[论文解读] Crystallinity and Crystallographic Texture in Isotactic Polypropylene during Deformation and Heating

Junhong Jia, Dierk Raabe|ArXiv.org|Nov 14, 2008

Polymer crystallization and properties参考文献 30被引用 5

一句话总结

本研究利用带有面积探测器的X射线衍射技术，研究了等规聚丙烯（iPP）在轧制变形及后续热处理过程中结晶度与晶体学织构的演变。结果表明，轧制通过片晶解离引起显著的非晶化，而轧制后的退火则通过残余片晶上的取向成核驱动再结晶，显著增强了如(010)[001]和[001]//RD等纤维织构组分。

ABSTRACT

The development of the crystallinity and of the crystallographic orientation of isotactic polypropylene (iPP) during rolling deformation and subsequent heat treatment is studied. The experiments are conducted by using X-ray diffraction with an area detector. The evolution of crystallographic orientation is tracked by calculating the pole figures and by applying a quantitative 3D texture component fit method. The rolling orientation after a true strain of -1.5 mainly consists of the (010)[001], (130)[001], and [001]//RD fiber components (RD: rolling direction). The results reveal that the crystallinity drastically decreases during rolling. We suggest that decrystallization (disaggregation) is a deformation mechanism which takes place as a microscopic alternative to crystallographic intralamellar shear depending on the orientation of the lamellae relative to the imposed deformation tensor. Heat treatment after rolling leads to the recrystallization of amorphous material and to a strong enhancement of the fiber orientation component. The recrystallization orientation is explained in terms of an oriented nucleation mechanism where amorphous material aligns along existing crystalline lamellae blocks which prevailed during the preceding deformation.

研究动机与目标

• 理解等规聚丙烯在轧制变形下结晶度与晶体学织构的演变行为。
• 识别iPP塑性变形过程中非晶化的微观机制。
• 研究变形后热处理过程中的再结晶行为与织构发展。
• 确定预先存在的片晶结构在再结晶过程中引导取向成核的作用。
• 采用三维极图分析与织构组分拟合方法定量表征织构演变。

提出的方法

• 利用带有面积探测器的X射线衍射技术，捕捉变形与加热过程中的衍射图样。
• 通过极图重构追踪晶体学取向的演变。
• 采用定量三维织构组分拟合方法识别主导的织构组分。
• 通过轧制施加-1.5的真应变，诱导塑性变形。
• 进行轧制后热处理，促进从非晶区域的再结晶。
• 分析(010)[001]、(130)[001]和[001]//RD等织构组分，评估纤维织构的发展。

实验结果

研究问题

• RQ1 轧制变形如何影响等规聚丙烯的结晶度与晶体学织构？
• RQ2 片晶取向相对于变形张量在触发非晶化过程中起什么作用？
• RQ3 轧制后的热处理如何影响再结晶与织构演变？
• RQ4 变形后退火过程中，结晶结构重新形成的机制是什么？
• RQ5 预先存在的结晶片晶在多大程度上引导新形成晶体的取向？

主要发现

• 在真应变为-1.5的轧制条件下，结晶度急剧下降，表明发生了显著的非晶化。
• 非晶化通过片晶解离发生，作为替代于片内剪切的微观变形机制。
• 轧制后主导的织构由(010)[001]、(130)[001]和[001]//RD纤维组分构成。
• 轧制后退火导致非晶材料的再结晶，并显著增强了纤维织构组分。
• 再结晶通过取向成核机制进行，非晶材料沿残余结晶片晶排列。
• 再结晶过程中的织构演变强烈受变形片晶预先存在的晶体学取向的影响。