基于微納疊層技術的二維無機納米粒子在聚合物基體中可控分散取向機理的研究.pdf

1、聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料（簡稱PLSN）較其他一般材料有著獨特的優(yōu)異性質而受到青睞，其宏觀特性的優(yōu)劣取決于填充納米粒子與基體之間形成微觀結構的好壞，而微觀結構的好壞又取決于材料成型工藝條件的控制。但是，應用現(xiàn)有的熔體插層這一方法制備得到的PLSN由于填充其中的二維無機納米粒子分散取向的隨機性，導致其微觀結構存在缺陷而造成力學性能遠沒有達到所期望的性能指標要求。在本研究中利用自主設計研制微納層疊擠出成型設備將納米微層拖曳流場引入到P

2、LSN的制備過程中，對納米微層拖曳流場對基體材料中二維納米粒子(MMT)的微觀形態(tài)與宏觀性能的影響規(guī)律與作用機制進行了研究，并最終得到基于微納層疊技術的納米微層拖曳流場中對高分子基體中二維納米粒子的可控取向方法。本課題的主要研究內容及得出的結論有:
　　1、基于扭轉層疊單元的流場分析。因熔體流動這一過程中由拖曳流場而產(chǎn)生的剪切力有利于聚合物高分子鏈的沿特定方向有序排列取向，而熔體插層進入層狀納米粒子的層間距之間也離不開剪切力的作用

3、，故對扭轉層疊單位的剪切速率場分析必不可少。利用Polyflow對扭轉層疊單元的剪切速率場分布以及流量、黏度和不同基體材料對剪切速率分布的影響進行了研究。結果表明，扭轉層疊單元內存在沿熔體擠出流動方向和垂直于熔體擠出流動方向上的剪切速率，不同流量、不同黏度以及不同物性參數(shù)對扭轉層疊單元內的剪切速率場的分布規(guī)律沒有影響，流量對剪切速率的影響作用最為有效，在不同物性參數(shù)材料下剪切速率主要受到其黏度的影響，但剪切速率幾乎不會被黏度的變化而產(chǎn)生

4、大幅度改變。對于同一種材料而言，剪切力發(fā)生變化主要因素是流量;對于不同物性參數(shù)的材料來說，剪切力的不同主要原因是熔體黏度的不同。
　　2、基于扭轉層疊單元的微納疊層技術對單一聚烯烴材料性能的影響機制進行了研究?；谂まD層疊單元的納米微層拖曳流場，利用微納層疊擠出成型設備制備了LLDPE和PP單一材料的試樣進行了取向度、結晶度、拉伸強度等測試。結果表明，在因扭轉層疊單元特殊結構而產(chǎn)生沿擠出方向和垂直于擠出方向的納米拖曳流場作用下能夠

5、有效地促進高分子鏈沿剪切力方向有序排列，高分子鏈的取向程度和材料的結晶度均得到大幅度提升，晶粒尺寸明顯細化縮小;在拉伸過程中出現(xiàn)明顯的雙屈服現(xiàn)象，在沿擠出方向和垂直于擠出方向上均表現(xiàn)出高強度和高韌性，具有類似于雙軸拉伸的效果。
　　3、高分子基體中二維無機納米粒子(MMT)可控分散取向方法的研究?；诩{米拖曳流場探究了微流層厚度（調節(jié)層數(shù)實現(xiàn)）、拖曳流速度梯度（改變螺桿轉速實現(xiàn)）和不同基體物化性質（改變基體組份材料實現(xiàn)）對MMT在

6、高分子基體組份中分散取向的作用規(guī)律。利用微納層疊技術制備了不同層數(shù)、不同螺桿轉速和不同基體材料下的聚合物蒙脫土納米復合材料，并對試樣進行了微觀結構、宏觀性能的測試。結果表明通過層數(shù)調節(jié)實現(xiàn)微流層厚度改變的方式能夠有效地提高基體中MMT的分散、取向程度，當微流層厚度達到納米級時MMT的分散、取向效果最明顯;通過螺桿轉速調節(jié)實現(xiàn)拖曳流速度梯度的方式對擴大MMT的層間距的作用不明顯，但對MMT的取向作用效果明顯;不同基體高分子物理與化學性質對