項(xiàng)目名稱:粒子填充改性高分子復(fù)雜體系流變學(xué)及其應(yīng)用
項(xiàng)目獲獎等級:浙江省自然科學(xué)獎一等獎
項(xiàng)目完成單位:浙江大學(xué)
項(xiàng)目完成人員:鄭強(qiáng), 宋義虎, 左敏, 杜淼, 上官勇剛
項(xiàng)目成果簡介:
粒子填充改性高分子(PFP)結(jié)構(gòu)-流變-性能關(guān)系研究具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。針對以往流變理論適用范圍窄、無法預(yù)測結(jié)構(gòu)形成及演化機(jī)制等問題,項(xiàng)目在構(gòu)建模型、揭示機(jī)理、預(yù)測性能、調(diào)控結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行多方面探索:⑴從導(dǎo)電性PFP材料的功能特性入手,研究其自限溫電熱特性和壓敏電阻行為,首次發(fā)現(xiàn)電阻的正/負(fù)電場效應(yīng)、正/負(fù)壓力效應(yīng)等新現(xiàn)象;⑵為揭示PFP結(jié)構(gòu)性能的外場依賴性,采用流變學(xué)方法研究熱、剪切、高分子結(jié)晶或玻璃化轉(zhuǎn)變等單/多因素下"粒子逾滲網(wǎng)絡(luò)"的形成、演化過程,并創(chuàng)建了"流變-導(dǎo)電同步測試"方法與裝置,利用導(dǎo)電、流變數(shù)據(jù)跟蹤外場激勵(lì)下PFP的結(jié)構(gòu)演化,引導(dǎo)出功能特性-黏彈性關(guān)系模型化研究新方向;⑶為揭示 PFP材料外場依賴性的內(nèi)在原因,將研究重心集中于界面相互作用和粒子的黏彈性貢獻(xiàn),原創(chuàng)性地提出被國際學(xué)者稱為"two-phase model of Song and Zheng"的"流變兩相"模型,采用"粒子相"黏彈性新參數(shù)首次揭示了大跨度濃度區(qū)間內(nèi)類液(低填充)、類固(高填充) 流變行為的統(tǒng)一機(jī)制,模型在多種PFP材料中得以應(yīng)用,適用性強(qiáng);⑷以該模型為指導(dǎo),通過控制"粒子相"結(jié)構(gòu)調(diào)控多相/多組分PFP材料的黏彈行為,在天然高分子、高強(qiáng)高韌性硬質(zhì)PVC納米復(fù)合材料、低閾值多相導(dǎo)電性PFP材料制備工藝與性能調(diào)控上取得突破。
項(xiàng)目主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)有:首次提出"流變兩相"模型;提出同時(shí)描述流變、導(dǎo)電演化過程的一級動力學(xué)動態(tài)逾滲模型;建立流變響應(yīng)-功能特性間的關(guān)聯(lián)模型;調(diào)控"粒子相"結(jié)構(gòu)與黏彈性,實(shí)現(xiàn)高性能或高服役穩(wěn)定性PFP材料的可控制備。系列創(chuàng)新成果,揭示了"粒子相"的形成、演化機(jī)制及其對PFP流變行為與功能特性的貢獻(xiàn),形成較完整的理論認(rèn)識。發(fā)表 SCI 論文140余篇,被SCI 正面他引1200余次(其中10 篇代表論文在SCI他引340余次);獲發(fā)明專利授權(quán)3 項(xiàng)。研究成果受到高度評價(jià)和認(rèn)可,在高端期刊Prog Polym Sci (影響因子IF = 26.854) 綜論中被正面引述3次,被《Advanced Nanomaterials》等19本專著、手冊引述。低閾值多相導(dǎo)電性PFP結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)開始在西安蓋沃熱能科技有限公司進(jìn)行推廣應(yīng)用,效果良好,新增產(chǎn)值900 余萬元。
圖1 提出PFP熔體“兩相流變模型”,成功描述了大濃度跨度、不同界面作用體系的類液-類固轉(zhuǎn)變
圖2 建立了"流變-導(dǎo)電同步測試"方法,提出PFP 熔體熱致逾滲“一級動力學(xué)模型”,并揭示了“粒子相”結(jié)構(gòu)演化規(guī)律
圖3 建立了PFP材料流變響應(yīng)-功能特性間的關(guān)聯(lián)模型,成功預(yù)測了PFP材料的氣體阻隔性能、壓力-電阻效應(yīng)以及自調(diào)節(jié)電熱平衡行為
圖4 通過調(diào)控"粒子相"結(jié)構(gòu)與黏彈性,實(shí)現(xiàn)高性能PFP材料的可控制備,研制了低閾值高穩(wěn)定的多相PFP電熱膜,并進(jìn)行了初步推廣應(yīng)用
獲獎證書
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