快速大形变下高分子纳米复合材料的非线性流变行为研究

The nonlinear rheological behavior of polymer nanocomposites is the bridge between the non-equilibrium structure, processing and properties of complex polymer systems. It also becomes an important direction of research in the basic theory of the non-equilibrium polymer physics. This projected will focus on the critical questions in the complex rheological behavior of polymer nanocomposites under fast and large deformations, and clarify the influence of constrained chain dynamics and nanoparticle agglomerates dynamics on the nonlinear rheological behavior. The relation between different constrained chain structures on the nonlinear rheological behavior will be studied through the structural design of nanocomposites. Aggregation-Induced Emission and fluorescence technology, the rheological measurement and the small-angle X-ray scattering will be used to study the relation between the structural evolution of nanoparticle agglomerates and the nonlinear rheological behavior. Furthermore, the non-equilibrium phase diagram of nanoparticle agglomerates will be established. This projected will deal with the influence law of microstructure and dynamics to the macroscopic rheological properties under fast and large deformations, and will provide theoretical guidance for the structural design, performance enhancement and processing of polymer nanocomposites.

高分子纳米复合材料的非线性流变学行为是衔接高分子复杂体系非平衡态结构、加工成型和材料性能的桥梁，也是非平衡态高分子物理基础理论的重要研究内容。本项目将针对高分子纳米复合材料在快速大形变下的复杂流变行为中未解决的关键科学问题开展研究，致力于阐明受限链动力学和粒子聚集体相行为与非线性流变行为的关系。通过对纳米复合材料的结构设计，研究高分子链在不同受限状态下的动力学对非线性流变学行为的影响。采用聚集诱导发光-荧光技术、流变学表征、小角X射线散射等技术，研究快速大形变下粒子聚集体的结构演变与非线性流变行为的关系，构建粒子聚集体的非平衡态相图。揭示快速大形变下纳米复合材料的链动力学及粒子聚集体微观结构对复杂流变行为的影响规律，力争为纳米复合材料结构设计、性能优化及制备加工提供相关的理论指导。

揭示高分子纳米复合材料的微观结构、动力学与流变学行为之间的关系，阐明影响高分子纳米复合材料非线性流变行为的关键因素是高分子流变学领域极具挑战的重要研究内容。本项目针对以上关键问题开展研究，取得以下成果：1.研究了高分子纳米复合材料模量增强的微观作用机制、纳米粒子对高分子链动力学的影响，发展了高分子纳米复合材料的流变学本构模型，为纳米复合材料的结构、动力学和在快速大形变下行为的研究奠定了理论基础。2.研究了不同受限约束链对纳米复合材料应力过冲行为的影响，揭示了流场不均一性与缠结密度变化对纳米复合材料阶跃剪切行为的重要作用。3.研究了纳米复合材料的屈服应力、界面吸附-脱附行为以及粒子网络结构在非线性流场中的变化规律，揭示了粒子-高分子相互作用对纳米复合材料屈服应力的重要作用，建立了高分子纳米复合材料界面链解缠结和重新缠结的流变学研究方法，揭示了粒子网络特征尺寸在大应变剪切过程中的变化规律以及对模量增强的作用机制。本项目在高分子纳米复合材料微观结构、动力学以及流变学行为的工作为深入认识高分子纳米复合材料在非线性流场中的结构和性能之间的关系方面奠定了理论基础。