聚合物微纳层状复合结构的构筑及其特性研究

通过共挤出将聚合物和功能组分强迫组装成成百上千层的微纳层状交替复合结构，研究在微纳层叠强迫组装过程中复杂流体的流变行为，聚合物和功能组分的受限运动、界面受限扩散、受限结晶、界面迁移化学反应以及功能组分在微纳层中的取向及诱导聚合物的结晶行为，研究有限界面到无限界面导致的微纳层复合材料性能的变化，利用二维相关红外研究分子受限运动，揭示微纳层形成过程中的形态结构演变规律，调控功能组分在一维或二维方向上的规整排列，发展各向异性的高性能功能材料，建立微纳层状功能复合材料的功能特性表征新方法和理论模型。为微纳米尺度双连续结构的受限调控和组装技术提供新方法和新理论，对微纳层状复合系统进行优化设计和模拟，抑制强迫组装过程中的断流和堵流现象，发展微纳交替层状复合挤出技术。为人们追求可设计、高性能、功能化材料的目标提供新的途径，为微（纳）层挤出复合技术的研究和应用提供理论依据,具有重要的理论意义和应用前景。

本项目通过加工方法的创新，利用层倍增器的切割-叠合作用实现了高分子材料微纳层状强迫组装和分散相的形态调控，建立了通用高分子材料高性能化和功能化的新技术，发展了成型加工和受限结构调控新理论。本项目围绕加工-结构-形态-性能之间的关系开展工作，取得了如下成果：（1）设计和优化了层倍增器，搭建了微纳层状共挤出小试和中试装置，最高层数可达2048，单层厚度可达纳米级。（2）通过流道分析证明了熔体在流经层倍增器时受到双向拉伸作用（3）首次利用双向拉伸力场原位调控多相高分子体系的相形态结构，改善分散状态，实现分散相的成纤和成片。因此，可以通过结构形态设计提高高分子复合材料的阻隔、阻燃、力学、导电、导热和光学性能。（4）设计并制备了具有交替层状结构的高分子复合材料，利用层状界面的多重效应以及并联结构的最优化效应实现高分子材料的高性能，提高材料的隔声降噪、阻尼减振、导电、介电、阻燃、电磁屏蔽、阻隔等功能化水平。（5）首次在交替层状PP/(PP+CB)体系中发现PP层在受限空间中形成大量的扇形beta晶体，系统研究了影响beta晶体形成和生长的因素，在此基础上提出了诱导beta晶体形成的新方法和新机理。（6）首次利用等效盒子模型和基本断裂功法等数学分析方法揭示了交替层状高分子复合材料的力学性能与层状结构的定量关系，发现层状界面的数量以及粘接强度是决定材料拉伸行为、断裂行为、抗刺穿能力和抗撕裂能力的关键因素。本项目形成了具有自我知识产权的新型仪器设备，解决了微纳层挤出过程中漏流和断流的技术难点，在形态结构调控、受限结晶、界面等方面进行了开创性研究，发展了制备增强增韧、减振、隔音、阻隔、导电等高性能功能化高分子材料的新技术，建立了研究微纳层状复合材料特性的新方法。