實(shí)驗(yàn)聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)與性能第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六聚丙烯結(jié)晶形態(tài)性能幾個(gè)關(guān)鍵詞：知識(shí)回顧第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六聚丙烯（PP）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)。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要改善PP的透明性、力學(xué)性能（剛性和韌性）和耐熱性能、縮短加工成型周期等要求。本實(shí)驗(yàn)采取在PP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PP的相關(guān)性能。知識(shí)回顧第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六按照是否能夠結(jié)晶，聚合物可分為結(jié)晶型和非晶型兩種聚合物的結(jié)晶過程可分為成核和晶片生長(zhǎng)兩步結(jié)晶過程中的成核又可以分為均相成核和異相成核兩種聚合物結(jié)晶總速率決定于成核速率和晶片生長(zhǎng)速率聚合物的結(jié)構(gòu)·性能知識(shí)回顧第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六聚合物結(jié)構(gòu)可以分為5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)、性能的紐帶聚合物的結(jié)構(gòu)·性能知識(shí)回顧第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

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)觀察和晶體尺寸的測(cè)定方法學(xué)會(huì)調(diào)試和使用偏光顯微鏡實(shí)驗(yàn)部分第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)原理

物質(zhì)發(fā)出的光波具有一切可能的振動(dòng)方向，且各方向振動(dòng)矢量的大小相等，稱為自然光。當(dāng)矢量固定在一個(gè)固定平面內(nèi)只沿一個(gè)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)方向和傳播方向所構(gòu)成的面稱為振動(dòng)面。第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六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。

第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六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。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。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)偏光鏡稱為正交偏光顯微鏡。第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六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，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)，視域完全黑暗。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)晶物的襯度。

第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六圖1XPR-201偏光顯微鏡第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六聚丙烯的聚集態(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0.5～100μm之間。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)（400～780nm），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)致聚丙烯制品呈現(xiàn)半透明性。第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六由于結(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)度和耐熱性。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)品在包裝容器、注射器、家庭用品等領(lǐng)域的用量急劇增加。加入結(jié)晶成核劑是聚丙烯透明化的主要改性技術(shù)。第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六使用成核劑改進(jìn)聚丙烯透明性的關(guān)鍵是減少球晶或晶片的尺寸，讓它小于可見光的波長(zhǎng)。第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六在結(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核密度，導(dǎo)致球晶尺寸明顯降低，聚合物的透明性得到改善。第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六實(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醇芐類成核劑的聚丙烯母粒。主要儀器設(shè)備包括：設(shè)備：帶熱臺(tái)偏光顯微鏡1套。型號(hào)：XPR-201偏光顯微鏡和帶熱臺(tái)XPR201熔點(diǎn)測(cè)定儀器材：載玻片、蓋玻片若干；切刀1把；鑷子1個(gè)材料：PP注射試樣，加入成核劑的PP試樣第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．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合，在塑料注塑機(jī)上制成供測(cè)試和表征用的樣品。

第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2．聚丙烯結(jié)晶形態(tài)的分析表征

制備樣品——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230℃下熔融，壓制成薄膜；然后在120℃的熱臺(tái)上等溫結(jié)晶30分鐘，即可制得觀察聚丙烯球晶的樣品。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。第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六實(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，測(cè)量聚丙烯晶體的大??；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；掌握聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)和性能的關(guān)系。

第19頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六思考題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？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？冷卻速率（非等溫結(jié)晶）或結(jié)晶溫度（等溫