几种脂肪族聚酯共混物形态结构与结晶行为研究

选择PBS、PEA和PBA等结构相似的脂肪族聚酯，利用DSC和显微镜研究其共混体系的相容性；利用显微技术、散射技术、光谱分析等研究分步结晶时，不同条件下高熔点组分（HTC）的结晶过程以及该过程诱导相分离行为，揭示低熔点组分（LTC）熔体或过冷熔体对HTC结晶的影响以及诱导相分离引起的LTC熔体分布，研究相分离导致的LTC聚酯不同于本体的结晶行为和晶态形态。在此基础上，利用荧光显微镜研究HTC结晶温度范围内LTC的扩散行为，结合HTC的晶体生长速率，定量分析描述结晶诱导的球晶间、片晶间和晶纤间相分离过程，揭示不同相态和晶态结构的形成、发展与演变机制，特别是两组分片晶间相分离时的环带球晶结构，研究此时LTC组分的受限及协同结晶规律。并研究不同相态结构和晶态结构对材料力学性能的影响。

本项目以PBS（聚丁二酸丁二醇酯）与PVDF(聚偏氟乙烯)组成的熔体相容的结晶/结晶聚合物共混体系为研究模型体系。以光学显微镜和原子力显微镜为主要研究手段，在不同的尺度上研究了体系形态结构的发展、生长动力学以及这些因素与体系力学性能之间的关系。研究发现：PBS组分对高熔点组分PVDF的结晶结构与形态的演变有影响。高温下有少量PBS 被排斥到PVDF 球晶的边缘和球晶之间，PBS 的加入显著地增大了PVDF的 alpha和γ 相晶体的折射强度以及PVDF 的环带周期。在PBS 为富相的共混物中，两组分形成球晶间相分离结构，PVDF 形成大的孤立球晶。低温结晶的PBS 组分在PVDF 球晶间和球晶内呈现出不同的生长速率。在低温结晶时，无论含量多少，PVDF 晶体首先充满整个空间，这使得随后结晶的PBS 组分分布在PVDF 片晶之间和球晶的纤维束之间。PBS 在环带基底和非环带基底的PVDF 中生长行为不同，反映出预先存在的PVDF晶体对PBS 的生长起到很大影响。力学测试表明，共混物的力学性能强烈的依赖于共混物的组成和PVDF 的结晶温度。这种现象可以从微观形貌的角度来解释。PBS 在PVDF 基底的受限结晶行为时我们发现，PBS 的结晶微区在高温形成的PVDF 基底中呈椭圆形的生长外形，而在低温形成的PVDF 基底中呈圆形的生长外形，生长并穿越许多PVDF 球晶。PBS的受限生长动力学表明PBS 的生长速率随着PBS 含量的增大和结晶温度的降低而增大。当PVDF 在高于145 ºC 结晶时，PBS 生长速率随着PVDF 的结晶温度降低而降低；当PVDF 低于145 ºC 结晶时，50/50 和30/70 共混物中PBS 的生长速率呈现相反的变化趋势。这种动力学行为的不同不能归结为前人提出的“边界效应”，而是与PVDF 基底的片晶组织结构有关。研究发现PVDF 基底中熔融口袋区域的内部连通性是决定PBS 在其中受限生长的重要因素。