球晶尺度对α-iPP高温屈服行为的影响

王岩旭，陈少鹏，吴桐*，傅强**

       拉伸是生产具有各种功能的商业聚合物膜的最广泛使用的方法。在拉伸过程中，人们可以通过控制前体膜的结晶形态和工艺参数，制备得到特定的微观结构以满足不同应用领域的需求。双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜就是其中典型的代表。BOPP薄膜每年的消耗量超过600万吨，在双向拉伸薄膜市场中占最大份额（约65%），广泛用于包装、成像和电气等领域。然而，由于α晶型等规聚丙烯（α-iPP）独特的交叉互锁结构，其形变过程与常见的聚烯烃有很大不同，因此研究α-iPP的形变机制具有重要意义。

       本工作在不同过冷条件下制备得到了熔点和结晶度相同，而球晶尺寸和子片晶含量随着结晶过程中过冷度的降低而显著增加的iPP前体膜。我们系统地研究了三种iPP前体膜在高温拉伸过程中的屈服机理。结果表明，屈服应力随拉伸温度的变化表明了三种形变机制，分别为球晶间形变、球晶内形变和混合形变。此外，屈服机制的转变温度（60℃）与iPP中α2松弛（标志晶块内的链扩散被激活）密切相关。球晶间形变和球晶内形变之间的竞争不仅取决于球晶结构，还取决于拉伸温度。较大的球晶尺寸、较多的子片晶和较低的拉伸温度是引起球晶间形变的主要因素。此外，我们还得到了混合形变中球晶间形变的贡献与拉伸温度之间的定量关系。这项工作有望为制备具有所需结构和功能的iPP薄膜提供指导。

图1. iPP前体膜的DMA曲线: (a) 储能模量; (b) 损耗模量; (c) 损耗角正切; 不同样品的损耗角正切高斯拟合曲线: (d) PP-0; (e) PP-90; (f) PP-135.

图2. 不同拉伸温度下拉伸后iPP的照片，拉伸方向为水平方向

图3. iPP前体膜在不同拉伸温度下的应力应变曲线: (a) PP-0; (b) PP-90; (c)PP-135; 屈服强度随拉伸温度的变化: (d) PP-0; (e)PP-90; (f) PP-135.

图4. 不同拉伸温度下iPP前体膜屈服时的SEM照片

图5. 具有不同晶体结构的α-iPP不同拉伸温度下屈服机理的差异，拉伸方向为竖直方向

  相关成果以“Yielding behavior of isotactic polypropylene at elevated temperature understood at the spherulite level”为题发表在期刊《Polymer》上，四川大学高分子学院硕士研究生王岩旭为本文的第一作者，通讯作者为四川大学高分子研究所吴桐副研究员与高分子学院傅强教授。衷心感谢国家自然科学基金（52273037，52003168）和高分子材料工程国家重点实验室（sklpme2022-3-16）的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.polymer.2023.126150