聚丙烯基納米復合材料中介觀粘土網絡及其對大分子鏈松弛和取向行為的影響.pdf

1、本論文主要依照內部粘土網絡結構－剪切場中流變行為－成型加工－制品多層次結構－材料宏觀性能這一研究路線，對聚丙烯／有機化粘土納米復合材料的結構－性能關系作了深入、系統(tǒng)地研究，是本課題組過去關于聚丙烯基納米復合材料研究的延續(xù)和完善。采用有機化蒙脫土作為納米無機填料，通過熔融共混方法在雙螺桿擠出機中制備插層型的聚丙烯／有機化蒙脫土納米復合材料。主要的內容可概括如下：研究所制備的復合材料內部的微觀（納米級）、介觀結構，納米填料對聚合物大分子鏈運

2、動和松弛行為的影響；通過流變測試手段從大分子鏈水平來解釋這類復合材料對剪切流場的響應行為；在實際注塑成型加工過程中對納米復合材料熔體施加往復剪切場，并且對注塑制品的多層次結構進行了詳細研究，歸納出了往復剪切在形成這種特殊的多層次結構中所起到的重要作用；將制品的宏觀性能（結晶行為和力學性能）與內部的多層次結構聯(lián)系起來進行綜合考察，偏重于研究取向因素的影響。 經過二十幾年來的研究發(fā)展，高分子學界對于聚合物／粘土納米復合材料中的形態(tài)結

3、構已經有了更本質的認識，提出了層狀粘土粒子在其含量增加到一定程度時會形成的逾滲填料網絡結構。這種所謂的逾滲粘土網絡結構是由納米級分散的插層型或剝離型的粘土粒子所組成，在尺度上要大于納米級的插層或剝離結構，可被稱作是一種介觀結構。在我們的研究中，通過線性粘彈流變試驗和TEM觀察證實粘土網絡結構確實存在于聚丙烯／蒙脫土納米復合材料之中。正是由于隨著粘土含量的增加將會形成逾滲的填料網絡結構，使得復合材料的宏觀性能隨著粘土含量增加的發(fā)展趨勢在形

4、成填料網絡結構前后是不一樣的。為了描述聚丙烯分子鏈在逾滲粘土網絡中的受限運動和松弛行為，我們采用應力松弛和結構恢復這兩種流變測試方法來對其方式和機理進行研究。動態(tài)流變儀還被用來監(jiān)測聚丙烯／蒙脫土納米復合材料在往復剪切作用下熔體粘彈性能的變化，同時蒙脫土在剪切過程中的形態(tài)結構發(fā)展用XRD和TEM進行研究。將形態(tài)發(fā)展的觀察結果與流變性能的變化結合起來，獲得了有關剪切下復合材料形態(tài)結構發(fā)展更全面的認識。研究結果表明盡管蒙脫土的分散均勻程度是隨

5、著剪切過程的進行逐漸提高的，但由于剪切同時還造成了熔體初始凝聚態(tài)結構的破壞，使得納米填料對基體的增強作用會出現一定的滯后。 采用動態(tài)保壓注塑成型技術在實際的成型加工中將往復剪切場施加到聚丙烯／有機化蒙脫土熔體上，考察實際加工中往復剪切場對層狀蒙脫土粒子的分散和剝離，以及對復合材料取向行為的影響。對于有機化蒙脫土在動態(tài)保壓注塑樣品中的分散和剝離主要通過XRD和TEM來研究，明確熱力學（化學相容性）和動力學（剪切作用）的協(xié)同效應對蒙

6、脫土分散和剝離的影響；在注塑樣條中第一次發(fā)現了蒙脫土的加速剝離現象，并結合動態(tài)保壓成型技術的特點，推測剪切應力在制樣過程中特別是在保壓后期的顯著提高可能是造成所觀察到的蒙脫土加速剝離的主要原因。通過2d-WAXS對動態(tài)保壓注塑樣品中層狀蒙脫土粒子和聚丙烯片晶在三維空間內的取向結構進行詳細研究，并且提出所觀察到的獨特的取向結構是由于剪切作用和粘土網絡的結構恢復能力間的綜合效用的結果。我們還進一步地闡明聚丙烯／蒙脫土納米復合材料中流變行為－