通过界面结晶实现聚合物填充复合材料界面增强的新方法研究

本项目以应用广泛的纤维状填料（玻纤，碳纤，聚酰胺纤维, 晶须、凹凸棒,碳纳米管等）和片状无机填料（如云母、滑石粉、石墨、粘土）为填料，以通用高分子（聚烯烃、尼龙6, 尼龙6,6）工程塑料（PET,PBT），生物可降解高分子（聚乳酸）等聚合物为基体， 进行聚合物/无机填料复合材料界面结晶行为的基础研究，探索在聚合物复合材料中获得横晶，杂化串晶，糖葫芦晶等殊界面结晶形态可能性及其对材料的界面粘结和力学性能、热性能等的影响。研究这些特殊界面结晶结构的形成机理和影响因素。利用加工中的温度场、剪切场和拉伸场等获得含特殊界面结晶结构的聚合物复合材料，大幅度提高聚合物复合材料的界面作用、力学强度和性能，研究相关的高分子形态学、结晶学、成型加工－形态结构－性能关系等基本理论问题，丰富和完善高分子结晶形态学和结晶理论的研究。为通过成型加工制备高性能的高分子工程结构材料提供理论基础。

本项目四年来的研究工作主要是为了回答以下三个问题。第一是界面结晶的影响因素及形成条件，第二是界面结晶是否能实现界面增强，第三是界面增强机理。为回答这三个问题，我们设计了一系列实验。首先我们研究了界面结晶的影响因素，发现聚合物的链构象，分子量，聚合物浓度，填料表面的拓扑结构（从不可生物降解的碳管，玻纤到可生物降解的苎麻纤维，纤维素纤维），以及外场作用（如剪切）对复合材料体系界面结晶的影响。然后又通过单纤维断裂实验，Halpin-Tsai 模型，碳管以及苎麻纤维在聚合物中结不结晶对界面增强以及复合材料的力学性能的影响。为了弄清楚界面结晶的的增强机理，我们又利用计算机模拟来探索了不同体系中界面结晶对界面增强的影响。通过解决上述问题以后，于是我们将界面结晶实现界面增强这一思想运用到实际加工中，以制备一系列高性能复合材料。.核心工作发表SCI论文33篇，包括在PPS上发表综述论文一篇，研究工作得到国内外专家的肯定好评。相关论文被引用319次，他引250余次。作为重要的研究内容之一，成果获2014四川省科技进步一等奖（自然科学类）此项工作为高分子复合材料特别是含纤维或片层纳米复合材料的制备与界面增强提供了新思路和理论指导。