聚丙烯取向β晶生成与工程实现研究

基本信息
批准号:51473135
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:陈妍慧
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张卫勤,颜红侠,顾军渭,张宝亮,徐玲,徐家壮,王雯雯,柳引
关键词:
等规聚丙烯取向β晶流动场微孔薄膜β成核剂
结项摘要

β-crystal is a thermodynamic modification of polypropylene (PP), which exhibits excellent toughness, elongation at break and pore-forming property. β-crystal can only be obtained by specific methods. Among those methods, adding β-nucleating agent is the most efficient way. Since β-crystal will transform into stable α-crystal under stress, it is difficult to prepare oriented β-crystal by orienting the molecular chains upon stretching. Until now, there are no reports about production of plenty oriented β-crystals upon processing. In this project, we plan to design the die tunnel of extruder which can manipulate the crystallization process of PP melt with β-nucleating agent during extrusion in two stages, in order to realize the engineering production of oriented β-crystals. After β-nucleating agent demonstates the needlike state, the first stage is utilizing strong flow field to orient needlike β-nucleating agent crystals and PP molecular chains; while the second stage is making α-oriented row nuclei induced by the oriented PP molecular chains relax under high temperature and weak flow field, but maintain the orientation of needlike β-nucleating agent crystals. Thus, the negative effect of α-oriented row nuclei on the content of oriented β-crystals can be avoided. At the meantime, abundant oriented β-crystals epitaxially grow on the surface of well-oriented needlike β-nucleating agent crystals. In this project, we attempt to systematically investigate the formation of oriented β-crystals under flow field, the engineering fabrication of oriented β-crystals, and relationship between structure and properties of oriented β-crystals. The results are promising to give some valuable theory guidelines and technical supports for manipulating the structures of PP and realizing the application in microporous membrane.

β晶是聚丙烯(PP)热动力学亚稳晶型,具有优异韧性、断裂伸长率和成孔特性,只在特定方法下才能生成,其中添加β成核剂是获得大量β晶最有效方法。因β晶在拉伸应力下会向稳定晶型α晶转变,无法使用分子链取向方法获得取向β晶。迄今为止,尚未有实际成型加工下制备大量取向β晶的报道。本项目拟对挤出机口模流道进行设计分两阶段控制含β成核剂的PP结晶过程,实现取向β晶的工程制备,即在β成核剂形成针状晶体后,首先在较高温度下施加强流动场使针状β成核剂晶体取向排列,此时PP分子链也发生取向,然后降低流动场强度且保持较高温度,保存针状β成核剂晶体取向的同时使PP取向分子链诱导生成的α取向晶核解取向,从而可消除α取向晶核对β晶含量的不利影响并诱导大量高度取向β晶生成。本项目拟系统研究流动场下取向β晶的形成,取向β晶工程实现及取向β晶结构与性能关系,为PP制品结构形态调控及在微孔薄膜中的应用提供理论依据与技术指导。

项目摘要

聚丙烯(PP)的β晶型可赋予PP优异的韧性、断裂伸长率和成孔特性,但由于β晶是热动力学亚稳晶型,需在特定条件下才能获得。因此,β晶的形成调控一直是聚丙烯高性能化、多功能化与合金化研究的热点与难点。其中,取向β晶的制备则是难点中的难点。由于β晶的不稳定性,常用的拉伸分子链获得取向晶体的方法会使β晶向α晶转变,无法获得取向β晶。.本项目提出了“同时取向-选择松弛”的两步法,成功实现了成型加工中聚丙烯取向β晶的大量制备,即:先采用适宜的加工温度在聚丙烯熔体中获得针状β成核剂,再施加强流动场使针状β成核剂晶体与聚丙烯分子链取向排列,然后降低流动场强度且保持高温,目的是保存针状β成核剂晶体取向的同时使取向的聚丙烯分子链解取向,消除取向分子链对于取向β晶生成的抑制作用,从而获得大量高度取向β晶。本项目研究了温度场、流动场及时间场等对于取向β晶形成的影响,并调控注塑成型工艺制备出含大量高度取向β晶的聚丙烯注塑制品,并对该制品在拉伸应力下的结构演变进行了系列研究。通过上述工作,揭示了流动场下取向β晶形成规律;协调流动场与β成核剂的共同作用诱导大量取向β晶生成;在注塑成型过程中实现了取向β晶的工程制备,获得了即增强又增韧的注塑制品;阐明了拉伸应力下取向β晶形变机理,即“应力诱导晶体破碎-重结晶”,且重结晶起始点为屈服点。本项目为在聚丙烯中制备大量取向β晶提供新思路和新方法,为聚丙烯制品的结构形态控制提供理论依据,为聚丙烯材料高性能化奠定理论基础,也可为制备锂离子电池用高性能聚丙烯多孔隔膜提供技术指导。项目执行期间在Macromolecules, The Journal of Physical Chemistry B,Polymer等国内外核心期刊及会议上发表学术论文17余篇,SCI收录17篇,EI收录16篇,准备申请发明专利2项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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