模拉等规聚丙烯微观结构演变机制
发布时间：2024-02-15 20:53
模拉作为一种新兴的固态加工手段,已经成功地应用于多种半结晶高分子材料的成型加工。但多年来其在材料上的应用主要基于大规模的经验试错,缺乏对模拉过程中材料微观结构的解析及模拉理论的推导。对于高分子制品而言,其宏观性能的表现源于其微观结构的组成。于此,理解材料在模拉过程中的形变机理,对于定向调控模拉材料的微观结构及宏观性能有着至关重要的作用。我们选用等规聚丙烯（iPP）为实验对象,X射线技术为表征手段,用以探究材料于模拉过程中,模具、模拉温度,模拉速度等参数对其微观结构形成的影响,借此理解材料的塑性形变及空洞化行为,进而建立模拉过程中材料的形变机理。同时,通过定向制备具有特定微观结构的模拉样品,以揭示模拉样品的力学性能与其微观结构间的联系,为模拉技术的发展及高性能高分子产品的制备提供更广泛的理论基础。本论文主要涉及以下内容:1.模具是模拉有别于其它固态加工手段的核心所在。在以往的文献报道中,基于模具内样品宏观尺寸变化的理论模拟,推导出了模拉过程中模具内存在力场分布的结论,但缺乏从材料微观结构解析方面证实该力场的存在。我们将不同形变条件下模拉后的等规聚丙烯样品进行切割,再借助广角X射线衍射（W...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１几种常见的固态加工方式
?第１章文献综述???到的形变量。??爾?释??＾?梦一＾．??一＾篸??＾??Ｍ?ｍ??［ａ）?Ｔｅｍｉｔｅ?ｔｅｓｔ??ｊ??＜？？？？？?．Ｍｔｔｕｕｃ?ｗｗｉｗｉ－??＿?Ｉ………．?ｊ?ｊ??厂?Ｉ?［一」￣Ｉ—ｊ—??ＣＸＩ?ｂａｔｈ?４ｉｉ２＾??（ｂ）?Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｆＨｏｎｎｗｔ?ｄｒａｗｉｎｇ?｛＾＞ｌｊ，）??ｐ?ｈ?ＴＺ?［?ｌ?—??ＵＭ??｛ｃ）?Ｈｙｄｒｏｓｔｏｔａｃ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?（ｗｉｔｈ?ｈｏｕｌｏｔｆ?ａｓｓｉｓｔｓ?ｒｘｓ?ｉｆ／＂，＞〇｝??图１．１几种常见的固态加工方式。（ａ）自由拉伸，（ｂ）连续拉丝（ｃ）固态挤出。??根据以上种种加工技术的优缺点，Ｗａｒｄ和Ｃｏａｔｅｓ提出了如图１．２所示的模??拉手段。样品在外力Ｆ的作用下从加热的腔体和模具中拉出。在Ａ－Ａ处样品紧??贴模具壁，随着模拉进行，样品会逐渐成颈并在Ｂ－Ｂ处脱离模具壁，只在外力的??作用下继续被拉伸出来。相比于其他加工方式，模拉有着多种优点，例如形变量??越大时，加工速率越快，而且样品不会在模具口处出现反常膨胀现象。设备构造??简单，并极具被改造为连续大批量生产加工方式的可能性。??图１．２模拉模具内样品形变示意图。??４??
???Ｃｏａｔｅｓ和Ｗａｒｄ首先系统地对比了样品在相同条件下通过挤出和模拉两种方??式形变时所经历的应力－形变量－应变速率的曲线［７］，并在之后的工作中将自由拉??伸的相应结果也纳入了考虑范围［３３］。相比于挤出和自由拉伸，样品在模拉过程中??会经历较为理想的形变路径，达到相似形变量时，模拉所需应力较小，更符合实??际生产的需求，同时也赋予了它适应更多材料的潜能。??Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ?—；??＼?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?雄??Ｉ?＼＼加产—??ｊｊ?＾?／?／?Ｘ／??图１．３相同条件下，样品在挤出，自由拉伸和模拉过程中所经历的应力－形变量??－应变速率路径。??与挤出类似，模拉样品在模具内部的受力并不均匀。Ｗａｒｄ团队首先利用受??力平衡的方法和ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ准则，分析了沿拉伸方向样品在模具内部的受力情况，??并且分析预测的结果和真实实验中样品的行为一致［４｜］。之后，他们又利用有限元??分析的方法探索了模拉过程中应变和应变速率在整个样品上的分布情况［４２］。他??们发现，对于圆锥形的模具来说，应变速率从模具入口处开始逐渐增大，并在模??具出口处达到顶峰。??经过多年的蓬勃发展，越来越多的材料，例如聚丙烯，聚乙烯，聚甲醛。聚??醚醚酮，聚乳酸等，都被成功地证明能够利用模拉方式来进行加工［Ｍ３］。在此过??程中，积累了大量的拉伸比和样品模量的实验数据，使得通过模拉定向调节样品??的最终性能成为一种可能。除了加工材料适用性广，模拉技术也可以制备多种形??状的样品，大到建筑用的板材、管材，小到医疗用的导管、骨钉都可以通过模拉??的方式成功制备［１，３３］。??但模拉的发展一直是基于大量的实验数据以及经验
【参考文献】：
期刊论文
[1]Initiation, Development and Stabilization of Cavities during Tensile Deformation of Semicrystalline Polymers[J]. Ying Lu,Yong-Feng Men. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(10)
[2]Deformation Temperature and Lamellar Thickness Dependency of FormⅠto Form Ⅲ Phase Transition in Syndiotactic Polypropylene during Tensile Stretching[J]. Ying Lu,Ying-ying Sun,Ran Chen,Xiu-hong Li,门永锋. Chinese Journal of Polymer Science. 2014(09)
[3]Process structuring of polymers by solid phase orientation processing[J]. COATES P.D.,CATON-ROSE P.,WARD I.M.,THOMPSON G.. Science China（Chemistry）. 2013(08)
本文编号：3279195
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１几种常见的固态加工方式
?第１章文献综述???到的形变量。??爾?释??＾?梦一＾．??一＾篸??＾??Ｍ?ｍ??［ａ）?Ｔｅｍｉｔｅ?ｔｅｓｔ??ｊ??＜？？？？？?．Ｍｔｔｕｕｃ?ｗｗｉｗｉ－??＿?Ｉ………．?ｊ?ｊ??厂?Ｉ?［一」￣Ｉ—ｊ—??ＣＸＩ?ｂａｔｈ?４ｉｉ２＾??（ｂ）?Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｆＨｏｎｎｗｔ?ｄｒａｗｉｎｇ?｛＾＞ｌｊ，）??ｐ?ｈ?ＴＺ?［?ｌ?—??ＵＭ??｛ｃ）?Ｈｙｄｒｏｓｔｏｔａｃ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?（ｗｉｔｈ?ｈｏｕｌｏｔｆ?ａｓｓｉｓｔｓ?ｒｘｓ?ｉｆ／＂，＞〇｝??图１．１几种常见的固态加工方式。（ａ）自由拉伸，（ｂ）连续拉丝（ｃ）固态挤出。??根据以上种种加工技术的优缺点，Ｗａｒｄ和Ｃｏａｔｅｓ提出了如图１．２所示的模??拉手段。样品在外力Ｆ的作用下从加热的腔体和模具中拉出。在Ａ－Ａ处样品紧??贴模具壁，随着模拉进行，样品会逐渐成颈并在Ｂ－Ｂ处脱离模具壁，只在外力的??作用下继续被拉伸出来。相比于其他加工方式，模拉有着多种优点，例如形变量??越大时，加工速率越快，而且样品不会在模具口处出现反常膨胀现象。设备构造??简单，并极具被改造为连续大批量生产加工方式的可能性。??图１．２模拉模具内样品形变示意图。??４??
???Ｃｏａｔｅｓ和Ｗａｒｄ首先系统地对比了样品在相同条件下通过挤出和模拉两种方??式形变时所经历的应力－形变量－应变速率的曲线［７］，并在之后的工作中将自由拉??伸的相应结果也纳入了考虑范围［３３］。相比于挤出和自由拉伸，样品在模拉过程中??会经历较为理想的形变路径，达到相似形变量时，模拉所需应力较小，更符合实??际生产的需求，同时也赋予了它适应更多材料的潜能。??Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ?—；??＼?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?雄??Ｉ?＼＼加产—??ｊｊ?＾?／?／?Ｘ／??图１．３相同条件下，样品在挤出，自由拉伸和模拉过程中所经历的应力－形变量??－应变速率路径。??与挤出类似，模拉样品在模具内部的受力并不均匀。Ｗａｒｄ团队首先利用受??力平衡的方法和ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ准则，分析了沿拉伸方向样品在模具内部的受力情况，??并且分析预测的结果和真实实验中样品的行为一致［４｜］。之后，他们又利用有限元??分析的方法探索了模拉过程中应变和应变速率在整个样品上的分布情况［４２］。他??们发现，对于圆锥形的模具来说，应变速率从模具入口处开始逐渐增大，并在模??具出口处达到顶峰。??经过多年的蓬勃发展，越来越多的材料，例如聚丙烯，聚乙烯，聚甲醛。聚??醚醚酮，聚乳酸等，都被成功地证明能够利用模拉方式来进行加工［Ｍ３］。在此过??程中，积累了大量的拉伸比和样品模量的实验数据，使得通过模拉定向调节样品??的最终性能成为一种可能。除了加工材料适用性广，模拉技术也可以制备多种形??状的样品，大到建筑用的板材、管材，小到医疗用的导管、骨钉都可以通过模拉??的方式成功制备［１，３３］。??但模拉的发展一直是基于大量的实验数据以及经验
【参考文献】：
期刊论文
[1]Initiation, Development and Stabilization of Cavities during Tensile Deformation of Semicrystalline Polymers[J]. Ying Lu,Yong-Feng Men. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(10)
[2]Deformation Temperature and Lamellar Thickness Dependency of FormⅠto Form Ⅲ Phase Transition in Syndiotactic Polypropylene during Tensile Stretching[J]. Ying Lu,Ying-ying Sun,Ran Chen,Xiu-hong Li,门永锋. Chinese Journal of Polymer Science. 2014(09)
[3]Process structuring of polymers by solid phase orientation processing[J]. COATES P.D.,CATON-ROSE P.,WARD I.M.,THOMPSON G.. Science China（Chemistry）. 2013(08)
本文编号：3279195
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