Die Kristallisationsmorphologie von Polymeren ist eine wichtige Brücke zwischen der mikroskopischen Struktur und den makroskopischen Eigenschaften und bestimmt die mechanischen Eigenschaften polymerer Materialien. Obwohl frühere Studien Röntgenstreutechniken, Rasterelektronenmikroskopie und Polarisationsmikroskopie verwendeten, um das Verformungsverhalten und die mikroskopischen Mechanismen von Spannung und Dehnung der Kristallmorphologie von Polymeren auf Mikro- und Mesoebene zu untersuchen, wurde der Verformungsprozess der Kristallmorphologie unter Spannung aus einer dreidimensionalen Perspektive noch nicht klar enthüllt. Diese Studie verwendet Polymilchsäure (PLA) als Polymermodell und kombiniert Polarisationsmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und fortschrittliche optische Bildgebungstechnologien, um die Verformungsevolution und Bruchmechanismen von Sphärolithen während des Dehnprozesses aus zwei- und dreidimensionaler Sicht zu analysieren. Die Studie ergab, dass PLA α-Sphärolithe während des gesamten Dehnvorgangs eine geringe intrinsische Verformung aufweisen; ihre Reaktion auf Zugbelastung besteht hauptsächlich darin, dass Risse senkrecht zur Zugrichtung in der Äquatorregion und an den Polen der Sphärolithe entstehen; mit zunehmendem Stress weiten sich die Risse allmählich aus und breiten sich ins Innere des Sphäroliths aus; schließlich durchziehen die Risse in den Polregionen den gesamten Sphärolith und führen zu seinem spröden Bruch. Die dreidimensionale Perspektive zeigt nicht nur die Erhebung der durch Zug induzierten Sphärolithbereiche auf der Oberfläche des PLA-Materials sowie die Senken der umliegenden amorphen Regionen, die Verteilung von Hohlräumen an der Grenzfläche zwischen Sphärolithen und amorphen Bereichen in der Nähe der Äquatorebene sowie das bevorzugte Entstehen von Rissen innerhalb der Sphärolithe aus der Materialoberfläche, sondern offenbart auch quantitativ die Gesetzmäßigkeiten der Volumenänderung von Rissen sowie das Größenverhältnis von Sphärolithen und äußerem Konturverlauf interner Risse entlang der Zugrichtung und senkrecht dazu in Abhängigkeit von der Dehnung. Die Forschungsergebnisse entwickelten ein strukturelles Evolutionsmodell der Verformung von Sphärolithen unter Zugspannung und bieten eine theoretische Grundlage zur Erklärung der mechanischen Sprödigkeit von PLA.

Polymilchsäure; Sphärolithe; Risse; Kristallmorphologie; Zugdehnung