基于微納疊層技術(shù)的二維無機(jī)納米粒子在聚合物基體中可控分散取向機(jī)理的研究.pdf

1、聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料（簡稱PLSN）較其他一般材料有著獨(dú)特的優(yōu)異性質(zhì)而受到青睞，其宏觀特性的優(yōu)劣取決于填充納米粒子與基體之間形成微觀結(jié)構(gòu)的好壞，而微觀結(jié)構(gòu)的好壞又取決于材料成型工藝條件的控制。但是，應(yīng)用現(xiàn)有的熔體插層這一方法制備得到的PLSN由于填充其中的二維無機(jī)納米粒子分散取向的隨機(jī)性，導(dǎo)致其微觀結(jié)構(gòu)存在缺陷而造成力學(xué)性能遠(yuǎn)沒有達(dá)到所期望的性能指標(biāo)要求。在本研究中利用自主設(shè)計(jì)研制微納層疊擠出成型設(shè)備將納米微層拖曳流場引入到P

2、LSN的制備過程中，對(duì)納米微層拖曳流場對(duì)基體材料中二維納米粒子(MMT)的微觀形態(tài)與宏觀性能的影響規(guī)律與作用機(jī)制進(jìn)行了研究，并最終得到基于微納層疊技術(shù)的納米微層拖曳流場中對(duì)高分子基體中二維納米粒子的可控取向方法。本課題的主要研究內(nèi)容及得出的結(jié)論有:
　　1、基于扭轉(zhuǎn)層疊單元的流場分析。因熔體流動(dòng)這一過程中由拖曳流場而產(chǎn)生的剪切力有利于聚合物高分子鏈的沿特定方向有序排列取向，而熔體插層進(jìn)入層狀納米粒子的層間距之間也離不開剪切力的作用

3、，故對(duì)扭轉(zhuǎn)層疊單位的剪切速率場分析必不可少。利用Polyflow對(duì)扭轉(zhuǎn)層疊單元的剪切速率場分布以及流量、黏度和不同基體材料對(duì)剪切速率分布的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，扭轉(zhuǎn)層疊單元內(nèi)存在沿熔體擠出流動(dòng)方向和垂直于熔體擠出流動(dòng)方向上的剪切速率，不同流量、不同黏度以及不同物性參數(shù)對(duì)扭轉(zhuǎn)層疊單元內(nèi)的剪切速率場的分布規(guī)律沒有影響，流量對(duì)剪切速率的影響作用最為有效，在不同物性參數(shù)材料下剪切速率主要受到其黏度的影響，但剪切速率幾乎不會(huì)被黏度的變化而產(chǎn)生

4、大幅度改變。對(duì)于同一種材料而言，剪切力發(fā)生變化主要因素是流量;對(duì)于不同物性參數(shù)的材料來說，剪切力的不同主要原因是熔體黏度的不同。
　　2、基于扭轉(zhuǎn)層疊單元的微納疊層技術(shù)對(duì)單一聚烯烴材料性能的影響機(jī)制進(jìn)行了研究。基于扭轉(zhuǎn)層疊單元的納米微層拖曳流場，利用微納層疊擠出成型設(shè)備制備了LLDPE和PP單一材料的試樣進(jìn)行了取向度、結(jié)晶度、拉伸強(qiáng)度等測試。結(jié)果表明，在因扭轉(zhuǎn)層疊單元特殊結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生沿?cái)D出方向和垂直于擠出方向的納米拖曳流場作用下能夠

5、有效地促進(jìn)高分子鏈沿剪切力方向有序排列，高分子鏈的取向程度和材料的結(jié)晶度均得到大幅度提升，晶粒尺寸明顯細(xì)化縮小;在拉伸過程中出現(xiàn)明顯的雙屈服現(xiàn)象，在沿?cái)D出方向和垂直于擠出方向上均表現(xiàn)出高強(qiáng)度和高韌性，具有類似于雙軸拉伸的效果。
　　3、高分子基體中二維無機(jī)納米粒子(MMT)可控分散取向方法的研究?；诩{米拖曳流場探究了微流層厚度（調(diào)節(jié)層數(shù)實(shí)現(xiàn)）、拖曳流速度梯度（改變螺桿轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)）和不同基體物化性質(zhì)（改變基體組份材料實(shí)現(xiàn)）對(duì)MMT在

6、高分子基體組份中分散取向的作用規(guī)律。利用微納層疊技術(shù)制備了不同層數(shù)、不同螺桿轉(zhuǎn)速和不同基體材料下的聚合物蒙脫土納米復(fù)合材料，并對(duì)試樣進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能的測試。結(jié)果表明通過層數(shù)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)微流層厚度改變的方式能夠有效地提高基體中MMT的分散、取向程度，當(dāng)微流層厚度達(dá)到納米級(jí)時(shí)MMT的分散、取向效果最明顯;通過螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)拖曳流速度梯度的方式對(duì)擴(kuò)大MMT的層間距的作用不明顯，但對(duì)MMT的取向作用效果明顯;不同基體高分子物理與化學(xué)性質(zhì)對(duì)