从软物质的熵效应出发对高聚物PMMA/ABS和PVC管材改性及力学性能研究

摘要

软物质是近年来兴起的凝聚态物理与化学、材料科学及生命科学交叉学科的新生长点。软物质与硬物质的一个明显差别是，硬物质的性能与焓有密切关系，而软物质则更依赖于熵的变化。对于相互作用的系统，热力学平衡下最后的状态由自由能F=H-TS最小决定。对于硬物质系统，焓H起到主导作用；对于软物质，体系内能与TS相比很小，因此主要由体系的熵决定。高聚物作为一种最常见的软物质，由于具有质轻、比强度高、成型加工容易、耐腐蚀等优点，在日常的生产生活中有着广泛的应用；但随着高聚物应用的广度和深度不断扩大，社会各方面对高聚物材料的性能提出了越来越高的要求，高聚物改性应运而生。对高聚物的改性，国内外主要通过添加剂增强和取向增强两种方法进行改性，很少把高聚物作为一种软物质从熵效应的角度对改性进行分析。 本文应用添加剂增强和取向增强两种方法对日常生活中常用的PMMA和PVC管材进行改性研究，然后从熵效应的角度进行分析。实验结果表明，添加MMA和ST的共聚物纳米粉体的PMMA/ABS复合材料与PMMA/ABS复合材料相比，在MMA和ST的共聚物纳米粉体添加量为0．25%的时候相比于未添加粉体的时PMMA/ABS纳米复合材料样条断裂伸长率提高了106．14%； PMMA/ABS纳米复合材料样条的弯曲强度也是在微量掺杂的时候达到最大，在纳米粉体掺杂量为0．25%左右达到最大值，与未添加粉体时相比增加了5．57%； PMMA/ABS纳米复合材料样条的冲击强度在纳米粉体掺杂量为1%左右达到最大值，与未添加粉体时相比复合材料样条的冲击强度增加了33．08%；复合材料的拉伸强度随纳米粉体添加量的增加呈现先增大后减小的趋势，在纳米粉体添加量为0．25%的时候样品的拉伸强度达到最大值。与实验用纯PMMA相比PMMA/ABS纳米复合材料在微量纳米粉体添加量的情况下力学性能得到提高，断裂伸长率提高了518．55%，拉伸强度提高了53．54%，弯曲强度提高了17．31%，冲击强度提高了94．91%。常用PVC管材在一次扩张的条件下，平均弹性模量为896．61MPa，比扩张前提高了107．46%；拉伸强度与一次扩张管的拉伸强度基本在53-59MPa范围内，平均值56．591 MPa都明显高于扩张前（43．69MPa），扩张后的平均拉伸强度提高了29．66%。实验结果能从软物质熵效应的角度进行解释，PMMA/ABS纳米复合材料的主要力学性能在MMA和ST的共聚物纳米粉体微量掺杂的情况下有了明显的改善，这也从实验的角度解释了软物质的弱作用强相应的特性。

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第一章 绪论

1.1软物质

1.2软物质的基本类型

1.2.1聚合物体系

1.2.2颗粒物质

1.2.3液晶

1.2.4胶体

1.2.5生物膜、活化剂

1.3软物质的特性

1.3.1复杂性

1.3.2易变性

1.3.3尺度

1.3.4涨落和布朗运动

1.3.5自组装

1.4本课题的提出

第二章 改善高聚物软物质性能的方法和原理

2.1高聚物的共混改性

2.1.1共混改性目的

2.1.2聚合物-聚合物的相容性

2.1.3共混改性聚合物的界面层

2.2高聚物的取向改性

2.2.1聚合物取向的概念

2.2.2聚合物的取向机理

2.2.3聚合物的取向条件

2.2.4取向度

2.2.5聚合物的取向分类

2.3高聚物的软有序化

2.3.1熵驱动的软有序化

2.3.2动力学诱导的软有序化

2.3.3受限控制的软有序化

第三章 改善微量纳米粉体掺杂的PMMA/ABS复合材料的性能

3.1聚合物P(St-MMA)的制备和表征

3.1.1实验试剂

3.1.2主要设备

3.1.3实验过程

3.1.4实验表征及分析

3.2微量纳米粉体掺杂的PMMA/ABS复合材料的制备

3.2.1试验仪器和实验原料

3.2.2样品的干燥和共混

3.2.3单螺杆挤出造粒

3.2.4注塑拉伸试样

3.3样条性能测试

3.3.1样条力学性能测试

3.3.2样品性能测试与分析

3.3.3小结

第四章 间歇式布袋扩张PVC管材及性能研究

4.1实验材料

4.2 PVC-U管材增强方法

4.3 PVC管材扩胀机理

4.4间歇性扩胀实验装置

4.4.1甘油加热器

4.4.2充气杆

4.4.3布管结构

4.4.4定径模具

4.5一次扩胀实验

4.5.1实验过程

4.5.2一次扩胀实验数据与分析

4.6 PVC扩张管的环向力学性能测试及分析

4.6.1拉伸夹具及试样

4.6.3环向力学性能测试实验

4.6.4经过一次扩张后的结果

4.6.5对扩张结果的解释

4.6.6熵致相变的再理解

第五章 结论

参考文献

致 谢

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