振荡剪切流场下PS/PVME/SiO2复合物的相行为

利用光学显微镜-剪切台联用系统研究了振荡剪切流场下聚苯乙烯（PS）/聚甲基乙烯基醚（PVME）/二氧化硅（SiO₂）纳米粒子复合物的热力学稳定性. 结果表明,小振幅振荡剪切可导致PS/PVME共混物出现类似在稳态流场下的剪切诱导相容及剪切诱导相分离现象. 共混体系存在临界振荡频率ω_c,当振荡频率低于ω_c时,发生剪切诱导相分离（SID）行为,反之发生剪切诱导相容（SIM）行为. SiO₂纳米粒子的加入使复合体系的相容性提高. 存在一个临界SiO₂纳米粒子含量φ_c,当SiO₂纳米粒子含量高于φ_c时,复合体系中不存在临界振荡频率ω_c,低振荡频率下的剪切诱导相分离得到抑制. 此外,复合体系的上述行为与升温速率和共混物组成密切相关.     

高分子体系相分离动力学及图样生成和选择

高分子共混物的混合熵很小导致其多为热力学不相容体系而发生相分离,形成特定的时空图样。本文根据多年来我们自己的研究工作并结合实例,基于时间分辨的Ginzberg-Landau 方法研究高分子复杂体系相分离动力学及图样选择,重点介绍剪切外场下高分子共混物及嵌段高分子的相分离,耦合化学反应的相分离,在弯曲曲面特别是球面上的相分离,以及TDGL与密度泛函理论的有机结合即动态自洽场理论在具有不同链拓朴结构的嵌段高分子体系中研究相分离动力学。     

制备方法对聚合物共混物相分离与黏弹弛豫的影响

采用小角激光光散射(SALLS)和动态流变方法研究了通过不同制备方法得到的等规聚丙烯/乙丙橡胶共混物(iPP/EPR)的相分离行为与黏弹行为.依据Cahn-Hilliard-Cook理论分析了熔融共混和溶液共混法制备的质量比为60/40和40/60的iPP/EPR共混物在恒温相分离早期的动力学,发现熔融共混iPP/EPR具有更大的表观扩散系数(Dapp).相分离中后期的实验结果表明,当相区尺寸增长程度相同时,熔融共混试样所用时间更短.表明熔融共混iPP/EPR试样具有更快的相分离速率.动态流变测试结果表明,与溶液共混相比,熔融共混试样具有更快的松弛速率.考虑到相分离过程实质是由高分子链的运动与扩散所控制,两种方法制备的iPP/EPR共混物相分离速率的差异应归于其分子链运动能力的不同.     

线性和非线性聚合物的相分离

分子共混物从20世纪60年代开始,引起很多科学家的兴趣.加工过程中,聚合物相分离过程中的热力学和动力学起了重要的作用,赋予了共混物一定的形貌,提供了很多人们需要的功能.关于聚合物的相分离问题,近年来无论在实验还是在理论上都得到了很大的发展.聚合物相分离的热力学是以Flory-Huggins的平均场理论为基础,动力学以CHC(Cahn-Hilliard-Cook)的线性理论为基础.在本文中,我们对亚稳相分离SD(Spinodal Decomposition)的热力学和动力学都进行了考察.描述了测量二元共混物的浓度涨落的静态散射实验,给出了在二元共混物体系的SD的近期理论计算.首先,从普适的Langevin方程推导CHC理论,从而给出CHC的唯象的平均场理论的微观图象.然后介绍模式耦合计算,从而将SD理论扩展到非线性区域.通过将短期SD分解与高分子共混物的对比揭示了定量计算的本质.最后,讨论了一些近年来在剪切场下相行为的研究以及该领域可能的发展方向.     

流变学方法测定共混物相图及其分辨尺度探讨

应用小振幅振荡剪切(SAOS)和小角激光散射(SALS)测定了苯乙烯-马来酸酐共聚物/聚甲基丙烯酸甲酯(SMA/PMMA)共混体系相分离温度,并分析了动态储能模量对频率响应的敏感程度以及不同测试方法在相分离判据方面的差别.认为前者是造成由不同的测试频率得到的相边界之间存在差异的原因,而SAOS与SALS得到的相边界不同则缘于后者;通过评估不同温度下分散相的尺度,发现选择合适的测试频率进行SAOS测试可以得到比SALS法更小的分辨尺度.     

聚烯烃共混物注射制品的形态控制与多层次结构

从注射制品形态控制和结构表征的角度探讨高分子材料加工-形态-性能之间的关系.研究中采用动态保压成型方法来制备注射样品,在注射成型过程中引入剪切应力场的作用,制得的样品表现出明显的多层次结构,从外向里分别为皮层、剪切层、芯层,表现出不同的相形态、结晶形貌以及取向行为.研究发现,剪切应力对聚烯烃的形态发展和结构变化具有重要影响.在剪切应力的作用下,聚烯烃共混物中分散相会发生变形、取向,从而导致共混物的相转变点发生移动;结晶形态从球晶转变为shish-kebab结构;聚烯烃共混物在高剪切应力下相容,低剪切下发生相分离;HDPE/PP共混物的注射制品中出现附生结晶等现象.     

填料对聚合物共混物相分离行为的影响

近年来,由于粒子填充聚合物共混物的广泛运用,复合材料的结构研究具有重要意义.除了研究粒子在聚合物中的分散外,关于粒子对聚合物共混物的相分离影响也做了大量工作.研究结果表明粒子的尺寸,粒子的表面处理以及粒子含量对聚合物共混物相分离热力学以及动力学有重要影响.由于粒子对聚合物组分的选择吸附、聚合物分子对粒子的润湿作用、填料对聚合物相区生长的阻碍导致了聚合物共混物-填料体系相行为的复杂性.本文扼要地综述了聚合物共混物-填料体系相分离的理论基础以及实验结果,介绍了粒子对相分离的影响因素,并展望了该领域的研究趋势和前景.     

聚合物共混物的相容性及相分离

综述了聚合物共混物相容性和相分离的研究现状。介绍了聚合物共混物的相容性理论,影响相容性的因素及改善和相容性的方法和表征相容性的手段。聚合物共混物的相分离机理制约着材料的性能,旋节分离和成核－增长相分离分别形成不同的形态结构。旋节分离和成核－增长相分离所对应的动力学过程是不同的,散射光强与相分离时间分别满足指数和幂指数关系。     

聚甲基丙烯酸甲酯/聚(苯乙烯-丙烯腈)共混体系相分离的特征动态流变响应

采用动态流变学方法,结合小角激光光散射(SALLS)测定,对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚(苯乙烯－丙烯腈)(SAN)共混体系的动态流变行为与相分离的关系进行了研究.发现在低频区域,时温叠加失效与共混物体系发生相分离有关,时温叠加失效温度T_b与用SALLS测定的浊点温度T_c一致,用低频区域动态储能模量G'与频率的关系[1gG'～lg(α_T)]偏离线性粘弹模型或时温叠加失效温度表征PMMA/SAN共混体系的相分离是有效的.     

镁铝类水滑石/阳离子淀粉分散体系流变学振荡行为研究

采用稳态剪切和小振幅振荡剪切实验研究了镁铝类水滑石化合物(Mg-Al HTlc)/阳离子淀粉(CS)分散体系(HTlc与CS质量之比R分别为0, 0.02, 0.05和0.08)的流变学性质．实验结果表明: 上述体系在实验pH值(5～11)范围内均为剪切稀释非牛顿流体, 其中, Mg-Al HTlc/CS (R＝0, 0.02和0.05)分散体系的流变曲线符合幂律模型, 而Mg-Al HTlc/CS (R＝0.08)体系符合Herschel-Bulkley模型. 上述体系先于1000 s^－1剪切180 s, 再于1 s^－1(或者3 s^－1)低速剪切时均表观出粘度随时间周期变化的振荡现象. 振荡现象缘于CS分子结构的周期变化. pH值、剪切速率和HTlc含量的变化可以改变振荡周期(频率)和振幅. 低pH值条件下, Mg-Al HTlc/CS (R＝0.08)体系先于1000 s^－1剪切180 s, 再于小振幅振荡剪切(剪切应力0.03 Pa, 频率0.5 Hz)时储能模量G?和损耗模量G?也表现出随时间周期变化的振荡现象.     

简单剪切对聚合物溶液PS/DINP相分离行为的影响

通过剪切-光学显微装置在线研究了聚合物溶液聚苯乙烯(PS)/邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)体系在静态和简单剪切场下的浊点变化及其相结构的实时演变过程,结果发现在单向剪切场下,当PS/DINP体系中PS含量在15%以下时该体系的剪切浊点基本不随剪切速率的变化而变化;当PS含量在15%以上时该体系的剪切浊点随剪切速率的增大而先增大后减小,并且不同配比下都出现一个最高相界移动,该最高相界移动随着PS含量的增加移向更高的剪切速率。此外,还发现PS/DINP近临界组成的静态相分离过程是典型的粘弹相分离。低剪切速率下的相分离过程与静态下有些相似,初期形成网络结构,并且该结构沿流动方向变形取向,但是网络结构直至实验结束也没有发生破裂,可见低剪切速率对网络结构具有一定的稳定作用。     

远离临界组成的聚甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯-丙烯腈无规共聚物共混薄膜表面相分离动力学

采用温控原子力显微镜方法,在线跟踪了远离临界组成聚甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯-丙烯腈无规共聚物(PMMA/SAN)共混薄膜的表面相分离行为,并研究了其动力学规律。 结果表明,在SAN含量为70%的样品中观察到了表面相分离行为,其过程可分为早期、中期和晚期3个阶段,分别对应特征化的标度指数:早期结果验证了Cahn线性理论,即标度指数为零;中期相行为主要受“碰撞-扩散”机理控制,因此表现出1/3的标度指数;在相分离后期,流体动力学主导了相区的生长和归并行为,此时标度指数变为2/3。 我们的研究结果对于深刻理解高分子相行为具有积极作用,并将对高分子薄膜加工提供必要的指导。     

聚乙烯共混物的相容性及液-液相分离

综述了聚乙共混物的相容性及液－液相分离行为,介绍了关于液－液相分离研究两派不同观点的实验条件、实验现象和主要结论。     

高分子相分离的分子动力学模拟

用粗粒化分子动力学(MD)模拟方法从分子层次研究两组分聚合物共混体系相分离过程中的动力学. 在相分离初期, 相区尺寸不随时间增加而变化; 在相分离中期, 相区尺寸与时间有很好的标度关系, 标度指数(α=1/3)符合Lifshiz-Slyozov提出的以扩散为主导的蒸发-凝聚机理的标度预测; 在相分离后期, 体系实现宏观相分离, 相区尺寸不再随时间改变而变化. 体积分数小的高分子链尺寸在相分离过程中先收缩再扩张, 在实现宏观相分离后, 高分子链尺寸又回到本体状态尺寸.     

电场条件下高分子共混物组分浓度梯度化的研究

研究了聚乙烯醇/聚丙烯酸高分子共混物水溶液中,共混物各组分在电场诱导条件下沿电场方向的浓度梯度分布情况.通过测定不同时刻PVA/PAA高分子共混物水溶液在电场的不同区域内的pH值,研究了电场诱导下共混物各组分沿电场方向的迁移过程.结果表明,PAAn-向电场正极迁移,同时由于浓差梯度,PVA向负极迁移,并形成浓度梯度分布.随时间的延长,高分子共混物的组分梯度程度逐渐加大.     

第三相界面对高分子共混物粗化过程的影响研究

共混物相分离的机理已有研究［１］．但对共混物分散相的粗化过程的研究则不多见．１９７７年,Ｃａｈｎ等［２］预言第三相界面与低分子共混物之间存在的浸润作用对相分离过程应有较大影响．近年Ｔａｎａｋａ等［３］的研究结果表明,在几何空间受限的条件下,含有小分子...     

高强超韧高密度聚乙烯/聚丙烯共混物性能与微相分离结构的研究

在常规注射过程中 ,难以获得超高性能的共混体系注射制件 ,已有的研究表明 ,采用高剪切注射 ,可以抬高共混体系的最低临界相容温度曲线 (LCST)的位置 ,增加相容性 .当熔体进入模具后 ,冷却的同时相容性下降 ,开始相分离 ,相分离程度发展到某一程度即可获得高性能的制件 .对于高密度聚乙烯 (HDPE)、聚丙烯 (PP)两组分均为结晶型聚合物的共混体系 ,由于其相形态与结晶形态相互制约、竞争 ,微相分离程度难以控制 ,因此对其液 液相形态与结晶过程的控制是获得共混物最终形态与性能的关键 .采用振动保压注射成型技术不仅对HDPE、PP各自力学性能有明显的自增强作用 ,而且对HDPE/PP共混体系的力学性能也有十分明显的改善 .DSC、WAXD、SEM结果表明共混体系拉伸强度的提高主要取决于试样中串晶数量和大分子链的定向程度 ,而冲击强度则主要取决于两组分微观的相分离程度 .研究结果表明 ,HDPE/PP含量为 92 / 8的试样拉伸强度为 97 1MPa,80 / 2 0试样的缺口冲击强度为 4 5 5kJ/m2 ,较静态试样分别提高 4 3倍和 9 5倍 .采用振动填充注射技术针对某一组分可以获得高强度、高韧性的共混制件 .     

稳态和振荡剪切流动下聚合物共混反应体系演化的格子玻尔兹曼模拟

采用A/B/S三元共混体系为模型体系,其中S由A和B通过可逆的化学反应生成并充当增容剂.我们采用自由能形式的格子玻尔兹曼模拟方法,考察了在稳态及振荡剪切流动下化学反应速率、剪切速率和振荡频率对体系形态结构演化的影响.模拟给出了增容剂平均密度和空间分布随时间的演化,结果表明增容剂S的生成能有效地降低分散相的尺寸,并且通过控制化学反应速率、剪切速率和振荡频率能够有效地调控增容剂在体系中的分布,从而为控制反应共混体系的形态结构提供帮助.     

液晶聚合物/柔性链聚合物共混体系相分离形态

利用元胞动力学方法在二维情况下对浓度、取向序参量的含时Ginzberg-Landau方程进行数值求解,研究了液晶聚合物/柔性链聚合物共混体系的相分离动力学,考察了浓度、取向有序过程的耦合对相分离形态的影响.结果表明,此耦合作用对相分离的时间进程以及相分离图样的空间排布都有影响.液晶聚合物的取向有序相当于增加了两组分间的不相容性而促进两相分离;两个序参量在热力学方面的耦合使液晶聚合物趋向于沿着界面方向取向,而动力学方面的耦合使液晶聚合物分子沿着其取向方向扩散,相分离图样的空间排布由这两种效应共同决定通过极化率张量的定义用数值方法模拟得到了相分离体系的小角光散射图样,结果表明,散射强度分布具有方位角依赖性,它是由浓度、取向序参量的空间变化共同决定的.     

动态流变学对PVDF/PTW共混物流体相容性研究

采用熔融共混法制备了聚偏氟乙烯/乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(PVDF/PTW)共混物,利用流变仪考察了PVDF/PTW共混物的相互作用及两者的相容性.观察共混物在200℃下的流变曲线,发现在低频区,共混物中PTW含量越大,共混物的流变曲线越偏离经典流变理论,这个结果与cole-cole图相一致.通过时温叠加原理(时温等效主曲线、Han曲线和v GP曲线)系统研究了不同组成的PVDF/PTW共混体系在均相区和相分离区的黏弹行为.结果表明,在均相区,不同温度下,共混体系的动态模量利用时温叠加原理,通过水平位移就可以很好地叠加在一起,无论是储能模量还是损耗模量,在低频末端均近似地符合经典低频末端标度关系;在相分离区,动态模量偏离了经典的低频末端标度关系,其中储能模量的偏离尤为明显,从而导致了时温叠加原理的"失效",相应的Han图、v GP图也表现出不同于均相体系的特征,这些特征的响应可以用来表征共混体系的相容性,表明在研究的一系列配比(PVDF/PTW 100/0、90/10、70/30、50/50、30/70、10/90、0/100,W/W)中,当PVDF/PTW=90/10(W/W)时,两者的相容性较好.SEM也证实了这个结论.