【摘 要】
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通用塑料的高性能化仍然是当前高分子材料研究、开发的重点,也是扩大通用塑料应用范围的重要举措。聚合物的填充改性及共混改性是通用塑料高性能化的重要方法。采用高效界面相容剂和设计材料特殊的内部结构是聚合物填充改性的主要方法。界面相容性是聚合物改性通常遇到的问题,如何提高界面相容性以及泊松比与界面相容性联系仍然是聚合物改性重要的话题。负泊松比材料由于具有不同于普通材料的独特的拉胀效应,有助于制备超强超韧聚
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通用塑料的高性能化仍然是当前高分子材料研究、开发的重点,也是扩大通用塑料应用范围的重要举措。聚合物的填充改性及共混改性是通用塑料高性能化的重要方法。采用高效界面相容剂和设计材料特殊的内部结构是聚合物填充改性的主要方法。界面相容性是聚合物改性通常遇到的问题,如何提高界面相容性以及泊松比与界面相容性联系仍然是聚合物改性重要的话题。负泊松比材料由于具有不同于普通材料的独特的拉胀效应,有助于制备超强超韧聚合物,但当前负泊松比材料所体现的特殊性能不明显,在原理上也没有明显的突破原理,因此,在市场上的应用尚未普及。本论文采用固相法制备三单体接枝共聚物作为聚丙烯的界面相容剂。分别研究了三单体接枝共聚物对聚丙烯/木粉复合材料和聚丙烯/玻璃纤维复合材料的界面相容性及力学性能的影响,并研究界面相容性对复合材料泊松比的影响规律。研究了PP/PTFE共混物拉伸胀大成型机理,根据多孔纤维素的海绵结构制备了聚氨酯/多孔纤维素负泊松比复合材料,研究拉胀现象发生原理,为今后制备负泊松超材料提供借鉴思路。(1)采用固相接枝反应制备马来酸酐、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯的三元接枝共聚物(GPP),用作聚丙烯基复合材料的界面改性剂,调节界面相容性。采用熔融挤出法制备聚丙烯/木粉复合材料,研究GPP相容剂优化和稳定了聚丙烯/木粉复合材料的力学性能。采用X射线衍射、偏光显微镜、差示扫描量热法、扫描电镜、红外光谱、万能拉力试验等分析和测试聚丙烯/木粉复合材料的结构与性能。结果表明,GPP相容剂与木粉表面的羟基反应,且能充分渗透到木粉纤维中去。扫描电镜观察到,GPP相容剂很好地在木粉上形成了一层界面层。随着GPP相容剂的增加,聚丙烯/木粉复合材料的力学性性能逐渐提高,在添加7%的GPP时,聚丙烯/木粉复合材料的力学性能处于最佳状态。添加GPP相容剂比外购WPP相容剂聚丙烯木塑复合材料出现的泊松比拐点时间更短。(2)以接枝共聚物(GPP)为界面相容剂,与短玻璃纤维和均聚聚丙烯共混制备聚丙烯/玻璃纤维复合材料。采用X射线衍射、偏光显微镜、差示扫描量热法、扫描电镜、红外光谱、动态流变测试、万能拉力试验等分析和测试复合材料的结构与性能。结果表明,相容剂的加入增加了界面相粘结强度,提高力学性能。随着GPP相容剂增加,损耗模量和储能模量都在增加,储能模量增加的幅度大于损耗模量。红外光谱和扫描电镜结果表明,GPP相容剂和玻璃纤维形成了界面层,改善了树脂与玻璃纤维界面相容性,增了玻璃纤维在聚丙烯基体中应力传递。GPP作为PP/GF复合材料提高界面强度的改性剂,增加了PP/GF复合材料横向形变,泊松比拐点时间出现的时间更短,以期泊松比拐点时间预测界面相容性。(3)以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为界面相容剂,采用丙烯腈包覆的PTFE与聚丙烯共混制备聚丙烯/聚四氟乙烯共混物,采用X射线衍射、偏光显微镜、差示扫描量热法、扫描电镜、泊松比分析、动态流变测试、力学性能测试等分析和测试共混物的结构与性能。结果表明,聚丙烯/聚四氟乙烯共混物的动态粘弹行为与丙烯腈包覆的PTFE含量存在一定联系,PTFE含量低于13%时,阻止了共混物中PP的松弛;当PTFE含量高于或等于13%时,能够局部提高PP分子链蠕动。随着EVA包覆PTFE含量增加,共混物的缺口冲击强度得到了大幅度提升,表明PTFE分子链在共混物中形成双连续结构,起到很好的缓冲作用。由于PTFE在共混物中形成双连续结构,PTFE容易脱嵌,形成一定的负泊松比效应,其中添加10wt%EVA和5wt%PTFE的共混物存在明显的拉伸横向胀大效应。(4)将稻壳壳碱处理后获得多孔纤维素,将多孔纤维素与聚氨酯复合,制备具有负泊松比效应的聚氨酯/多孔纤维素复合材料。采用差示扫描量热法、扫描电镜、红外光谱、泊松比分析、BET孔径分布、力学性能测试等分析和测试共混物的结构与性能。偏光显微镜观察表明,稻谷壳被氧化后,形成了很多小孔,很明显看到多孔纤维素具有海绵结构特征。M3样品在0-60s内会出现横向应变增加现象,表明M3样品有存在拉伸横向胀大效应,加入了多孔纤维素海绵能够增加负泊松比效果,这主要是多孔纤维素海绵结构拉伸过程发生旋转形成了泊松比效应;而且,扫描电镜结果表明,负泊松比效应较明显的聚氨酯/多孔纤维素海绵的截面有明显的棒状多孔纤维素富集,且拉伸过后多孔纤维素主要分布在拉伸方向的垂直面。
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