用压力诱导流动场在通用高分子中构筑多级有序层状微观结构

课题组前期研究发现在压力诱导流动场作用下，可以在一些通用高分子材料及其复合材料本体中形成多级有序层状微观结构，这种微观结构与贝壳中的层状砖泥（Brick and Mortar）结构极其相似，更重要的是可以使材料的强度、刚性和韧性同时提高，特别是抗冲击强度与注塑成型样品相比可提高达30多倍，这是至今其他方法无法达到的。本项目将研究这种多级有序层状微观结构的形成机理及其与力学性能的关系。通过系统研究在通用高分子材料中形成多级有序层状微观结构的工艺条件和影响因素，建立形成多级有序层状微观结构的规律及其调控方法。通过系统研究通用高分子材料压力诱导流动成型过程中微观结构演变行为和规律，微观结构与性能的变化规律，揭示多级有序层状微观结构与高分子材料宏观力学性能之间的关系，特别是微观结构与抗冲击性能的关系，为提高通用高分子材料的高性能化提供微观结构设计新方法，并丰富高分子形态结构的内容。

本项目全面完成计划任务，达到预期目标，主要成果如下。.1、建立了一种可以同时提高韧性、强度和刚性的通用高分子材料高性能化的新方法。.材料的增韧大多以牺牲强度和刚性为代价，本项目建立了一种可同时提高韧性、强度和刚性的通用高分子材料高性能化新方法——压力诱导流动成型方法。用该方法可在通用高分子材料中构筑多级有序层状微观结构，大幅提高材料冲击韧性，同时提高强度和刚性。在实验室条件下，选择14种通用高分子材料，韧性均提高2-25倍，强度提高2-4倍，刚性提供2-3倍。.2、对多种通用高分子材料进行了深入系统的压力诱导流动成型研究，为其高性能化提供了新工艺及理论支撑。.项目研究了半结晶高分子（PP、PLA、PA）、无定形高分子（ABS、HIPS）、多相高分子（PLA-b-PCL、PLA/PEG、PLA/Starch、PP/PA6、PS/SBS、HIPS/SBS）和杂化体系（HMWPE/MMT、PP/MMT、PA/MMT）。对其在PIF成型中工艺条件（温度、压力、压缩比、保压时间等）对结构和性能的影响规律，进行了系统研究。为这些通用高分子材料的高性能化提供了新途径及理论支撑。.3、揭示了半结晶高分子在PIF成型过程中多级微观结构演变规律，发展了塑性变形分子机理，提出了PIF成型材料的强韧化机理及结构模型。.以典型半结晶高分子（PP、PLA）为研究对象，建立了半结晶高分子多级结构表征方法，系统研究PIF过程中晶区和非晶区结构演变规律，包括球晶、片晶、折叠链和非晶区分子链的变化规律。发展了70年代Peterlin等人建立的塑性变形理论，用AFM、WAXS、SAXS等证明了大部分片晶破碎成纳米尺度的小晶粒，相邻晶粒由系带分子链连接，成为取向层状的富晶区。.4、揭示了橡胶颗粒增韧无定形高分子体系PIF过程中多级微观结构的演变规律及增强增韧机理，建立了通过形成取向扁平颗粒，提高银纹引发和终止效率，同时提高韧性、强度和刚性的通用高分子材料高性能化新概念和新方法。.以典型的橡胶增韧高分子（ABS、PS/SBS）为研究对象，以TEM、SAXS等方法，系统研究了PIF成型中多级微观结构演变规律：橡胶颗粒从球形转变为取向碟状，显著提高了银纹引发和终止的效率，从而大幅度提高冲击韧性，同时提高强度和刚性。这一强韧化新概念和新方法，对通用高分子材料的高性能化具有重要意义。