SIS的壁滑及其填充体系的粘弹特性研究

摘要

壁滑现象是聚合物熔体流经毛细管时熔体在介质表面产生相对滑移的现象。对壁滑现象的研究主要集中在高缠结度的线性聚烯烃熔体，且形成了“缠结-解缠结”及“脱吸附”机理。而热塑性弹性体作为一种相分离体系，改变温度、剪切应力或填加填料将改变熔体的相结构状态，这种相结构的转变必将对熔体的壁滑等粘弹流变行为产生影响。目前，关于热塑性弹性体的相结构转变与熔体粘弹流变行为关系的研究较少，且没有形成统一的理论解释。 本课题采用恒速型毛细管流变仪、旋转流变仪研究了三嵌段热塑性弹性体SIS及其填充体系熔体的粘弹流变行为，并通过小角X射线散射（SAXS）、透射电子显微镜（TEM）等手段研究了相结构的变化，建立了热塑性弹性体微观形貌变化与熔体粘弹流变行为间的联系。 实验研究发现 SIS 熔体在挤出过程中表现出了特殊的流变现象。在低温下（<170oC），熔体的流动曲线发生了明显的转折：剪切应力先随剪切速率稳定增加，当剪切速率达到临界值后剪切应力基本上保持恒定不变。当温度超过170 oC后，流动曲线的转折点消失。根据 Cox-Merz 法则判定该现象属于熔体的壁滑行为，且该现象的产生与熔体相结构的变化直接相关。通过Mooney方法计算出了熔体的壁滑速率，壁滑速率随剪切应力增加先升后降。SAXS 结果显示，随剪切应力增加，相结构的取向度逐渐增大。基于两种经典的壁滑机理并结合SAXS数据，提出了SIS熔体出现壁滑现象的可能机理。 本课题还研究了分子结构参数（嵌段比、分子量等）对熔体黏度的影响，发现熔体黏度表现出不同的依赖特性。在PS相的粘流转变温度以下，SIS熔体的黏度主要依赖于软硬嵌段比（S/I）的大小，当温度超过PS的粘流转变温度，SIS的熔体黏度主要依赖于分子量大小。另外，本课题还研究了不同尺度填料对SIS熔体黏度的影响，研究发现无论是纳米填料还是非纳米填料，微量（0.1wt%）填料的加入均会造成熔体黏度的急剧下降。熔体黏度下降现象产生的原因可能是填料的加入促使SIS中的PS相取向，减弱了SIS熔体与毛细管内壁的相互作用。

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