項目名稱：    聚烯烴共混復合材料的形態控制與增強增韌的基礎研究

推薦單位：    四川省

項目簡介：    該項目是多項國家自然科學基金的研究成果，以聚烯烴材料為研究對象，以聚烯烴材料的工程化和高性能化為目標，從兩個方面入手對聚烯烴共混復合材料進行形態控制與增強增韌：（1）從分子設計和界面設計的角度，控制無機剛性粒子（包括納米粒子）在聚烯烴中的分散與粒子間距，實現無機剛性粒子對聚烯烴的增強增韌。提出了填充體系界面屈服的概念和剛性粒子增韌的芯殼模型，突破了傳統的彈性體增韌理論，豐富和發展了Wu氏基于彈性體增韌的"臨界粒間基材韌帶厚度"的判據理論，使增韌理論研究更趨深入和定量化發展。為聚烯烴共混復合材料的增強增韌開辟了新的途徑。（2）通過自制的動態保壓裝置，研究加工中的剪切場和溫度場控制對聚烯烴共混物的形態、取向與結晶結構、相容性與相分離的影響研究在成型加工條件下分子自組裝與形態控制的影響因素和機理，將高分子理論研究成果（如附生結晶、相反轉、取向結晶等）在加工中實現，并通過系統的結構表征進行證實，討論了一些特殊形態與性能的關系，提出了通過注射成型高剪切相容和低剪切動態保壓控制對聚烯烴共混物的形態的新思路，為通過成型加工制備高性能的高分子工程結構材料提供了理論基礎。在國內外發表學術論文80余篇， SCI論文62篇, EI論文40篇，研究結果得到國內外專家的好評和肯定，來函索取發表的相關論文，有50篇論文合計被引用487次。其中十篇代表性論文他引249次，單篇引用最高達到49次。美國專家S. Wu教授來信評價本項目取得的研究成果"具有重要科學價值，對高分子材料的工程化有重要推動作用"。日本著名學者Fujiyama 博士對我們的工作給予高度評價"據我所知，通過注射成型的PP/HDPE共混物產生附生結晶而引起特殊的取向還是第一次發現"，并在他主編的30集高分子成型加工的專題講座中進行了系統介紹。1996年和2005年專家組對項目驗收時，評價研究成果為優秀，具有創新性，在國際上屬于領先水平。

主要發現點：  1)發現和研究了無機剛性粒子對聚烯烴的增韌作用，1991年首次報導了聚合物填充體系的脆-韌轉變，使聚合物增韌由傳統的彈性體向無機剛性粒子多元化增韌技術發展。（學科分類：材料的組織、結構、缺陷與性能科學，論文1,2）

2)通過剛性粒子增韌規律和機理的研究，首次提出了填充體系界面屈服的概念和剛性粒子增韌的芯殼模型，突破了傳統的彈性體增韌理論，豐富和發展了Wu氏基于彈性體增韌的"臨界粒間基材韌帶厚度"的判據理論，使增韌理論研究更趨深入和定量化發展。這些成果為聚烯烴等材料的工程高分子材料工程的增強增韌開辟了新的途徑。（學科分類：材料的組織、結構、缺陷與性能科學，論文3,4,5）

3)用自制的國內唯一的動態保壓裝置獲得了高強度、高韌性的超級聚烯烴材料，其沖擊韌性為改性前的22倍，并同時保持較高的拉伸強度，開辟了通過注射成型在低壓下制備高性能聚合物材料的途徑和方法。（學科分類：材料合成與加工工藝學，論文9,10）

4)通過控制HDPE/iPP共混物的組成和加工剪切條件在注射加工中獲得了具有附生結晶形態、串晶互串等特殊結構，發現了高剪切相容、低剪切發生相分離的實驗現象，為高分子結晶和形態學的研究提供了新的生長點。（學科分類：材料合成與加工工藝學，論文8）

5)研究熔體插層聚合物納米復合材料的形成過程與剝離機理，特別是探討了化學改性與剪切共同作用在制備剝離型PP/蒙脫土納米復合材料的重要性，通過動態保壓成型技術，不需要預擠出直接注射成型PP-蒙脫土混合物就獲得了插層與剝離共存的PP納米復合材料，發現了注射成型樣品從皮層到芯層加速剝離的新結果和含蒙脫土的PP注射制品中取向度大幅提高的剪切放大現象，研究了取向纖維晶的形成機理。（學科分類：材料的組織、結構、缺陷與性能科學，論文6,7）

主要完成人：  1.   傅強

項目負責人，提供學術指導并參加本項目的各項研究工作。對每個發現點都有突出的貢獻。參與工作量為70％。支持論文為1～10。

2.   張琴

主研人員。采用動態保壓研究聚合物納米復合材料的形成過程與剝離機理，特別是探討了化學改性與剪切作用在制備剝離型PP/蒙脫土納米復合材料的重要性。對發現點3、4、5有突出的貢獻，工作量達到70％。支持論文為6、7、8、9。

3.   王貴恒

作為剛性粒子增強增韌負責人，并參與研究工作，提出了聚烯烴材料改性方案和通過共混填充技術實現增強增韌的技術路線。對發現點1，2有突出貢獻，參與完成工作量為50％。支持論文為1～5。

4.   王勇

項目主研人員。通過控制HDPE/iPP共混物的組成和加工剪切條件在注射加工中獲得了具有附生結晶形態、串晶互串等特殊結構，發現了高剪切相容、低剪切發生相分離的實驗現象。對發現點4有突出貢獻，參與完成工作量為50％。支持論文為7，8，10。

5.   那兵

主要研究人員。對發現點3有突出貢獻，參與完成工作量為50％。支持論文為9。用自制的國內唯一的動態保壓裝置獲得了高強度、高韌性的超級聚烯烴材料，其沖擊韌性為改性前的22倍，并同時保持較高的拉伸強度。

10篇代表性論文：  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