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高分子聚合物在成为最终制品前都要经受各种各样的加工流动过程,流动过程通过使高分子链取向甚至拉伸来影响聚合物结晶过程,表现在加速结晶动力学、改变晶体形态(从球晶变为串晶)、诱导生成新晶型等方面,从而影响高分子制品的最终使用性能。流动场诱导高分子结晶被认为是调控高分子制品最终使用性能的一个重要手段。因此正确理解流动场诱导高分子结晶的分子机理对指导工业加工具有非常重要的意义。
流变学和结晶学被认为是高分子加工的两个重要分支,而流动场诱导高分子结晶可以将这两个分支很好的桥接起来,过去人们研究流动场诱导高分子结晶主要将目光和研究重点都放在结晶方面,而忽视了流变方面。实际上,流动场控制高分子链的流动和构象分布,从而影响高分子结晶,因此,研究流变学方面对理解流动场诱导高分子结晶是非常重要的。
Doi和Edwards于上世纪70年代提出的管道理论(tube theory)在流变学领域占据主导地位,其高分子链在其它链组成的管道里通过曲线扩散进行链松弛,并预测了真应力—应变速率曲线存在一个极大值和剪切熔体的不稳定性。然而后期的二十年实验并未发现这一现象,因此很多高分子科学家对原始管道理论进行了修正,将真应力—应变速率曲线修正为单调递增曲线。21世纪初期,王十庆教授采用粒子示踪技术发现了shear-banding和非静态松弛等现象,这些现象并不能简单的用管道理论来解释,王十庆教授提出了三力模型来对新现象进行解释。不同的流变行为在流动场诱导高分子结晶上应该有所反映,因此可以通过研究流动场诱导高分子结晶来鉴别不同流变学理论。
本研究主要做了两部分工作:第一部分是装置的研制,即温度跳变伸展流变仪的研制,包括装置的设计、加工、装配、调试和使用以及与之配套的双通道温度控制器的研制。第二部分是结合伸展流变仪和X射线散射原位研究应变对流动场诱导高分子结晶的影响,主要关注屈服点的影响,发现在屈服点,解缠结会降低流动场诱导高分子成核速率。