高压下聚合物纳米复合材料熔体的粘弹性行为研究及其调控机制

Pressure effect plays an important role in the viscoelasticity of polymer melts with varied molecular entanglements, while the introduction of nanoparticles will complicates this behavior furthermore. It is of great significance to investigate and moderate the viscoelasticity and flow behaviors of the polymeric nanocomposite melts under high pressure for preparing high performance materials, inducing high-quality internal microstructure and conducting their process technology. Based on the previous research, the viscoelasticity of the polymeric nanocomposites under high pressure ambient flow is planning to be given an insight on the different dispersion state of nanoparticles and interfacial morphology. High pressure steady extrusion and dynamic oscillation shear are going to be adopted for investigating the rheological properties of nanocomposite melts. The destination of this project is going to establish the influencing mechanism between viscoelasticity and melt pressure, interfacial morphology, dispersion state and the particle topological structure.

具有大分子链缠结形态的聚合物熔体在不同压力下会表现出不同的流变行为，而纳米颗粒的加入在一定程度上又进一步复杂化了其内部结构及流变特性，因此针对高压下聚合物纳米复合材料熔体的粘弹性研究对制备高性能纳米复合材料、调控熔体流动所诱导的内部微观结构及指导精密成型工艺等就具有重要的意义。基于之前关于压力对纯聚合物熔体粘弹性的研究基础，本研究拟通过调控纳米颗粒在基体中的分散形态及界面形态，在高熔体压力及高剪切速率下比较研究不同压力下聚合物纳米复合材料的流变行为，分析不同压力下聚合物纳米复合材料粘弹性发生变化的内在机理，尤其是界面形态对其流变形为的影响，实现定性/定量地揭示不同拓扑结构的纳米颗粒的分散形态及界面形态对高压下聚合物纳米复合材料熔体的粘弹性影响机理。

粘弹性聚合物熔体本身在不同压力下会表现出不同的黏度变化行为，而纳米颗粒的加入在一定程度上又进一步复杂化了这种特性，因此本课题针对高压下聚合物纳米复合材料熔体的粘弹性特征，从制备不同分散状态的纳米复合材料，实现调控其熔体的流动形态。基于之前的关于压力对纯聚合物熔体粘弹性的研究基础，本研究拟通过调控纳米颗粒在基体中的分散形态及界面作用形态，采用高压稳态剪切及动态剪切的方法，重点比较研究不同压力下聚合物纳米复合材料的粘弹性行为，重点分析高压下聚合物纳米复合材料的粘弹性内在机理，尤其是界面形态对流变形为的影响，实现定性/定量地揭示不同内在因素对高压下聚合物纳米复合材料熔体粘弹性影响机理的研究目标。本课题研究成果主要有：1）设计并制造了一台三阶分压式毛细管流变仪；2）定量分析了聚合物及其纳米复合材料熔体黏度对压力的依赖效应，成功解释了所谓的尺度效应；3）项目外延成果丰富，包括指导其他项目申报、流变仪的改造设计及聚合物材料智能精密加工系统的建立。项目资助发表SCI论文4篇，EI论文2篇，中文核心3篇，待发SCI论文2篇，项目投入经费20万元，结余7.8万元，各项支出基本符合预算，剩余经费继续本项目后续研究，包括设备改造，专利申请等。合作培养硕士研究生4名，目前均已毕业。