《聚合物碳納米管複合材料的流變及鬆弛特性研究》是依託中國科學技術大學，由王志剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚合物碳納米管複合材料的流變及鬆弛特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王志剛
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目重點圍繞聚丙烯/碳納米管複合材料在剪下力場下可能出現負法向應力即擠出縮小的特殊而有趣物理現象，通過流變學方法對聚丙烯（以及聚乳酸）/碳納米管複合材料的一系列結構參數與複合材料粘彈性和鬆弛特性之間的關係進行深入的研究，根據固－液轉變出現的臨界條件確定複合材料體系的流變逾滲值和凝膠強度等參數，建立聚丙烯（以及聚乳酸）及碳納米管結構參數與流變逾滲之間的關係；在此基礎上，通過改變聚丙烯基體(以及聚乳酸基體)與碳納米管的結構特性參數，解析負法向應力出現的特定的相關條件和根源，闡明剪下力場下聚合物網路和碳納米管網路的雙重網路耦合形變與負法向應力之間的內在關係；進一步研究負法向應力出現後網路結構的形變與鬆弛以及聚合物分子鏈纏結受限與結晶行為之間的本質關係，為聚合物/碳納米管複合材料的實際加工和套用提供理論指導和科學依據。
結題摘要
在本基金項目支持下，我們對於聚合物碳納米管複合材料的流變及鬆弛特性進行了系統而深入的研究，取得了一系列的研究成果，圓滿完成基金任務書提出的研究目標。本項目研究重點在於聚合物體系中碳納米管網路結構的形成，重組和外力場下的變化，以及由此導致的複合材料在流變學和結晶動力學行為上的變化，並更進一步地研究了相關複合材料性能變化，包括力學，導電和加工性能的改變等。具體取得的研究成果體現在如下的若干方面，在聚丙烯/碳納米管體系中揭示了碳納米管網路結構與負法向應力的測試來源，該成果解決了近十年來的困惑，即曾報導的聚丙烯/碳納米管體系中巨大的負法向應力的根源到底是什麼，並發現在聚丙烯/碳納米管體系中碳納米管網路結構和聚丙烯基體粘彈性的耦合可導致奇特的擠出收縮現象，這說明對複合材料體系可望通過控制材料的黏彈性耦合消除聚合物擠出膨脹問題；在聚丙烯/碳納米管體系中剪下場誘導成核和碳納米管誘導成核存在協同作用，並顯著影響聚丙烯的結晶動力學行為；對於聚乳酸/碳納米管體系而言，碳納米管長徑比差別可導致顯著的聚乳酸結晶動力學行為的變化，長徑比小的碳納米管存在更強的結晶成核效應；對於聚乳酸/聚己內酯/碳納米管三元體系來說，碳納米管在聚己內酯相區內和邊界上的再分布並結合聚乳酸/聚己內酯體系的相分離可產生最最佳化導電性組合，這與體系內產生雙重逾滲網路結構有著緊密關係；在聚乙烯/碳納米管體系中發現熱退火可導致碳納米管網路結構的重組並使得導電性得以顯著增強，該重組使得碳納米管網路結構變得鬆散和連續，促進導電性的提高；在聚丙烯/彈性體共混物體系中藉助紫外光輻照來誘導兩相區的界面交聯，導致界面交聯網路形成，該界面層的出現使得體系的流變學行為發生顯著的變化，並產生了同步增韌和增強該共混物材料的奇特效果；在上述研究成果的基礎上，我們提出了製備含剛性鏈網路結構彈性體的設計思想，並成功合成了該類彈性體材料，其中剛性鏈網路結構的存在賦予了該彈性體增強的拉伸回彈性，並呈現了顯著的應變硬化行為，這為新型彈性體的設計和生產提供了實驗上基礎。上述研究成果以13篇SCI論文分別發表於Macromolecules, ACS Applied Materials and Interfaces, Polymer Chemistry, Biomacromolecules, Soft Matter, RSC Advances等國際專業核心期刊。
