聚合物彈性體材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對流變學(xué)行為和力學(xué)性能影響的研究.pdf

1、聚合物彈性體是在受到外界應(yīng)力作用時(shí)能夠迅速發(fā)生變形，去除外力之后能恢復(fù)原狀的高分子材料。彈性體材料在當(dāng)今的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域具有重要的作用，例如，能源傳送、工業(yè)生產(chǎn)、資源開采以及生物組織工程等。本課題的研究工作是圍繞聚合物彈性體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對流變學(xué)和力學(xué)性能的影響展開的。通過不同的方法將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入彈性體結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)體系中的物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)，深入理解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對材料性能的調(diào)控特性，其次，探究彈性體材料在實(shí)際應(yīng)用中的性能和材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

2、最后，通過高剪切速率加工的方法增加聚丙烯/橡膠兩相不相容聚合物之間的相容性，增加兩相之間的界面強(qiáng)度，改變共混物的相結(jié)構(gòu)形貌，提高聚合物共混物彈性體的機(jī)械性能，為彈性體材料的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)。具體內(nèi)容包含以下四個方面。
　　1.通過高溫(120℃)縮聚反應(yīng)的方法在甲苯中合成了一系列不同分子量的超支化彈性體PBSs。所選的PDMS前驅(qū)體覆蓋了從低于到遠(yuǎn)高于臨界纏結(jié)分子量的范圍。用FTIR對反應(yīng)動力學(xué)以及用流變儀對樣品的流變

3、學(xué)進(jìn)行表征。探究了分子量對超支化彈性體性能的調(diào)控。發(fā)現(xiàn)隨著分子量的升高，PBSs的模量呈先下降后上升的趨勢。通過對流變結(jié)果進(jìn)行麥克斯韋擬合，我們發(fā)現(xiàn)彈性體的模量是由分子鏈的纏結(jié)作用和化學(xué)交聯(lián)兩者相互競爭，共同作用的結(jié)果。對于PBS1和PBS2來說，流變學(xué)趨勢可以用麥克斯韋模型擬合，但是對于其他樣品，麥克斯韋模型有所偏離。由此可以得出結(jié)論該彈性體的彈性模量隨PDMS的前驅(qū)體分子質(zhì)量的變化趨勢取決于超分子相互作用中Si-O:B弱鍵作用及末端

4、Si-O-B(OH)2氫鍵作用與拓?fù)淅p結(jié)作用。
　　2.選用了三種典型的抗沖擊防護(hù)材料，分別是D3O、PORON XRD和DEFLEXION，來研究其泡孔結(jié)構(gòu)對流變性能和壓縮機(jī)械性能的影響，用FTIR和EDS表征了聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，用SEM表征了三種材料的內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)，用流變儀表征了其流變性能，用Intron拉力試驗(yàn)機(jī)表征了其壓縮機(jī)械性能。發(fā)現(xiàn)流變性能的參數(shù)（包括損耗角，動態(tài)模量，歸一化模量）隨頻率的變化。另外樣品的壓縮機(jī)械性能

5、（包括應(yīng)變硬化程度，滯后，彈性回復(fù)）隨著應(yīng)變速率的變化也和他們內(nèi)部的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。比如，D3O和PORON XRD對高頻沖擊表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，比較適合用于舒適性要求較高的人體防護(hù)材料，而DEFLEXION在高頻和低頻沖擊下都能夠耗散較多能量，比較適合用于高?？箾_擊防護(hù)材料。本章中的流變性能和壓縮性能的測試表征方法能夠?yàn)榉雷o(hù)材料的選擇和設(shè)計(jì)合成提供依據(jù)。
　　3.利用高剪切加工的方法，制備了三種不同剪切速率加工的純iPP和iPP/S

6、EBS共混物的樣品，并系統(tǒng)探究了不同加工剪切速率對樣品微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的影響。用偏光顯微鏡觀察了靜態(tài)和施加不同強(qiáng)度剪切場后體系中球晶的形貌，發(fā)現(xiàn)高剪切速率加工的樣品在剪切場下更容易取向，證明高剪切速率加工的樣品中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在。并測試了材料力學(xué)性能的變化，發(fā)現(xiàn)高剪切速率能夠?qū)w系有增強(qiáng)增韌的效果，流變結(jié)果表明高剪切速率制備的共混體系中存在界面作用，用差示掃描量熱儀分析體系中結(jié)晶對性能的影響，用掃描電鏡和原子力顯微鏡(AFM)表征了體系

7、在高剪切速率加工后結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)高剪切速率加工能夠有效降低粒子尺寸和改變粒子形貌，有效提高了界面作用力。
　　4.結(jié)合上一章的內(nèi)容，利用大螺桿擠出機(jī)加大用料量，將加工中實(shí)際剪切速率從2136 s-1提高到6466 s-1，制備了純iPP和iPP/SEBS共混材料，研究發(fā)現(xiàn)上一章中所討論的加工剪切速率對性能的調(diào)控作用受到儀器的限制。通過對共混物的的結(jié)晶行為、形貌結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和流變性能的研究。結(jié)果表明，共混物的結(jié)晶性能對加工采用的

8、剪切速率有很大依賴性，只有在2586 s-1剪切速率加工條件下下，共混物才能形成取向結(jié)晶行為;中間的剪切速率加工的樣品機(jī)械性能性能最好，剪切速率最大的樣品反而性能最差;模量和粘度都隨加工剪切速率的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。這是因?yàn)樵谝欢羟兴俾史秶鷥?nèi)，隨著剪切速率的增加，SEBS相粒徑會逐漸變小，均勻分散在iPP基體中，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了界面作用;當(dāng)剪切速率繼續(xù)增大時(shí)，iPP分子鏈被切斷，這可以在樣品結(jié)晶速率及其粘度變化上得到體現(xiàn)，