等规聚丙烯中高性能晶体结构调控的研究进展

等规聚丙烯中高性能晶体结构调控的研究进展

韩锐;胡斌;李光照;彭婷;黄俊

【摘要】等规聚丙烯(iPP)是目前世界上用量最大的通用塑料之一,提高其综合力学性能具有重要意义.根据iPP的同质多晶和对加工环境的敏感特性,调控iPP形成β晶型,以及诸如串晶等各向异性的晶体形态,是实现iPP自增韧和自增强的重要途径.近年来,关于iPP β晶型的获得和晶体形态的可控设计已有诸多研究,其调控方法主要是对加工应力场、温度场和异相成核物质的设计.在逐渐增强的应力场和温度场作用下,iPP的晶体结构将从α球晶富集向β晶富集再向高度有序α串晶富集的方向进行转变.最新的研究成果表明,通过在流动场中添加纤维状β成核剂,可实现有序β型片晶的富集.基于此,本文着重从iPP β晶型和晶体形态调控两个方面,对相关机制和近年的研究情况进行总结和介绍.%Isotactic polypropylene (iPP) is one of the general plastics in the world. Improving the comprehensive mechanical properties of iPP is of great importance. On the basis of understanding the polymorph phenomenon and the structural sensitivity to processing conditions of iPP,it is a key way to realize the self-toughening and self-enhancing of iPP via controlling the condensed structure to appear as β-modified crystals and anisotropic crystals like shish ke-bab. In recent years,lots of research related to the cultivating methods of β-form iPP and the design of iPP crystalline morphology have been carried out,and the approaches applied in this area are mainly about the adjusting of processing stress field, processing temperature field and heterogeneous nucleators. Under the conditions of increasingly strength-ened stress and temperature fields,the crystalline structures of iPP incline to transforming

from rich α-modified spher-ulites to rich β-form crystals and to rich α-form shish kebab. Moreover,recent research has verified that the addi-tion of fibrous β nucleating a gents,can promote the drastic increment of orderly-stacked β lamellas during flow form-ing process. Thus,this paper aims to introduce and summarize the recent progress and theories corresponding to the tai-loring of β-form crystals and crystalline morphologies of iPP.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2018(037)003

【总页数】13页(P55-67)

【关键词】等规聚丙烯;β晶;晶体形态;调控;研究进展

【作者】韩锐;胡斌;李光照;彭婷;黄俊

【作者单位】西华大学材料科学与工程学院,四川成都 610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都 610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都 610039;西华大学材料科学与工程学院,四川成都 610039;成都纺织高等专科学校材料与环保学院,四川成都 611731

【正文语种】中文

【中图分类】O631.1+3

聚丙烯(PP)按分子链结构规整度，可分为等规PP(iPP)、间规PP(sPP)和无归

PP(aPP)3类。其中，iPP与sPP因分子链结构规整而表现出优良的结晶和力学性能。目前，iPP及其共聚物已被广泛应用于汽车内外装饰件、耐压塑料管道等重要

工业制品，年用量仅次于聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)，成为我国第3大通用塑料；因此，寻找有效途径提高iPP强度、韧性等力学性能已成为当前高分子工业与学界的研究热点。

iPP是一种典型的多晶型聚合物，具有α、β、γ、δ以及拟六方态等多种晶型[1-2]。相比片晶互锁的稳态α晶、亚稳态β晶的片晶堆砌松散、相互贯穿，在受到外力

作用时，片晶更易滑移引发银纹，吸收能量，表现出优异的抗冲韧性[3]，同时，iPP也具有多种晶体形态。相比于片晶呈放射状生长的各向同性球晶，片晶有序堆砌于伸直分子链表面的各向异性柱晶和串晶，可赋予iPP在取向方向极高的强度[4]。可见，相比通过改变分子链化学组成，在iPP中引入弹性相，可实现其冲击

韧性的提高。控制iPP基体形成强度更高、更耐冲击的优势晶体结构，可在实际加工中更有效地实现iPP制品综合力学性能的提高。

iPP的凝聚态结构，尤其是晶体结构，强烈依赖于其从熔融态到固态相转变过程中的外场作用，也与外加异相物质密切相关。在不同外部应力场、温度场以及异相物质作用下，iPP可形成不同晶体类型和晶体形态，从而赋予制品不同的性能。比如，高剪切和强冷却有利于iPP中形成串晶自增强相，而弱剪切和慢冷却则有利于iPP 形成β晶自增韧相；因此，充分掌握iPP晶体结构的调控方法，了解iPP晶体结

构调控的最新研究进展，弄清iPP制品加工条件—晶体结构—力学性能3者之间

的关系，对于实现iPP制品的结构性能设计非常有必要。本文就这一问题，从iPP β晶型和晶体形态调控2个方面进行系统阐述。

1 等规聚丙烯(iPP)β晶型的调控

从晶体结构的多尺度角度考虑，晶胞参数、片晶尺寸和堆砌方式等与iPP的晶体类型密切相关。例如：α晶型为单斜晶系，片晶正交生长相互桥接，在X射线衍射(XRD)实验中，其特征峰2θ角位于18°～19°；β晶为六方晶系，片晶间无桥接，相互贯穿，生长过程中发生片晶扭转，其特征XRD衍射峰位于16°～17°。当前，