我室李良彬研究员和硕士生鞠见竹等结合自制高速流变仪和同步辐射超快X射线散射技术研究了等规聚丙烯在不同外场条件下的相转变行为。相关研究工作发表于近期的Macromolecular Rapid Communications(2016, 37, 17, 1441–1445)期刊上。
流动场诱导结晶是一种典型的非平衡相转变，它不仅仅依赖于各热力学相的稳定性，同时受到动力学路径的控制。等规聚丙烯（iPP）作为一种典型的多晶型高分子材料（α、β、γ晶和介晶相），在工业中有着广泛的应用。以往关于流动场诱导iPP结晶中不同晶型的工作，都集中在熔点之下的相变，α晶和β晶的竞争主要决定于实验温度下的生长速度。在我们的工作中，研究了熔点以上流动场诱导iPP结晶中不同相之间的竞争和演化动力学。
实验发现，在更高温度和高快拉伸速率下，更容易诱导生成β晶。在熔点之上，拉伸后α晶呈现先生长后熔融的规律，而β晶含量则呈现直接的指数下降；在熔点之下，在较强的流场下仍能生成相对较多的β晶结构，且α和β晶都能够稳定存在。结合流变数据，我们可以得出，晶体的稳定性是与体系中的应力值直接相关的，而流场主要控制的是成核动力学，这也体现了高速流场诱导结晶的非平衡相变本质。同时我们建立了iPP熔体的温度-应变速率-结构相图，研究了α、β相、熔体和shish前驱体之间的竞争与流场、温度耦合关系，总结和讨论了流动场诱导iPP熔体的相变机理，为高分子相变研究和工业加工提供了新的理论基础。
以上研究工作得到国家自然科学基金等基金的资助。
(a) iPP的温度-应变速率-结构相图。 (b) 不同温度和应变速率下生成β晶的含量。