形貌分析技術在高分子材料中的應用

1、形貌分析技術在高分子材料中的應用高分子材料的形態(tài)結構和性能之間有著密切的關系，為了深人理解高分子材料的組織結構特性并更好地利用它們，必須研究高分子材料的形態(tài)和結構。電子顯微鏡的出現(xiàn)和不斷完善，尤其是近年來電子顯微分析技術的迅速發(fā)展，給高分子材料科學及其工程技術突飛猛進地發(fā)展提供了強有力的分析手段。電子顯微鏡是在物質(zhì)結構研究中給出信息多、分辨本領高的大型分析儀器。本文將著重討論透射電鏡(TEM)在高分子材料研究中的應用。透射電鏡可以用來表

2、征聚合物內(nèi)部結構的形貌。將待測聚合物樣品分別用懸浮液法，噴物法，超聲波分散法等均勻分散到樣品支撐膜表面制膜；或用超薄切片機將高分子聚合物的固態(tài)樣樣品切成50nm薄的試樣。把制備好的試樣置于透射電子顯微鏡的樣品托架上，用TEM可觀察樣品的結構。利用TEM可以觀測高分子聚合物的晶體結構，形狀，結晶相的分布。高分辨率的透射電子顯微鏡可以觀察到高分子聚合物晶的晶體缺陷。1橡膠工業(yè)1.1研究橡膠形態(tài)結構葉林忠[1]等用TEM研究了TPULDPES

3、BS共混材料的結構，結果表明，該共混體系可以形成互穿網(wǎng)絡結構，所以TPUSBS共混體系在一定的共混比和工藝條件下，并不需要添加增容劑就具有適中的工藝相容性，充分發(fā)揮TPU優(yōu)異的耐磨性、耐油性和抗老化性等優(yōu)點來改善SBS的不足。在共混比為103100時，乙炔炭黑用量為22質(zhì)量份可以制得綜合性能優(yōu)良的抗靜電塑性橡膠材料。1.2研究炭黑結構及其在橡膠中的分散李影兵[2]等研究白炭黑在橡膠中的分散形態(tài)時發(fā)現(xiàn)白炭黑在橡膠中以孤立點分布、密聚點群分

4、布、松聚點群分布這3種形式存在，對填充白炭黑的膠片做超薄切片進行透射電鏡觀察，令人振奮地獲得了白炭黑環(huán)式聚集形態(tài)的圖像。由于白炭黑分散顆粒微小，為獲得TEM清晰無干擾的圖像而要求在膠料混煉和電鏡制樣上嚴格控制。本研究采用二階混煉法。，可使白炭黑從填料母膠相遷移至純膠相，從而可能觀察到白炭黑比較理想的分散形態(tài)，稱之為遷移法制樣。一般混煉工藝制樣獲得的丈景象的白炭黑分散形態(tài)圖，白炭黑三難多次聚集總形態(tài)清晰可見，但看不到細節(jié)。通過遷移法制圖像

5、而獲得的白炭黑一次及二次聚集體的特征圖像。是在透射電鏡450000高倍下白炭黑的六元環(huán)式聚集周邊牽引作用而處在多軸拉伸狀態(tài)。當薄膜中存在缺陷或雜質(zhì)等薄弱結構時，由于應力集中而生成了沿垂直極大張力方向擴展的銀紋。在這一過程中相互纏結的聚合物分子線團沿極大張力方向形變伸長而轉(zhuǎn)變成初始銀紋質(zhì)同時銀紋變形時的橫向約束效應使得相鄰銀紋質(zhì)之間生成了空穴?？昭ㄌ幫高^的電子流強度大，在照片上呈現(xiàn)亮點?？昭ǖ男纬墒广y紋體積膨脹，密度和折光指數(shù)下降。在銀紋

6、生長階段，銀紋寬度增加，珠狀空穴相應變成橢圓，同時初始銀紋質(zhì)開始分叉成為更細微的結構。2.2銀紋的成熟成熟階段銀紋的最主要特征是銀紋質(zhì)發(fā)展成為完整的網(wǎng)絡結構。在維系兩銀紋面的主銀紋質(zhì)(即生長階段銀紋質(zhì))之間彼此以更細微的銀紋質(zhì)交叉維系，前者直徑約200一400，后者約50一10。成熟銀紋中唇形空穴的大小、形狀不盡相同，其長度一般在銀紋寬的生一工之間。細小的空穴多數(shù)分布在銀紋界面附近，界面上的本體聚合物2斗約束并限制了主銀紋質(zhì)伸長變形時的

7、橫向收縮，迫使它們分叉并形成更多的細小空穴。主銀紋質(zhì)束在伸長變形時它可能自身分開產(chǎn)生狹長空穴也可能在相鄰銀紋質(zhì)間形成寬度稍大的相間空穴。銀紋質(zhì)網(wǎng)絡分叉點是唇形空穴端點。若把唇形空穴看作銀紋質(zhì)中沿取向方向擴展的“裂紋”，那么這種分叉點事實上是不穩(wěn)定的，在銀紋繼續(xù)變形時，空穴端點還可能向前擴展。在成熟的PS薄膜銀紋的中部有時候見到與銀紋方向平行的一亮條，其寬約占銀紋寬的十分之一。Kramer在Ps的銀紋中發(fā)現(xiàn)到它的存在，其寬約750，稱之為

8、“中間肋條”，并認為是銀紋質(zhì)網(wǎng)絡中分子纏結密度高而鏈密度較低的區(qū)域。我們在剛制成的薄膜銀紋中未見到它，將樣品在室溫下放置幾天以后再觀察時才出現(xiàn)中間肋條。因此它很可能是銀紋質(zhì)中的聚合物分子在張力作用下松弛變形的結果。2.3銀紋的破壞和徽裂紋的形成細微銀紋質(zhì)的斷裂是銀紋破壞的開始。在張力作用下結構薄弱或承載過多的主銀紋質(zhì)有可能首先斷裂，同時它所承受的負載轉(zhuǎn)移給鄰近主銀紋質(zhì)并促成了后者的相繼斷裂。主銀紋質(zhì)的這一連續(xù)斷裂過程類似于有機玻璃中慢裂