實(shí)驗(yàn)1 聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)與性能

1、1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)與性能聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)與性能 知識(shí)回顧知識(shí)回顧 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分 結(jié)果與討論結(jié)果與討論 思考題思考題講義內(nèi)容講義內(nèi)容2 聚丙烯聚丙烯 結(jié)晶結(jié)晶 形態(tài)形態(tài) 性能性能幾個(gè)關(guān)鍵詞：幾個(gè)關(guān)鍵詞：知識(shí)回顧知識(shí)回顧3聚丙烯（聚丙烯（PPPP）是性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛的通用塑）是性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛的通用塑料，具有機(jī)械性能好、無毒等優(yōu)點(diǎn)。料，具有機(jī)械性能好、無毒等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要改善在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要改善PPPP的透明性、力的透明性、力學(xué)性能（剛性和韌性）和耐熱性能、縮短加工學(xué)性能（剛性和韌性）和耐熱性能、縮短加工成型周期等要求。成型周期等要求。本實(shí)驗(yàn)采取在本實(shí)驗(yàn)采取

2、在PPPP中加入成核劑的方法，通過成中加入成核劑的方法，通過成核劑的異相成核作用，改善結(jié)晶形態(tài)，提高核劑的異相成核作用，改善結(jié)晶形態(tài)，提高PPPP的相關(guān)性能。的相關(guān)性能。知識(shí)回顧知識(shí)回顧4按照是否能夠結(jié)晶，聚合物可分為結(jié)晶型和按照是否能夠結(jié)晶，聚合物可分為結(jié)晶型和非晶型兩種非晶型兩種聚合物的結(jié)晶過程可分為成核和晶片生長(zhǎng)兩聚合物的結(jié)晶過程可分為成核和晶片生長(zhǎng)兩步步結(jié)晶過程中的成核又可以分為均相成核和異結(jié)晶過程中的成核又可以分為均相成核和異相成核兩種相成核兩種聚合物結(jié)晶總速率決定于成核速率和晶片生聚合物結(jié)晶總速率決定于成核速率和晶片生長(zhǎng)速率長(zhǎng)速率聚合物的結(jié)構(gòu)聚合物的結(jié)構(gòu)性能性能知識(shí)回顧知識(shí)回顧5聚

3、合物結(jié)構(gòu)可以分為聚合物結(jié)構(gòu)可以分為5 5個(gè)層次個(gè)層次聚合物結(jié)構(gòu)決定了性能，性能反映了結(jié)構(gòu)聚合物結(jié)構(gòu)決定了性能，性能反映了結(jié)構(gòu)聚合物性能包含一些動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能聚合物性能包含一些動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能分子運(yùn)動(dòng)是聯(lián)系聚合物結(jié)構(gòu)、性能的紐帶分子運(yùn)動(dòng)是聯(lián)系聚合物結(jié)構(gòu)、性能的紐帶聚合物的結(jié)構(gòu)聚合物的結(jié)構(gòu)性能性能知識(shí)回顧知識(shí)回顧6實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)分析和理解成核劑與結(jié)晶速度學(xué)會(huì)分析和理解成核劑與結(jié)晶速度和結(jié)晶形態(tài)的關(guān)系，結(jié)晶形態(tài)與光和結(jié)晶形態(tài)的關(guān)系，結(jié)晶形態(tài)與光學(xué)性能之間的關(guān)系學(xué)性能之間的關(guān)系熟悉并掌握聚合物結(jié)晶形態(tài)觀察和熟悉并掌握聚合物結(jié)晶形態(tài)觀察和晶體尺寸的測(cè)定方法晶體尺寸的測(cè)定方法學(xué)會(huì)調(diào)試和使用偏

4、光顯微鏡學(xué)會(huì)調(diào)試和使用偏光顯微鏡實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分7實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 物質(zhì)發(fā)出的光波具有一切可能的振動(dòng)方物質(zhì)發(fā)出的光波具有一切可能的振動(dòng)方向，且各方向振動(dòng)矢量的大小相等，稱向，且各方向振動(dòng)矢量的大小相等，稱為自然光。為自然光。 當(dāng)矢量固定在一個(gè)固定平面內(nèi)只沿一個(gè)當(dāng)矢量固定在一個(gè)固定平面內(nèi)只沿一個(gè)固定方向作振動(dòng)時(shí)，這種光稱為偏振光。固定方向作振動(dòng)時(shí)，這種光稱為偏振光。 偏振光的光矢量振動(dòng)方向和傳播方向所偏振光的光矢量振動(dòng)方向和傳播方向所構(gòu)成的面稱為振動(dòng)面。構(gòu)成的面稱為振動(dòng)面。 8 自然光通過偏振棱鏡或人造偏振片可獲自然光通過偏振棱鏡或人造偏振片可獲得偏振光。利用偏光原理，可對(duì)某些物得偏振光。利用偏

5、光原理，可對(duì)某些物質(zhì)具有的偏光性進(jìn)行觀察的顯微鏡，就質(zhì)具有的偏光性進(jìn)行觀察的顯微鏡，就稱為偏振光顯微鏡。稱為偏振光顯微鏡。 9用偏光顯微鏡研究高分子（聚合物）的結(jié)晶用偏光顯微鏡研究高分子（聚合物）的結(jié)晶形 態(tài) 是 目 前 較 為 簡(jiǎn) 便 而 直 觀 的 方 法 。形 態(tài) 是 目 前 較 為 簡(jiǎn) 便 而 直 觀 的 方 法 。偏光顯微鏡的成像原理與常規(guī)金相顯微鏡基偏光顯微鏡的成像原理與常規(guī)金相顯微鏡基本相似，所不同的是在光路中插入兩個(gè)偏光本相似，所不同的是在光路中插入兩個(gè)偏光鏡。一個(gè)在載物臺(tái)下方，稱為下偏光鏡，用鏡。一個(gè)在載物臺(tái)下方，稱為下偏光鏡，用來產(chǎn)生偏光，故又稱起偏鏡；另一個(gè)在載物來產(chǎn)生偏

6、光，故又稱起偏鏡；另一個(gè)在載物臺(tái)上方的鏡筒內(nèi)，稱為上偏光鏡，它被用來臺(tái)上方的鏡筒內(nèi)，稱為上偏光鏡，它被用來檢查偏光的存在，故又稱檢偏鏡。檢查偏光的存在，故又稱檢偏鏡。凡裝有兩個(gè)偏光鏡，而且使偏振光振動(dòng)方向凡裝有兩個(gè)偏光鏡，而且使偏振光振動(dòng)方向互相垂直的一對(duì)偏光鏡稱為互相垂直的一對(duì)偏光鏡稱為正交偏光顯微鏡。正交偏光顯微鏡。10起偏鏡的作用使入射光分解成振動(dòng)方向互相起偏鏡的作用使入射光分解成振動(dòng)方向互相垂直的兩條線偏振光，其中一條被全反射，垂直的兩條線偏振光，其中一條被全反射，另一條則入射。正交偏光鏡間無樣品或有各另一條則入射。正交偏光鏡間無樣品或有各向同性（立方晶體）的樣品時(shí)，視域完全黑向同性（

7、立方晶體）的樣品時(shí)，視域完全黑暗。暗。當(dāng)有各向異性樣品時(shí)，光波入射時(shí)發(fā)生雙折當(dāng)有各向異性樣品時(shí)，光波入射時(shí)發(fā)生雙折射，再通過偏振光的相互干涉獲得結(jié)晶物的射，再通過偏振光的相互干涉獲得結(jié)晶物的襯度。襯度。 11圖1 XPR-201偏光顯微鏡12 聚丙烯的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)由晶區(qū)和非晶區(qū)兩聚丙烯的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)由晶區(qū)和非晶區(qū)兩部分組成，球晶的尺寸一般在部分組成，球晶的尺寸一般在0.50.5100m100m之間。之間。 由于晶區(qū)和非晶區(qū)的密度和折光率不同，由于晶區(qū)和非晶區(qū)的密度和折光率不同，而且晶區(qū)的尺寸通常大于可見光的波長(zhǎng)而且晶區(qū)的尺寸通常大于可見光的波長(zhǎng)（400400780nm780nm），所以光線通過聚丙

8、烯），所以光線通過聚丙烯時(shí)在兩相的界面上發(fā)生折射和反射，導(dǎo)時(shí)在兩相的界面上發(fā)生折射和反射，導(dǎo)致聚丙烯制品呈現(xiàn)半透明性。致聚丙烯制品呈現(xiàn)半透明性。 13 由于結(jié)晶部分的存在，結(jié)晶聚合物較相由于結(jié)晶部分的存在，結(jié)晶聚合物較相應(yīng)結(jié)構(gòu)的非晶聚合物有更好的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)結(jié)構(gòu)的非晶聚合物有更好的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性。和耐熱性。 近年來，聚丙烯透明化成為新產(chǎn)品開發(fā)近年來，聚丙烯透明化成為新產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)亮點(diǎn)，聚丙烯透明化產(chǎn)品在包裝的一個(gè)亮點(diǎn)，聚丙烯透明化產(chǎn)品在包裝容器、注射器、家庭用品等領(lǐng)域的用量容器、注射器、家庭用品等領(lǐng)域的用量急劇增加。急劇增加。 加入結(jié)晶成核劑是聚丙烯透明化的主要加入結(jié)晶成核劑是聚丙烯透明化的

9、主要改性技術(shù)。改性技術(shù)。14 使用成核劑改進(jìn)聚丙烯透明性的關(guān)鍵是使用成核劑改進(jìn)聚丙烯透明性的關(guān)鍵是減少球晶或晶片的尺寸，讓它小于可見減少球晶或晶片的尺寸，讓它小于可見光的波長(zhǎng)。光的波長(zhǎng)。15 在結(jié)晶聚合物中添加結(jié)晶成核劑，通過在結(jié)晶聚合物中添加結(jié)晶成核劑，通過其異相成核作用，一方面可以提高結(jié)晶其異相成核作用，一方面可以提高結(jié)晶速度，縮短成型周期；速度，縮短成型周期； 另一方面可以增加聚合物的結(jié)晶度，從另一方面可以增加聚合物的結(jié)晶度，從而提高聚丙烯的剛性和耐熱性；而提高聚丙烯的剛性和耐熱性； 最重要的是，加入成核劑大大增加了晶最重要的是，加入成核劑大大增加了晶核密度，導(dǎo)致球晶尺寸明顯降低，聚合核

10、密度，導(dǎo)致球晶尺寸明顯降低，聚合物的透明性得到改善物的透明性得到改善。 16實(shí)驗(yàn)材料和儀器實(shí)驗(yàn)材料和儀器 本實(shí)驗(yàn)使用的原材料為聚丙烯樹脂和含有山梨本實(shí)驗(yàn)使用的原材料為聚丙烯樹脂和含有山梨醇芐類成核劑的聚丙烯母粒。醇芐類成核劑的聚丙烯母粒。主要儀器設(shè)備包括：主要儀器設(shè)備包括：設(shè)備：設(shè)備：帶熱臺(tái)偏光顯微鏡帶熱臺(tái)偏光顯微鏡1套。型號(hào)：套。型號(hào)：XPR-201偏光顯微鏡和帶熱臺(tái)偏光顯微鏡和帶熱臺(tái)XPR201熔點(diǎn)測(cè)定儀熔點(diǎn)測(cè)定儀 器材：器材：載玻片、蓋玻片若干；切刀載玻片、蓋玻片若干；切刀1把；鑷子把；鑷子1個(gè)個(gè) 材料：材料：PP注射試樣，加入成核劑的注射試樣，加入成核劑的PP試樣試樣17實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)

11、容 1聚丙烯與成核劑的混合以及試樣的制備聚丙烯與成核劑的混合以及試樣的制備 將聚丙烯樹脂與成核劑母料接照一定配比均勻混將聚丙烯樹脂與成核劑母料接照一定配比均勻混合，在塑料注塑機(jī)上制成供測(cè)試和表征用的樣品。合，在塑料注塑機(jī)上制成供測(cè)試和表征用的樣品。 18實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2聚丙烯結(jié)晶形態(tài)的分析表征聚丙烯結(jié)晶形態(tài)的分析表征 制備樣品制備樣品使用蓋玻片和載玻片分別將加入成核使用蓋玻片和載玻片分別將加入成核劑前后的聚丙烯樹脂在劑前后的聚丙烯樹脂在230下熔融，壓制成薄膜；下熔融，壓制成薄膜；然后在然后在120的熱臺(tái)上等溫結(jié)晶的熱臺(tái)上等溫結(jié)晶30分鐘，即可制得分鐘，即可制得觀察聚丙烯球晶的樣品。觀察聚

12、丙烯球晶的樣品。將制備好的試樣放在偏光顯微鏡的載物臺(tái)上，選擇將制備好的試樣放在偏光顯微鏡的載物臺(tái)上，選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，觀察并比較加入成核劑前后聚丙適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，觀察并比較加入成核劑前后聚丙烯試樣的球晶形態(tài)和球晶尺寸。烯試樣的球晶形態(tài)和球晶尺寸。 19實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 描述加入成核劑前后聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)及其變化，描述加入成核劑前后聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)及其變化，測(cè)量聚丙烯晶體的大?。粶y(cè)量聚丙烯晶體的大?。挥懻摮珊藙?duì)結(jié)晶形態(tài)和結(jié)晶度的影響，并分析討論成核劑對(duì)結(jié)晶形態(tài)和結(jié)晶度的影響，并分析原因；原因；掌握聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)和性能的關(guān)系。掌握聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)和性能的關(guān)系。 20思考題思考題為

13、什么球晶在偏光顯微鏡下呈黑十字花樣？為什么球晶在偏光顯微鏡下呈黑十字花樣？聚合物結(jié)晶形態(tài)有哪幾種？簡(jiǎn)單描述其特征。聚合物結(jié)晶形態(tài)有哪幾種？簡(jiǎn)單描述其特征。聚合物的球晶是如何生成的？其結(jié)構(gòu)怎樣？聚合物的球晶是如何生成的？其結(jié)構(gòu)怎樣？聚丙烯球晶的有無及其大小對(duì)聚合物的力學(xué)性能有何影響？聚丙烯球晶的有無及其大小對(duì)聚合物的力學(xué)性能有何影響？為什么在觀測(cè)為什么在觀測(cè)PP球晶時(shí)，有時(shí)候看不到黑十字，而只能看到球晶時(shí)，有時(shí)候看不到黑十字，而只能看到許多明暗相間的徑向發(fā)射狀的條紋？許多明暗相間的徑向發(fā)射狀的條紋？對(duì)于普通的偏光顯微鏡，如何將其調(diào)成為正交偏光顯微鏡？對(duì)于普通的偏光顯微鏡，如何將其調(diào)成為正交偏光顯微鏡？冷卻速率（非等溫結(jié)晶）或結(jié)晶溫度（等溫結(jié)晶）對(duì)聚丙烯球冷卻速率（