與普通球晶相比，在聚合物中生成串晶可以提高聚合物的力學性能。根據串晶的形成機理，長鏈具有更長的松馳時間，在取向后松馳較慢，因此通過向聚合物中加入長鏈可以促進串晶形成，從而進一步提高聚合物的力學強度。然而，聚合物長鏈的結構對取向和松馳有很大影響，進而影響流動誘導串晶形成，因此研究長鏈結構對串晶形成以及對最終力學性能的影響具有重要意義，研究成果可為聚合物高性能化加工提供指導。
基于上述背景，四川大學高分子科學與工程學院李忠明教授和雷軍教授課題組采用高密度聚乙烯(HDPE牌號2911，scPE)為基體，分別加入兩種超高分子量聚乙烯(UHMWPE，線性lcPE和支鏈bcPE)作為長鏈聚合物以促進串晶結構形成，并利用振動剪切注塑成型技術制備試樣，研究了長鏈結構對串晶及最終力學性能的影響。從圖1所示的二維寬角X射線衍射(2D-WAXD)結果可以看出，兩種長鏈在常規注塑或振動剪切注塑成型條件下都可以促進串晶形成。有趣且有意義的是，與bcPE相比，lcPE在試樣的芯層中促進了更多串晶形成，分子鏈的取向度也更高(表1)，說明lcPE比bcPE具有更強的促進作用。從2D-WAXD結果計算得到的結晶度(圖2)表明，兩種長鏈都可以促進結晶，提高試樣的結晶度。
圖1. 2D-WAXD結果. 衍射圖案上面的數字表示與試樣表面的距離, 流動方向是豎直方向. 名稱以“C-”開頭的試樣表示常規注塑(CIM)試樣，以“O-”開頭的試樣表示振動剪切注塑(OSIM)試樣
通過紫外光譜中偶氮苯特征吸收峰的變化可以證明，經過10 μmol/L和20 μmol/L Ama的處理后，表面多肽含量分別降低了20%和40%。在紫外光照的輔助下多肽脫離效率更高，5 min紫外光照結合20 μmol/L Ama的處理，可使多肽脫離達到70% (圖2)。
圖2. OSIM試樣結晶度與位置之間的關系
從掃描電鏡圖(SEM) (圖3和4)可以清晰看出試樣的晶體形態。從晶體取向和晶體形態看，其結果與WAXD數據基本相符，進一步證明兩種長鏈皆可以促進取向晶體(串晶)形成，且lcPE比bcPE有更好的促進作用。
長鏈和振動注塑成型促進了串晶形成和結晶度增加，反映在力學性能上是拉伸強度和模量的提高(圖5)。
鄧璐鋒是該論文的第一作者，雷軍教授和唐建華教授為共同通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(No. 51533004, 51773135和21878194)的資助。
該工作即將發表于Chinese Journal of Polymer Science。
論文鏈接https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-020-2397-7
