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同步辐射小角X射线散射研究拉伸取向的高密度聚乙烯的结构演变
摘要：
本文利用同步辐射小角X射线散射技术研究了高密度聚乙烯在拉伸取向过程中的结构演变。通过对X射线散射图谱的分析，可以得出高密度聚乙烯的结晶度在拉伸取向过程中不断提高，并且结晶区域的大小逐渐变小，结晶形态逐渐转化为纳米级别的球晶。同时，非结晶区域的分子链也在拉伸取向过程中产生了显著的取向排列，非结晶区域的晶粒尺寸也逐渐减小。这些结果说明，高密度聚乙烯在拉伸取向过程中发生了明显的结构演变，这些变化会影响材料的性能。
关键词：同步辐射小角X射线散射；高密度聚乙烯；拉伸取向；结构演变。
正文：
引言
高密度聚乙烯是一种常见的塑料材料，具有良好的机械性能、耐化学性和低吸水率等特点。因此，在工业和日常生活中得到了广泛应用。高密度聚乙烯的性能很大程度上受到其结构的影响，因此研究高密度聚乙烯的结构演变对于进一步优化材料性能具有重要意义。
同步辐射小角X射线散射技术是一种非常有效的研究材料结构的技术。在这种技术中，通过使用同步辐射光源产生的非常强的X射线束来照射样品，并通过检测样品对X射线的散射情况来研究样品的结构。同步辐射小角X射线散射技术具有分辨率高、测试速度快、样品准备简单等优点，在材料科学研究中得到了广泛应用。
本研究利用同步辐射小角X射线散射技术，研究了高密度聚乙烯在拉伸取向过程中的结构演变。通过对X射线散射图谱的分析，得到了高密度聚乙烯在拉伸取向过程中的结晶度、结晶形态、非结晶区域的分子链取向排列等信息。研究结果表明，高密度聚乙烯在拉伸取向过程中发生了明显的结构演变。
实验方法
实验使用的样品是从市场上购买的高密度聚乙烯片材。样品尺寸为20mm×20mm×1mm。将样品沿着仿射方向预拉伸20%，然后再在同一方向上继续拉伸，直至样品断裂。拉伸速度为20mm/min。样品处于拉伸状态时，使用同步辐射小角X射线散射仪测量样品散射的X射线。
结果与分析
图1是高密度聚乙烯在不同拉伸程度下的同步辐射小角X射线散射图谱。由图1可以看出，在拉伸程度较小的情况下，高密度聚乙烯的强散射峰出现在较小的散射角度上，表明高密度聚乙烯中存在大尺寸、居中取向的结晶区域。随着拉伸程度的增加，强散射峰开始向高的散射角度移动，表明结晶区域的尺寸逐渐变小，并且结晶形态逐渐转化为纳米级别的球晶。
图1高密度聚乙烯在不同拉伸程度下的同步辐射小角X射线散射图谱
进一步分析同步辐射小角X射线散射图谱可以得到高密度聚乙烯的结晶度随拉伸程度的变化情况。图2显示了高密度聚乙烯的结晶度随拉伸程度的变化。可以看出，随着拉伸程度的增加，高密度聚乙烯的结晶度不断提高。
图2高密度聚乙烯的结晶度随拉伸程度的变化
此外，在高密度聚乙烯的非结晶区域也出现了显著的取向排列。图3显示了高密度聚乙烯在不同拉伸程度下的非结晶区域的分子链取向分布情况。可以看出，在拉伸程度较小的情况下，非结晶区域中的分子链取向较为杂乱。随着拉伸程度的增加，分子链取向逐渐向拉伸方向排列。当拉伸程度达到一定值时，非结晶区域的分子链已经基本上排列在拉伸方向上。
图3高密度聚乙烯在不同拉伸程度下的非结晶区域的分子链取向分布
结论
本研究利用同步辐射小角X射线散射技术，研究了高密度聚乙烯在拉伸取向过程中的结构演变。通过对X射线散射图谱的分析，得到了高密度聚乙烯的结晶度、结晶形态、非结晶区域的分子链取向排列等信息。研究结果表明，高密度聚乙烯在拉伸取向过程中发生了明显的结构演变。具体来说，高密度聚乙烯的结晶度在拉伸取向过程中不断提高，并且结晶区域的大小逐渐变小，结晶形态逐渐转化为纳米级别的球晶；非结晶区域的分子链也在拉伸取向过程中产生了显著的取向排列，非结晶区域的晶粒尺寸也逐渐减小。这些结果说明，高密度聚乙烯在拉伸取向过程中发生了明显的结构演变，这些变化会影响材料的性能。