高密度聚乙烯（HDPE）具有轻质、高强、高韧、耐腐蚀等优点，可用于制备市政建设中的大口径输水管道，以替代易生锈、易污染、易破损的老旧金属管网。然而，如何控制HDPE的结晶行为，是制备形状和力学性能稳定的大口径管道的关键。这与HDPE的分子结构及加工条件密切相关。目前研究主要集中于分子量大小和分子量分布对HDPE结晶行为的影响。然而，商业化HDPE通常含有一些短支链(SCB)，为非线性结构的聚合物。因此，研究加工过程中分子量分布、短支链含量及分布对HDPE结晶行为的影响具有重要意义。
近日，东华大学纤维材料改性国家重点实验室的张耀鹏教授与美国纽约州立大学石溪分校(Stony Brook University)的Benjamin S. Hsiao教授及埃克森美孚公司合作，利用同步辐射X射线散射/衍射技术原位研究了剪切作用下双峰和单峰HDPE结晶行为的差异。其中双峰HDPE分子量分布较宽，短支链含量为4.44%，单峰HDPE的分子量分布较窄，短支链含量为3.55%。研究表明，低剪切速率下（1 s-1、5 s-1），两种体系在等温结晶过程中都会出现离散的初级片晶和次级片晶，且单峰HDPE的次级片晶生长较快。剪切促进了HDPE的结晶过程，单峰HDPE的中等高分子量部分的短支链易于在剪切作用下形成具有更高取向的片晶。该成果于2018年8月发表于《Polymer》，论文第一作者为刘亚涛，主要实验完成于美国阿贡国家实验室及上海同步辐射光源，得到纤维材料先进制造技术与科学创新引智基地（111引智基地）等项目的支持。
点击查看全文 Y. Liu, S. Gao, B. Hsiao*, A. Norman, A. Tsou, J. Throckmorton, A. Doufas, Y. Zhang*, Shear induced crystallization of bimodal and unimodal high density polyethylene, Polymer, 2018, 153, 223-231
单峰及双峰HDPE的分子量分布、SCB含量及分布（左）；
剪切过程中HDPE的形成初级片晶及次级片晶（右）
