高分子光学薄膜作为显示面板中一种必不可少的元器件,在图像显示需求越来越旺盛的时代扮演着极其重要的角色,例如在液晶显示屏(LCD)中用到的偏光片就是多层高分子光学薄膜复合而成。聚乙烯醇(PVA)薄膜在碘化钾(KI)和碘单质(I2)的水溶液中单向拉伸可以形成微纤结构和PVA-I复合体,这两种结构决定了 PVA特别适合作为偏光片的基底材料。从薄膜加工物理的角度出发研究PVA基膜的生产加工面临着较大挑战,一方面是PVA基膜的生产加工是包含膨润、染色、水洗、延伸、烘干等工序的连续过程,多流程多加工参数间相互耦合影响复杂;另一方面是实验室模拟特种条件下薄膜加工对设备制造的要求较高,与在线检测技术联用时也存在诸多困难。本论文针对上述问题,设计出原位跟踪PVA膜在碘液中拉伸时结构变化的拉伸装置,利用同步辐射X射线进行了原位实验。分析该实验结果加深了对PVA基膜工业生产的理解,为PVA膜生产加工对应变和碘浓度窗口的选择提供了宝贵指导意见。具体开展的研究工作及结论如下:(1)开发了在线吹膜系统,集成了红外测温、同步辐射小角X射线散射(SAXS)和宽角X射线衍射(WAXS)检测技术,利用自制的升降机承载吹膜机改变X射线可检测到的膜泡位置,从刚出口模起约200mm。吹膜机挤出、牵引、收卷等速度均由伺服电机精确控制。该装置的研制及实验过程为在线X射线研究薄膜加工提供了大量经验。(2)研制了溶液中薄膜拉伸装置,用于PVA膜在水/KI/I2溶液的在线拉伸结构演变研究。装置工作时,伺服电机驱动滚珠丝杠运动,两组直线滑块带动两端夹具反向同速平移。水槽入通光孔间距3 mm,既保证溶液使X射线的衰减在可接受范围,又使PVA膜在拉伸时不与水槽壁接触。伺服电机使丝杠在0.2 mm/s的慢速下保持高精度运转,高精度拉力传感器可实时记录拉伸时力学信息。通过电加热板和温度控制器保证环境温度均匀不过冲。(3)采用溶液中薄膜拉伸装置与同步辐射SAXS和WAXS检测技术联用,研究了碘吸附后PVA膜在KI/I2溶液中拉伸过程中片晶向微纤结构转化和碘与PVA分子链络合反应。结合力学曲线将拉伸过程分成了 Ⅰ-Ⅳ区,片晶向微纤化持续转变的过程与力学曲线平台区对应。拉伸诱导产生了间距在10 nm左右的纳米微纤,碘浓度越大,微纤周期性越好,排列越紧密。纳米微纤的增长导致了微纤外片晶tie链的松弛,继而导致子午线片晶长周期的下降。PVA-I复合体的形成有浓度依赖性,应力可以诱导复合体的形成和组分增加。在晶区形成的PVA-I3-,应力诱导其组分增加的同时,同样可以使在吸附阶段就形成的复合体解构,即应力对片晶的拉伸无定型化破坏同样适用于PVA-I3-。我们由此制作了 PVA和I的形态和结构加工相图,对PVA偏光基膜生产加工的应变和碘浓度窗口选择具有一定指导意义。