文献综述
聚合物结构材料具有质轻、电绝缘性、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、强度高等良好的性能，因此高分子聚合物材料将在未来的工业材料里具有重要的应用。高聚物的变形和破坏规律以及结构与性能的关系等课题一直是材料和力学工作者共同关注和研究的问题之一。高分子聚合物的长链特性和特殊的结晶动力学机理，导致在实际应用中广泛存在聚合物的两种基本凝聚态：非晶态和半晶态。非晶态聚合物有两种代表性的结构概念模型：无规线团模型和两相球粒模型。无规线团模型指的是线团分子之间任意相互贯穿和不规则缠结，链段的堆彻结构是无序的。两相球粒模型存在着一定程度的局部有序，其中粒子相有序区，分子链是相互排列的，粒界区由折叠链的弯曲部分、链段、缠结点和连接链组成；而粒间相则有无规线团、低分子物、分子链末端和连接链组成。半晶态结构中包含了无定形区和结晶区，结晶区聚合物链自身反复折叠形成片层状结构，片层结构扩展堆积、最终形成所谓的球晶组织。从纳米级(小于5nm的原子、分子)到中等以上规模的结构(5到50nm的链、片层)再到宏观球晶(500nm)的不同尺度表现不同的特征[1-5]。玻璃态到高弹态的玻璃化温度（Tg），是无定型塑料使用的上限，橡胶使用时的下限温度。从高弹态到黏流态的转变温度称黏流温度（Tf），是聚合物加工成型的重要参数。
当聚合物处于玻璃态时，整个大分子链和链段的运动均被冻结，宏观性质为硬脆、形变小，只呈现一般硬性固体的普弹形变。聚合物处于高弹态时，链段运动高度活跃，表现出高形变能力的高弹性。当线型聚合物在黏流温度以上时，聚合物变为熔融、黏滞的液体，受力可以流动，并兼有弹性和黏流行为，称黏弹性。高弹形变和黏弹性是聚合物特有的力学性能。这些特性均与大分子的多层次结构的大分子链的特殊运动方式以及聚合物的加工有密切的关系。在实际应用中它们广泛的以半晶态结构形式存在。
其他学者通过拉伸、压缩和剪切变形等方式研究了非晶态和半晶态聚合物不同尺度结构与宏观力学行为之间的关系[1]。压缩和剪切实验[2-6]已经证明在单轴变形过程中空洞是一种特殊的变形形式。Hiss通过视频控制研究了常温下不同聚合物的应力应变行为，应变强化模量随着结晶度和缠结密度的增加而增加，揭示聚合物的应力应变与结晶度之间存在关系[7]。Kennedy考察了不同分子量、结晶度和支化程度对应变强化的影响[8、9] 。 Bernard通过实验得到半晶态聚合物拉伸变形的应力应变曲线，主要包含四个阶段：弹性变形、屈服、应变软化和应变强化，重点研究了片层状厚度、结晶度和结晶取相过程对聚合物力学行为的影响[10、11]。在此基础上，Hong和Cheng指出半晶态聚合物的晶区、非晶区、结晶度、分子量、缠结度和环境等因素对力学行为有影响，非晶区对应变强化具有重要影响[12、13、14]。G-sell通过实验发现，在大变形 (塑性变形)下半晶态聚合物的微观结构发生了很大变化,研究了取向试样在冲击和拉伸两种试验条件下的变形行为，发现变形后的聚合物材料具有明显的的各向异性，并且材料的力学性能也发生了很大的变化，对于所研究的聚乙烯，在加载方向延伸链的伸长会引起屈服应力的增加，而垂直于加载方向的层状结构则导致应变硬化，屈服应力和应变硬化的结合导致了均匀的变形。屈服应力和应变硬化的差异也可以解释模压试样冲击韧性的脆塑性转变。发现随着应变硬化的增加，韧性增强最有效[15]。同时，差示扫描量热法(DSC)、测比重术、拉曼光谱学、固态碳原子核磁共振、质子核磁共振、小角X射线散射、小角中子散射和电镜扫描等方法，被应用到观察和记录高分子聚合物的变形行为[16-25]。Andrey Voznyak等以聚乳酸（PLA）和聚1,4-丁二酸丁二醇酯（PBS）为例，探讨了在单螺杆挤出机上采用缝模挤出工艺制备持续的绿色纳米复合材料的可能性。PBS纳米纤维，通过挤压成型，PLA/PBS复合材料通过预先存在的剪切带而被赋予了良好的延展性。拉伸实验表明，挤出PLA和PLA/PBS复合材料的塑性和强度、刚度有了很大的增长[26]。Xavier Sauvage等，选取由铝箔和聚乙烯薄膜夹层材料压制而成的复合材料，采用高压扭转工艺制备了铝-聚乙烯复合材料，并用光学显微镜和扫描电镜对其微观结构进行了表征。实验发现，在变形早期，样品内部的变形不均匀，表面发生了显著的软化。然而，在较大的旋转次数下，变形逐渐到达样品中心，最终材料呈现出超细颗粒的复合结构[27]。A.N. Lachinov等研究了高压扭转（HPT）对聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯和聚二苯酞结构和物理性能的影响，采用了高达6Gpa的准静态压力和高达5的扭转变形进行实验，薄膜厚度在20-300毫米之间，直径约为10毫米。用偏光显微镜研究了样品的结构性质。测量了以下参数：介电常数、电导率、电子顺磁共振等。发现了聚合物的结构转变、化学结构变化等，同时也发生了聚合物结晶度和取向的变化[28]。
低密度聚乙烯（LDPE）是由乙烯在高温高压下以自由基聚合机理聚合而成，是聚乙烯的典型品种之一。LDPE树脂是典型的结晶型聚合物，具有良好的柔韧性、延伸性、电绝缘性、透明性、易加工性和一定的透气性。主要应用于薄膜和片材，其次是涂层、注塑制品、电线电缆等方面[29]。众所周知，链结构对树脂凝聚态结构、加工流动性有直接的影响，链结构表征是结构与性能关系研究中不可或缺的部分[30]。 LDPE中的短链支化含量及其分布影响树脂的结晶行为和使用性能，长支链主要影响粘弹性及熔体流动性能。低密度聚乙烯（LDPE）适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。
当聚合物分子链取向高度有序时，C-C共价键对其强度的影响势必增强。此课题利用聚乙烯良好的塑性加工性能，经过轧制或其他塑性变形方法，在玻璃转变温度以上进行塑性加工，并通过DSC、XRD等分析方法获得加工后材料取向、结晶度等组织变化以及硬度、模量等力学性能变化数据。以初步探索塑性加工方法对高聚物晶化、择优取向及力学性能的影响，并为进一步深化此方向研究作铺垫作用。
参考文献
[1] Sommer J U, Reiter G. Polymer crystallization: observations, concepts and interpretations[M]. Berlin: Springer, 2003.
[2] Strobl G. The physics of polymers[M]. Berlin: Springer, 2007.
[3] Reiter G, Strobl G. Progress in understanding of polymer crystallization[M]. Berlin: Springer, 2007.
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