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本论文主要通过流变仪、相差显微镜和激光光散射技术研究了聚丁二烯/低支链聚异戊二烯(PB/LPI)弹性体共混物在剪切场下的非平衡态相行为,重点研究了不同剪切条件下其相转变、相形态的演变和相应的流变学响应。
论文中首先利用流变学方法研究了PB/LPI弹性体共混体系在振荡剪切下的相转变机理,从近临界和远临界组分热流变曲线的研究中区分了两种主导体系在相边界附近粘弹性的因素:临界涨落和成核相分离。近临界组分储能模量随温度升高的起始增加主要归结于临界区域逐渐增强的临界涨落。远临界组分储能模量随温度升高的起始增加主要来自于成核相分离。因此,单纯的流变温度扫描方法并不能清晰并准确获取共混体系的相图,剪切淬火实验可以给共混体系一个从均相到分相的外场条件,从而能够获得PB/LPI体系在给定频率下的相边界温度。在振荡剪切和热力学的耦合作用下,实验观察到了binodal和spinodal温度随振荡频率的移动并发现这种移动存在组分依赖性。基于近临界和远临界组分间差异化的剪切诱导均相机制和临界涨落强弱,阐明了其在binodal与spinodal温度随振荡频率移动所表现出的巨大不同。对比光学显微镜所测相图,发现当振荡频率足够小(0.1rad/s)时,小振幅振荡剪切诱导的相边界温度的移动可忽略进而得到体系的静态相图。
论文的第二部分内容是相分离后期的相结构与流变学响应之间的相互关系研究。通过流变仪、相差显微镜和激光光散射仪,研究了双连续和海岛结构的演化过程及对应的流变学响应。研究结果表明双连续结构导致低频区储能模量与振荡频率大致成0.5次方关系。随着双连续粗化低频区储能模量逐渐下降。在海岛状结构的粗化晚期,液滴尺寸随时间成1/3次方关系增长,因而储能模量在中等频率区域和低频率区域与相分离时间分别成-1/3和1/3次方关系。通过流变学理论模型的应用和计算,可以将液滴的松弛时间转化为同时刻的液滴尺寸,并发现以上流变方法计算所得的液滴尺寸与显微镜和光散射实验结果一致。
论文中还利用流变仪、相差显微镜和激光光散射仪原位研究了相分离共混物在稳态和瞬态剪切下的相形态演化与相应的流变学响应。在稳态剪切条件下,剪切诱导的相结构随剪切速率增加由椭球状液滴逐渐转变为具有尖锐相界面的细丝结构。而后剪切速率的进一步增加导致细丝相界面变得模糊。这些剪切诱导的相形态反过来强烈影响体系的粘弹性,其稳态剪切粘度随剪切速率增加先不变而后急剧下降最后又缓慢上升。在瞬态剪切条件下,剪切速率步进升高后瞬态剪切粘度和形貌随时间(或应变)的演化过程主要决定于最终的稳态结构。取决于剪切速率步进实验中形成的瞬态细丝能否稳定存在且具有尖锐的相界面,瞬态剪切条件下体系的粘度随时间(或应变)呈现出三种不同的变化。