同步辐射X射线散射对高温辐照聚合物原位拉伸的实时研究

Polymer's wear resistance, hardness can be improved when it is irradiated under high temperature，meanwhile toughness decrease and easy to be ruptured. Most polymer will be cracked when it is irradiated, which limited its application in irradiation environment,such as,outer space and nuclear reactor.Therefore, how to improve polymer's mechanical properties, radiation resistance and expand its industrial application fields is a very important issue. In order to enhance the toughness and radiation resistance of irradiated polymer, a in-depth study on the micro-structural changes of irradiated polymer during drawing process is necessary. The item will create in-situ tension method at Shanghai Synchrotron Radiation Facility, and then study the structural changes of the high temperature irradiated polytetrafluoroethylene during the stretching process by small angle and wide angle X-ray scattering. Finally, the changes of crystalline and amorphous will be simulated to analyze the relationship between structure and properties. In addition, the methodological study in this item will provide a better basic research platform for polymer users.

高温下辐照聚合物，可提高聚合物的硬度、耐磨性等诸多性能，但同时降低了聚合物的韧性，容易断裂。而大部分聚合物辐照下容易裂解，也极大限制了其在外太空、核反应堆等辐射环境中的应用。如何全面提高高温辐照聚合物的力学性能和耐辐射性能，扩展其工业应用领域是一个非常重要的问题。为了增强高温辐照聚合物的韧性、耐辐射性，需要对高温辐照聚合物在拉伸过程中的微结构变化机理进行深入研究。本项目拟在上海光源建立原位拉伸测试方法，利用同步辐射X射线小角和广角散射技术原位研究高温辐照聚四氟乙烯在拉伸过程中结构演变规律。并结合其他表征手段，对拉伸过程中高温辐照聚合物内部晶区和非晶区的变化进行模拟，分析其性能与微结构的关系，为高温辐照聚合物的工业应用提供指导。另外，本项目中对上海光源在线拉伸的方法学研究，将为我国高分子材料用户提供一个更好的基础研究平台。

聚四氟乙烯 (PTFE) 是一种综合性能优异的工程塑料，具有突出的化学稳定性、电绝缘性、自润滑性及耐高低温性能，其广泛应用于化工、石油、电子、医药、建筑、交通运输、食品等众多领域。然而PTFE的耐磨性及耐辐射能力差等缺点却极大的限制了其在外太空、核反应堆等强射线场中的使用。利用电子束辐照处理制备交联的PTFE (XPTFE)。通过各种测试技术研究XPTFE的结构变化，探讨了其耐磨性、耐辐射性及热稳定性的变化规律，可为XPTFE的实际应用提供理论指导。. 低能质子和电子是空间带电粒子辐射环境的重要组成部分，会对航天用微电子器件产生严重的辐射损伤。聚乙烯具有优良的空间辐射防护效果，但力学性能及热稳定性尚显不足。针对航天器用微电子器件辐射防护的需要，系统研究低密度聚乙烯/多壁碳纳米管(LDPE/MWCNTs)复合材料在低能质子和电子辐照下力学性能与热学性能的变化特点及机理，具有重要的学术价值与工程实际意义。. 本项目在上海光源建立了原位拉伸测试方法，利用同步辐射X射线小角(SAXS)和广角散射技术(WAXS)原位研究高温辐照聚四氟乙烯在拉伸过程中结构演变规律, 结果表明:XPTFE的力学性能提高的主要原因是电子束辐照使得分子链交联致使网状结构的形成；通过SAXS/WAXS技术对拉伸变形与变温过程中微观结构的演化规律进行实时测试分析，揭示了LDPE/MWCNTs复合材料的拉伸变形行为、融化和结晶行为及辐照效应和机理，结果表明:低能电子辐照可减缓LDPE融化过程中的非晶区膨胀、结晶过程中的结晶中间相形成及非晶区收缩。低能质子辐照对LDPE融化过程无影响，而对结晶过程中的结晶中间相形成和非晶区收缩可产生一定的抑制作用。. 另外，本项目中对上海光源在线拉伸的方法学研究，为我国高分子材料用户提供了一个更好的基础研究平台。