一种非平面聚丙烯材料中β晶含量的测试方法与流程

本发明属于聚丙烯材料检测技术领域，具体涉及非平面聚丙烯材料β晶含量的一种测试方法。

背景技术：

聚丙烯（pp）属于半结晶聚合物，其结晶度、晶型、晶型含量以及晶体的结构形态都对宏观性能有很大的影响。聚丙烯在不同的结晶条件下，能够生成多种晶型结构，主要有单斜（α）、六方（β）、三斜（γ）、近晶结构（δ）和拟六方晶等。α晶型是最稳定的，也是目前商业化聚丙烯中最常见的晶型。但由于其冲击强度和热变形温度较低，在一定程度上限制了聚丙烯的使用。β晶型在热力学上属于亚稳态、动力学上不利于生成的晶型。通过添加高效β成核剂等方法可以制得高含量β晶聚丙烯，因其具有良好的抗冲击性能、优异的耐化学腐蚀性和高的热变形温度，可以弥补α晶型聚丙烯的缺陷。随着β晶含量的增加，材料的冲击强度和热变形温度也逐渐提高。制品中形成的β晶含量受加工等条件影响很大，因此，对聚丙烯制品中β晶含量进行测试成为必要。但制品形状各式各样，β晶在受热等过程又容易发生相转变，如何制备合适样品准确测定β晶含量就成为难点。

目前，主要采用以下几种方式测试聚丙烯制品中β晶含量：

（1）dsc法。切取少量试样放入样品皿中，以一定速率开始升温，直到规定温度，然后保持一段时间，以一定速率进行降温，来消除热历史。再以一定速率进行第2次升温。通过dsc曲线分析，分别计算出α、β熔融热焓值，再求得β晶含量。

（2）dsc法。与（1）不同在于，仅一次升温，不消除热历史。

（3）xrd法。挤出成型或模塑成型制备平板，对xrd谱图分析，通过turner-jones公式计算β晶含量。

方法1通过消除热历史实际测试的是材料的β晶结晶能力。

方法2虽能评定预处理前试样的β晶含量，不同升温速率（即不同测试条件）会影响β晶含量。分析过程由于对两峰分离或拟合因所涉及到的影响因素较多，计算结果重现性差，仅是估算值。同时β晶为热力学亚稳态结构，升温过程中难免会发生相转变或重结晶，带来较大系统误差。

方法3通过另外制备样品，无法真实反映产品中β晶含量。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种非平面聚丙烯材料中β晶含量的测试方法。本发明与传统β晶含量测试方法相比，测试不受制品形状限制，含量测定更准确，更能反映制品β晶含量和使用性能。

为实现以上目的，本发明采用如下的技术方案：

由于每一种晶型都具有特定的x射线衍射图谱，谱图中的特征峰强度与样品中该晶型的含量正相关，因此，采用实验的方式可以确定某种晶型的含量与其特征衍射峰的强度之间的正相关关系——k值，进而通过测量样品中特征峰强度而求出β晶含量。

一种非平面聚丙烯材料中β晶含量的测试方法，包括如下步骤：

样品制备方法1：切取聚丙烯管段或样块，利用切片机切割出一个相对平整的平面，再通过（100-300）目、（500-800）目、（1000-2000）目不同目数磨刀石依次打磨（不宜直接打磨，打磨次数不可太多，易发热导致晶相转变），制取出（1-3）cm×（1-3）cm平面。

样品制备方法2：切取聚丙烯管段或样块，通过液氮冷冻研磨机，控制温度-35～-100℃以下进行研磨40min，过筛，保证研磨粉末粒径为1-40μm。

将以上方法制备的试片或粉末置于相应样品架中，采用0.02-10°/min扫描速度测得样品的x射线衍射谱图。去背底确定基线，线形平滑，拟合分峰，测得对应晶型特征峰的峰强度。通过turner-jones公式计算β晶相对含量：

其中，iα(110)、iα(040)和iα(130)分别为α晶的三个最强特征衍射峰α（110）、α（040）和α（130）的强度（高度或面积）；iβ(300)是β晶最强特征衍射峰β（300）的强度（高度或面积）；kβ是β晶的相对含量。

本发明的有益效果在于：

本发明公开了两种制备样品的方法：1.利用切片机切割出一个相对平整的平面，再通过不同目数磨刀石依次打磨，制取出符合试验要求的平面；2.利用液氮冷冻研磨机，保持温度在聚丙烯脆化温度下进行研磨，过筛。这两种制备样品方法目前无人应用于β晶含量测定，该方法能准确反映产品中β晶含量。而β晶含量直接影响产品的使用性能。原有二次升温的dsc法和另行制备平板的xrd法，仅能反映材料形成β晶的能力，无法反映出产品中β晶含量。原有一次升温的dsc法人为因素影响较大，仅能测得β晶大致含量。本发明的测试方法，不受制品形状限制，含量测定更准确，更能反映制品β晶含量和使用性能。

附图说明

图1为实施例1中样品的xrd谱图；

图2为实施例1中处理后的xrd谱图；

图3为实施例2中样品的xrd谱图；

图4为实施例2中处理后的xrd谱图；

图5为对比例中一次升温后的dsc谱图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种非平面聚丙烯材料中β晶含量的测试方法，包括以下步骤：

样品制备方法：从dn25mms2.5β晶型pp-rct管件上切取2cm管段，利用切片机切割出一个相对平整的平面，再通过300目、500目、1000目磨刀石依次打磨（不宜直接打磨，打磨次数不可太多，发热会导致晶相转变），制取出1cm×1cm平面。

通过以上方法，尽量降低了制备过程中产生β→α转变。对制备好的样品采用4°/min扫描速度测得样品的xrd谱图，如图1所示。

利用mdijade软件，扣除背底（减少热慢散射、空气散射、荧光和电子噪音等的影响），线形平滑（减少偶然因素影响），分峰并拟合精修，如图2所示。

根据分峰处理得到的数据，按照turner-jones公式计算制品中β晶相对含量：

其中，iα(110)、iα(040)和iα(130)分别为α晶的三个最强特征衍射峰α（110）、α（040）和α（130）的高度；iβ(300)是β晶最强特征衍射峰β（300）的高度；kβ是β晶的相对含量。

实施例2

一种非平面聚丙烯材料中β晶含量的测试方法，包括以下步骤：

样品制备方法：从dn25mms2.5β晶型pp-rct管件上切取2cm管段，通过液氮冷冻研磨机，控制温度-35℃进行研磨40min，过筛，控制研磨粉末粒径约20μm。

通过以上方法，尽量降低了制备过程中产生β→α转变。对制备好的样品采用4°/min扫描速度测得样品的xrd谱图，如图3所示。

利用mdijade软件，扣除背底（减少热慢散射、空气散射、荧光和电子噪音等的影响），线形平滑（减少偶然因素影响），分峰并拟合精修，如图4所示。

根据分峰处理得到的数据，按照改进的turner-jones公式计算制品中β晶相对含量：

其中，iα(110)、iα(040)和iα(130)分别为α晶的三个最强特征衍射峰α（110）、α（040）和α（130）的高度；iβ(300)是β晶最强特征衍射峰β（300）的高度；kβ是β晶的相对含量。

实施例1、2中kβ有所不同，除了误差外，还可能由于晶体取向造成的结果不同或加工等因素造成的管内外β晶相对含量有些许不同，差异并不明显。

对比例

一次升温的dsc法：直接从dn25mms2.5β晶型pp-rct管件上切取5-10mg样品，放入样品皿中。在氮气气氛下，以20℃/min的速率开始升温至200℃，得到熔融dsc曲线，如图5所示。取基线，并从两峰峰谷处做基线垂线，分别积分求出β晶（低温部分）、α晶（高温部分）和总的熔融峰面积，β晶和总的熔融峰面积比值就是β晶的相对含量，结果β晶的相对含量为61.3。

分析实施例1、2和对比例的检测方法得到的相同样品的β晶相对含量，可知，实施例1、2的β晶相对含量明显高于对比例，这也说明了本发明的样品制备方法很大程度上降低了β晶的相转变，测定的含量更准确，更能反映制品β晶含量和使用性能，且测试不受制品形状限制，。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。