1、實驗實驗1 聚丙烯的結晶形態與性能聚丙烯的結晶形態與性能 聚丙烯聚丙烯 結晶結晶 形態形態 性能性能幾個關鍵詞：幾個關鍵詞：知識回顧知識回顧 聚丙烯（聚丙烯（pppp）是性能優良、應用廣泛的通用塑）是性能優良、應用廣泛的通用塑料，具有機械性能好、無毒等優點。料，具有機械性能好、無毒等優點。 在實際應用中，有時需要改善在實際應用中，有時需要改善pppp的透明性、力的透明性、力學性能（剛性和韌性）和耐熱性能、縮短加工學性能（剛性和韌性）和耐熱性能、縮短加工成型周期等要求。成型周期等要求。 本實驗采取在本實驗采取在pppp中加入成核劑的方法，通過成中加入成核劑的方法，通過成核劑的異相成核作用，改善結

2、晶形態，提高核劑的異相成核作用，改善結晶形態，提高pppp的相關性能。的相關性能。知識回顧知識回顧按照是否能夠結晶，聚合物可分為結晶型和按照是否能夠結晶，聚合物可分為結晶型和非晶型兩種非晶型兩種聚合物的結晶過程可分為成核和晶片生長兩聚合物的結晶過程可分為成核和晶片生長兩步步結晶過程中的成核又可以分為均相成核和異結晶過程中的成核又可以分為均相成核和異相成核兩種相成核兩種聚合物結晶總速率決定于成核速率和晶片生聚合物結晶總速率決定于成核速率和晶片生長速率長速率聚合物的結構聚合物的結構性能性能知識回顧知識回顧聚合物結構可以分為聚合物結構可以分為5 5個層次個層次聚合物結構決定了性能，性能反映了結構聚合

3、物結構決定了性能，性能反映了結構聚合物性能包含一些動態性能和靜態性能聚合物性能包含一些動態性能和靜態性能分子運動是聯系聚合物結構、性能的紐帶分子運動是聯系聚合物結構、性能的紐帶聚合物的結構聚合物的結構性能性能知識回顧知識回顧實驗目的實驗目的 學會分析和理解成核劑與結晶速度學會分析和理解成核劑與結晶速度和結晶形態的關系，結晶形態與光和結晶形態的關系，結晶形態與光學性能之間的關系學性能之間的關系熟悉并掌握聚合物結晶形態觀察和熟悉并掌握聚合物結晶形態觀察和晶體尺寸的測定方法晶體尺寸的測定方法學會調試和使用偏光顯微鏡學會調試和使用偏光顯微鏡實驗部分實驗部分實驗原理實驗原理 物質發出的光波具有一切可能的

4、振動方物質發出的光波具有一切可能的振動方向，且各方向振動矢量的大小相等，稱向，且各方向振動矢量的大小相等，稱為自然光。為自然光。 當矢量固定在一個固定平面內只沿一個當矢量固定在一個固定平面內只沿一個固定方向作振動時，這種光稱為偏振光。固定方向作振動時，這種光稱為偏振光。 偏振光的光矢量振動方向和傳播方向所偏振光的光矢量振動方向和傳播方向所構成的面稱為振動面。構成的面稱為振動面。 自然光通過偏振棱鏡或人造偏振片可獲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，可對某些物得偏振光。利用偏光原理，可對某些物質具有的偏光性進行觀察的顯微鏡，就質具有的偏光性進行觀察的顯微鏡，就稱為偏振光顯微

5、鏡。稱為偏振光顯微鏡。 用偏光顯微鏡研究高分子（聚合物）的結晶用偏光顯微鏡研究高分子（聚合物）的結晶形 態 是 目 前 較 為 簡 便 而 直 觀 的 方 法 。形 態 是 目 前 較 為 簡 便 而 直 觀 的 方 法 。偏光顯微鏡的成像原理與常規金相顯微鏡基偏光顯微鏡的成像原理與常規金相顯微鏡基本相似，所不同的是在光路中插入兩個偏光本相似，所不同的是在光路中插入兩個偏光鏡。一個在載物臺下方，稱為下偏光鏡，用鏡。一個在載物臺下方，稱為下偏光鏡，用來產生偏光，故又稱起偏鏡；另一個在載物來產生偏光，故又稱起偏鏡；另一個在載物臺上方的鏡筒內，稱為上偏光鏡，它被用來臺上方的鏡筒內，稱為上偏光鏡，它被

6、用來檢查偏光的存在，故又稱檢偏鏡。檢查偏光的存在，故又稱檢偏鏡。凡裝有兩個偏光鏡，而且使偏振光振動方向凡裝有兩個偏光鏡，而且使偏振光振動方向互相垂直的一對偏光鏡稱為互相垂直的一對偏光鏡稱為正交偏光顯微鏡。正交偏光顯微鏡。起偏鏡的作用使入射光分解成振動方向互相起偏鏡的作用使入射光分解成振動方向互相垂直的兩條線偏振光，其中一條被全反射，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，視域完全黑向同性（立方晶體）的樣品時，視域完全黑暗。暗。當有各向異性樣品時，光波入射時發生雙折當有各向異性樣品時，光波入射時

7、發生雙折射，再通過偏振光的相互干涉獲得結晶物的射，再通過偏振光的相互干涉獲得結晶物的襯度。襯度。 圖1 xpr-201偏光顯微鏡 聚丙烯的聚集態結構由晶區和非晶區兩聚丙烯的聚集態結構由晶區和非晶區兩部分組成，球晶的尺寸一般在部分組成，球晶的尺寸一般在0.50.5100m100m之間。之間。 由于晶區和非晶區的密度和折光率不同，由于晶區和非晶區的密度和折光率不同，而且晶區的尺寸通常大于可見光的波長而且晶區的尺寸通常大于可見光的波長（400400780nm780nm），所以光線通過聚丙烯），所以光線通過聚丙烯時在兩相的界面上發生折射和反射，導時在兩相的界面上發生折射和反射，導致聚丙烯制品呈現半透明

8、性。致聚丙烯制品呈現半透明性。 由于結晶部分的存在，結晶聚合物較相由于結晶部分的存在，結晶聚合物較相應結構的非晶聚合物有更好的機械強度應結構的非晶聚合物有更好的機械強度和耐熱性。和耐熱性。 近年來，聚丙烯透明化成為新產品開發近年來，聚丙烯透明化成為新產品開發的一個亮點，聚丙烯透明化產品在包裝的一個亮點，聚丙烯透明化產品在包裝容器、注射器、家庭用品等領域的用量容器、注射器、家庭用品等領域的用量急劇增加。急劇增加。 加入結晶成核劑是聚丙烯透明化的主要加入結晶成核劑是聚丙烯透明化的主要改性技術。改性技術。 使用成核劑改進聚丙烯透明性的關鍵是使用成核劑改進聚丙烯透明性的關鍵是減少球晶或晶片的尺寸，讓它

9、小于可見減少球晶或晶片的尺寸，讓它小于可見光的波長。光的波長。 在結晶聚合物中添加結晶成核劑，通過在結晶聚合物中添加結晶成核劑，通過其異相成核作用，一方面可以提高結晶其異相成核作用，一方面可以提高結晶速度，縮短成型周期；速度，縮短成型周期； 另一方面可以增加聚合物的結晶度，從另一方面可以增加聚合物的結晶度，從而提高聚丙烯的剛性和耐熱性；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最重要的是，加入成核劑大大增加了晶核密度，導致球晶尺寸明顯降低，聚合核密度，導致球晶尺寸明顯降低，聚合物的透明性得到改善物的透明性得到改善。 實驗材料和儀器實驗材料和儀器 本實驗使用的原材料為聚丙烯

10、樹脂和含有山梨本實驗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。醇芐類成核劑的聚丙烯母粒。主要儀器設備包括：主要儀器設備包括：設備：設備：帶熱臺偏光顯微鏡帶熱臺偏光顯微鏡1套。型號：套。型號：xpr-201偏光顯微鏡和帶熱臺偏光顯微鏡和帶熱臺xpr201熔點測定儀熔點測定儀 器材：器材：載玻片、蓋玻片若干；切刀載玻片、蓋玻片若干；切刀1把；鑷子把；鑷子1個個 材料：材料：pp注射試樣，加入成核劑的注射試樣，加入成核劑的pp試樣試樣實驗內容實驗內容 1聚丙烯與成核劑的混合以及試樣的制備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將聚丙烯樹脂與成核

11、劑母料接照一定配比均勻混合，在塑料注塑機上制成供測試和表征用的樣品。合，在塑料注塑機上制成供測試和表征用的樣品。 實驗內容實驗內容 2聚丙烯結晶形態的分析表征聚丙烯結晶形態的分析表征 制備樣品制備樣品使用蓋玻片和載玻片分別將加入成核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劑前后的聚丙烯樹脂在230下熔融，壓制成薄膜；下熔融，壓制成薄膜；然后在然后在120的熱臺上等溫結晶的熱臺上等溫結晶30分鐘，即可制得分鐘，即可制得觀察聚丙烯球晶的樣品。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上，選擇將制備好的試樣放在偏光顯微鏡的載物臺上，選擇適當的放大倍數，觀察并比較加入成核劑

12、前后聚丙適當的放大倍數，觀察并比較加入成核劑前后聚丙烯試樣的球晶形態和球晶尺寸。烯試樣的球晶形態和球晶尺寸。 實驗結果與討論實驗結果與討論 描述加入成核劑前后聚丙烯的結晶形態及其變化，描述加入成核劑前后聚丙烯的結晶形態及其變化，測量聚丙烯晶體的大小；測量聚丙烯晶體的大小；討論成核劑對結晶形態和結晶度的影響，并分析討論成核劑對結晶形態和結晶度的影響，并分析原因；原因；掌握聚合物的結構形態和性能的關系。掌握聚合物的結構形態和性能的關系。 思考題思考題為什么球晶在偏光顯微鏡下呈黑十字花樣？為什么球晶在偏光顯微鏡下呈黑十字花樣？聚合物結晶形態有哪幾種？簡單描述其特征。聚合物結晶形態有哪幾種？簡單描述其特征。聚合物的球晶是如何生成的？其結構怎樣？聚合物的球晶是如何生成的？其結構怎樣？聚丙烯球晶的有無及其大小對聚合物的力學性能有何影響？聚丙烯球晶的有無及其大小對聚合物的力學性能有何影響？為什么在觀測為什么在觀測pp球晶時，有時候看不到黑十字，而只能看到球晶時，有時候看不到黑十字，而只能看到許多明暗相間的徑向發射狀的條紋？許多明暗相間的徑向發射狀的條紋？對于普通的偏光顯微鏡，如何將其調成為正交偏光顯微鏡？對于普通的偏光顯微鏡，如何將其調成為正交偏光顯微鏡？冷卻速率（非等溫結晶）或結晶溫度（等溫結晶）對聚丙烯球冷卻速率（非等溫結