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聚丙烯取向β晶生成与工程实现研究

批准号:
51473135
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
陈妍慧
依托单位:
学科分类:
高分子材料加工与成型
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
张卫勤、颜红侠、顾军渭、张宝亮、徐玲、徐家壮、王雯雯、柳引

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项目成果

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中文摘要
β晶是聚丙烯(PP)热动力学亚稳晶型,具有优异韧性、断裂伸长率和成孔特性,只在特定方法下才能生成,其中添加β成核剂是获得大量β晶最有效方法。因β晶在拉伸应力下会向稳定晶型α晶转变,无法使用分子链取向方法获得取向β晶。迄今为止,尚未有实际成型加工下制备大量取向β晶的报道。本项目拟对挤出机口模流道进行设计分两阶段控制含β成核剂的PP结晶过程,实现取向β晶的工程制备,即在β成核剂形成针状晶体后,首先在较高温度下施加强流动场使针状β成核剂晶体取向排列,此时PP分子链也发生取向,然后降低流动场强度且保持较高温度,保存针状β成核剂晶体取向的同时使PP取向分子链诱导生成的α取向晶核解取向,从而可消除α取向晶核对β晶含量的不利影响并诱导大量高度取向β晶生成。本项目拟系统研究流动场下取向β晶的形成,取向β晶工程实现及取向β晶结构与性能关系,为PP制品结构形态调控及在微孔薄膜中的应用提供理论依据与技术指导。
英文摘要
β-crystal is a thermodynamic modification of polypropylene (PP), which exhibits excellent toughness, elongation at break and pore-forming property. β-crystal can only be obtained by specific methods. Among those methods, adding β-nucleating agent is the most efficient way. Since β-crystal will transform into stable α-crystal under stress, it is difficult to prepare oriented β-crystal by orienting the molecular chains upon stretching. Until now, there are no reports about production of plenty oriented β-crystals upon processing. In this project, we plan to design the die tunnel of extruder which can manipulate the crystallization process of PP melt with β-nucleating agent during extrusion in two stages, in order to realize the engineering production of oriented β-crystals. After β-nucleating agent demonstates the needlike state, the first stage is utilizing strong flow field to orient needlike β-nucleating agent crystals and PP molecular chains; while the second stage is making α-oriented row nuclei induced by the oriented PP molecular chains relax under high temperature and weak flow field, but maintain the orientation of needlike β-nucleating agent crystals. Thus, the negative effect of α-oriented row nuclei on the content of oriented β-crystals can be avoided. At the meantime, abundant oriented β-crystals epitaxially grow on the surface of well-oriented needlike β-nucleating agent crystals. In this project, we attempt to systematically investigate the formation of oriented β-crystals under flow field, the engineering fabrication of oriented β-crystals, and relationship between structure and properties of oriented β-crystals. The results are promising to give some valuable theory guidelines and technical supports for manipulating the structures of PP and realizing the application in microporous membrane.
聚丙烯(PP)的β晶型可赋予PP优异的韧性、断裂伸长率和成孔特性,但由于β晶是热动力学亚稳晶型,需在特定条件下才能获得。因此,β晶的形成调控一直是聚丙烯高性能化、多功能化与合金化研究的热点与难点。其中,取向β晶的制备则是难点中的难点。由于β晶的不稳定性,常用的拉伸分子链获得取向晶体的方法会使β晶向α晶转变,无法获得取向β晶。.本项目提出了“同时取向-选择松弛”的两步法,成功实现了成型加工中聚丙烯取向β晶的大量制备,即:先采用适宜的加工温度在聚丙烯熔体中获得针状β成核剂,再施加强流动场使针状β成核剂晶体与聚丙烯分子链取向排列,然后降低流动场强度且保持高温,目的是保存针状β成核剂晶体取向的同时使取向的聚丙烯分子链解取向,消除取向分子链对于取向β晶生成的抑制作用,从而获得大量高度取向β晶。本项目研究了温度场、流动场及时间场等对于取向β晶形成的影响,并调控注塑成型工艺制备出含大量高度取向β晶的聚丙烯注塑制品,并对该制品在拉伸应力下的结构演变进行了系列研究。通过上述工作,揭示了流动场下取向β晶形成规律;协调流动场与β成核剂的共同作用诱导大量取向β晶生成;在注塑成型过程中实现了取向β晶的工程制备,获得了即增强又增韧的注塑制品;阐明了拉伸应力下取向β晶形变机理,即“应力诱导晶体破碎-重结晶”,且重结晶起始点为屈服点。本项目为在聚丙烯中制备大量取向β晶提供新思路和新方法,为聚丙烯制品的结构形态控制提供理论依据,为聚丙烯材料高性能化奠定理论基础,也可为制备锂离子电池用高性能聚丙烯多孔隔膜提供技术指导。项目执行期间在Macromolecules, The Journal of Physical Chemistry B,Polymer等国内外核心期刊及会议上发表学术论文17余篇,SCI收录17篇,EI收录16篇,准备申请发明专利2项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Window of Pressure and Flow To Produce β-Crystals in Isotactic Polypropylene Mixed with β-Nucleating Agent
在与β-成核剂混合的等规聚丙烯中产生β-晶体的压力和流量窗口
DOI: 10.1021/acs.macromol.7b00041
发表时间: 2017-06
期刊: Macromolecules
影响因子: 5.5
作者: [Yang Shu-Gui, Chen Yan-Hui, Deng Bo-Wen, Lei Jun, Li Liangbin, Li Zhong-Ming]
通讯作者: Li Zhong-Ming
DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b01480
发表时间: 2015-04-30
期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
影响因子: 3.3
作者: [Chen, Yan-Hui, Fang, Du-Fei, Li, Zhong-Ming]
通讯作者: Li, Zhong-Ming
Highly anisotropic thermally conductive polyimide composites via the alignment of boron nitride platelets
通过氮化硼片排列的高度各向异性导热聚酰亚胺复合材料
DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.09.104
发表时间: 2019-02-01
期刊: COMPOSITES PART B-ENGINEERING
影响因子: 13.1
作者: [Wang, Haitao, Ding, Dongliang, Zhang, Qiuyu]
通讯作者: Zhang, Qiuyu
DOI: 10.1007/s10118-017-1990-x
发表时间: 2017-06
期刊: Chinese Journal of Polymer Science
影响因子: 4.3
作者: [Yanhui Chen;Hao Yang;Song Yang;Qiuyu Zhang;Zhong‐Ming Li]
通讯作者: Yanhui Chen;Hao Yang;Song Yang;Qiuyu Zhang;Zhong‐Ming Li
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    碳-碳填料界面结合原位强化对硅橡胶复合材料导热与绝缘协同提升机制研究
    • 批准号:
      22378332
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      陈妍慧
    • 依托单位:
    主链含脂肪/脂环聚酰亚胺材料拉伸过程中纳微结构演变机制及性能调控
    • 批准号:
      21978240
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      66.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      陈妍慧
    • 依托单位:
    压力场和流动场同时作用下结晶性聚苯硫醚流体形成多尺度结构研究
    • 批准号:
      21676217
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      70.0万元
    • 批准年份:
      2016
    • 负责人:
      陈妍慧
    • 依托单位:
    流动场下热塑性聚酰亚胺结构形态调控研究
    • 批准号:
      51503170
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      23.0万元
    • 批准年份:
      2015
    • 负责人:
      陈妍慧
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金