振荡剪切对聚乳酸熔体状态及结晶行为的影响

摘要

结晶性聚合物制品的性能与加工过程中所形成晶体的结构与形态密切相关。研究加工过程中外场作用下熔体状态的演变及结晶行为对于调控聚合物制品的聚集态结构、改善制品性能具有重要意义。与稳态剪切相比，大幅度振荡剪切能够诱导聚合物熔体形成更为丰富的结构，并且可以利用小幅度振荡剪切表征聚合物后续的整个结晶过程，有助于研究流动对晶体生长的影响机制，一直是聚合物加工中的研究热点。本文主要研究振荡剪切条件对聚乳酸（PLA）熔体状态的改变以及具有不同熔体结构的 PLA的结晶行为，主要工作如下：
　　1.首先研究了实验用原料 PLA（4032D，NatureWorks）的基本流变性质，计算了不同温度下的零剪切粘度及松弛时间，拟合出了 PLA的非牛顿指数 n和黏流活化能 Ea，计算了 PLA的缠结分子量 Me。
　　2.通过研究不同大幅度振荡剪切过程中及剪切后熔体模量随时间的变化，分析了振荡剪切条件（温度、应变、周期、频率）对 PLA熔体状态的影响，主要结论如下：(1) PLA熔体的线性粘弹区间随温度的升高而增大；(2)剪切过程中储能模量下降先快后慢最后趋于稳定；(3)储能模量的相对变化随剪切温度的升高而减小，且高温下恢复较快；(4)储能模量的相对变化随剪切应变的增加而增大，高应变下熔体在更低的水平下达到平衡状态；(5)剪切前期，储能模量的相对变化随频率的增大而增加，但最终的储能模量水平差别不是很大。
　　3.通过将不同大幅度振荡剪切后的 PLA熔体降到结晶温度，表征相对储能模量随时间的变化，研究了不同状态 PLA熔体的结晶行为，主要结论如下：(1)振荡剪切对 PLA结晶的促进作用随剪切温度的升高而减小；(2)当剪切应变大于临界剪切应变时，振荡剪切才能够对 PLA的结晶行为起到明显的促进作用；(3)振荡剪切对 PLA结晶动力学的促进作用随剪切周期的增加而增强；(4)在一定剪切周期范围内，频率能够对 PLA的结晶行为造成差异；(5)振荡剪切对 PLA结晶的促进作用随松弛时间的延长而减弱。

目录

声明

1 绪论

1.1 聚乳酸（PLA）概述

1.2 聚乳酸的结晶行为

1.3 聚合物流变学基础

1.4 流变实验中常用的剪切方法

1.5 聚合物分子链间的缠结

1.6 本文研究的主要目的与意义

2 实验原料及设备

2.1 实验原料及流变样品制备

2.2 实验设备介绍

3 聚乳酸（PLA）流变学性质的测量与表征

3.1 PLA 的玻璃化温度、熔融温度及结晶度

3.2 PLA 的非牛顿指数及黏流活化能

3.3 PLA 在不同温度下线性粘弹性参数

3.4 利用 van Gurp–Palmen (vGP) 作图法计算平台模量

3.5 本章小结

4 振荡剪切对聚乳酸 (PLA) 熔体状态的影响

4.1 试验方法

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

5 熔体状态对 PLA 结晶行为的影响

5.1 试验方法介绍

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢