诱导的非晶PEEK结晶行为研究表明：由于快压制品具有较完善的局部有序结构，快压PEEK具有较低的临界结晶应变；另外，和淬火样品相比，快压制备的PE样品结构规整性好，而淬火法制备的块状材料具有明显的皮-芯分层结构。综上所述，按照申请书计划，本项目基本达到了预期目标，研究成果表明快压法是制备块状非晶材料的有效手段，利用这一方法极有可能制备出具有特殊物性的新型聚合物材料。