1、聚合物共混物研究與應用的核心目標是通過不同的手段(組分性質、加工參數(shù)等)來調控得到特定的共混物形態(tài)結構，以獲得所需的材料性能。多相聚合物共混物的結構不僅與熱力學因素有關，在外界流場和外界表面(例如基板、無機填料粒子)的存在條件下還能夠呈現(xiàn)出豐富多彩的動力學響應。因此，研究復雜多因素耦合條件下聚合物共混物的相行為對于發(fā)展有效的加工成型方法、實現(xiàn)多組分材料性能的最優(yōu)化和可控化具有重要的理論和實踐意義。 本論文首先借助剪切—顯微裝置在

2、線研究了靜態(tài)和簡單剪切場下不相容聚合物共混物的分散結構和共連續(xù)結構的實時演變過程。以此為基本出發(fā)點，首次考察了粒子填充不相容體系的分散結構的在流場下的動力學響應。然后，研究了對兩種具有不同粘彈特性的部分相容體系，即聚甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯．丙烯腈共聚物(PMMA/SAN)和聚苯乙烯/聚甲基乙烯基醚(PS/PVME)，在添加無機填料后的熱力學穩(wěn)定性，并將實驗結果結合相應的粒子增容理論預測進行了相應的比較和討論；考察了無機填料對具有粘彈反差

3、的PS/PVME體系在粘彈相分離過程中結構演變的影響。最后，通過介觀模擬技術考察了二元混合物在外界表面(填料、基板)和復雜溫度條件下的結構生成。本論文的主要研究工作和結論如下： 1．不相容聚合物共混物在剪切場下的結構演變 a)以尼龍6(PA6)/PS和PS/高密度聚乙烯(HDPE)兩種共混物為模型體系，對測定界面張力的三種實驗方法進行了比較和討論，開發(fā)了一套測定共混物界面張力的工具軟件；并考察了變形液滴和纖維在高溫下的形

4、狀穩(wěn)定性及松弛過程； b)提出了利用平板剪切裝置和光學顯微鏡來研究簡單剪切場下分散相變形和取向的新方法，并測定了PA6分散相在不同剪切速率下的瞬態(tài)取向角；研究了剪切場下PA6分散相在經歷破碎、凝聚之后的尺寸及其分布，從而確定了PA6/PS體系在230℃下的Elmendorp圖； c)實驗發(fā)現(xiàn)在剪切場下PS/HDPE共混體系可以形成核.殼液滴結構，并首次對核.殼結構粒子的變形、松弛和破碎行為進行了相應的觀察，提出了剪切流場

5、下核殼液滴的結構演變機理，為進一步在二元共混物體系中控制核—殼結構的生成、研究核殼粒子對共混物力學性能的影響提供了前期理論和實驗支持； d)首次對簡單剪切場下聚合物共混物在熔體共混早期分散相結構的演變進行了在線可視化研究，發(fā)現(xiàn)整個過程可以劃分為薄膜的生成、孔洞生長、瞬態(tài)網絡結構的生成以及網絡結構的破碎等幾個基本步驟。從實驗角度估算了熔體薄膜的臨界破碎厚度，確定了孔洞的線性擴張速率，并從解潤濕的角度推導出相應的理論預測公式，發(fā)現(xiàn)孔

6、洞擴張速率取決于共混物的界面張力和基體相的粘度。研究共混過程中熔體薄膜的形成和松弛過程為進一步了解共混物中組分的分散、共連續(xù)相結構的生成奠定了相應的理論和實驗基礎。 2. 填料對不相容聚合物共混物相結構的影響 a)基于第2章的工作，本文進一步研究了微米級無機粒子對不相容的PA6/PS、PS/HDPE共混體系相結構的影響。發(fā)現(xiàn)SiO<,2>粒子使PA6分散相粒子在剪切場下更難變形，而且分散相在變形后的回縮動力學大大減慢。S

7、iO<,2>的引入提高了纖維的臨界斷裂長徑比，增強了PA6纖維的穩(wěn)定性。通過液滴的回縮過程計算了SiO<,2>的引入對PA6分散相粘度的改變，并對填充分散相動力學減緩及形狀穩(wěn)定性提高的現(xiàn)象進行了解釋； b)在低剪切速率下，填充SiO<,2>的PA6/PS體系分散相尺寸增長更快；SiO<,2>的加入對PA6分散相凝聚行為的改變可以歸結于SiO<,2>提高了PA6分散相的熔體強度，使之在相同剪切速率下更難破碎； c)在剪切場

8、下，SiO<,2>的填充使HDPE薄膜較難生成，而且SiO<,2>并不遵循理論預測遷移進入PS相中，而是可能分布在HDPE內部和兩相的界面處；粒子對HDPE粘度的改變以及粒子在PS/HDPE界面鉚接作用使孔洞生長速率明顯減慢。 3. 填料對部分相容共混物體系相穩(wěn)定性的影響a)對于動力學對稱的PMMA/SAN部分相容體系，利用光學和流變學方法考察了微米級SiO<,2>填料粒子對其熱力學穩(wěn)定性的影響。發(fā)現(xiàn)選擇性填料的引入提高了共混物相分離的

9、溫度，而利用Lipatov和Ginzburg提出的關于粒子增容的理論并不能解釋填料對體系的熱力學穩(wěn)定性的改善； b)對于動力學不對稱、強粘彈反差的PS/PVME部分相容體系，微米級SiO<,2>并沒有對其熱力學穩(wěn)定性產生明顯的影響，只影響著體系的粘彈相分離過程。PS/PVME體系的粘彈相分離過程受到體系組成和溫度的影響；非臨界的PS/PVME體系在發(fā)生逾滲-粒子轉變(PDT)之后可以觀察到明顯的孔洞生長過程；粘彈相分離產生的孔洞

10、在擴展過程中對周圍的相區(qū)結構有強烈的取向效應；由于SiO<,2>對PVME的選擇性吸附，粘彈相分離的孔洞更容易在粒子的表面產生。 4. 外界表面存在條件下二元共混物相行為的介觀模擬 a)本論文采用高效率的元胞動力學模型研究了外界表面(基板、填料)存在條件下二元共混物相分離的過程。基板和填料的引入改變了其表面附近的相結構，分別引發(fā)平行結構和環(huán)帶結構。引發(fā)結構的生成與共混物體系的組成、體系初始組成波動幅度等因素有關。

11、 b)發(fā)現(xiàn)通過兩步淬冷，臨界組成和非臨界組成的單純二元共混物體系都可以形成層狀相結構。相比一步深度淬冷而言，在兩步淬冷過程中基板附近可以引發(fā)更加明顯的平行結構，而在遠離基板的區(qū)域，層狀相依然存在。不可移動的填料粒子在兩步淬冷時可以引發(fā)更加明顯的環(huán)帶組成波。填料粒子含量的增多導致本體層狀相結構和組成波的消失。通過引入擴散限制聚集模型(DLA)產生的粒子束，模擬考察了粒子束對二元共混物相結構的影響，發(fā)現(xiàn)粒子束可以引發(fā)外圍的輪廓結構，為研究實