高分子缔合体系非线性拉伸流变学行为研究

Tensile properties of associative polymers are of both scientific and practical importance. Nevertheless, the research are limited due to lack of efficient experimental tools and relative immature development of the non-linear rheology theory. To understand the structure-property relationship of the associative polymer, one of the most challenging tasks is to understand the relationship between the macroscopic stretchability and the microscopic molecular properties. We proposed here to examine systematically the stress-strain curves and macroscopic stretchability of associative polymers, via the newly developed elongational rheometer that can precisely control the elongational strain and detect the elongational stress, and relate these macroscopic elongational properties to strength, density and type of the associations. The ultimate goal is to guide the development of highly-strechable associative materials.

高分子缔合体系的拉伸性能是学术界与工业界共同关注的重要问题。然而，由于缺乏有效的研究手段和不完善的非线性流变学理论，相关领域的研究远远落后于实际需求。研究高分子熔体拉伸的一个关键科学问题就是建立宏观的材料断裂伸长率和微观的分子结构的关系。为了解决该问题，我们计划通过新型的可准确控制拉伸应变并测量应力的拉伸流变仪来测量缔合体系的宏观拉伸应力应变曲线和断裂伸长率，并将其与微观的缔合点密度、单一缔合点强度、和混合缔合点的含量和强度建立函数关系。最终目标是建立缔合体系非线性拉伸理论模型，为新型缔合材料的开发和应用提供技术支持。

高分子缔合体系凭借其优异的力学性能越来越受到学术界及工业界的重视。缔合高分子体系的流变性能，特别是非线性流变性能决定了材料的加工性能及制品的机械力学性能。本项目执行期内，通过研究无归磺化苯乙烯离聚物体系在线形与非线性、剪切与拉伸流场下的动力学松弛行为，阐明了高分子缔合体系的脆韧转变机理，即缔合体系的韧性由流场强度、缔合点解离松弛时间及Rouse松弛时间共同决定，并据此建立了脆韧转变相图。上述研究成果为超韧材料的设计提供了新的思路。本项目进一步研究了末端含有多个连续缔合点的遥爪离聚物的流变行为，证明了“解缔合独立假设”在缔合点间距小于Kuhn链段长度时不成立，即间距小于Kuhn链段长度的缔合点解离存在耦合效应。现有的缔合高分子体系的流变学理论多基于该假设，我们的研究完善了相关理论，推动了缔合高分子流变学理论的发展。另外，我们利用缔合作用的耦合效应设计了仅含一种缔合基团的多网络高分子缔合体系。传统的多网络体系依赖多种不同的链间相互作用，合成步骤复杂，不利于工业化生产。