稠化低熔点金属/聚合物复合体系在加工过程中的形态变化及其功能特性

对低熔点金属(LMPM)/ 聚合物复合体系在加工过程中形态变化的研究远不如聚合物/聚合物共混体系那样广泛和深入；这些研究最大的不足是采用了通用LMPM为金属液相。通用LMPM熔体由于具有远远低于聚合物熔体的粘度，在含量极低时便从复合物中聚集析出。这样难以在较宽的组成范围内研究复合体系的加工行为，从而制约了本方向的发展。本项目首先提高通用LMPM熔体的粘度，再将粘度提高了（稠化）的LMPM与聚合物复合。研究金属熔体的粘度与增粘物质含量、粒径的关系；研究在密炼、拉伸这两种加工条件下复合物的形态变化规律和机理；研究复合体系的传导性能与结构的关系。通过系统而深入的研究，可以完善和深化对低熔点金属/聚合物复合体系在加工过程中形态变化规律和机理的认识，并为制备具有高传导性能的聚合物基复合材料奠定理论基础。

金属流体/聚合物熔体二相流行为的研究远不如聚合物共混体系那样系统和深入。本项目首先研究了铜粒子尺寸和用量对锡基悬浮体流变性质的影响。结果表明，随着铜粒子含量增加，金属流体的流动性降低；在所用三种粒径的铜粒子中，纳米铜粒子的增稠效率最高。以纳米铜粉/锡悬浮体和半固态合金为金属相，研究了金属流体的流变性质对金属流体/聚合物熔体体系密炼混合行为的影响。结果表明，金属流体粘度越高，在密炼加工力场作用下，金属流体的析出量越小；这表明，降低金属流体流动性有利于抑制金属析出和形成均匀稳定的复合体系。研究还表明，聚合物适宜的结构、添加固体金属粒子也有助于金属流体/聚合物熔体体系的稳定，这与上述条件下界面相互作用的改善有关。. 研究了复合材料中金属相的粒子尺寸和浓度分布与密炼条件的关系。结果表明，金属相的粒子尺寸和浓度分布与密炼时间和转速有关，但与时间和转速相比，比能量输入是一个更加普适的物理量。随着比能量输入的增加，金属相粒子尺寸先急剧减小，而后保持不变，而衡量浓度分布均匀性的混合指数则逐渐增加，而后保持不变。金属粒子尺寸减小过程与浓度分布均匀性变化过程的对比表明，随着比能量输入的增加，粒子细化过程首先完成，而粒子均化则需要在更高的比能量输入下才能完成。从而揭示了聚合物多相体系混合中同时发生的两个过程——分散混合与分布混合的关系。研究还表明，金属相的流变性质对上述过程有重要影响。. 研究了金属流体/聚合物熔体体系中金属相在拉伸条件下的形态变化规律，结果表明，金属相形态和尺寸与其初始尺寸和复合体系的形变程度有关。研究了复合材料的导电性能、导热性能与金属相尺寸和含量的关系。展示了基于低熔点金属制备兼具良好使用性能和加工性能的复合材料的广阔前景。 . 此外，通过变形液滴回缩法定量评价了金属液体/聚合物熔体的界面张力，并研究了金属和聚合物种类对界面张力的影响。结果表明，金属液体/聚合物熔体的界面张力远远高于常见不相溶聚合物共混物中的界面张力，该界面张力受聚合物结构影响大，而受金属种类影响小。这些数据拓宽了有关物质基本性质的认识，为降低金属液体/聚合物熔体界面张力指明了方向。. 上述结果对于认识金属流体/聚合物熔体复合体系的行为和性质、对于制备兼具良好传导性能、力学性能和加工性能的复合材料具有重要意义。. 已发表论文6篇，培养硕士研究生1名。