iPP/PET纤维复合材料的结晶行为研究

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本课题的主要研究内容是iPP/PET纤维复合材料的结晶行为。包含以下两个方面:首先,进行iPP/PET纤维复合材料的非等温结晶动力学研究,将iPP/PET纤维复合材料进行示差扫描量热仪(DSC)表征,研究不同的降温速率以及加入PET纤维对iPP结晶速率、结晶温度、结晶度等的影响。其次,采用本课题组自制的微型共混注塑成型设备,制备了iPP/PET纤维复合材料,并对其进行了一系列的表征,研究注塑过程以及PET纤维的引入对iPP界面结晶的影响。主要研究内容和研究结果如下:1.将PET纤维以压膜的方式引入到iPP基体中,对其进行DSC表征,研究纤维的引入以及不同的降温速率对复合材料结晶动力学的影响。结果表明:随着降温速率的增加,无论是iPP还是iPP/PET纤维复合材料,结晶峰峰位从高温向低温方向移动,并且峰形变宽。这主要是由于降温速率过快会使分子链结晶过程中排列的规整有序度降低,进而使成核滞后,使初始结晶延迟,最终导致结晶峰沿着低温方向移动;同时,降温速率越快,分子链活性越差,形成的晶体不完善,也会使结晶温度范围变大,结晶峰变宽;PET纤维的引入对iPP的成核生长以及整个结晶阶段都有促进作用。PET纤维可以作为异相成核剂诱导iPP产生横晶结构,使晶体沿取向方向生长。2.采用自制的微型共混注塑机制备了iPP/PET纤维复合材料,广角X射线衍射的实验结果发现,p晶分布于样条的各个层次(包括皮层、中间层、芯层)。从皮层到芯层p晶的结晶度越来越高。SEM的实验结果表明,注塑样条的皮层出现了排列规整的片晶结构,结合2D-SAXS图的结果,我们可以推断出这些排列规整的结构实际上是shish-kebab结构。在中间层,也出现了取向的shish-kebab结构。在芯层的基体中,出现了明暗分明的球晶。同时,无论是平行于PET纤维方向上,还是环绕纤维在垂直于纤维方向上,都出现了p晶。p晶在注塑样条的芯层分布最多。这主要是归因于熔融的基体和固态的PET纤维之间的流动速率差,正是由于不同的流动速率带来的局部剪切力导致了a排核和随后的p晶的形成。此外,共混注塑机旋转的螺杆带来了预剪切,尤其是在熔体塑化和混合过程中。这种预剪切促进了近晶有序体的形成。一旦包含近晶有序体的熔体被原位注塑到模腔中,幸存下来的近晶有序结构为β晶的生长提供了成核点。
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