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增容共混物,以增加界面粘接力,提高分散相结构和形态的稳定性,控制相形态的形成与演变是获得高性能聚合物合金新材料的必要条件和关键所在。本论文就聚合物反应性增容以及共混过程中相形态结构的形成演变与性能两个方面进行了深入研究。
首先研究了PVDF-g-AAc/PA6体系界面反应动力学及性质。通过流变方法研究发现其反应动力学明显可分为两个阶段。第一阶段受界面化学反应控制,而第二阶段反应基团的扩散起主导作用。同时证明了界面反应在整个过程中与准一次反应动力学理论基本一致。界面厚度和粗糙度均随测试温度的增加而增加,得到的最大界面厚度和粗糙度几乎与共聚物的卷曲尺寸一致,说明存在的界面层由反应生成的单层的共聚物组成。
研究了不同增容剂(PP-g-Mah)含量对PP/PA12共混体系形貌与结构的影响以及形貌与结构之间的关系。PA12分散相的平均粒子直径随着增容剂含量的增加先减小后增加,在接近化学计量比时达到最小值。同时,随着增容剂含量的增加,PA12的结晶峰降低,当增容剂含量超过4%时结晶峰完全消失,此时PA12与PP同时结晶。根据Wu的理论:γηmdn/δ=4(p)±0.84,本文计算的界面张力结果显示:随着增容剂含量的增加界面张力逐渐降低。当增容剂含量接近化学计量比时最小。增容剂过量后,界面张力稍有增加并维持在一个稳定值。可见,同时结晶的出现可以通过临界粒子尺寸来解释,但共混物各组分之间的界面张力也有重要影响。
PP/PS共混体系在挤出过程中的形态结构演变及其性能在线研究:共混组成和螺杆转速对形态结构的演变影响非常显著:当PP为分散相时,分散相的熔融速率和分散速率对形态发展起主要作用。当PS为分散相时,分散相的分散速率和粘结速率对形态发展起主要作用。转速越高,分散相含量越高,越容易发生粘结。当PP和PS组成接近1时,粘度比和共混组成共同决定相转变的发生。剪切速率和加工温度的增加以及分散相尺寸的降低,导致共混物粘度降低。聚合物共混物形态结构与力学性能有密切关系。拉伸强度和模量随PS含量的增加先降低后升高。断裂伸长率随PS含量的增加而降低,在PP/PS=40/60时达到最低,此后微弱增加但保持相当低的水平。同时,拉伸强度和模量以及断裂伸长率均随着转速的增加而增加,这是由于更高的剪切应力导致更加取向的结构所致。但进一步增加转速由于分散相的凝聚导致其值降低。
笔者对比研究了PP/PA12与(PP+PP-g-MAH)/PA12在不同组成比条件下共混过程中形态结构的演变与性能。当(PP+PP-g-MAH)/PA12共混组成为80/20和50/50时,原位反应生成的共聚物部分提高了共混物之间的界面粘合性,稳定其共混形貌结构,从而有效的增强了两相间应力转移能力,断裂伸长率增加一倍以上。当共混组成为20/80时,原位反应生成的共聚物大大降低界面张力,从而导致分散相尺寸降低,拉伸强度显著提高。