多相聚合物共混材料流场响应行为等流变学基本问题研究

本项目拟以聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等为主体，构造具有特定相结构及相界面关系的多相聚合物共混材料，系统研究其流场作用下的流场响应行为等流变学基本问题，包括不同相区局部独立区域的流场分布特征、多个局部独立区域流场间关系及其物理统计描述与表征、基于特定相结构及相界面基础上的界面剥离、滑移、滚动等现象与行为、流场作用在相界面上的传递与特点等；揭示多相聚合物共混材料在流场作用下的流场响应机制、规律及影响因素,初步探讨多相聚合物材料体系相组分分子链结构、第三组分的引入等对多相聚合物共混材料流场响应行为的影响；以描述多相聚合物共混材料结构与性能的相关理论模型模拟结果和实验结果进行比对，探求理论模型的改良和完善方法及途径，并尝试从数值模拟分析角度进行建模分析；将研究结果应用于多相聚合物共混材料的制备、结构与性能的表征等领域，发展相应的新工艺、新技术和新方法，为进行材料设计和新材料开发提供依据。

本项目研究了iPP、PS、PEO、PCL及乙烯丙烯弹性体等均相材料及共混物内稳态和动态剪切流场的控制及流场响应行为，考察了壁滑、相界面滑移等对材料内流场控制及流变行为的影响，关联了多相体系相结构特征与流场响应行为，并基于流场诱导结晶研究了多相体系内流场分布特征，开展了将聚合物共混物相分离及拉伸流场响应行为与材料结构关联用于探知多相体系内剪切流场或拉伸流场分布特征的前期工作。结果显示，高分子缠结类熔体在稳态和动态剪切时均可出现壁滑；稳态剪切时壁滑长度b与剪切速率大小及其变化率有关，剪切速率增大或增加加快均使b趋于减小，这与壁滑层来不及松弛有关；动态剪切时可经假设获得相应b，b对频率依赖性会使频率扫描数据偏离流体真实流场响应行为。存在壁滑时，用平行板或锥板测试均相或多相体系稳态或动态剪切行为均会受到影响，平行板或锥板内加牛顿流体样品时的流场分布相对简单，而加非牛顿流体时流场分布依赖于流体非牛顿行为，凸显出通过对流体进行假设以实现宏观流场的统计计算并进而以一定方式构建扭矩和剪切应力间统计关系的实验方法存在缺陷与不足，导致非牛顿流体流变性质的测不准现象。基于现有应力控制型旋转剪切流变仪提供的流变参数，对稳态或动态剪切条件下的b均可在实验意义上确定出来，在动态剪切条件下需对壁滑层作纯粘性处理或视壁滑层粘弹性等同于流体本体粘弹性，以确定出相应条件下定义的b，关于壁滑层粘弹行为是否应介于流体本体粘弹性和纯粘性之间，或上述简化处理是否合理，还需更多关于壁滑层流变行为研究工作的支持。通过对反应增容PP/PS共混物流场响应行为的研究发现，在线性粘弹范围内共混物组分性质和界面增容共同决定共混物流变行为，共混物几何相结构的贡献相对很小，组分性质基于对共混物中流场的简化考虑会影响对界面增容贡献的确定；相界面增容对共混物零剪切粘度的贡献近似线性依赖于反应增容形成两相接枝物的量，而与SALS法得到的过渡层体积或过渡层厚度成非线性关系，暗示所得过渡层在相容剂形成少时包含了一些对相界面增容不起作用的两相组分的分子链，相容剂分子能够依分子链数量比例地提供对相界面滑移的抑制作用。剪切诱导结晶转变中结晶速度与 可在一定范围内建立线性关系，基于此可通过比对均相和多相体系流场响应行为反映出多相体系内流场分布特征。流场诱导共混物相分离及拉伸流场作用下结构转变特征可望用于多相体系内剪切流场或拉伸流场分布特征推知。