Stiffness behaviour of injection moulded short glass fibre/impact modifier/polypropylene hybrid composites

The stiffness behaviour of injection moulded short glass fibre/impact modifier/polypropylene hybrid composites has been investigated in this work by theoretical predictions and experiments. Predictions from the self-consistent method were found to be in good agreement with test results for the impact modifier/polypropylene blends. By taking into account of the fibre orientation distributions in the skin and core layers, the values of Young's modulus for the skin and core layers were predicted by employing Eshelby's equivalent inclusion method and the average induced strain approach. The prediction of the values of Young's modulus for the whole sample was obtained by applying the simple mixture theory of laminated composites to the predicted results for the skin and core layers. Good correlation between predicted and experimental Young's modulus values were found.

固体火箭发动机柔性接头弹性件力学性能研究

针对固体火箭发动机柔性接头中的橡胶材料，研究了在进行这种橡胶结构有限元计算中橡胶材料的力学行为的表征。进行了单轴拉伸与简单剪切材料力学性能试验，根据不同材料模型对试验曲线进行了拟合，并用MSC／Marc软件模拟了超弹性材料的单轴拉伸与简单剪切变形过程。结果表明：采用单轴拉伸试验数据预测材料剪切性能会造成明显误差，而简单剪切试验得到的模型可以比较准确描述材料的拉伸和剪切变形，针对柔性接头这种以剪切变形为主的结构，应选取剪切试验数据；当应变大于150％时，不同材料模型与试验数据的选用范围对计算结果具有明显影响。

PBT和PBS及其共混物结晶行为和力学性能的研究

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种多用途的工程塑料。本文中，主要研究了PBT/Epoxy(E)合金及PBT/ABS-g-GMA/E合金的结晶行为和力学性能。 使用示差扫描量热法对PBT/Epoxy合金的等温结晶过程进行了研究。发现PBT和E03 609环氧树脂在所研究的组成范围内完全相容。环氧树脂起到异相成核剂的作用，使PBT产生更强的瞬间结晶三维生长趋势。PBT和环氧树脂的Flory相互作用参数为负值，说明PBT和环氧树脂形成了热力学上的稳定混合物。 使用几种方法对PBT/Epoxy合金的非等温结晶过程进行了研究，Ozawa方程不能充分描述PBT/Epoxy合金的非等温结晶过程；使用莫志深等人提出的方法，成功地描述了该过程。实验结果显示1％环氧树脂可使PBT/Epoxy合金结晶速率明显增加。 对PBT/Epoxy合金的热和力学性能进行了研究。1％环氧树脂的加入提高PBT/Epoxy合金的缺口冲击强度20%；从红外光谱分析，环氧树脂与PBT发生了相互作用；环氧树脂影响了PBT/Epoxy合金的力学性质和结晶行为。 采用乳液聚合技术将甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)引入到ABS的壳层，合成了环氧官能化的ABS共聚物(ABS-g-GMA)，将环氧树脂加入到PBT/ABS-g-GMA合金中，利用环氧官能团与PBT端羧基/羟基的反应达到增容PBT/ABS合金的目的。当环氧树脂的含量为5％时，PBT/ABS-g-GMA/E共混物比PBT/ABS-g-GMA共混物有更优异的力学性质。 研究了聚亚丙基碳酸酯(PPC)和聚丁二酸二甲酯(PBS)共混物的相容性、结晶和力学性能。结果显示组份PPC/PBS（90/10）可能产生部分相容。采用偏光显微镜观察了PPC/PBS共混物的形态，对于90/10 PPC/PBS共混物，发现很大数量的PBS小球晶分散在PPC基质中。力学结果显示90/10 PPC/PBS共混物拉伸强度比纯PPC提高了30％，冲击强度提高了11％。

功能化聚丙烯及其与聚对苯二甲酸丁二醇酯共混物的制备及结构性能研究

本工作通过电子束预辐照处理和反应挤出方法，制备了丙烯酸功能化预辐照聚丙烯rPP-g-AA，采用化学滴定和红外光谱方法均证明接枝共聚物的存在，同时确定了预辐照剂量和单体浓度对接枝率的影响：（1）当单体浓度一定时，接枝率随预辐照剂量的增加而增加并逐渐达到平台值；（2）当预辐照剂量固定时，单体浓度在0～4.0wt%范围内，接枝率几乎呈线性增加。研究发现，丙烯酸(AA)接枝链能起到异相成核作用而促进预辐照聚丙烯(rPP)的结晶过程，但却不改变结晶晶型；虽然接枝反应可以部分抑制降解反应，但相对于原料聚丙烯(PP)，接枝产物的力学性能仍大大下降；因此提出的反应机理认为接枝反应主要是通过链断裂降解反应形成的端自由基引发的，从而形成了以端基接枝为主的产物。 为了控制PP接枝过程中的严重降解，本工作首次提出了均相和异相引发接枝反应的原理，即采用部分rPP和预辐照聚乙烯(rPE)分别作为PP接枝反应的均相和异相“引发剂”，经反应挤出制备丙烯酸功能化聚丙烯PP-g-AA。对于均相引发体系：（1）当rPP用量为20phr时，PP-g-AA的接枝率已经达到rPP-g-AA的水平，而且降解反应得到有效控制；（2）和PP/rPP-g-AA共混物的对比研究证明，均相引发接枝产物不但接枝率明显提高，而且接枝分布非常均匀；（3）由此提出均相引发主要是发生rPP和PP分子间夺氢反应并形成以基体PP接枝为主的产物，而rPP分子内夺氢反应形成的接枝产物rPP-g-AA只占较少比例。对于异相引发体系： （1）通过红外光谱表征及接枝率计算得出异相引发接枝产物的接枝率比相应的PP/ rPE-g-AA共混物略高；（2）由于rPE及rPE-g-AA对基体PP的结晶没有影响，通过异相引发接枝产物中PP的结晶温度升高直接验证了异相引发接枝反应的实现；（3）提出的机理认为异相引发主要发生在rPE的分子内夺氢并形成rPE-g-AA，造成rPE引发的PP分子间夺氢反应形成PP-g-AA产物的比例下降。 本工作还详细研究了rPP预辐照剂量、rPP用量和单体浓度对均相引发反应的影响。得到的结果如下：（1）高预辐照剂量导致了接枝率下降的“假相”是由于形成的微凝胶造成的；（2）rPP用量的增大在提高接枝率的同时也导致降解反应的逐渐增强；（3）单体浓度的增加导致接枝率的逐步提高并最终达到最大值，而且可能导致部分微凝胶的产生；（4）接枝没有破坏PP-g-AA结晶的完善性和晶型，却能促进了晶体在（040）晶面的生长并可能产生部分横晶形态；（5）PP-g-AA和金属能形成良好的粘接作用。 以上述制备的rPP-g-AA和PP-g-AA增容PP/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)共混体系，发现高分子量的PP-g-AA比低分子量的rPP-g-AA的增容效果要好，因此认为PP-g-AA和PBT通过酯化反应形成的长链接枝共聚物PP-g-PBT对PBT相的分散和界面作用增强更加有效。而随着增容剂PP-g-AA比例的增加，原位反应生成的PP-g-PBT逐渐增加，使得PBT相分散和界面增强效果更加显著，因此共混物的力学性能也更佳；DSC研究发现，随着PBT相尺寸减小到1μm以下，PBT出现了结晶受限行为。 将引发剂rPP和单体AA加入到PP/PBT共混体系中实现了一步法反应增容，得到共混物的扭矩、相形态、力学性能都和分步法增容共混物的结果几乎相同，这说明一步法共混能使PBT产生良好分散并得到性能较佳的产物，从而为高分子合金材料制备提供了一种简单有效的方法。 采用该方法对AA、马来酸酐(MAH)和甲基丙烯酸甘油酯(GMA)三种单体的接枝和增容反应对比研究证明，AA的效果最好，MAH次之，而GMA的效果最差，分析认为，AA和MAH通过接枝反应形成PP-g-AA和PP-g-MAH，随后再和PBT发生酯化增容反应形成PP-g-MAH-PBT共聚产物，而GMA首先和PBT反应形成PBT-GMA，而后由长链PBT-GMA发生接枝反应生成PP-g-GMA-g-PBT，但是这种接枝反应的效率很低，由此造成增容效果较差。

Lewis酸引发的LLDPE/PS共混体系的原位反应增容及其结构与性能研究

本文以单组分和双组分Lewis酸为催化剂，采用反应加工的方法，制备了原位反应增容的线性低密度聚乙烯/聚苯乙烯共混物（LLDPE/PS），并对原位反应增容的机理、增容体系的结构性能以及Lewis酸对共混组分的降解作用进行了系统研究。 以FTIR和NMR为手段、二甲苯为模拟化合物，确认LLDPE/PS共混体系在Lewis酸为催化剂作用下发生了LLDPE与PS的接枝反应，LLDPE接枝在PS苯环的对位上。形成的原位接枝共聚物对体系起增容作用。 使用溶剂抽提、SEM、DMA、流变和DSC等手段对以单组分Lewis酸AlCl3 为催化剂的LLDPE/PS共混物的结构性能进行了研究。从溶剂抽提前后的重量比计算了接枝物的含量。催化剂用量较低时体系中的接枝物含量随AlCl3的增加而提高，随着AlCl3进一步增加，接枝物含量不会增加反而下降，发现AlCl3导致均聚物的降解。研究结果表明，共混体系中加入适量的AlCl3催化剂后，分散相尺寸减小，分布均匀，储能模量增加，低频区的复数黏度升高。但AlCl3用量过高时使共混物的分散相尺寸增加，分布均匀度下降，储能模量和复数黏度降低。以GPC为手段研究了单组分 Lewis酸AlCl3对共混组分的降解作用，发现对PS的降解作用显著。 由于单组分Lewis酸催化剂会导致共混组分降解，使共混体系的物理机械性能变劣，为此，我们在LLDPE/PS共混物中引入了双组分Lewis酸催化剂（Me3SiCl、InCl3•4H2O）。结果表明双组分Lewis酸催化剂不但能够催化LLDPE和PS的原位接枝反应，获得高性能的LLDPE/PS合金材料，而且不会引发共混组分PS的降解。在催化剂用量固定时，采用双组分催化剂时共混物的拉伸强度随着LLDPE含量的增加几乎保持不变，但冲击强度有十分明显的提高。对比了加入催化剂前后共混物形貌的变化，增容后的共混物中分散相粒子尺寸显著降低，证明了双Lewis酸良好的催化性能。 对以双Lewis酸为催化剂的共混物的流变行为和结晶行为进行了研究。随着催化剂的加入，两相之间的相互作用增强，因此共混物的复数黏度，储能模量和损耗模量都有不同程度的提高。增容后的LLDPE相区变小，因而在冷却过程中出现不同程度的分步结晶现象。 对单组分和双组分Lewis酸催化剂原位反应增容LLDPE/PS共混体系的机理进行了探讨。机理为Friedel-Crafts烷基化反应。在采用单组分Lewis酸催化剂时， AlCl3与体系中含有的微量水等杂质发生反应，形成一个复合物，然后进一步与聚乙烯中的不饱和的双键发生反应形成碳正离子，并攻击LLDPE分子链从而形成大分子的碳正离子LLDPE+，而这些LLDPE+则通过电子的重排而发生剪切断裂。在催化剂的存在下，这些断裂的LLDPE片断取代PS中的苯环上的质子而发生接枝反应，从而形成LLDPE-g-PS共聚物。采用双组分Lewis酸催化剂时，首先发生双Lewis酸的耦合；耦合后的Lewis酸与水等杂质反应生成复合物，然后与非饱和的LLDPE分子反应生成初级碳正离子；初级碳正离子进攻LLDPE主链，生成较大的碳正离子；LLDPE+碳正离子取代PS苯环对位的质子而生成接枝共聚物。