本文關(guān)鍵詞：聚合物彈性體材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對流變學行為和力學性能影響的研究　出處：《中國科學技術(shù)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：聚合物彈性體是在受到外界應(yīng)力作用時能夠迅速發(fā)生變形,去除外力之后能恢復原狀的高分子材料。彈性體材料在當今的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域具有重要的作用,例如,能源傳送、工業(yè)生產(chǎn)、資源開采以及生物組織工程等。本課題的研究工作是圍繞聚合物彈性體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對流變學和力學性能的影響展開的。通過不同的方法將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入彈性體結(jié)構(gòu)中,增強體系中的物理交聯(lián)和化學交聯(lián),深入理解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對材料性能的調(diào)控特性,其次,探究彈性體材料在實際應(yīng)用中的性能和材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。最后,通過高剪切速率加工的方法增加聚丙烯/橡膠兩相不相容聚合物之間的相容性,增加兩相之間的界面強度,改變共混物的相結(jié)構(gòu)形貌,提高聚合物共混物彈性體的機械性能,為彈性體材料的應(yīng)用提供了實驗基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)。具體內(nèi)容包含以下四個方面。1.通過高溫(120 ℃)縮聚反應(yīng)的方法在甲苯中合成了一系列不同分子量的超支化彈性體PBSs。所選的PDMS前驅(qū)體覆蓋了從低于到遠高于臨界纏結(jié)分子量的范圍。用FTIR對反應(yīng)動力學以及用流變儀對樣品的流變學進行表征。探究了分子量對超支化彈性體性能的調(diào)控。發(fā)現(xiàn)隨著分子量的升高,PBSs的模量呈先下降后上升的趨勢。通過對流變結(jié)果進行麥克斯韋擬合,我們發(fā)現(xiàn)彈性體的模量是由分子鏈的纏結(jié)作用和化學交聯(lián)兩者相互競爭,共同作用的結(jié)果。對于PBS1和PBS2來說,流變學趨勢可以用麥克斯韋模型擬合,但是對于其他樣品,麥克斯韋模型有所偏離。由此可以得出結(jié)論該彈性體的彈性模量隨PDMS的前驅(qū)體分子質(zhì)量的變化趨勢取決于超分子相互作用中Si-O:B弱鍵作用及末端Si-O-B(OH)2氫鍵作用與拓撲纏結(jié)作用。2.選用了三種典型的抗沖擊防護材料,分別是D3O、PORON XRD和DEFLEXION,來研究其泡孔結(jié)構(gòu)對流變性能和壓縮機械性能的影響,用FTIR和EDS表征了聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征,用SEM表征了三種材料的內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu),用流變儀表征了其流變性能,用Intron拉力試驗機表征了其壓縮機械性能。發(fā)現(xiàn)流變性能的參數(shù)(包括損耗角,動態(tài)模量,歸一化模量)隨頻率的變化。另外樣品的壓縮機械性能(包括應(yīng)變硬化程度,滯后,彈性回復)隨著應(yīng)變速率的變化也和他們內(nèi)部的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。比如,D30和PORONXRD對高頻沖擊表現(xiàn)出很高的強度,比較適合用于舒適性要求較高的人體防護材料,而DEFLEXION在高頻和低頻沖擊下都能夠耗散較多能量,比較適合用于高�？箾_擊防護材料。本章中的流變性能和壓縮性能的測試表征方法能夠為防護材料的選擇和設(shè)計合成提供依據(jù)。3.利用高剪切加工的方法,制備了三種不同剪切速率加工的純iPP和iPP/SEBS共混物的樣品,并系統(tǒng)探究了不同加工剪切速率對樣品微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的影響。用偏光顯微鏡觀察了靜態(tài)和施加不同強度剪切場后體系中球晶的形貌,發(fā)現(xiàn)高剪切速率加工的樣品在剪切場下更容易取向,證明高剪切速率加工的樣品中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在。并測試了材料力學性能的變化,發(fā)現(xiàn)高剪切速率能夠?qū)w系有增強增韌的效果,流變結(jié)果表明高剪切速率制備的共混體系中存在界面作用,用差示掃描量熱儀分析體系中結(jié)晶對性能的影響,用掃描電鏡和原子力顯微鏡(AFM)表征了體系在高剪切速率加工后結(jié)構(gòu)的變化,發(fā)現(xiàn)高剪切速率加工能夠有效降低粒子尺寸和改變粒子形貌,有效提高了界面作用力。4.結(jié)合上一章的內(nèi)容,利用大螺桿擠出機加大用料量,將加工中實際剪切速率從2136 s-1提高到6466 s-1,制備了純iPP和iPP/SEBS共混材料,研究發(fā)現(xiàn)上一章中所討論的加工剪切速率對性能的調(diào)控作用受到儀器的限制。通過對共混物的的結(jié)晶行為、形貌結(jié)構(gòu)、機械性能和流變性能的研究。結(jié)果表明,共混物的結(jié)晶性能對加工采用的剪切速率有很大依賴性,只有在2586 s-1剪切速率加工條件下下,共混物才能形成取向結(jié)晶行為;中間的剪切速率加工的樣品機械性能性能最好,剪切速率最大的樣品反而性能最差;模量和粘度都隨加工剪切速率的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。這是因為在一定剪切速率范圍內(nèi),隨著剪切速率的增加,SEBS相粒徑會逐漸變小,均勻分散在iPP基體中,形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),加強了界面作用;當剪切速率繼續(xù)增大時,iPP分子鏈被切斷,這可以在樣品結(jié)晶速率及其粘度變化上得到體現(xiàn),這就導致了雖然SEBS相和iPP相的界面相互作用面積更大,但是其基體強度卻變小,降低了共混物的機械性能。因此,提高加工剪切速率對樣品性能的增強只在一定加工剪切速率范圍內(nèi)才是有效的,只有選擇合適的剪切速率才能制備出具備高性能的共混物。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ334

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