與普通球晶相比，在聚合物中生成串晶可以提高聚合物的力學(xué)性能。根據(jù)串晶的形成機(jī)理，長(zhǎng)鏈具有更長(zhǎng)的松馳時(shí)間，在取向后松馳較慢，因此通過(guò)向聚合物中加入長(zhǎng)鏈可以促進(jìn)串晶形成，從而進(jìn)一步提高聚合物的力學(xué)強(qiáng)度。然而，聚合物長(zhǎng)鏈的結(jié)構(gòu)對(duì)取向和松馳有很大影響，進(jìn)而影響流動(dòng)誘導(dǎo)串晶形成，因此研究長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)對(duì)串晶形成以及對(duì)最終力學(xué)性能的影響具有重要意義，研究成果可為聚合物高性能化加工提供指導(dǎo)。
基于上述背景，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院李忠明教授和雷軍教授課題組采用高密度聚乙烯(HDPE牌號(hào)2911，scPE)為基體，分別加入兩種超高分子量聚乙烯(UHMWPE，線性lcPE和支鏈bcPE)作為長(zhǎng)鏈聚合物以促進(jìn)串晶結(jié)構(gòu)形成，并利用振動(dòng)剪切注塑成型技術(shù)制備試樣，研究了長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)對(duì)串晶及最終力學(xué)性能的影響。從圖1所示的二維寬角X射線衍射(2D-WAXD)結(jié)果可以看出，兩種長(zhǎng)鏈在常規(guī)注塑或振動(dòng)剪切注塑成型條件下都可以促進(jìn)串晶形成。有趣且有意義的是，與bcPE相比，lcPE在試樣的芯層中促進(jìn)了更多串晶形成，分子鏈的取向度也更高(表1)，說(shuō)明lcPE比bcPE具有更強(qiáng)的促進(jìn)作用。從2D-WAXD結(jié)果計(jì)算得到的結(jié)晶度(圖2)表明，兩種長(zhǎng)鏈都可以促進(jìn)結(jié)晶，提高試樣的結(jié)晶度。
圖1. 2D-WAXD結(jié)果. 衍射圖案上面的數(shù)字表示與試樣表面的距離, 流動(dòng)方向是豎直方向. 名稱(chēng)以“C-”開(kāi)頭的試樣表示常規(guī)注塑(CIM)試樣，以“O-”開(kāi)頭的試樣表示振動(dòng)剪切注塑(OSIM)試樣
通過(guò)紫外光譜中偶氮苯特征吸收峰的變化可以證明，經(jīng)過(guò)10 μmol/L和20 μmol/L Ama的處理后，表面多肽含量分別降低了20%和40%。在紫外光照的輔助下多肽脫離效率更高，5 min紫外光照結(jié)合20 μmol/L Ama的處理，可使多肽脫離達(dá)到70% (圖2)。
圖2. OSIM試樣結(jié)晶度與位置之間的關(guān)系
從掃描電鏡圖(SEM) (圖3和4)可以清晰看出試樣的晶體形態(tài)。從晶體取向和晶體形態(tài)看，其結(jié)果與WAXD數(shù)據(jù)基本相符，進(jìn)一步證明兩種長(zhǎng)鏈皆可以促進(jìn)取向晶體(串晶)形成，且lcPE比bcPE有更好的促進(jìn)作用。
長(zhǎng)鏈和振動(dòng)注塑成型促進(jìn)了串晶形成和結(jié)晶度增加，反映在力學(xué)性能上是拉伸強(qiáng)度和模量的提高(圖5)。
鄧璐鋒是該論文的第一作者，雷軍教授和唐建華教授為共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 51533004, 51773135和21878194)的資助。
該工作即將發(fā)表于Chinese Journal of Polymer Science。
論文鏈接https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-020-2397-7
