聚丙烯等温结晶动力学的研究

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1、聚丙烯等温结晶动力学的研究摘要:应用解偏振光强度法研究了不同成核剂对等规聚丙烯结晶行为的影响，以及不同温度下等规聚丙烯的结晶行为。结果表明，加有成核剂的聚丙烯其Avrami指数都在3.0左右，这表明等温结晶过程屮成核剂的加入对聚丙烯的结晶方式影响不大，其结晶生长方式为异相成核的三维球晶生长方式。结晶温度对聚丙烯Avrami指数影响较大，随着结晶温度的升高，Avrami指数增大。关键词：解偏振光强度法、等规聚丙烯、Avrami指数、异相成核、结晶温度Abstract:Theisothermalcrystallizationkineti

2、csofisotacticpolypropylene(iPP)wasinvestigatedbymeansofDepolarizedLightIntensity(DLI)technique.TheresultsshowthattheAvramiexponentsofiPPwithdifferentnucleatorsa-reanalogous,whichareallcloseto3・Moreover,theAvramiexponentswillbehigherasthecrystallizationtemperatureincrea

3、ses.Keyword：crystallizationkinetics,Avramiexponents;crystallizationtemperature,DLI1'前言由于聚合物的力学性能与其结晶性能之间密切相关，通过对结晶动力学的研究可以得到聚合物结晶的相关信息，例如结晶速率常数、Avrami指数等，从而为聚合物的加工提供一定的指导工作，因此对等规聚丙烯结晶动力学进行研究具有重要的理论意义和实际意义。目前研究聚丙烯的成核机理较为成熟的理论是Binsbergn的异相成核理论，其提出成核剂在聚丙烯的结晶过程中充当异相晶核的作用，成

4、核剂的非极性部分在表面形成凹痕，容纳聚丙烯的分子链并使其排列整齐，促进成核。在空白聚丙烯中由于结晶的晶核都是靠聚丙烯熔体本身的分子运动形成的，因而成核速率慢，且形成的晶核数目少，最后形成的球晶尺寸大，聚丙烯性能较差。而在添加成核剂后，由于大量异相晶核的存在，使得聚丙烯的球晶来不及长大就碰撞到其他的球晶，使得聚丙烯的球晶尺寸大大减小，从而提高聚丙烯的性能。2、实验部分2.K实验材料未加成核剂的空口聚丙烯样品，添加1号成核剂的1号聚丙烯样品，添加2号成核剂的2号聚丙烯样品，添加3号成核剂的3号聚丙烯样品2.2、实验仪器GJY・三型结晶速

5、度测量仪(东华大学材料学院提供)2.3、实验条件高压电源电压设定为900V,光源电压设定为2V同等结晶温度下不同样品的等温结晶动力学研究过程中结晶温度设定为120°C,熔融温度设定为280°C；同一样品不同温度下的等温结晶动力学研究过程中结晶温度分别设定为120°C>126.1°C>12&3°C、130.1°C、132.2°C,熔融温度设定为280°C。2.4、实验原理我们一般都是采用Avrami方程来进行聚合物等温结晶动力学的研究，其方程如下：1-c=exp(-Ktn)其中，c为聚合物试样在t时刻时已经结晶部分占结晶终点时全部结晶

6、的百分比，称为结晶转化度。K为结晶速度常数，n为Avrami指数。研究表明，Avrami指数n与晶体的生长方式和成核方式有关，它等于晶体生长的空间维数与成核过程的时间维数之和，均相成核的时间维数为1,异相成核的时间维数为0o表1不同类型晶体的Avrami指数生长方式均相成核异相成核三维生长(球状晶体)3+1=43+0=3二维生长(片状晶体)2+1=32+0=2一维生长(针状晶体)1+1=21+0=1利用球晶的光学双折射性质，结品过程中产生的解偏振光强度与试样中结晶部分的含量成比例。以I。、&和It分别表示结品起始、结束和t时刻的解偏

7、振强度，将上述Avrami方程边取对数可得：lg[-ln(Ix-It)/(Ioo-Io)]=lgK+nlgt对于解偏振光强度法法所得实验数据，以lg[-ln(Ix-It)/(Ioo-Io)]对t作图得到的曲线即为聚丙烯样品的等温结晶曲线。由测得的〃和K值，可以获得有关结晶过程成核机理、生长方式及结晶速度的信息。3、结果与讨论通过对每组样品的多次重复试验以及对相关文献的研究我们得到了如下结果:项冃Tc/°CK/minn0号样品12016.672.901号样品120333.682.532号样品12053.32.413号样品1201000

8、3.47表3不同温度下iPP结晶动力学的研究项冃Tc/°CK/minn0号样品12016.672.900号样品126.12.593.010号样品128.30.463.320号样品130.10.0633.540号样品132.20.007