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本论文主要研究了聚苯硫醚(PPS)这样的刚性短链结构在静态和剪切条件下的结晶形态,并采用流变技术研究了PPS早期结晶动力学过程,与其它经典的实验方法结合完整地描述了PPS在等温过程中的结晶行为,同时采用DSC方法研究了其非等温结晶动力学,取得了如下结果:
(1)通过热台偏光显微镜研究了直链型PPS52、PPS48、PPS22三种不同分子量(分子量大小顺序为PPS52>PPS48>PPS22)在静态和剪切条件下的熔融等温结晶行为,结果表明分子量大小对PPS的结晶行为有很大的影响,大分子量PPS52相对于PPS22分子链长、链端基少,成核点少,所以在相同结晶条件下PPS52结晶越完善;剪切对PPS的晶体生长速度和结晶形态都有影响,剪切缩短了结晶诱导时间,而相对于静态条件PPS48和PPS22的晶体生长速度减小,PPS52则基本保持不变。剪切后发现PPS52和PPS48晶体生长是沿着剪切方向由一个个单独的球晶排列而成的,而PPS22没有形成这样的结构。本文将这种结构称为不同于而又类似于shish—kebab的结构,并提出了该结构形成的一个机制。通过DSC分析剪切后三种分子量的熔融行为,发现剪切并没有导致PPS形成其他的晶型,只是分子链产生了取向。
(2)研究了在不同剪切条件下PPS48的结晶行为,并通过X—射线分析发现剪切对PPS48晶体结构没有影响,只是分子链产生了取向;利用原子力显微镜在小尺寸上观察了剪切后的PPS结晶形态,同时证明了前面提出的类似于shish—kebab的结构。
(3)热台偏光显微镜无法观察到PPS48在结晶诱导期内微观物理结构的变化,本文引入流变技术对PPS48早期结晶行为微观物理结构变化进行实时检测,并通过临界凝胶转变点来确定熔融聚合物的液—固转变点,从而确定PPS48的临界凝胶时间。(i)静态条件下PPS48在结晶温度为270℃的凝胶时间为1300s,同时计算得到在不同结晶温度下PPS48的松弛指数和硬度,发现随着温度的升高,PPS48的松弛指数是逐渐增加的,而硬度是减小的。(ii)PPS48的临界凝胶时间随着剪切速率的增加是逐渐减小的。剪切速率为3s—1,15s—1,60s—1时,凝胶时间分别为1060s,820s,550s,说明随着剪切速率的增加,凝胶时间是逐渐减小的,即加快了PPS48的成核速率。(iii)利用热台偏光显微镜和流变技术研究了PPS的等温结晶动力学,研究发现两种方法得到的Avrami指数分别为2.9和2.7,都接近于3;半结晶时间分别为2025s和2112s。说明这两种方法具有可比较性。
(4)利用DSC技术研究了PPS48的非等温结晶动力学。通过Ozawa方程和R—t关系法分析了PPS48的非等温结晶动力学,发现Ozawa指数m在一定结晶温度范围内是随着结晶温度的升高而增大的。且两种方法都适合用于PPS4.8的非等温结晶动力学分析。