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聚四氟乙烯(PTFE)被γ射线直接辐照后会发生裂解,可制备超细粉,用于润滑剂,油墨添加剂等。PTFE在熔点温度附近被电子束辐照会发生交联,交联PTFE的机械性能显著提高,扩展了PTFE的工业应用领域。而高能重离子辐照聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)时留下径迹,使材料导电能力增强,可直接在微电子学和纳米器件等领域得到应用。分析辐照聚合物内部结构变化机理对辐照工艺起着重要的指导作用。X射线小角散射(SAXS)是一种探测几纳米到几百纳米尺度范围物质结构的非破坏性实验手段,主要用于分析材料内散射体的尺寸,形貌,晶态和非晶态区的结构等。因此,SAXS方法研究聚合物辐照内部结构变化机理是非常理想的。目前第三代同步辐射光源的高通量密度,为SAXS研究聚合物辐照前后结构变化提供了一个强大的工具。
本论文主要开展了PTFE辐照裂解、交联及辐照PE和PS产生离子径迹的SAXS研究,并取得了以下创新性成果:
1.利用SAXS对PTFE辐照改性的三套体系进行了研究:(1)在不同剂量γ射线直接辐照后裂解的PTFE体系;(2)熔点温度附近、无氧环境中不同剂量电子束辐照交联的PTFE体系;(3)电子束辐照交联的PTFE体系在不同剂量γ射线直接辐照后裂解的PTFE体系。研究发现:随着辐照剂量的增加,γ射线直接辐照的PTFE和交联PTFE体系内部颗粒逐渐细化,内部结构更加紧凑;电子束辐照交联的PTFE体系,随着电子束辐照剂量的增加,颗粒逐渐细化,界面层厚度参数逐渐变小。通过对分形的分析,这三套体系均具有"自相似"性。
2.利用SAXS原位研究了PTFE和交联PTFE在拉伸过程中结构演变规律。结果表明:PTFE和交联PTFE在拉伸过程中反应出不同的结构变化机理,随着拉伸的进行,PTFE仅仅是取向更加明显,而交联PTFE会导致结晶的加深,两者内部结构的差异是产生这种现象的根本原因。
3.利用SAXS研究了1.157 GeV的Fe离子在单层PE和多层PS薄膜中产生的径迹随离子剂量的变化关系。研究发现:随着离子剂量的增加,单层PE的结构取向更加明显,而多层PS内的离子径迹发生了交叠。