增压对聚丙烯/多壁碳纳米管复合材料结晶行为的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.10.016

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (10): 117-124.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.10.016

• 高分子功能改性与极端服役应用 • 上一篇下一篇

增压对聚丙烯/多壁碳纳米管复合材料结晶行为的影响

李贞印¹^,²(), 张效琳¹^,², 魏聪¹^,², 施智勇¹^,², 邵春光¹^,²()

^1.郑州大学材料成型及模具技术教育部重点实验室，郑州 450002
^2.橡塑模具国家工程研究中心，郑州 450002

收稿日期:2023-06-08 出版日期:2023-10-26 发布日期:2023-10-23
通讯作者: 邵春光（1982-），男，教授，从事高分子加工过程中的物理问题研究，shaochg@zzu.edu.cn
E-mail:liming20210420@163.com;shaochg@zzu.edu.cn
作者简介:李贞印(1997-)，男，硕士研究生，主要从事聚合物高压结晶研究，liming20210420@163.com
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(52273027)

Effect of pressurization on crystallization behavior of iPP/MWCNTs melts

LI Zhenyin¹^,²(), ZHANG Xiaolin¹^,², WEI Cong¹^,², SHI Zhiyong¹^,², SHAO Chunguang¹^,²()

^1.Key Laboratory of Materials Processing and Mold （Zhengzhou University），Ministry of Education，Zhengzhou 450002，China
^2.National Engineering Research Center for Advanced，Zhengzhou 450002，China

Received:2023-06-08 Online:2023-10-26 Published:2023-10-23
Contact: SHAO Chunguang E-mail:liming20210420@163.com;shaochg@zzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

利用广角X射线衍射仪和差示扫描热仪研究了不同增压速率、不同增压温度下等规聚丙烯/多壁碳纳米管（iPP/MWCNTs ）复合材料的结晶行为。结果表明，慢速增压条件下（1 MPa/s），增压温度较低时有利于α⁃iPP的生成，增压温度越高越有利于γ⁃iPP的生成，且慢速增压条件下MWCNTs对iPP的结晶具有诱导作用，制备的γ⁃iPP较稳定，在升温过程中不会发生熔融重结晶现象；快速增压条件下（200 MPa/s），较低的增压温度就能够制备出纯的γ⁃iPP，但MWCNTs的存在使iPP的熔体黏度增大，阻碍分子链运动，不利于晶体生长，形成的γ晶结构完善性较差，在升温过程中会发生熔融重结晶，增压温度较高时，快速增压能够制备出亚稳态中间相iPP。对比发现，增压速率和熔体记忆效应的协同作用共同决定了复合材料中iPP的结晶结构，慢速增压条件下熔体记忆效应对iPP的结晶结构影响较大，增压速率升高后，熔体记忆效应对其结晶行为的影响减弱。

关键词: 等规聚丙烯, 多壁碳纳米管, 增压速率, 熔体记忆效应, 结晶结构

Abstract:

The crystallization behavior of isotactic polypropylene （iPP）/multi⁃walled carbon nanotubes （MWCNTs） composites at different pressurization rates and temperatures was studied by using wide angle X⁃ray diffractometer （WAXD） and differential scanning calorimetry （DSC）. The results indicated that a lower temperature was advantageous to the formation of α⁃iPP under the condition of low pressurization rate （1 MPa/s）， but a higher temperature was more conducive to γ⁃iPP. MWCNTs could induce the crystallization of iPP. The formed γ⁃iPP has a stable structure and cannot recrystallize during the heating process. Pure γ⁃iPP could be prepared at a lower pressurization temperature under the condition of a high pressurization rate （200 MPa/s）. However， the presence of MWCNTs resulted in an increase in the viscosity of iPP melt and hindered the movement of its molecular chains， which was disadvantageous to crystal growth. The γ⁃iPP crystal was formed in a poor structural perfection， and it was unstable and tended to recrystallize during the heating process. Therefore， the metastable mesophase iPP can be prepared at a higher pressurization temperature. The crystalline structure of iPP was determined by the synergistic effect of pressurization rate and melt memory effectiveness. At a low pressurization rate， melt memory effect generated a greater impact on the crystallization structure of the composite， and this effect weakened with an increase in the pressurization rate.

Key words: isotactic polypropylene, multi?walled carbon nanotube, pressurization rate, melt memory effect, crystalline structure

中图分类号:

TQ325.1⁺4

李贞印, 张效琳, 魏聪, 施智勇, 邵春光. 增压对聚丙烯/多壁碳纳米管复合材料结晶行为的影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(10): 117-124.

LI Zhenyin, ZHANG Xiaolin, WEI Cong, SHI Zhiyong, SHAO Chunguang. Effect of pressurization on crystallization behavior of iPP/MWCNTs melts[J]. China Plastics, 2023, 37(10): 117-124.

图/表 7

图1 样品的制备方法

Fig.1 Sample preparation method

图2 iPP/MWCNTs的初始结构

Fig.2 Initial structure of iPP /MWCNTs

图3 iPP/MWCNTs的熔融结晶温度及在不同温度下的熔体记忆效应

Fig.3 Melt crystallization temperature of iPP/MWCNTs and their melt memory effect at different temperature

图4 慢速增压制备的iPP/MWCNTs的WAXD检测

Fig.4 WAXD characterization of iPP/MWCNTs prepared by slow pressurization

图5 慢速增压制备的iPP/MWCNTs的熔融行为检测

Fig.5 The melting behavior characterization of iPP/MWCNTs prepared by slow pressurization

图6 快速增压制备的iPP/MWCNTs的WAXD检测

Fig.6 WAXD characterization of iPP/MWCNTs prepared by fast pressing

图7 快速增压制备的iPP/MWCNTs的熔融行为检测

Fig.7 The melting behavior characterization of iPP/MWCNTs prepared by fast pressing

参考文献 24

1	FU X B， JIA W X， LI X T， et al. Phase transitions of the rapid‐compression‐induced mesomorphic isotactic polypropylene under high‐pressure annealing［J］. Journal of Polymer Science Part B： Polymer Physics， 2019， 57（11）：651⁃661.
2	HUANG J J， FU X B， SHAO C G， et al. High⁃pressure induced formation of isotactic polypropylene mesophase： Synergistic effect of pressure and pressurization rate［J］. Polymer Engineering & Science， 2019， 59（3）：439⁃446.
3	MEZGHANI K， PHILLIPS P J. The γ⁃phase of high molecular weight isotactic polypropylene： Ⅲ. The equilibrium melting point and the phase diagram［J］. Polymer， 1998， 39（16）：3 735⁃3 744.
4	徐明锟，林嘉翔，张效琳，等. 变速增压法制备的聚丙烯晶体结构与热性能［J］. 高压物理学报， 2022， 36（5）：051103⁃1⁃051103⁃8.
	XU M K， LIN J X， ZHANG X L， et al. Crystal structure and thermal properties of polypropylene prepared by variable speed pressurization［J］. Chinese Journal of High Pressure Physics， 2022， 36（5）：051103⁃1⁃051103⁃8.
5	YANG S G， MA Z， LEI J， et al. A criterion for flow⁃induced oriented crystals in isotactic polypropylene under pressure［J］. Macromolecule Rapid Communications， 2017， 38（23）：1700407⁃1700413.
6	张勤星，李倩，王利霞，等. 压力场对等规聚丙烯结晶行为的影响［J］. 高分子材料科学与工程， 2012， 28（5）：92⁃95.
	ZHANG Q X， LI Q， WANG L X， et al. The effect of pressure field on crystallization of isotactic polypropylene［J］. Polymer Materials Science And Engineering， 2012， 28（5）：92⁃95.
7	SANGRONIZ L， CAVALLO D， MÜLLER A J. Self⁃nucleation effects on polymer crystallization［J］. Macromolecules， 2020， 53（12）：4 581⁃4 604.
8	张予东，廖颖玲，高芸，等. 共聚甲醛的自成核结晶行为［J］. 中国塑料， 2016， 30（9）：14⁃20.
	ZHANG Y D， LIAO Y L， GAO Y， et al. Effectof self nucleation process on crystallization behavior of polyxymethylene［J］. Chinaplastics， 2016， 30（9）：14⁃20.
9	ZHENG Y R， ZHANG J， SUN X L， et al. Crystal structure regulation of ferroelectric poly（vinylidene fluoride） via controlled melt⁃recrystallization［J］. Industrial & Engineering Chemistry Research， 2017， 56（15）：4 580⁃4 587.
10	Hu D D， YE S B， YU F， et al. Further understanding on the three domains of isotactic polypropylene by investigating the crystalline morphologies evolution after treatment at different domains［J］. Chinese Journal of Polymer Science， 2016， 34（3）：344⁃358.
11	LI X， WANG L L， WANG D J， et al. Competition between chain extension and crosslinking in polyamide 1012 during high⁃temperature thermal treatments as revealed by successive self⁃nucleation and annealing fractionation［J］. Macromolecules， 2021， 54（16）：7 552⁃7 563.
12	袁洪跃，蒋晶，刘宪虎，等.聚丙烯/纳米碳纤维复合材料微孔注射成型加工与性能研究［J］. 中国塑料， 2019， 33（1）：59⁃64.
	HUANG H Y， JIANG J， LIU X H， et al. Study on preparation and properties of polypropylene/carbon nanofiber composites by mircocellular injection molding［J］. China Plastics， 2019， 33（1）：59⁃64.
13	袁洪跃，金章勇，蒋晶，等. 聚丙烯/碳纳米管微孔注塑发泡行为及力学性能［J］. 中国塑料， 2020， 34（6）：20⁃26.
	YUAN H Y， JIN Z Y， JIANG J， et al. Microcellular injection foaming behaviors and mechanical properties of polypropylene/carbon nanotubes composites［J］. China Plastics， 2020， 34（6）：20⁃26.
14	Li X T， Jia W X， Dong B B， et al. Structure and mechanical properties of multi⁃walled carbon nanotubes⁃filled isotactic polypropylene composites treated by pressurization at different rates［J］. Polymers， 2019， 11（8）：1 294⁃1 307.
15	黄静静. 增压过程对iPP以及CNTs/iPP纳米复合材料结晶行为的影响［D］.郑州：郑州大学， 2018.
16	CARMELI E， KANDIOLLER G， GAHLEITNER M， et al. Continuous cooling curve diagrams of isotactic⁃polypropylene/polyethylene blends： mutual nucleating effects under fast cooling conditions［J］. Macromolecules， 2021， 54（10）：4 834⁃4 846.
17	BIKIARIS D. Microstructure and properties of polypropylene/carbon nanotube nanocomposites［J］. Materials， 2010， 3（4）：2 884⁃2 946.
18	FILLON B， WITTMANN J C， LOTZ B， et al. Self⁃nucleation and recrystallization of isotactic polypropylene （α phase） investigated by differential scanning calorimetry［J］. Journal of Polymer Science Part B： Polymer Physics， 1993， 31（10）：1 383⁃1 393.
19	AGARWAL P K， SOMANI R H， WENG W Q， et al. Shear⁃induced crystallization in novel long chain branched polypropylenes by in situ rheo⁃saxs and ⁃waxd［J］. Macromolecules， 2003， 36（14）：5 226⁃5 235.
20	RUNGSWANG W， JARUMANEEROJ C， PATTHAMASANG S， et al. Influences of tacticity and molecular weight on crystallization kinetic and crystal morphology under isothermal crystallization： evidence of tapering in lamellar width［J］. Polymer， 2019， 172：41⁃51.
21	CARMELI E， FENNI S E， CAPUTO M R， et al. Surface nucleation of dispersed polyethylene droplets in immiscible blends revealed by polypropylene matrix self⁃nucleation［J］. Macromolecules， 2021， 54（19）：9 100⁃9 112.
22	AURIEMMA F， De R C. Crystallization of metallocene⁃made isotactic polypropylene： disordered modifications intermediate between the α and γ forms［J］. Macromolecules， 2002， 35（24）：9 057⁃9 068.
23	傅强，黄锐. γ晶型聚丙烯及其转变［J］. 高分子材料科学与工程， 1999， 15（4）：70⁃72.
	FU Q， HUANG Y. γ⁃α Solid⁃Solid phase transition of polypropylene［J］. Polymer Materials Science And Engineering， 1999， 15（4）：70⁃72.
24	WUNDERLICH B， GREBOWICZ J. Thermotropic mesophases and mesophase transitions of linear， flexible macromolecules［J］. Advances In Polymer Science， 1984， 60（1）：1⁃59.

[1]	李贞印张效琳魏聪施智勇邵春光. 增压对聚丙烯/多壁碳纳米管复合材料结晶行为的影响[J]. , 2023, 37(10): 117-124.
[2]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[3]	李波, 龚军, 金学义, 孟晓宇. 碳纳米管改性方法对聚酰胺11性能影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 61-66.
[4]	张泽文, 朱恩赐, 张熙祥, 魏丽娟, 赵世成. 两种羧酸盐成核剂的制备及其对聚丙烯的成核效果研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 100-107.
[5]	周丹砚, 黄汉雄. 基于导电涂层微结构TPU柔性传感器的制备和性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 1-6.
[6]	欧亚明, 刘澄, 高吉成. 搅拌摩擦加工制备MWCNTs增强PE-HD的结构与性能研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(05): 31-35 .
[7]	冷金华, 覃清泉, 罗敏, 云腾, 于翔, 何波兵. 等规聚丙烯增强β改性无规共聚聚丙烯的结晶能力[J]. 中国塑料, 2017, 31(02): 56-64 .
[8]	杨伟霞, 邹威, 杜中杰, 励杭泉, 张晨. 浓乳液模板法制备导电聚苯乙烯泡沫材料[J]. 中国塑料, 2016, 30(04): 35-39 .
[9]	徐翔民, 张豫徽, 李宾杰, 张予东. POM/GF-MWCNTs复合材料的制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2016, 30(04): 76-82 .
[10]	申慧雁, 王彦鸿, 曹莉, 苏志强. 等规聚丙烯与液晶成核剂的共混改性研究[J]. 中国塑料, 2015, 29(03): 26-32 .
[11]	王志, 雷卓研, 张晓玲, 杨甜甜, 徐艳英. 聚醚醚酮/多壁碳纳米管复合材料力学及阻燃性能研究[J]. 中国塑料, 2014, 28(11): 42-46 .
[12]	姜昌泉, 赵世成, 王菲, 石尧麒, 辛忠. 新型高效聚丙烯β晶型成核剂[J]. 中国塑料, 2014, 28(06): 93-97 .
[13]	李海艳, 吕志平, 吴冉, 孙建, 吴怡康. 新型α-成核剂的制备及其对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2014, 28(05): 91-96 .
[14]	马玉杰辛明亮许凯陈鸣才. β晶型含量与其晶体形态对等规聚丙烯韧性的共同作用[J]. 中国塑料, 2013, 27(06): 23-27 .
[15]	何征齐暑华张欣欣邱华史金铃. 高导电聚苯胺/多壁碳纳米管复合材料的制备与电性能研究[J]. 中国塑料, 2013, 27(05): 44-48 .

增压对聚丙烯/多壁碳纳米管复合材料结晶行为的影响

Effect of pressurization on crystallization behavior of iPP/MWCNTs melts

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 24

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价