一、前言
聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）是以其聚合級(jí)單體為原料，通過均聚或共聚生成的熱塑性塑料，其抗形變能力中等，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、色料等添加劑組成。
PE、PP按其結(jié)構(gòu)屬于結(jié)晶型聚合物，結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶度受到多種因素影響，如結(jié)晶溫度、冷卻速率、晶核密度等。如圖1所示，結(jié)晶型聚合物內(nèi)部一般會(huì)存在結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)，結(jié)晶區(qū)部分的大分子鏈按一定規(guī)律形成三維有序排列（這里指的大分子鏈排列規(guī)律可以是折疊鏈、螺旋鏈，也可以是伸直鏈。），無定形區(qū)的大分子鏈形成無序排列。結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶包括兩個(gè)基本步驟，即晶核的形成和晶粒的生長(zhǎng)，在晶核形成和晶粒增長(zhǎng)兩個(gè)過程中，如圖2所示，溫度對(duì)結(jié)晶過程的影響為：在Tg與Tm之間，溫度對(duì)結(jié)晶速度的影響為一拋物線變化，當(dāng)溫度T在圖中Ⅲ 范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶速度最大。因此在PE、PP XRD試片制備過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件，尤其壓塑操作程序和各項(xiàng)條件實(shí)驗(yàn)（詳見GB/T 9352、GB/T 2918、GB/T 1034），避免因不規(guī)范操作導(dǎo)致樣品結(jié)晶度分析數(shù)據(jù)異常，影響測(cè)定的準(zhǔn)確度即重復(fù)性和再現(xiàn)性。
圖 1 結(jié)晶型聚合物示意圖
圖 2 結(jié)晶型聚合物結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系
結(jié)晶型聚合物結(jié)晶度計(jì)算相比于一般無機(jī)物結(jié)晶度計(jì)算更加特殊，這是由結(jié)晶型聚合物特殊結(jié)構(gòu)所致，需在其結(jié)晶度計(jì)算公式中額外引入一個(gè)校正因子k，結(jié)晶型聚合物結(jié)晶度計(jì)算公式見式（1）。
式（1）中：
WC,X為結(jié)晶度、Ici為結(jié)晶峰的峰面積、Fci為結(jié)晶峰的校正因子、Ia為非晶散射峰的峰面積、Fa為非晶散射峰的校正因子、k為2θ 5°～35°范圍內(nèi)結(jié)晶峰的峰面積之和與試樣所有結(jié)晶峰的峰面積之和的比值（k＜1.00）。
在PE、PP的化工生產(chǎn)過程中，結(jié)晶度的變化直接影響產(chǎn)品的各項(xiàng)性能，如力學(xué)性能、熱性能、密度和光學(xué)性質(zhì)等，進(jìn)一步影響材料的質(zhì)量和用途。所以，結(jié)晶度是評(píng)價(jià)PE、PP聚合工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，需要簡(jiǎn)便、快速、精密、準(zhǔn)確的XRD對(duì)PE、PP的結(jié)晶度進(jìn)行監(jiān)控。為此，全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)石化塑料樹脂產(chǎn)品分會(huì)特別制定了石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《塑料 結(jié)晶度的測(cè)定 X射線衍射法（SH/T 1827-2019）》。針對(duì)該應(yīng)用，蘇州浪聲科學(xué)儀器有限公司研發(fā)出桌面式界FRINGE型XRD，采用該儀器和SH/T 1827-2019行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)收集到的制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用的2種PE和3種PP試片進(jìn)行了結(jié)晶度測(cè)定，試驗(yàn)證明：分析數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；性價(jià)比高、精密準(zhǔn)確的桌面式界FRINGE型XRD能夠滿足SH/T 1827-2019行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)XRD儀器和分析技術(shù)的所有要求，故桌面式界FRINGE型XRD可在石化生產(chǎn)行業(yè)推廣應(yīng)用，必將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會(huì)效益。
二、實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器
圖 3 界FRINGE型X射線衍射儀
2.2 儀器工作條件
2.3 采用標(biāo)準(zhǔn)
按照下述標(biāo)準(zhǔn)，采用壓片法制樣：
GB ∕ T 1845.2塑料聚乙烯（PE）模塑和擠出材料 第2部分:試樣制備和性能測(cè)定；
GB ∕ T 2546.2塑料聚丙烯（PP）模塑和擠出材料 第2部分:試樣制備和性能測(cè)定。
三、結(jié)果與討論
(1)PE（MDPE）樣品#PHA010303 結(jié)晶度WC,X=57.67%
圖 4. PE樣品#PHA010303分峰擬合圖
(2)PE（HDPE）樣品#PHA010305 結(jié)晶度WC,X=71.07%
圖 5. PE樣品#PHA010305分峰擬合圖
(3)PP（α晶型）樣品#PHA010307 結(jié)晶度WC,X=50.01%
圖 6. PP樣品#PHA010307分峰擬合圖
(4)PP（α晶型）樣品#PHA010309 結(jié)晶度WC,X=50.63%
圖 7. PP樣品#PHA010309分峰擬合圖
(5)PP（β晶型）樣品#PHA010313 結(jié)晶度WC,X=81.08%
圖 8. PP樣品#PHA010313分峰擬合圖
通過對(duì)獲取的XRD原始分析數(shù)據(jù)進(jìn)行解析， PHA010303和PHA010305為兩種PE，其結(jié)晶度分別為57.67%和71.07%；PHA010307和PHA010309為α晶型PP，其結(jié)晶度分別為50.01%、50.63%；PHA010313為β晶型PP（含α晶型PP雜晶），結(jié)晶度為81.08%。
通過與石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 1827-2019中五種PE和PP結(jié)晶度的實(shí)驗(yàn)室間精密度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（見表2）可知：PHA010313試樣的結(jié)晶度數(shù)據(jù)（最大）與標(biāo)準(zhǔn)給出的標(biāo)稱值一致；其余試樣的結(jié)晶度數(shù)據(jù)均大于標(biāo)準(zhǔn)給定的平均值，屬于正偏差，但并未超出各自數(shù)據(jù)范圍的上限。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，得知塑料在放置時(shí)間較長(zhǎng)或受光輻照等條件下會(huì)發(fā)生自然老化，導(dǎo)致結(jié)晶度上升。上述試驗(yàn)結(jié)果證明：浪聲桌面式界FRINGE型XRD所獲取的X-射線衍射原始數(shù)據(jù)是精密、準(zhǔn)確的，能夠滿足SH/T 1827-2019行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)XRD儀器等分析技術(shù)的所有要求。
四、結(jié)論
浪聲桌面式界FRINGE XRD能夠滿足PE、PP結(jié)晶度測(cè)定的儀器分析所有技術(shù)要求，試樣測(cè)試和計(jì)算簡(jiǎn)便、快速；分析數(shù)據(jù)精密、準(zhǔn)確。在正確制樣條件下，所獲測(cè)試結(jié)果與PE、PP結(jié)晶度的標(biāo)稱值相符。浪聲FRINGE適用于聚合工藝及其產(chǎn)品的質(zhì)量控制，該儀器具有較高的性價(jià)比，可廣泛應(yīng)用于塑料生產(chǎn)及其產(chǎn)品的后加工行業(yè)。
