Морфология кристаллизации полимеров является важным мостом, связывающим микроструктуру и макроскопические свойства, определяя механические характеристики полимерных материалов. Несмотря на то, что ранее с помощью рентгеновского рассеяния, растровой электронной микроскопии и поляризационной оптической микроскопии изучались деформационные поведения и микромеханизмы напряжения и деформации морфологии полимерных кристаллов на микро- и мезомасштабах, процесс деформации морфологии кристаллов под действием напряжения с трехмерной точки зрения до сих пор не был четко раскрыт. В настоящем исследовании использовался полимолочная кислота (PLA) в качестве модельного полимера, и при помощи поляризационной оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии и современных оптических методов визуализации были проанализированы эволюция деформации и механизмы разрушения сферокристаллов в процессе растяжения с двух- и трехмерных ракурсов. Исследование показало, что α-сферокристаллы PLA испытывают небольшую внутреннюю деформацию в процессе растяжения, их реакция на нагрузку растяжения заключается главным образом в зарождении трещин, перпендикулярных направлению растяжения, в экваториальной и полярной зонах сферокристаллов; с увеличением напряжения трещины расширяются и распространяются внутрь сферокристаллов; в конечном итоге трещины в полярных зонах пронизывают всю сферокристаллу, вызывая ее хрупкое разрушение. Трехмерный взгляд не только показал рельеф, характеризующий выпуклость участков скилкосферокристаллов, образующихся на поверхности PLA под растяжением, и впадины окружающей аморфной зоны, распределение пустот на границе между сферокристаллами и аморфной зоной около экваториальной плоскости, а также преимущественное зарождение трещин внутри сферокристаллов с поверхности материала, но и количественно выявил закономерности изменения объема трещин и соотношения размеров сферокристаллов и внешнего контура внутренних трещин вдоль направления растяжения и перпендикулярно ему с деформацией. Результаты исследования создали структурную модель эволюции деформации сферокристаллов под растягивающим напряжением, предоставляя теоретическую основу для объяснения механической хрупкости PLA.

Полимолочная кислота; сферокристаллы; трещины; морфология кристаллизации; растягивающая деформация