一、前言

聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）是以其聚合级单体为原料，通过均聚或共聚生成的热塑性塑料，其抗形变能力中等，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成。

PE、PP按其结构属于结晶型聚合物，结晶型聚合物的结晶度受到多种因素影响，如结晶温度、冷却速率、晶核密度等。如图1所示，结晶型聚合物内部一般会存在结晶区和无定形区，结晶区部分的大分子链按一定规律形成三维有序排列（这里指的大分子链排列规律可以是折叠链、螺旋链，也可以是伸直链。），无定形区的大分子链形成无序排列。结晶型聚合物的结晶包括两个基本步骤，即晶核的形成和晶粒的生长，在晶核形成和晶粒增长两个过程中，如图2所示，温度对结晶过程的影响为：在T_g与T_m之间，温度对结晶速度的影响为一抛物线变化，当温度T在图中Ⅲ 范围内时，结晶型聚合物的结晶速度最大。因此在PE、PP XRD试片制备过程中必须严格执行相关的国家标准规定的各项实验条件，尤其压塑操作程序和各项条件实验（详见GB/T  9352、GB/T 2918、GB/T 1034），避免因不规范操作导致样品结晶度分析数据异常，影响测定的准确度即重复性和再现性。

图 1 结晶型聚合物示意图

图 2 结晶型聚合物结晶速度与温度的关系

结晶型聚合物结晶度计算相比于一般无机物结晶度计算更加特殊，这是由结晶型聚合物特殊结构所致，需在其结晶度计算公式中额外引入一个校正因子k，结晶型聚合物结晶度计算公式见式（1）。

式（1）中：

W_C,X为结晶度、I_ci为结晶峰的峰面积、F_ci为结晶峰的校正因子、I_a为非晶散射峰的峰面积、F_a为非晶散射峰的校正因子、k为2θ  5°～35°范围内结晶峰的峰面积之和与试样所有结晶峰的峰面积之和的比值（k＜1.00）。

在PE、PP的化工生产过程中，结晶度的变化直接影响产品的各项性能，如力学性能、热性能、密度和光学性质等，进一步影响材料的质量和用途。所以，结晶度是评价PE、PP聚合工艺和产品质量的一项重要指标，需要简便、快速、精密、准确的XRD对PE、PP的结晶度进行监控。为此，全国塑料标准化技术委员会石化塑料树脂产品分会特别制定了石化行业标准《塑料 结晶度的测定 X射线衍射法（SH/T 1827-2019）》。针对该应用，苏州浪声科学仪器有限公司研发出桌面式界FRINGE型XRD，采用该仪器和SH/T 1827-2019行业标准，对收集到的制定行业标准用的2种PE和3种PP试片进行了结晶度测定，试验证明：分析数据符合标准规定；性价比高、精密准确的桌面式界FRINGE型XRD能够满足SH/T 1827-2019行业标准对XRD仪器和分析技术的所有要求，故桌面式界FRINGE型XRD可在石化生产行业推广应用，必将产生可观的经济效益和巨大的社会效益。

二、实验部分

2.1 仪器

图 3 界FRINGE型X射线衍射仪

2.2 仪器工作条件

2.3 采用标准

按照下述标准，采用压片法制样：

GB ∕ T 1845.2塑料聚乙烯（PE）模塑和挤出材料 第2部分:试样制备和性能测定；

GB ∕ T 2546.2塑料聚丙烯（PP）模塑和挤出材料 第2部分:试样制备和性能测定。

三、结果与讨论

(1)PE（MDPE）样品#PHA010303 结晶度W_C,X=57.67%

图 4. PE样品#PHA010303分峰拟合图

(2)PE（HDPE）样品#PHA010305 结晶度W_C,X=71.07%

图 5. PE样品#PHA010305分峰拟合图

(3)PP（α晶型）样品#PHA010307 结晶度W_C,X=50.01%

图 6. PP样品#PHA010307分峰拟合图

(4)PP（α晶型）样品#PHA010309 结晶度W_C,X=50.63%

图 7. PP样品#PHA010309分峰拟合图

(5)PP（β晶型）样品#PHA010313 结晶度W_C,X=81.08%

图 8. PP样品#PHA010313分峰拟合图

通过对获取的XRD原始分析数据进行解析， PHA010303和PHA010305为两种PE，其结晶度分别为57.67%和71.07%；PHA010307和PHA010309为α晶型PP，其结晶度分别为50.01%、50.63%；PHA010313为β晶型PP（含α晶型PP杂晶），结晶度为81.08%。

通过与石化行业标准SH/T 1827-2019中五种PE和PP结晶度的实验室间精密度数据进行对比（见表2）可知：PHA010313试样的结晶度数据（最大）与标准给出的标称值一致；其余试样的结晶度数据均大于标准给定的平均值，属于正偏差，但并未超出各自数据范围的上限。经查阅文献，得知塑料在放置时间较长或受光辐照等条件下会发生自然老化，导致结晶度上升。上述试验结果证明：浪声桌面式界FRINGE型XRD所获取的X-射线衍射原始数据是精密、准确的，能够满足SH/T 1827-2019行业标准对XRD仪器等分析技术的所有要求。

四、结论

浪声桌面式界FRINGE XRD能够满足PE、PP结晶度测定的仪器分析所有技术要求，试样测试和计算简便、快速；分析数据精密、准确。在正确制样条件下，所获测试结果与PE、PP结晶度的标称值相符。浪声FRINGE适用于聚合工艺及其产品的质量控制，该仪器具有较高的性价比，可广泛应用于塑料生产及其产品的后加工行业。