同步辐射技术研究超分子质量聚乙烯纤维拉伸过程中温度和外场耦合作用机理
我室李良彬研究员和博士研究生吕飞等结合自制温度跳变伸展流变仪和同步辐射宽角X射线散射技术（WAXS）系统研究了超高分子聚乙烯纤维在不同温度下拉伸时的结构演化过程。相关研究工作发表于近期的macromolecules (2017, 50, 6385−6395)期刊上。
超高分子质量聚乙烯纤维由于其优异的力学性能、自润滑性、耐低温性以及优良的生物相容性在很多领域得到广泛的应用。而我们的研究工作可以半定量的揭示温度和外场耦合作用机理。
根据动态热机械分析（DMA）实验数据，温度空间可以被松弛温度（），松弛温度（=51 ℃），松弛温度（=80 ℃）和初始熔点（=115 ℃）分为四个温度区间（I、II、III、IV）。其应力-应变曲线和拉伸过程结构演化规律（结晶度Xc、晶粒尺寸L200，取向晶体所占比例等）在四个温度区间差异非常巨大。一般来说晶体在外场作用下发生破坏时（结晶度下降），晶粒尺寸会由于部分晶体发生从晶体向无定形链转化的过程而不断减小。根据我们建立的简单的晶体拉伸破坏模型图和结晶度下降斜率（kXc）与晶粒尺寸下降斜率（kL）之间的比值关系，可以半定量化给出拉伸过程的温度与外场的耦合作用机制，即。当把晶体-无定形转变过程看成成核过程，其成核密度（n）和成核尺寸（L）受温度和外场的影响在各个温度区间是不同的。这也就是在不同温度区间内结构演化规律和力学行为差异明显的原因。
以上研究工作得到国家自然科学基金（51325301, 51633009）的资助。
(a) 不同温度下应力-应变等高线图。(b) 不同温度下结晶度演化等高线图。(c) 晶体破坏示意图。(d) 温度和外场耦合作用机制
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