结晶度对聚烯烃全切痕拉伸断裂过程的影响

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结晶聚合物的脆性断裂银纹化现象较为复杂,结晶度是聚合物断裂过程中银纹微纤的形成、生长和断裂的重要影响因素之一。本文旨在研究热处理对聚烯烃的结晶度及力学性能的影响,对三种具有不同结晶度的聚烯烃材料进行了全切痕匀速拉伸断裂过程的研究,并对聚烯烃的断裂过程的银纹区性能进行了探讨。本文首先通过力学性能和DSC测试研究了热处理温度和热处理时间对三种聚烯烃(PP,HDPE2480和HDPE100S)的结晶度,拉伸性能和冲击性能的影响。结果表明:热处理时间为10-25 min,PP的结晶度在70℃,100℃和130℃时可分别相对提高8.6%,21.2%和23.7%;热处理时间为30-90 min,HDPE 2480的结晶度在70℃和100℃可分别相对提高8.3%和14.3%;热处理时间60 min热处理温度50-100℃,HDPE100S的结晶度可相对提高19.2%。再分别对三种采用适当的热处理得到的不同结晶度聚烯烃材料PP,HDPE2480和HDPE100S进行了全切痕匀速拉伸断裂过程的研究(拉伸速率分别为0.1、0.5、1、5、20和50 mm/min);同时还研究了不同温度(9℃和23℃)对PP,HDPE2480和HDPE100S全切痕匀速拉伸断裂过程的影响。在分析PP,HDPE2480和HDPE100S全切痕拉伸屈服应力、屈服位移,断裂位移的关系的基础上,结合SEM对全切痕匀速拉伸断面形貌和银纹形貌观察分析,结果表明:三种聚烯烃的全切痕拉伸屈服应力均随着其结晶度的增大和温度的降低逐渐减小,但由于三种聚烯烃材料的全切痕拉伸屈服应力,屈服位移,断裂位移均表现出不同的特性,因此结晶度对三种聚烯烃材料全切痕拉伸断裂过程的影响有各自的特点。23℃时,结晶度低的PP0高应力时的全切痕拉伸屈服位移和断裂位移基本保持稳定,表现出具有常临界位移控制的银纹断裂,而结晶度较高的PP15和PP25在断裂过程中几乎无银纹微纤产生;9℃时不同结晶度的PP均有较为稳定的屈服位移和断裂位移。PP拉伸断面的SEM观察显示了结晶度较大的PP表现出更为明显的因交叉片晶引起的横系结构或网状结构。PP的银纹微纤形貌观察揭示了较高结晶度的PP因晶间缠结分子链减少导致银纹微纤更细弱且微纤间空洞体积更大。因此,PP0无论是23℃还是9℃均表现出具有常临界位移控制的银纹断裂,PP15和PP25仅在9℃时表现出具有常临界位移控制的银纹断裂,并且其银纹稳定性随结晶度提高而降低。PP的屈服应力与屈服时间的曲线揭示了结晶度较大温度较低的PP断裂阻抗较好。23℃和9℃时,不同结晶度的HDPE2480和HDPE100S高应力时的全切痕拉伸的屈服位移和断裂位移均保持稳定,并且表明银纹稳定性的常临界位移随着结晶度的增大和温度的降低而减小。拉伸断面的SEM观察揭示了:HDPE2480的断面随结晶度的提高,分子链缠结程度减弱,断面微纤形貌更为细密,更为平整;HDPE100S随结晶度增大,更多晶体作为物理交联点作用,分子链滑移与解缠极为困难,致使其微纤形貌更为粗短;因此,两种HDPE随着结晶度的增大更倾向于形成更为细小的银纹微纤,银纹稳定性更差;拉伸温度较高时HDPE2480生成的银纹微纤更长更均匀,银纹稳定性更好。不同结晶度的HDPE2480和HDPE100S在23℃和9℃时均具有常临界位移控制的银纹断裂,它们的屈服时间与屈服应力曲线均表明了断裂阻抗在低温和结晶度较高时更好,并且相同条件下HDPE100S断裂阻抗较HDPE2480更好。
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