聚丙烯/聚苯乙烯共混物相结构形成演变及其动力学研究

摘要

本文利用小角激光光散射和在线取样-显微分析的方法研究了聚丙烯/聚苯乙烯（PP/PS）共混体系相分散以及相归并过程中相形成、相形态及其演变规律，对相应的机理和动力学作了分析，并测试了材料的力学性能。对在线所取样品的电镜显微照片进行了数字化处理从而计算相应的结构参数-粒径及其分布宽度，并在此基础之上讨论了分散相粒径及其分布与体系组成、加工时间以及相容剂含量的关系。根据Debye-Bueche和Mie散射理论，利用光散射处理软件对光散射在线采集数据进行了分析并得出表征合金体系相结构的参数：相关距离αc、积分不变量Q、分形维数Dc等并分析了各结构参数与体系组成、共混时间及相容剂含量的关系。 ⑴在相分散过程中，相形态主要发生在共混的初期，后期处于颗粒破裂和归并的动态平衡中，粒径变化不大，继续延长时间，颗粒粒径会因彼此归并出现小幅反弹；加入相容剂能够有效地细化相结构，粒径尺寸对相容剂用量的依赖关系符合Favis曲线。在静态归并过程中，相尺寸随归并的进行相应地增加，分布宽度变大，加入相容剂能有效地减缓颗粒的归并；对粒径分布分维的计算结果表明，静态归并具有类似于旋节相分离后期的标度行为。在剪切诱导归并过程中，颗粒尺寸在归并前期大幅增加并于后期进入假稳态；颗粒尺寸对剪切应变的依赖关系受体系组成和剪切速率的双重影响。 ⑵研究了PP/PS共混体系混炼初期颗粒的破碎机理，发现分散相颗粒的破碎具有脆性破碎的特征，并在此基础上分析了分散系数与共混温度及转子转速的关系，发现分散系数与共混温度及转子转速的关系有赖于共混时段。通过将相分散过程和归并过程看作不同的生灭过程，推导了多分散性体系在分散和归并过程中尺寸演变的动力学方程，方程拟和曲线与光散射计算结果能够很好的吻合表明动力学方程是适用的，特别地，对相尺寸演变标度行为的研究结果表明：在剪切诱导归并过程中，存在不同于静态归并过程中的标度行为。 ⑶对材料力学性能的研究表明：体系的机械性能与其介观结构密切相关，对于PP/PS非相容体系，分散相颗粒更多得起到了惰性填料（或缺陷）的作用，因此，颗粒分散越均匀，性能越差；加入相容剂可有效的改善材料的性能；微观力学模型在共混聚合物的弹性模量预报上是可行的，其中Mori-Tanaka法更有效。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2聚合物共混物形态发展研究

1.2.1加工流场中聚合物形态发展的实验研究

1.2.2流场中高分子共混物的形态演化理论

1.2.3共混形态的模拟

1.3共混物微结构对性能影响

1.3.1形态对力学性能影响

1.3.2界面的影响

1.3.3材料性能研究的力学模型

1.4课题的意义和研究内容

第二章PP／PS共混物的相容性研究

2.1前言

2.2理论

2.2.1玻璃化转变温度(Tg)法

2.2.2平衡熔点(Tm0)

2.2.3界面层厚度

2.3实验部分

2.3.1原料

2.3.2主要设备

2.3.3共混物的制备

2.3.4样品的制备及表征

2.4结果与讨论

2.4.1玻璃化温度Tg分析

2.4.2平衡熔点(Tm0)分析

2.4.3界面层厚度分析

2.5本章小结

第三章PP／PS体系归并过程相结构演变

3.1前言

3.2理论背景

3.2.1颗粒尺寸分布测定原理

3.2.2光散射理论

3.3实验部分

3.3.1实验原料

3.3.2实验设备

3.3.3共混物的制备

3.3.4结构形貌表征

3.3.5界面张力的测定

3.4扫描电子显微镜结果分析

3.4.1静态归并过程中相结构的形成与演变

3.4.2剪切诱导归并过程中相结构的形成与演变

3.5在线光散射结果分析

3.5.1静态归并过程中相结构光散射分析

3.5.2剪切诱导归并过程中相结构光散射分析

3.6静态归并过程中液滴粗化机理及动力学研究

3.7剪切诱导归并过程相结构演变机理及动力学研究

3.7.1剪切诱导归并动力学分析

3.7.2剪切诱导归并标度行为分析

3.8本章小结

第四章PP／PS体系分散过程相结构演变

4.1前言

4.2理论背景

4.2.1 Mie散射基本方程

4.2.2 Mie散射物理量的计算

4.2.3颗粒粒径及其分布的确定

4.3实验部分

4.3.1实验原料

4.3.2实验设备

4.3.3共混物的制备

4.3.4结构形貌表征

4.4扫描电子显微镜结果分析

4.4.1体系组成对相结构的影响

4.4.2共混时间对相结构的影响

4.4.3相容剂用量对相结构的影响

4.5在线光散射结果分析

4.5.1体系组成对相结构的影响

4.5.2共混时间对相结构的影响

4.5.3相容剂用量对相结构的影响

4.6相分散动力学分析及模拟

4.7分散相颗粒破碎机理分析

4.8本章小结

第五章PP／PS共混体系力学性能研究

5.1前言

5.2理论背景

5.2.1微观力学模型

5.3实验部分

5.3.1原料及共混物的制备

5.3.2主要设备

5.3.4样品的制备及表征

5.4结果与讨论

5.4.1共混物组成对力学性能的影响

5.4.2相容剂用量对力学性能的影响

5.5本章小结

第六章全文总结

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢