取向诱导的聚丙烯beta结晶及其beta-alpha转变机制研究

This project focuses on the crystallization mechanism of beta iPP and the stepwise crystallization induced beta to alpha growth transtion of iPP. Through investigating the melt recrystallization process of either highly oriented single iPP fiber or the highly oriented iPP ultrathin film, the origin of the beta iPP crystallization will be first studied. The effect of chain segement orientation on the beta crystallization of iPP will be discussed. After that, the beta iPP crystals will be first produced under selected conditions, and then sudden temperature change will be performed to stop the growth of beta iPP crystal and induced the beta-alpha growth transition of iPP. Through interfacial strcture study, the orientation status of the beta and alpha iPP crystal at the transition area will be checked. This will help us to understannd whether there is fixed structure relationship between the beta and alpha iPP crystals, and therefore find out whether the beta iPP crystals can induce epitaxial crystallization of the alpha iPP crystals. Through this study, new ways for contolling the crystalline modification of iPP may be expected.

围绕取向诱导的聚丙烯的beta结晶机理以及变温分步结晶导致聚丙烯beta-alpha晶体生长转变机制开展研究工作。针对具有不同牵伸比的聚丙烯单纤维和高取向聚丙烯超薄膜的熔融重结晶过程开展研究，通过控制熔融程度控制取向程度，跟踪结晶过程，揭示分子链预有序程度对其beta结晶的影响规律，明确取向序列分子链段在聚丙烯beta结晶中的作用，探讨聚丙烯的beta结晶机理，在此基础上，通过变温分步结晶抑制beta-iPP晶体生长，实现聚丙烯的beta-alpha晶体生长转变，通过跟踪生长转变界面处alpha和beta晶体的微细结构，揭示聚丙烯的beta-alpha晶体生长转变机制。通过项目的实施，希望对取向诱导的聚丙烯beta结晶机理以及变温分步结晶中的beta-alpha晶体生生长转变机制有更加全面的认识，为聚丙烯加工过程中的晶型控制提供理论依据，对拓宽聚丙烯的应用领域具有重要的指导意义。

项目围绕取向诱导的聚丙烯beta结晶机理以及变温分步结晶过程的beta-alpha晶体生长转变机制，以高取向聚丙烯纤维、超薄膜以及聚丙烯/beta成核剂体系为研究对象，系统研究了取向聚丙烯纤维和超薄膜的熔融重结晶以及聚丙烯/beta成核剂体系分步结晶过程的beta-alpha晶体生长转变行为。（1）将高取向聚丙烯alpha纤维包埋于非晶聚苯乙烯基体，利用偏振红外光谱定量分析了其不同熔融过程中，聚丙烯晶区和非晶区分子链的取向程度，证明完全熔融后，聚丙烯纤维中的分子链取向完全消失，在未完全的情况下，非晶区中的分子链取向程度随熔融温度和熔融时间不断增加。光学显微镜观察表明，纤维完全熔融后重结晶产生非取向alpha晶体，但未完全熔融的聚丙烯纤维重结晶产生beta晶，证明分子链预有序是聚丙烯beta结晶的原因。（2）通过对表面真空蒸涂碳膜修饰聚丙烯取向薄膜的熔融重结晶研究表明，真空蒸涂碳膜固定了聚丙烯分子链段的取向，而高度取向的聚丙烯有序链重结晶总是产生高取向的alpha晶体，不发生beta结晶。结合取向聚丙烯纤维和超薄膜的熔融重结晶行为，我们对取向诱导的聚丙烯beta结晶有了更深入的认识，提出了聚丙烯beta结晶取决于熔体分子链预取向程度的新观点，认为熔体聚丙烯预取向分子链存在一个有序程度区间，取向程度处于该区间范围内的预有序分子链能够导致聚丙烯beta结晶，分子链预取向程度低于和高于该区间时，分别发生非取向和取向alpha结晶。（3）在成核剂诱导聚丙烯beta结晶过程中，通过在135度和151度分步结晶，实现了聚丙烯的beta-alpha晶体生长转变，定量分析了分步结晶过程中alpha和beta晶体的生长动力学，证明135度结晶时beta晶的生长速率大于alpha晶，提高结晶温度至151度后，alpha和beta晶的生长速率均明显降低，但beta晶生长速率的降幅远大于alpha晶，导致beta结晶被逐渐抑制，从而发生beta-alpha晶体生长转变。形态结构观察表明，beta-alpha晶体生长转变界面处的alpha晶体结构不固定，说明聚丙烯的beta-alpha晶体生长转变并非附生结晶所致。