我团队博士研究生罗宇等在李良彬研究员、苏凤梅教授、崔昆朋教授的共同指导下，围绕工业规模等规聚丙烯（iPP）薄膜流延过程中α/β晶型选择与微结构调控难题，利用自制工业级钢带原位流延实验装置与高时间分辨同步辐射X射线散射技术，在真实工业流延条件下直接观察到亚稳β晶不经α晶外延生长而优先直接成核的现象，揭示了拉伸比（SR）、钢带温度（Tbelt）和厚度方向温度梯度（Tgra）耦合调控α/β晶竞争成核与生长的机制，为工业聚丙烯薄膜晶型精准调控与高性能化提供了新的机理认识与研究思路。相关研究成果发表在Macromolecules期刊上。
在这项研究中，团队将自制钢带流延设备与同步辐射广角X射线散射（WAXS）联用，实现了从挤出熔体到完全固化薄膜的在线微观结构监测，并独立调控SR和Tbelt。通过系统改变SR（1.398–29.5）和Tbelt（103–143 °C），获取了聚丙烯流延膜晶体结构的微观演化规律，并观察到亚稳态β晶可比α晶更早成核的实验现象。通过温度模拟与实验结合发现，在低SR（1.398–3.18）、100–140 °C和Tgra ≤ 225 °C/mm的加工窗口内，β(300)衍射峰先于α(110)/α(040)出现，表明β相可直接优先成核，而不必依赖α晶模板的外延生长。提高SR逐步有利于α相成核，提高Tbelt则促进β相形成，直至133 °C。总结晶度保持在约65%，但α/β比例发生系统性变化，同时FTIR mapping证实贴近钢带一侧的β相含量显著高于上表面。基于上述规律，团队建立了工业流延中α/β晶竞争成核与生长的加工窗口图，并定量构建了关联SR、Tbelt、Tgra与最终晶型组成的关系谱图。
该工作在工业规模流延条件下揭示了β晶直接优先成核的现象，表明β晶的形成并非必须依赖α晶模板的外延生长，并进一步体现了真实加工条件对于揭示新结晶路径的重要性。所建立的机理框架可用于通过调控拉伸比、钢带温度和温度梯度优化iPP流延膜的晶型与微观结构，为高性能聚合物薄膜的结构调控与工业制造提供了实验依据与研究思路。
该项工作得到国家自然科学基金（U2430213）、中国科学院项目（JZHKY-PY-2021-04）的支持，并感谢上海同步辐射光源BL10U1线站的支持。
Luo, Y.; Cheng, S.; Liu, S.; Wei, X.; Zhu, J.; Li, L.; Su, F.; Cui, K. Competition of Nucleation and Growth between α- and β-Crystals during Industrial-Scale Isotactic Polypropylene Film Casting Revealed by Synchrotron Radiation X-ray Scattering[J]. Macromolecules 2026, 59(12), 6786–6799.
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6c01070
