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

2、動(dòng)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(fù)合材料對剪切流場的響應(yīng)行為；在實(shí)際注塑成型加工過程中對納米復(fù)合材料熔體施加往復(fù)剪切場，并且對注塑制品的多層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)研究，歸納出了往復(fù)剪切在形成這種特殊的多層次結(jié)構(gòu)中所起到的重要作用；將制品的宏觀性能（結(jié)晶行為和力學(xué)性能）與內(nèi)部的多層次結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來進(jìn)行綜合考察，偏重于研究取向因素的影響。 經(jīng)過二十幾年來的研究發(fā)展，高分子學(xué)界對于聚合物／粘土納米復(fù)合材料中的形態(tài)結(jié)

3、構(gòu)已經(jīng)有了更本質(zhì)的認(rèn)識，提出了層狀粘土粒子在其含量增加到一定程度時(shí)會形成的逾滲填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種所謂的逾滲粘土網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，可被稱作是一種介觀結(jié)構(gòu)。在我們的研究中，通過線性粘彈流變試驗(yàn)和TEM觀察證實(shí)粘土網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確實(shí)存在于聚丙烯／蒙脫土納米復(fù)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得復(fù)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)前后是不一樣的。為了描述聚丙烯分子鏈在逾滲粘土網(wǎng)絡(luò)中的受限運(yùn)動(dòng)和松弛行為，我們采用應(yīng)力松弛和結(jié)構(gòu)恢復(fù)這兩種流變測試方法來對其方式和機(jī)理進(jìn)行研究。動(dòng)態(tài)流變儀還被用來監(jiān)測聚丙烯／蒙脫土納米復(fù)合材料在往復(fù)剪切作用下熔體粘彈性能的變化，同時(shí)蒙脫土在剪切過程中的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)展用XRD和TEM進(jìn)行研究。將形態(tài)發(fā)展的觀察結(jié)果與流變性能的變化結(jié)合起來，獲得了有關(guān)剪切下復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)展更全面的認(rèn)識。研究結(jié)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(jìn)行逐漸提高的，但由于剪切同時(shí)還造成了熔體初始凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞，使得納米填料對基體的增強(qiáng)作用會出現(xiàn)一定的滯后。 采用動(dòng)態(tài)保壓注塑成型技術(shù)在實(shí)際的成型加工中將往復(fù)剪切場施加到聚丙烯／有機(jī)化蒙脫土熔體上，考察實(shí)際加工中往復(fù)剪切場對層狀蒙脫土粒子的分散和剝離，以及對復(fù)合材料取向行為的影響。對于有機(jī)化蒙脫土在動(dòng)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(xué)（化學(xué)相容性）和動(dòng)力學(xué)（剪切作用）的協(xié)同效應(yīng)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(xiàn)了蒙脫土的加速剝離現(xiàn)象，并結(jié)合動(dòng)態(tài)保壓成型技術(shù)的特點(diǎn)，推測剪切應(yīng)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(dòng)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(nèi)的取向結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究，并且提出所觀察到的獨(dú)特的取向結(jié)構(gòu)是由于剪切作用和粘土網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)恢復(fù)能力間的綜合效用的結(jié)果。我們還進(jìn)一步地闡明聚丙烯／蒙脫土納米復(fù)合材料中流變行為－