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高分子结晶基础研究
发布时间:2017-04-07 11:49:12
1. 压力场下流动诱导聚合物结晶
       流动诱导聚合物结晶是高分子物理的基本问题,也是指导高分子材料加工的重要知识。针对流动诱导聚合物结晶,过去几十年高分子科学与工业界开展了大量的研究工作。然而,过去流动诱导聚合物结晶研究大都是基于常压或低压条件下展开的。在实际加工过程中,如,注射成型,除了注射过程中高的剪切流动场,还伴随着几十到上百兆帕的注射压力及保压压力。加工中压力场也显著影响着聚合物结晶,如:压力场影响分子链堆砌方式,构象及扩散能力,进而影响聚合物结晶动力学,诱导特殊晶体结构生成等。因而,开展压力下流动诱导聚合物结晶研究对于深入理解加工过程中聚合物结晶行为,指导实际成型加工过程具有重要意义。基于此,我们自主设计、制造了一套压力−剪切流动仪(PSD),实现了压力场和流动场的同时施加(图1)。利用PSD,系统研究了等规聚丙烯,聚乳酸,压力和流动场共同作用下结晶行为。(Polym. Chem. 2015, 6, 4588; Maromolecules 2015, 48, 5834; Maromolecules 2016, 49, 3826)
1. (a) 压力-剪切流动仪示意图,剪切速率分布图,成型试样数码照片(从左往右);(b)压力下i-PP γ晶对剪切速率依赖性;(c)压力下流动诱导i-PP取向球晶结构;(d)压力下流动场诱导PLA β晶生成
 
2. 纳米填料诱导聚合物结晶
       近年来,聚合物纳米复合材料以其优异的机械、热学、电学、阻隔等性能,引起了学术界和工业界广泛的关注。而聚合物基体的结晶度、晶粒大小以及晶体形态对复合材料制品的性能有着显著的影响。因此,研究纳米填料对聚合物结晶行为的影响以改善复合材料多方面的性能,具有理论研究和实际应用的意义。本课题组利用添加少量低维度纳米粒子(如碳纳米管,石墨烯及其衍生物等)作为填料与半结晶聚合物(如通用塑料聚丙烯,生物可降解材料聚乳酸等)进行复合获得纳米复合物,大大改善了半结晶聚合物的结晶速率,结晶度(图2)等,以期获得高性能多功能复合材料,从而扩大材料在日常生活和工程塑料领域的应用。(Macromolecules 2009, 42, 3215; Macromolecules 2010, 43, 5000; J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 530; Polymer, 2013, 54, 6479. J. Phys. Chem. B, 2013, 117, 10641. J. Phys. Chem. B, 2015, 119, 4777. Macromolecules, 2015, 48, 4891. Polymer, 2016, 105, 167.)
2. 聚乳酸在存在碳纳米管(a-c)和石墨烯(d-f)时构象有序和结晶的示意图