同步辐射技术在研究流动场诱导结晶中动力学不对称方向的研究进展
我室李良彬研究员、硕士生鞠见竹与西北工业大学田楠教授等结合自制拉伸流变仪和同步辐射X射线散射及扫描电子显微镜手段研究了γ射线辐照制备的交联等规聚丙烯的相转变行为。相关研究工作发表于近期的polymer期刊上。
高分子材料由于其特殊的长链结构，往往具有较宽的分子量分布。在流动场诱导结晶中，分子量分布，即多分散程度对于结晶行为的影响具有重要的研究意义。在这部分工作中，利用添加了TMPTA（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）的等规聚丙烯，在γ射线下辐照完成部分交联，制备了分子量分布极宽且长短链分布均匀的交联等规聚丙烯，可以认为是多分散体系的极端情况。
实验利用交联等规聚丙烯，在接近熔点高温（150oC）下进行不同应变的拉伸，并利用同步辐射宽角x射线观察其结晶动力学及结晶形态。结果发现，流变行为和结晶动力学随着应变的增加都分为三个区域，而在区域二中，发生应力过冲，同时对应着结晶动力学的下降。对等温结晶后的样品进行了X射线小角和扫描电镜表征，结果发现，在区域二中，结晶结果呈现网状片晶，对应着等规聚丙烯中同时存在的大尺寸子晶和母晶取向片晶；而在区域三中，能够生成明显的串晶（shish-kebab）结构（图1）。
依据实验结构，我们讨论了松弛动力学不对称对结晶动力学及结晶形态的影响，如图1所示。在区域二中，由于拉伸条件下交联网络的松弛可以忽略，拉伸程度较大同时网络间体积减小；短链由于较强的运动能力而被挤出，同时伴随着松弛和解缠结，导致结晶动力学下降。然而，最终生成的大尺寸宏观结构依附取向的网络结构而随着拉伸呈现更高的取向程度。本课题组表征了宽分子量分布体系中结构动力学不对称对相变过程的影响，并提出了相应的结构演化机理，为高分子多分散体系结晶研究提供了新的实验及理论支持。
以上研究工作得到国家自然科学基金等基金的资助。
图1 松弛动力学不对称体系在不同拉伸条件下结构演化示意图及小角散射/扫描电镜图像。
