含有高度取向带状结构聚合物共混材料的制备及其性能

摘要

聚合物共混是制备高性能聚合物材料的重要方法。共混物的相形态是影响聚合物材料性能的最关键因素。相比于球状和纤维状结构的共混物，含有带状结构的聚合物共混材料可将潜在应用从机械增强扩展到气体阻隔、光学、形状记忆、导电材料等方面，对于制备高性能聚合物共混材料具有重要的意义。但是，如何通过聚合物共混的方法有效控制带状结构分散相的形成亟待解决。
　　论文采用带挤出方法成功制得了含有高度取向带状结构的聚合物共混物，系统研究了带状结构的形成过程及其在静态热处理过程中的形态演变，考察了拉伸比、压缩比、粘度比及其相容剂等因素的影响，并探讨了该共混物的光学特性和发泡领域的应用。论文取得了以下创新性研究成果:
　　1、在带挤出过程中，具有高度取向带状结构的形成主要源于滚轮的拉伸和挤压的共同作用。拉伸作用先使共混物内球状分散相发生形变和聚并，逐渐演变成椭球状、短棒状和纤维状;挤压作用再使纤维发生垂直于拉伸方向的形变，形成扁平的带状结构。随着拉伸比和压缩比的增加，分散相形变程度增大，带状结构变薄交窄，所得的带状聚合物共混物拉伸强度增强。并且，分散相与母体的粘度比小于1时，有利于带状结构的形成。引入接枝共聚物作为相容剂，在相界面处其接枝共聚物的主链倾向和基体一起流动，支链倾向停在分散相中，发挥“纽带”作用增加分散相的形交,促进带状结构的生成。但过高的相容剂用量，会抑制分散相的聚并，阻碍带状结构的形成。
　　2、当分散相PP含量较低（10％和20％）时，静态热处理下带状共混物的形态演变是带挤出的逆过程，分散相PP从带状变成纤维状、短棒状，最后断裂成球状，且球状分散相的粒径与带挤出前的相近。当PP含量增加到35％时，原来是海岛结构的共混物静态热处理后变成了共连续结构，且共连续度在90％左右，拓宽了共连续范围。引入相容剂后，在带挤出过程中产生更大的形变，静态热处理时相形态在更短的时间内就发生演变。并且，低浓度的相容剂在界面分布不均，导致破裂产生的分散相粒径与带挤出前的不一致，呈双粒径分布。
　　3、基于超临界二氧化碳发泡技术制备了带状结构共混物的发泡材料。在发泡温度下(100～120℃)，分散相始终处于固态，可以作为异相成核剂，增加成核密度，同时可以提高熔体强度，从而减小泡孔尺寸，提高泡孔密度。并且，带状分散相可以单向限制泡孔增长，得到取向分布的泡孔结构。其力学性能呈现明显的各向异性，压缩方向平行分散相取向时，分散相可作为支架支撑泡沫，其压缩强度是压缩方向垂直于分散相取向时的4倍以上。将炭黑只选择性地分散在分散相中，对发泡过程和泡孔形貌基本没有影响，但可以通过增强支架进一步提高泡沫的压缩性能。与球状分散相比，带状结构还能将泡沫的弯曲断裂强度提高9倍。
　　4、通过调节聚苯乙烯(PS)/聚丙烯(PP)的组分比、喂料速度、拉伸比等参数，成功将带状PP的厚度减小到100 nm以下，实现了结构色效应。经过多层干涉，出现了肉眼可见的彩色条纹和斑点。通过反射曲线可知，入射角在45°时，在紫外波段(250 nm)和可见光波段（650 nm和450-500 nm）均出现反射峰。此外，该带状共混膜还具有偏振效应和猫眼效应。

目录

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致谢

摘要

插图清单

插表清单

1．绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 论文的研究框架

2．文献综述

2．1 引言

2．2 聚合物共混概况

2．2．1 聚合物共混的方法

2．2．2 聚合物共混物的相形态

2．2．3 聚合物加工过程中的相形态演变

2．3 原位微纤共混物

2．3．1 原位微纤共混物的制备

2．3．2 原位微纤共混物的形成机理

2．3．3 影响原位微纤共混物相形态的因素

2．3．4 原位微纤共混的性能

2．4 层状共混物

2．4．1 层状膜的制备

2．4．2 层状聚合物膜的性能

2．5 研究目标与策略

3．挤出制备含有高度取向带状结构的聚合物共混膜

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 实验原料

3．2．2 挤出过程

3．2．3 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 流变结果

3．3．2 形态演变过程

3．3．3 滚转转速的影响

3．3．4 粘度比的影响

3．3．5 分散相含量的影响

3．4 结论

4．相容剂对聚合物共混物中带状结构形成的影响

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 原料

4．2．2 P(St-co-TMI)的合成

4．2．3 PS-g-PA6的合成

4．2．4 挤出过程

4．2．5 表征与测试

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 P(St-co-TMI)的特征

4．3．2 PS-g-PA6的合成表征

4．3．3 相容剂对拉伸流场中分散相形变的影响

4．4 结论

5．静态热处理下带状共混物的相形态演变

5．1 引言

5．2 实验方法

5．2．1 原料

5．2．2 静态热处理

5．2．3 表征

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 流变特性

5．3．2 温度的影响

5．3．3 制备过程中拉伸速度的影响

5．3．4 组分比例的影响

5．4 结论

6．含有带状结构共混物的发泡行为及其力学性能

6．1 引言

6．2 实验方法

6．2．1 原料

6．2．2 发泡片材的热压成型

6．2．3 发泡过程

6．2．4 测试与表征

6．3 实验结果与讨论

6．3．1 球状分散相对共混物发泡的影响

6．3．2 不同结构共混物发泡材料的力学性能

6．4 结论

7．高度取向带状结构的光学性能

7．1 引言

7．2 实验方法

7．2．1 原料

7．2．2 挤出实验

7．2．2 表征与测试

7．3 实验结果与讨论

7．3．1 理论计算

7．3．2 PS／PP膜的形貌

7．3．3 结构色效应

7．3．4 信振效应

7．3．5 Chatoyancy效应

7．4 结论

8．结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间主要研究成果