基于应力监控的剪切诱导纤维/聚丙烯界面结晶的研究

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近年来,聚合物基纤维增强复合材料由于具有优秀的综合性能而受到了广泛的关注和研究。聚合物基纤维增强复合材料的力学性能,不仅由基体和增强纤维决定,聚合物的界面结晶也对其有很大影响。因此,调节聚合物的界面结晶是一种潜在的获得较好的力学性能的复合材料的方法。对于半结晶性聚合物基纤维增强复合材料来说,横晶是一种奇特的界面结晶,并因此成为高分子结晶研究的一个热点。研究者通常使用纤维熔体牵引装置来制作三明治样的试样,研究聚合物在纤维-基体界面的结晶,以及所得到试样的力学性能。这种方法的原理实际上就是剪切诱导结晶。虽然目前此类研究很多,但是仍然有一些关键方面需要改进,例如,研究者常把牵引速度作为影响界面结晶的关键因素,以及目前多采用的纤维熔体牵引装置功能简单,大多只具备牵引功能,不能满足深入研究的需要。为了有效的推进半结晶性聚合物基纤维增强复合材料剪切诱导界面结晶的研究,我们搭建了一台改进型的纤维熔体牵引装置。此外,我们采用玻璃纤维(GF)和等规聚丙烯(iPP)作为试验体系,探索了一种研究剪切诱导聚合物结晶的新方法。本文主要包括以下几个方面内容:1设计并搭建改进的纤维熔体牵引装置。我们在纤维熔体牵引装置的前端增加一个高精度力学传感器,以测量纤维在熔体中牵引时所施加的界面剪切应力。这样就可以定量得到界面剪切应力与结晶形貌的关系。2探究剪切对界面结晶形貌的影响。在134℃,牵引iPP熔体中的GF,改变界面剪切应力或者剪切时间,然后等温结晶。在不同的实验条件下,得到了不同的结晶形貌。探讨了界面剪切应力及剪切时间对界面结晶形貌及动力学的影响,研究了诱导iPP生成不同晶型的临界条件。3探究预剪切对界面结晶形貌的影响。设置高于iPP熔点的温度,在其熔体中以不同速度牵引GF,然后在134℃等温结晶。在不同界面剪切应力条件下,得到了不同的结晶形貌。探讨了剪切和松弛两个相反的作用。4根据本文所观察到的实验现象,探讨了p晶/柱晶的形成机理。首先分析了Varga的机理,并提出所面临的问题,然后根据本文的实验结果提出了能够解释这些问题的较合理的机理。我们认为α晶和β品均由剪切作用促进而产生,两者各自生长,除了空间位置之外,关系不大。并解释了具有α排核的特殊界面结晶形态(柱晶)的形成过程。
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