形变诱导下PET基纳米复合材料的界面对微结构演化的影响

PET polyester is widely used in the field of fibers, films, etc., and the preparation process relates generally to tensile deformation, which induced micro-structure evolution and final properties are directly related. When different types of nano-material are added to the PET substrate, complex interface structures will be formed and significantly affect the final performance of the material. So our project will choose two typical morphology nanoparticles, the spherical SiO2 and lamellar MMT-filled PET composites to form different interface structures, and investigate the deformation-induced microstructure evolution using in-situ internal friction technique, which is very sensitive to the interfacial interaction and phase transition of the composite sample.Then we will analysis the role of different interface structures on the molecular chain segments in the deformation process, and summarize the law of tensile deformation induced microstructure evolution with different interfaces structural changes. At the end, we will clarify inter-relate among of the nanomaterials structure, the interfacial interaction, deformation dynamics. The project will be in favor of in-depth understanding of the internal relations of nanocomposite structure and macroscopic mechanical behavior and promote the development of a new research tool of nanocomposite.

聚酯PET广泛应用于纤维、薄膜等领域，在其制品的制备过程中通常涉及到拉伸形变，而形变诱导下的微结构演化和最终性能直接相关。当不同类型的纳米材料添加到PET 中后会与基体形成复杂的界面结构，这将明显地影响材料最终的结构和性能。因此本项目分别以球形SiO2 和片层MMT 两种典型形貌填充的PET 基纳米复合材料为研究对象，从调控复合体系的界面结构出发，采用对界面相互作用和相变非常敏感的内耗技术原位研究复合样品形变诱导下的微结构演化，分析纳米填料与PET 基体之间的不同物理化学作用对形变过程中分子链段运动行为的影响特点，总结拉伸形变诱导下微结构演化随不同界面结构的变化规律，阐明纳米材料结构形貌－界面结构－形变动力学三者间的内在关联。本项目的研究有利于深入理解纳米复合材料微观结构与宏观力学行为的内在联系，并发展出一种研究聚合物纳米复合材料的新型手段，具有重要的意义。

拉伸形变是聚合物制品加工及实际使用中普遍存在的一种变化过程，对于聚合物的结构及性能都会产生明显的影响，尤其是对于不同纳米材料填充的聚合物基复合材料，形变诱导的结构性能关系更为复杂。因此本项目首先选择不同形貌和结构特点的纳米粒子，采用原位聚合法成功制备了PET/SiO2（粒子）、PET/Ti3N4（粒子）、PET/AT（棒状）、PBT/AT、PS/LDH及PMMA/LDH（片层）等多种不同类型的聚合物基纳米复合材料，探索了无机填料不同结构形貌和不同界面结构特点对聚合物基体链段弛豫行为、结晶性能、力学性能等方面的影响规律。系统考察了拉伸形变诱导下聚合物材料的结构转变及弛豫行为，发现形变过程（尤其是形变速率）对玻璃化温度以上的sub-Rouse结构转变行为产生了显著影响，进而明确了形变诱导sub-Rouse结构转变的链段弛豫行为变化规律及微观结构模型。阐明了形变诱导下的微结构演化机制及结构性能关系的同时，本项目进而对sub-Rouse这种独特的结构转变进行了深入系统的研究。首次在三元乙丙橡胶（EPDM）这类弹性体样品中发现了sub-Rouse结构转变的存在，拓展了存在该种转变的聚合物类型。进而，系统考察了硫化交联网络结构、无机纳米粒子等不同影响因素对三元乙丙橡胶材料的链段弛豫行为尤其是高温下的sub-Rouse结构转变的影响规律及内在机制，取得了丰富的实验结果。相关成果已发表在Soft Matter等SCI刊物上，这部分工作深化了项目的研究内容，开拓了新的方向。通过本项目的开展，有利于更加深入的掌握聚合物的结构与性能关系，为高性能聚合物材料的开发奠定了良好基础。