聚丙烯基纳米复合材料中介观粘土网络及其对大分子链松弛和取向行为的影响

论文摘要

本论文主要依照内部粘土网络结构—剪切场中流变行为—成型加工—制品多层次结构—材料宏观性能这一研究路线，对聚丙烯／有机化粘土纳米复合材料的结构—性能关系作了深入、系统地研究，是本课题组过去关于聚丙烯基纳米复合材料研究的延续和完善。采用有机化蒙脱土作为纳米无机填料，通过熔融共混方法在双螺杆挤出机中制备插层型的聚丙烯／有机化蒙脱土纳米复合材料。主要的内容可概括如下：研究所制备的复合材料内部的微观(纳米级)、介观结构，纳米填料对聚合物大分子链运动和松弛行为的影响；通过流变测试手段从大分子链水平来解释这类复合材料对剪切流场的响应行为；在实际注塑成型加工过程中对纳米复合材料熔体施加往复剪切场，并且对注塑制品的多层次结构进行了详细研究，归纳出了往复剪切在形成这种特殊的多层次结构中所起到的重要作用；将制品的宏观性能(结晶行为和力学性能)与内部的多层次结构联系起来进行综合考察，偏重于研究取向因素的影响。 经过二十几年来的研究发展，高分子学界对于聚合物／粘土纳米复合材料中的形态结构已经有了更本质的认识，提出了层状粘土粒子在其含量增加到一定程度时会形成的逾渗填料网络结构。这种所谓的逾渗粘土网络结构是由纳米级分散的插层型或剥离型的粘土粒子所组成，在尺度上要大于纳米级的插层或剥离结构，可被称作是一种介观结构。在我们的研究中，通过线性粘弹流变试验

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚合物基层状硅酸盐纳米复合材料研究进展
• 1.1.1 聚合物基纳米复合材料简介
• 1.1.2 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中的纳米结构
• 1.1.3 介观的粘土网络结构
• 1.2 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的流变学特性
• 1.3 剪切场下聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的形态发展
• 1.4 剪切引起粘土片层和聚合物基体的取向
• 1.5 本论文研究课题的提出及意义
• 1.6 主要研究内容和技术路线
• 参考文献Ⅰ
• 第二章 粘土网络对大分子链运动和松弛行为的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试验原料
• 2.2.2 蒙脱土的有机化改性
• 2.2.3 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 2.2.4 测试与表征
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 表征介观粘土网络结构
• 2.3.2 宏观性能
• 2.4 讨论
• 2.4.1 形成填料网络前后蒙脱土纳米粒子的不同作用
• 2.4.2 聚丙烯链在粘土网络中的受限运动和松弛机理
• 2.5 本章结论
• 参考文献Ⅱ
• 第三章 蒙脱土粒子在剪切作用下的分散与形态发展
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试验原料
• 3.2.2 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 3.2.3 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 原位检测往复剪切中流变性能随时间的变化
• 3.3.2 结构重构试验研究剪切中形态发展和流变性能的关系
• 3.4 本章结论
• 参考文献Ⅲ
• 第四章 注塑成型中往复剪切引起粘土的分散和剥离
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试验原料
• 4.2.2 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 4.2.3 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 化学相容和剪切的相互作用对蒙脱土分散的影响
• 4.3.2 往复剪切引起蒙脱土的加速剥离
• 4.4 本章结论
• 参考文献Ⅳ
• 第五章 注塑成型中往复剪切引起的多层次取向结构
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试验原料
• 5.2.2 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 5.2.3 测试与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 动态样品中的三维空间取向结构
• 5.3.2 往复剪切对取向结构的影响
• 5.3.3 粘土网络结构对取向的影响
• 5.4 本章结论
• 参考文献Ⅴ
• 第六章 聚丙烯/粘土纳米复合材料中流变-取向关系
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试验原料
• 6.2.2 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 6.2.3 测试与表征
• 6.3 实验结果
• 6.3.1 层状硅酸盐的分散形态
• 6.3.2 剪切下的流变响应行为
• 6.3.3 注塑样条中的取向结构
• 6.3.4 拉伸性能
• 6.4 蒙脱土片层和聚丙烯链的取向和松弛行为
• 6.5 本章结论
• 参考文献Ⅵ
• 第七章 取向层状粘土存在下的聚丙烯受限结晶行为
• 7.1 引言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 试验原料
• 7.2.2 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 7.2.3 测试与表征
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 动态注塑样中聚丙烯基体和粘土片层的取向
• 7.3.2 聚丙烯在取向粘土片层中的受限结晶行为
• 7.3.3 取向纤维状晶体的形成机理
• 7.4 本章结论
• 参考文献Ⅶ
• 论文主要结论
• 发表论文情况
• 致谢