聚丙烯的结晶形态与性能 PPT
用偏光显微镜(POM)观察聚合物结晶形态测试过程PPT课件
各向同性物体，不发生双折射，所以没有光从目镜中透出，视野 黑暗；此时与（1）到晶核相同距离处的微晶都处于同样的状态， 故观察到的是一圈黑环。 位置2：此时，光波垂直于b,c面入射，由于nc≠nb，发生双折射，有光 从检偏晶投射出来，视野明亮；同理，以晶核为原点，以（2） 到晶核的距离为半径的圆周上都是明亮的，所以为亮环。 位置3： 重复位置1，为暗环。 在晶片扭曲的方向如此周期性重复，形成明暗交替的消光环。且 螺旋的螺距与同心环间的距离是一致的。
2
自然 光源
起偏 镜P1
偏振光 强度为I0
检偏 镜P2
偏振光 强度为I
两偏振光强度间的关系可用马吕斯定律描述：
I I0cos2α
α为P1，P2间的夹角
当P2∥P1 即α =0，偏振光可顺利通过P2，I=I0； 当P2⊥P1 即α =90，偏振光不能通过P2，I=0。
凡装有两个偏光镜，且其振动方向相互垂直的显微镜就叫做正交偏 光显微镜。
图5 聚丙烯（PP）球晶
8
I A2Si2n2ψห้องสมุดไป่ตู้i2n
2
式中，A为偏振光的振幅，定值； δ 为两束折射光的 相位差，定值；所以， ➢ 当ψ＝(n－1)π/2，光强度I=0，视野黑暗； ➢ ψ＝(2n－1)π/4，I为极大值，视野明亮。 这里，n为正整数。
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用偏光显微镜观察聚合物球晶，在一定条件下，球晶呈现出更复 杂的环状图案，即在特征的黑十字消光图象上还重叠着明暗相间的消 光同性圆环, 这可能是晶片周期性扭转产生的,见图3。
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三、实验仪器和样品
1. 偏光显微镜： SL-100型（NIKON）
2. 2.封闭电炉、控温仪 3. 样品：PE，PP 4. 其他：载玻片，盖玻片，
聚丙烯的结晶形态与性能
实验1 聚丙烯的结晶形态与性能聚丙烯（PP）是性能优良、应用广泛的通用塑料，具有机械性能好、无毒、密度低、耐热、耐化学品、易于加工成型等优点。
但是在聚丙烯的一些实际应用中，经常遇到改善聚丙烯的光学透明性、提高制品的力学性能（刚性和韧性）和耐热性能、缩短加工成型周期等要求。
这些问题涉及到聚合物的结晶速度、结晶形态、以及聚合物结晶结构与力学性能、光学性能、耐热性能之间的关系等高分子物理的基本理论和知识。
本实验采取在聚丙烯中加入成核剂的方法，通过成核剂的异相成核作用，加快聚丙烯的结晶速度，改善结晶形态，进而提高聚丙烯的力学性能、光学性能和耐热性能。
通过该实验，进一步理解聚合物的结晶形态与聚合物宏观物理性能的关系。
一、二、实验目的1．综合运用高分子物理的基本知识分析和理解成核剂与结晶速度和结晶形态的关系，结晶形态与力学性能、热性能、光学性能之间的关系；2．熟悉并掌握聚合物结晶形态观察、结晶速度测定、力学性能测定、耐热性能的测定方法；3．掌握常用高分子科学手册的查阅，正确、规范地书写高分子物理实验报告。
实验原理聚丙烯的聚集态结构由晶区和非晶区两部分组成，而晶区则往往是由称为球晶的多晶聚集体所组成，球晶的尺寸一般在0.5～100μm之间。
由于晶区和非晶区的密度和折光率不同，而且晶区的尺寸通常大于可见光的波长（400～780nm），所以光线通过聚丙烯时在两相的界面上发生折射和反射，导致聚丙烯制品呈现半透明性。
另外，由于结晶部分的存在，结晶聚合物较相应结构的非晶聚合物有更好的机械强度和耐热性。
近年来，聚丙烯透明化成为新产品开发的一个亮点，聚丙烯透明化产品在包装容器、注射器、家庭用品等领域的用量急剧增加。
加入结晶成核剂是聚丙烯透明化的主要改性技术。
使用成核剂改进聚丙烯透明性的关键是减少球晶或晶片的尺寸，让它小于可见光的波长。
在结晶聚合物中添加结晶成核剂，通过其异相成核作用，一方面可以提高结晶速度，缩短成型周期；另一方面可以增加聚合物的结晶度，从而提高聚丙烯的刚性和耐热性；最重要的是，加入成核剂大大增加了晶核密度，导致球晶尺寸明显降低，聚合物的透明性得到改善。
聚丙烯的结构.PPT
此时结晶度对冲击强度的影响占 主要
地位，即结晶度增加，冲击强度 有一
急剧降低区间。MI小，分子量高，使冲
击强度升高，它补偿了因结晶度 的上
升而使冲击强度显著下降的程度，表现
为冲击强度随IIP的增大而缓慢下降。
值得注意的是PP的低温脆性差，在0 10℃内，冲击强度 急剧下降。冲击强度除了受分子量、结晶度、球晶尺寸的 影响外，还与制品的内应力有关，内应力的存在会使冲击 强度降低，因此，制品径退火减少或消除内应力后，能大 幅度提高冲击强度，最后趋于一个稳定值，见表3[46]
6.5MPa 9.2MPa
PP的拉伸屈服强度δy随着表层和剪切层之和的面积分率
Asi的增加而提高，见图20[37,42]。也影响着PP的冲击强度 图21是PP的冲击强度与Asi的关系图[37,42]。表层可以认为 是用特殊方法成形的双轴取向的薄膜，冲击强度随时随 Asi的增加而提高。图中出现最小值是实验误差引起的。
稳定性
耐应力开裂性
对于PP，不同试剂产生应力开裂的方式不一样，如 乙二醇、蓖麻油和表面活性剂是PP强的应力开裂剂；强氧 化性的硫酸、硝酸和铬酸等可能使PP降解而产生应力开裂 在受热受力作用时，PP表面热氧化作用加剧，使分子量下 降而产生应力开裂，这种现象称为热应力脆化。PP比PE 有较好的耐应力开裂性，其分子量越大，耐应力开裂性能 越好。PP共聚物的耐应力开裂性优于均聚物。表 得出了 不同MI的PP在80℃、1％非离子型表面活性剂的溶剂中耐 应力开裂性能。
Table 1 Crystal structure for PP
类型 Ⅰ型 Ⅱ型 混合型 Ⅲ型 Ⅳ型
晶系 单斜 单斜 单斜 六方
六方
生成条件 在134℃以下生成 在138℃以上生成 在138℃附近出现 在128℃以下与Ⅰ型混合出现
聚丙烯-简介-PPT课件
分子量较低时 ： 结晶度
等规度增大
分子量较大时 ： 结晶度不变
.
5
1.4、PP的球晶结构
在PP中易形成大球晶，对性能不利——透明度下降、抗 冲击性能变差
PP球晶结构——偏光显微镜照片
.
6
二、 聚丙烯的性能
2.1、基本性质
❖ 无臭、无味、无毒； ❖ 白色蜡状物质，但比PE透明； ❖ 密度低：0.89-0.91g.cm-3，是最轻的塑料之一； ❖ 容易燃烧。
PP易成型：挤出与注射最常用。
.
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2.8、小结
PP的性能优 势：
较好的耐热性 优异的电绝缘性 优良的耐化学药品性 优异的抗弯曲疲劳性
PP的性能缺 点：
耐老化性差 抗冲击，特别低温冲击性差
.
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三、 聚丙烯的改性
无规共聚
共聚：与
PP
乙烯共聚 嵌段共聚
的
与HDPE共混
增韧、提高耐 寒性；但强度 和耐热性降低
医用消毒器件：注射器、急 救箱等 食品、药品包装和日用品。
轻载的机械、汽车零部件。
优异的耐腐蚀性 优异的电绝缘性
耐热、耐腐蚀的化工管道、 容器、阀门配件等。
电子、电气配件(电信电缆绝
. 缘、电器外壳）。
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4.1、国内聚丙烯市场行情走势分析
.
24
.
25
思考题：
等规度以及分子量对结晶度的影响如何？
.
3
1.2、 PP的三种不同立体构型：
等规PP：结晶度高， 占PP产量的95％。 －塑料
间规PP：结晶度低。 目前产量少。高弹 性热塑性塑料或弹 性体
无规PP：不结晶， 粘稠状物质，不能 用做塑料。
聚丙烯ppt课件
聚丙烯从熔融状态缓慢冷却时所形成的晶体，一般为球晶结构，其形态有 五种类型[35]，见表1 。球晶的类型、大小和结晶度影响着PP材料的性能。球晶 尺寸大、结晶度高，冲击强度和断裂伸长率下降，而硬度、强度与模量则升高。 Ⅰ、Ⅱ及混和型球晶能产生大变形，因此具有较大的屈服伸长率。Ⅲ和Ⅳ型球晶， 在垂直于拉伸方向上易产生开裂，形变小。
As I
图22 PP的S与As I 的关系
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物理性能
PP是所有树脂中最轻的品种之一，密度为0.90 ~ 091 g / cm3 ,仅大于聚4 - 甲基 -1-戊烯。吸水率低，仅为 001～0.04％。PP中晶相与非晶的密度分别为0.94和0.85， 其差值较小，因此与PE相比PP具有较好的透明性，而茂 金属PP（ mPP ）的透明度可达96[45]，能与PET和PS相 媲力美学。性能
聚丙稀
等规聚丙稀，iPP 无规聚丙稀 aPP 间规聚丙稀 SPP，茂金属聚丙稀，mPP
本章主要介绍等规聚丙稀，一般无特殊说明 即指等规聚丙稀。
1
聚丙烯的结构
聚丙烯的结构为 [ CH2―CH (CH3) ] n，主链上碳原子 交替存在着甲基。如果把聚丙烯分子主链拉成平面锯齿形， 则其有规立构构型可表示为图1。
As I
图21 PP的冲击强度与As 的关系
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S（%）
注射成型制品的收缩率不仅是各向异性且具有非均匀性， 它随着取向度的升高而增加，因此,ASI增加收缩率S上升。 图22表示了PP矩形片纵向收缩率S与ASI的关系[42,43]，S随 ASI的升高而增加。
2.6 2.2 1.8 1.4
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
是用特殊方法成形的双轴取向的薄膜，冲击强度随时随 Asi的增加而提高。图中出现最小值是实验误差引起的。
聚丙烯基础知识(2020年整理).pptx
无规聚丙烯分子量小，一般为 3000 至几万，结构不规整，缺乏内聚力，在 室温下是非结晶、微带粒性的蜡状固体。
2．无规共聚物、抗冲共聚物和多元共聚物 丙烯-乙烯无规共聚物：使丙烯和乙烯的混合物聚合，所得聚合物的主链上 无规则地分布着丙烯和乙烯链段，乙烯含量一般为 1%~4%（质量分数），乙烯 抑制丙烯结晶，使无规共聚物结晶度下降，熔点、玻璃化温度、脆化点降低，结 晶速度变慢，材料变软，透明度提高，韧性、耐寒性、冲击强度均较均聚物提高， 主要用于高抗冲击性和韧性制品。 丙烯-乙烯嵌段共聚物：在单一的丙烯聚合后除去未反应的丙烯，再与乙烯 聚合所得产物，通常嵌段共聚体中乙烯含量为 5%~20%（质量分数）。丙烯-乙 烯嵌段共聚物实际是聚乙烯、聚丙烯和末端嵌段共聚物的混合物，这种混合物既 保持了一定程度的刚性，又提高了冲击强度，但透明性和光泽性有所下降。
学海无 涯ຫໍສະໝຸດ 第一章 聚丙烯的结构和性质
第一节 聚丙烯的结构
一、分子结构
由丙烯聚合的高分子化合物，聚合反应中链增长的方式，即下一个单体连接 到分子链上的形式决定了分子链的形状和甲基的空间排列，决定其立构规整度， 进而决定其结晶结构、结晶度、密度及相关的物理机械性能。 1．等规
聚丙烯基础知识.pptx
CH2 C CH2 C CH2 C CH2 C
CH3
H
CH3
H
如果立构中心 D 型和 L 型无规则地连接，甲基无规则地分布在主链平面两
侧，就构成了 aPP：
1
一 寸 光 阴 不 可轻
CH3
CH3
CH2 C CH2 C CH2Hຫໍສະໝຸດ HHCH3
C CH2 C
CH3
H
等规聚丙烯是高结晶的高立体定向性的热塑性树脂，结晶度 60%~70%， 等规度>90%，吸水率 0.01%~0.03%，有高强度、高刚度、高耐磨性、高介电性， 其缺点是不耐低温冲击，不耐气候，静电高。
一 寸 光 阴 不 可轻
第一章 聚丙烯的结构和性质
第一节 聚丙烯的结构
一、分子结构
由丙烯聚合的高分子化合物，聚合反应中链增长的方式，即下一个单体连接 到分子链上的形式决定了分子链的形状和甲基的空间排列，决定其立构规整度， 进而决定其结晶结构、结晶度、密度及相关的物理机械性能。 1．等规
聚丙烯的结构和性能
课题：聚丙烯的结构和性能参考文献：1.纤维化学与物理（蔡再生主编，中国纺织出版社）2.中国纺机网聚丙烯纤维一.聚丙烯纤维的及纺丝聚丙烯的生产过程包括四个主要工序，及丙烯的制备、催化剂的制备、丙烯聚合、聚丙烯的提纯和精处理。
二.聚丙烯纤维形态结构和聚集态结构分子式：聚丙烯纤维由熔体纺丝发制得，一般情况下，纤维截面呈圆形，纵向光滑无条纹。
聚丙烯的机构是由配位聚合得到的头-尾相接的线形结构，其分子中含有甲基，按甲基排列位置分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯，甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯，即是制备聚丙烯纤维的原料。
从等规聚丙烯的分子结构来看，其具有较高的立体规整性，因此比较容易结晶。
等规聚丙烯的结晶是一种有规则的螺旋状链，这种三维的结晶，不仅是单个链的规则结构，而且在链轴的直角方向也具有规则的链堆砌。
等规聚丙烯的结晶形态为球晶结构，最佳结晶温度为125-135℃，温度过高，不易形成晶核，结晶缓慢：温度过低，分子链扩散困难，结晶难以进行。
聚丙烯初生纤维的结晶度约为33%-40%，经拉伸后，结晶度上升到37%-48%，再经过热处理，结晶度可达65%-75%。
等规聚丙烯结晶变体较多，但纺丝拉伸后的晶体主要是α变体。
等规聚丙烯纤维的聚集态结构属于折叠链和伸直链晶体共存的体三.聚丙烯纤维的物理化学性能1..密度：聚丙烯纤维的密度为0.90-0.92g/cm3，在所有化学纤维中是最轻的，它比聚酰胺纤维轻20%比聚酯纤维轻30%，比粘胶纤维轻40%。
因此，聚丙烯纤维质轻，覆盖性好。
2.吸湿性：聚丙烯纤维是大分子上不含极性基因，纤维的微结构紧密，造成其吸湿性是合成纤维中最差的，其吸湿率低于0.03%。
因此，用于衣着时多于吸湿性高的混纺。
高吸湿性聚丙烯纤维,其主要技术特征是,在纤维级聚丙烯中添加一定比例的由聚乙二醇作为改性剂与聚丙稀粉末经高速混合、熔融挤出、造粒制成改性母料,在纺丝时,在纤维级聚丙烯切粒中添加一定比例的改性母料,混合均匀,采用正常的聚丙烯纤维的生产方法制成的纤维。
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• 由于结晶部分的存在，结晶聚合物较相 应结构的非晶聚合物有更好的机械强度 和耐热性。
• 近年来，聚丙烯透明化成为新产品开发 的一个亮点，聚丙烯透明化产品在包装 容器、注射器、家庭用品等领域的用量 急剧增加。
实验部分
实验目的
• 学会分析和理解成核剂与结晶速度 和结晶形态的关系，结晶形态与光 学性能之间的关系
• 熟悉并掌握聚合物结晶形态观察和 晶体尺寸的测定方法
• 学会调试和使用偏光显微镜
实验原理
• 物质发出的光波具有一切可能的振动方 向，且各方向振动矢量的大小相等，称 为自然光。
• 当矢量固定在一个固定平面内只沿一个 固定方向作振动时，这种光称为偏振光。
• 加入结晶成核剂是聚丙烯透明化的主要 改性技术。
• 使用成核剂改进聚丙烯透明性的关键是 减少球晶或晶片的尺寸，让它小于可见 光的波长。
• 在结晶聚合物中添加结晶成核剂，通过 其异相成核作用，一方面可以提高结晶 速度，缩短成型周期；
• 另一方面可以增加聚合物的结晶度，从 而提高聚丙烯的刚性和耐热性；
聚丙烯的结晶形态与性能
知识回顾
几个关键词： • 聚丙烯 • 结晶 • 形态 • 性能
知识回顾
• 聚丙烯（PP）是性能优良、应用广泛的通用塑 料，具有机械性能好、无毒等优点。
• 在实际应用中，有时需要改善PP的透明性、力 学性能（刚性和韧性）和耐热性能、缩短加工 成型周期等要求。
• 本实验采取在PP中加入成核剂的方法，通过成 核剂的异相成核作用，改善结晶形态，提高PP 的相关性能。
• 偏振光的光矢量振动方向和传播方向所 构成的面称为振动面。
• 自然光通过偏振棱镜或人造偏振片可获 得偏振光。利用偏光原理，可对某些物
质具有的偏光性进行观察的显微镜，就 称为偏振光显微镜。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
• 用偏光显微镜研究高分子（聚合物）的结晶形 态是目前较为简便而直观的方法。
• 起偏镜的作用使入射光分解成振动方向互相 垂直的两条线偏振光，其中一条被全反射， 另一条则入射。正交偏光镜间无样品或有各 向同性（立方晶体）的样品时，视域完全黑 暗。
• 当有各向异性样品时，光波入射时发生双折 射，再通过偏振光的相互干涉获得结晶物的 衬度。
图1 XPR-201偏晶区两 部分组成，球晶的尺寸一般在0.5～ 100μm之间。
• 偏光显微镜的成像原理与常规金相显微镜基本 相似，所不同的是在光路中插入两个偏光镜。 一个在载物台下方，称为下偏光镜，用来产生 偏光，故又称起偏镜；另一个在载物台上方的 镜筒内，称为上偏光镜，它被用来检查偏光的 存在，故又称检偏镜。
• 凡装有两个偏光镜，而且使偏振光振动方向互 相垂直的一对偏光镜称为正交偏光显微镜。
实验内容
1．聚丙烯与成核剂的混合以及试样的制备
将聚丙烯树脂与成核剂母料接照一定配比均匀混合， 在塑料注塑机上制成供测试和表征用的样品。
实验内容
2．聚丙烯结晶形态的分析表征
• 制备样品——使用盖玻片和载玻片分别将加入成核 剂前后的聚丙烯树脂在230℃下熔融，压制成薄膜； 然后在120℃的热台上等温结晶30分钟，即可制得 观察聚丙烯球晶的样品。
• 最重要的是，加入成核剂大大增加了晶 核密度，导致球晶尺寸明显降低，聚合 物的透明性得到改善。
实验材料和仪器
• 本实验使用的原材料为聚丙烯树脂和含有山梨 醇苄类成核剂的聚丙烯母粒。
• 主要仪器设备包括：
设备：带热台偏光显微镜1套。型号：XPR-201
偏光显微镜和带热台XPR201熔点测定仪
器材：载玻片、盖玻片若干；切刀1把；镊子1个 材料：PP注射试样，加入成核剂的PP试样
• 将制备好的试样放在偏光显微镜的载物台上，选择 适当的放大倍数，观察并比较加入成核剂前后聚丙 烯试样的球晶形态和球晶尺寸。
实验结果与讨论
1. 描述加入成核剂前后聚丙烯的结晶形态及其变化， 测量聚丙烯晶体的大小；
2. 讨论成核剂对结晶形态和结晶度的影响，并分析 原因；
3. 掌握聚合物的结构形态和性能的关系。
知识回顾
聚合物的结构·性能
• 按照是否能够结晶，聚合物可分为结晶型和 非晶型两种
• 聚合物的结晶过程可分为成核和晶片生长两 步
• 结晶过程中的成核又可以分为均相成核和异 相成核两种
• 聚合物结晶总速率决定于成核速率和晶片生 长速率
知识回顾
聚合物的结构·性能
• 聚合物结构可以分为5个层次 • 聚合物结构决定了性能，性能反映了结构 • 聚合物性能包含一些动态性能和静态性能 • 分子运动是联系聚合物结构、性能的纽带