粒子填充高密度聚乙烯复合体系形态结构与动态流变行为

摘要

填充聚合物复合体系的性能不仅仅与基体的化学结构与性能有关，在很大程度上还取决于材料加工过程中形成的填料聚集态结构。本论文选择石墨(GP)、炭黑(CB)填充高密度聚乙烯(HDPE)为研究对象，运用动态流变方法，对体系的动态流变行为进行了系统研究，建立了流变参数与相形态之间的关联，并探索填料参数(填料种类、粒子几何参数或拓扑参数、粒子含量)对复合体系聚集态结构形成与演化的影响。 利用低频率(ω)区域动态流变参数对材料相形态/相结构变化的敏感响应，研究了HDPE熔体的动态流变行为，并比较在空气及抗氧剂存在下，体系动态粘弹行为的差异。结果表明，HDPE在空气环境中易受热氧化交联，在低ω区域出现特征粘弹行为(动态储能模量G′增大，logG′～logω关系出现平台现象；损耗角正切(tanδ)减小并出现极大值)。随着测试温度的升高，特征粘弹行为变得更为显著，表明氧化交联现象随温度的升高而加剧。加入抗氧剂后，上述特征粘弹行为完全消失。 通过改变温度和应变，对添加抗氧剂的HDPE体系的动态流变行为进行研究。结果表明，即使在很高的剪切应变下，HDPE体系的“Payne效应”也不显著，具有非常宽的线性范围。HDPE体系的动态流变参数在整个ω区域具有相近的温度依赖性。 在小应变条件下，对填充体系流变参数的剪切时间依赖性进行了研究，发现填充体系熔体模量随剪切时间的延长而增加。剪切应变越小，模量的增加幅度越大。我们认为，对于GP(表面化学惰性)填充体系，上述现象与剪切过程中熔体微观结构的调整与完善，以及缺陷结构的减少有关；对于CB(高表面化学活性)填充体系，模量增加除了与上述原因有关外，主要与填料表面聚合物壳层增厚导致的填料有效体积分数的增加有关。 研究了GP、CB填充HDPE复合体系的动态流变行为。结果表明，复合体系的粘弹行为偏离于纯体系，主要表现在高含量填充体系的似固体行为上。似固体行为的出现与体系中粒子团聚网络结构的形成密切相关，它的出现与否可定性衡量体系是否出现粒子团聚结构。我们认为，tanδ极大值、粘度剪切变稀等行为也属于似固体行为的范畴。同时发现，复合体系各流变参数具有强烈的填料含量依赖性，并存在逾渗现象。由相应的逾渗阈值(Φc)可知不同流变参数的填料含量依赖性存在差异，这是由于不同流变参数对粒子聚集态结构的敏感性不同导致的。G′逾渗的Φc比G

目录

文摘

英文文摘

论文说明：资助

第一章绪论

前言

1.1流变学简介

1.2填充聚合物体系的动态流变行为

1.2.1填充聚合物体系的动态流变行为研究进展

1.2.2填充聚合物体系的特征动态流变行为

1.3填充聚合物体系的流变学理论

1.3.1悬浮液流变学理论

1.3.2填充聚合物熔体的流变学模型

1.4填充聚合物体系的似固体行为与逾渗理论

1.5课题提出的意义及研究内容

1.5.1课题提出

1.5.2研究内容

参考文献

第二章填料粒子与基体的表征

前言

2.1实验部分

2.1.1原料

2.1.2仪器与测试

2.2填料粒子的表征

2.2.1填料粒径分析

2.2.2粒子表观形貌

2.2.3粒子的DSC测试

2.2.4粒子密度测定

2.3 HDPE的表征

2.3.1 HDPE的SEM图

2.3.2 HDPE的DSC分析

2.4本章小节

参考文献

第三章HDPE的动态流变行为

前言

3.1实验部分

3.1.1原料

3.1.2试样制备与测试

3.2 HDPE体系的动态流变行为

3.2.1 HDPE氧化交联与动态流变行为表征

3.2.2抗氧剂保护下HDPE的动态流变行为

3.2.3 HDPE的“Payne”效应

3.3本章小节

参考文献

第四章层状石墨填充HDPE复合体系的动态流变行为

前言

4.1实验部分

4.1.1原料

4.1.2试样制备与测试

4.2结果与讨论

4.2.1似固体行为与填料含量的关系

4.2.2频率扫描次数对复合体系动态流变参数的影响

4.2.3扫描时间对复合体系动态流变参数的影响

4.3本章小节

参考文献

第五章球状石墨填充HDPE复合体系的动态流变行为

前言

5.1实验部分

5.1.1原料

5.1.2试样制备与测试

5.2结果与讨论

5.2.1似固体行为与填料含量的关系

5.2.2应变对HDPE复合体系动态流变参数的影响

5.2.3扫描次数及扫描方式对复合体系动态流变参数的影响

5.2.4填料几何参数对复合体系动态流变参数的影响

5.2.5复合体系的动态应变扫描曲线与“Payne效应”

5.3本章小节

参考文献

第六章炭黑填充HDPE复合体系的动态流变行为

前言

6.1实验部分

6.1.1原料

6.1.2试样制备与测试

6.2结果与讨论

6.2.1似固体行为与填料含量的关系

6.2.2温度对复合体系动态流变行为的影响

6.2.3频率扫描次数对复合体系动态流变行为的影响

6.2.4扫描时间对复合体系动态流变参数的影响

6.3本章小节

参考文献

第七章复合体系相形态与粘弹逾渗关系的探讨

前言

7.1实验部分

7.1.1原料

7.1.2仪器与测试

7.2粒子填充复合体系形态结构表征

7.3复合体系流变参数的逾渗行为

7.3.1填料参数对逾渗阈值的影响

7.3.2频率对逾渗阈值的影响

7.3.3温度和应变对逾渗阈值的影响

7.3.4逾渗行为的幂律表达

7.4填充体系的物理凝胶现象

7.4.1临界凝胶点的确定

7.4.2影响临界凝胶行为的因素

7.4.3Φcg与Φc的关系

7.5填料对复合体系其它性能的影响

7.5.1填料对复合体系流变参数温敏性的影响

7.5.2填料对复合体系熔融结晶行为的影响

7.6本章小结

参考文献

第八章结论

第九章附录

前言

9.1影响流变测试结果可靠性的因素

9.1.1样品缺陷对动态流变测试结果的影响

9.1.2测试过程中影响动态流变测试结果的因素

9.2如何获得正确的流变数据

9.2.1制样过程中的注意事项

9.2.2测试过程中的注意事项

9.3本章小结

攻读博士学位期间已发表或录用论文

致谢

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