项目名称：    聚烯烃共混复合材料的形态控制与增强增韧的基础研究

推荐单位：    四川省

项目简介：    该项目是多项国家自然科学基金的研究成果，以聚烯烃材料为研究对象，以聚烯烃材料的工程化和高性能化为目标，从两个方面入手对聚烯烃共混复合材料进行形态控制与增强增韧：（1）从分子设计和界面设计的角度，控制无机刚性粒子（包括纳米粒子）在聚烯烃中的分散与粒子间距，实现无机刚性粒子对聚烯烃的增强增韧。提出了填充体系界面屈服的概念和刚性粒子增韧的芯壳模型，突破了传统的弹性体增韧理论，丰富和发展了Wu氏基于弹性体增韧的"临界粒间基材韧带厚度"的判据理论，使增韧理论研究更趋深入和定量化发展。为聚烯烃共混复合材料的增强增韧开辟了新的途径。（2）通过自制的动态保压装置，研究加工中的剪切场和温度场控制对聚烯烃共混物的形态、取向与结晶结构、相容性与相分离的影响研究在成型加工条件下分子自组装与形态控制的影响因素和机理，将高分子理论研究成果（如附生结晶、相反转、取向结晶等）在加工中实现，并通过系统的结构表征进行证实，讨论了一些特殊形态与性能的关系，提出了通过注射成型高剪切相容和低剪切动态保压控制对聚烯烃共混物的形态的新思路，为通过成型加工制备高性能的高分子工程结构材料提供了理论基础。在国内外发表学术论文80余篇， SCI论文62篇, EI论文40篇，研究结果得到国内外专家的好评和肯定，来函索取发表的相关论文，有50篇论文合计被引用487次。其中十篇代表性论文他引249次，单篇引用最高达到49次。美国专家S. Wu教授来信评价本项目取得的研究成果"具有重要科学价值，对高分子材料的工程化有重要推动作用"。日本著名学者Fujiyama 博士对我们的工作给予高度评价"据我所知，通过注射成型的PP/HDPE共混物产生附生结晶而引起特殊的取向还是第一次发现"，并在他主编的30集高分子成型加工的专题讲座中进行了系统介绍。1996年和2005年专家组对项目验收时，评价研究成果为优秀，具有创新性，在国际上属于领先水平。

主要发现点：  1)发现和研究了无机刚性粒子对聚烯烃的增韧作用，1991年首次报导了聚合物填充体系的脆-韧转变，使聚合物增韧由传统的弹性体向无机刚性粒子多元化增韧技术发展。（学科分类：材料的组织、结构、缺陷与性能科学，论文1,2）

2)通过刚性粒子增韧规律和机理的研究，首次提出了填充体系界面屈服的概念和刚性粒子增韧的芯壳模型，突破了传统的弹性体增韧理论，丰富和发展了Wu氏基于弹性体增韧的"临界粒间基材韧带厚度"的判据理论，使增韧理论研究更趋深入和定量化发展。这些成果为聚烯烃等材料的工程高分子材料工程的增强增韧开辟了新的途径。（学科分类：材料的组织、结构、缺陷与性能科学，论文3,4,5）

3)用自制的国内唯一的动态保压装置获得了高强度、高韧性的超级聚烯烃材料，其冲击韧性为改性前的22倍，并同时保持较高的拉伸强度，开辟了通过注射成型在低压下制备高性能聚合物材料的途径和方法。（学科分类：材料合成与加工工艺学，论文9,10）

4)通过控制HDPE/iPP共混物的组成和加工剪切条件在注射加工中获得了具有附生结晶形态、串晶互串等特殊结构，发现了高剪切相容、低剪切发生相分离的实验现象，为高分子结晶和形态学的研究提供了新的生长点。（学科分类：材料合成与加工工艺学，论文8）

5)研究熔体插层聚合物纳米复合材料的形成过程与剥离机理，特别是探讨了化学改性与剪切共同作用在制备剥离型PP/蒙脱土纳米复合材料的重要性，通过动态保压成型技术，不需要预挤出直接注射成型PP-蒙脱土混合物就获得了插层与剥离共存的PP纳米复合材料，发现了注射成型样品从皮层到芯层加速剥离的新结果和含蒙脱土的PP注射制品中取向度大幅提高的剪切放大现象，研究了取向纤维晶的形成机理。（学科分类：材料的组织、结构、缺陷与性能科学，论文6,7）

主要完成人：  1.   傅强

项目负责人，提供学术指导并参加本项目的各项研究工作。对每个发现点都有突出的贡献。参与工作量为70％。支持论文为1～10。

2.   张琴

主研人员。采用动态保压研究聚合物纳米复合材料的形成过程与剥离机理，特别是探讨了化学改性与剪切作用在制备剥离型PP/蒙脱土纳米复合材料的重要性。对发现点3、4、5有突出的贡献，工作量达到70％。支持论文为6、7、8、9。

3.   王贵恒

作为刚性粒子增强增韧负责人，并参与研究工作，提出了聚烯烃材料改性方案和通过共混填充技术实现增强增韧的技术路线。对发现点1，2有突出贡献，参与完成工作量为50％。支持论文为1～5。

4.   王勇

项目主研人员。通过控制HDPE/iPP共混物的组成和加工剪切条件在注射加工中获得了具有附生结晶形态、串晶互串等特殊结构，发现了高剪切相容、低剪切发生相分离的实验现象。对发现点4有突出贡献，参与完成工作量为50％。支持论文为7，8，10。

5.   那兵

主要研究人员。对发现点3有突出贡献，参与完成工作量为50％。支持论文为9。用自制的国内唯一的动态保压装置获得了高强度、高韧性的超级聚烯烃材料，其冲击韧性为改性前的22倍，并同时保持较高的拉伸强度。

10篇代表性论文：  1.   Polyethylene Toughened by Rigid Inorganic Particles. / Polym. Eng. Sci.

2.   Polyethylene Toughened by CaCO3 Particles :Brittle-Ductile Transition of CaCO3 Toughened-HDPE / J. Appl. Polym. Sci.

3.   Polyethylene Toughened by CaCO3 Particles: Interface Behavior and Fracture Mechanism in High Density Polyethylene/CaCO3 Blends / Polymer

4.   Effect of Morphology on Brittle-Ductile Transition of HDPE/ CaCO3 Blends / J. Appl. Polym. Sci.

5.   Polyethylene Toughened by CaCO3 Particle: Percolation Model of Brittle-Ductile Transition in HDPE/CaCO3 Blends / Polymer International

6.   Preparation and Properties of Polypropylene/ Montmorillonite Layered Nanocomposites/ Polymer International

7.   Shear induced change of exfoliation and orientation in Polypropylene/montmorillonite nanocomposites / J. Polym. Sci., Part B, Polym Phys

8.   Compatibilization of immiscible Poly(propylene)/ Polystyrene Blends Using Clay / Macromol. Rapid. Comm.

9.   Super polyolefin blends achieved by dynamic packing injection molding---The morphology and mechanical properties of HDPE/EVA blends/ Polymer

10.  Ductile-Brittle Transition Phenomenon in PP/EPDM Blends Obtained by Shear Stress Fields / J. Polym. Sci., Polym. Phys