聚合物-液晶共混體系相形態(tài)與流變學(xué)研究.pdf

1、聚合物共混體系的性能受到共混體系的相形態(tài)的影響，而相形態(tài)又與加工過程中經(jīng)歷的流場與熱歷史密切相關(guān)。所以研究聚合物共混體系相形態(tài)與流變性質(zhì)的關(guān)系，對于共混材料加工工藝和材料性能的控制都有重要的指導(dǎo)意義。液晶分子具有不同于柔性鏈聚合物的特殊性能，例如液晶分子的取向行為以及各向異性界面性質(zhì)，使液晶與柔性鏈聚合物共混時表現(xiàn)出不同于柔性鏈聚合物共混體系的特殊相形態(tài)演變過程和流變性質(zhì)。
　　本文從以下幾個方面研究了液晶/聚合物共混體系及柔性鏈

2、聚合物共混體系中相形態(tài)與流變性質(zhì)的關(guān)系：
　　（1）由于液晶分子在界面的定位作用以及液晶分子的取向行為，浸沒于柔性鏈聚合物中的液晶液滴在流場中的形態(tài)演變過程不同于柔性鏈聚合物液滴。我們研究了聚甲基硅氧烷（PDMS）中的對戊基聯(lián)苯腈（5CB）液晶液滴在經(jīng)歷剪切流場后的松弛過程中的形態(tài)演變過程，發(fā)現(xiàn)在回縮過程中液晶液滴的取向角隨時間變化，即液晶液滴在靜態(tài)松弛過程中發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。我們研究了各種因素對液滴旋轉(zhuǎn)的影響，包括流場作用時間、流場強

3、度、流場種類和相態(tài)等因素，并從理論模型的角度分析了液滴在松弛過程中取向角發(fā)生變化的原因。發(fā)現(xiàn)液滴松弛過程中取向角的旋轉(zhuǎn)主要與界面定位作用導(dǎo)致的液滴表面旋轉(zhuǎn)力矩有關(guān)，而表面旋轉(zhuǎn)力矩的分布又與界面液晶分子指向矢方向與界面法向間的夾角密切相關(guān)。
　?。?）實驗發(fā)現(xiàn)少量近晶相對辛基聯(lián)苯腈（8CB）液晶與柔性鏈聚甲基硅氧烷（PDMS）在近晶相溫度下共混可以產(chǎn)生類似凝膠的物質(zhì)，完全形成類凝膠狀態(tài)所需8CB的最低濃度為6％。研究發(fā)現(xiàn)類凝膠體系可

4、以在近晶相和向列相溫度下穩(wěn)定存在，而當溫度上升至各向同性溫度時轉(zhuǎn)變?yōu)?CB為分散相的海島共混體系。我們首次證明了類凝膠材料是8CB為連續(xù)相的高濃度乳液。類凝膠的相結(jié)構(gòu)與8CB的濃度密切相關(guān)，隨著PDMS濃度的增加（8CB濃度的降低），分散相液滴的粒徑減小，同時8CB膜的厚度也隨之減小。儲能模量的平臺值G'p隨8CB濃度的降低（PDMS濃度的增加）而增大，平臺儲能模量的數(shù)值正比于8CB液晶膜的表觀屈服應(yīng)力，由液晶膜的厚度決定。類凝膠體系的

5、穩(wěn)定性主要與8CB液晶膜的彈性有關(guān)，而體系的彈性來自于8CB膜的屈服應(yīng)力。我們利用大振幅剪切與小振幅剪切的交替剪切實驗研究了類凝膠結(jié)構(gòu)的形成過程，并通過對單個液晶液滴在流場中形態(tài)的演變，提出了由于近晶相8CB液晶液滴特殊破裂行為導(dǎo)致液晶液滴周圍8CB濃度的增加，進而導(dǎo)致局部相轉(zhuǎn)變的機理。
　?。?）我們首次研究了8CB/PDMS類凝膠共混體系的屈服應(yīng)力和觸變性。研究發(fā)現(xiàn)表觀屈服應(yīng)力與測試方法密切相關(guān)，各種方法所得到的屈服應(yīng)力都隨8

6、CB的濃度上升而下降，而且與體系的平臺模量相關(guān)，表明類凝膠材料的屈服應(yīng)力是由材料內(nèi)部液晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性決定。通過蠕變和觸變環(huán)方法研究了類凝膠共混體系的觸變性，發(fā)現(xiàn)類凝膠材料的觸變環(huán)的面積與實驗時間有關(guān)。類凝膠結(jié)構(gòu)在液晶濃度較低（10%-15%）時表現(xiàn)出觸變性屈服應(yīng)力流體的性質(zhì)，而在液晶濃度較高（20%-30%）時表現(xiàn)出簡單屈服應(yīng)力流體的性質(zhì)。
　　（4）我們通過不同方法結(jié)合理論模型研究了如何確定聚合物共混體系的分散相粒徑與粒徑分布

7、，包括顯微鏡直接觀測法，Palierne模型擬合線性粘彈性法和LAOS-YB模型擬合大振幅振蕩剪切法（LAOS），首次建立了用大振幅振蕩剪切確定共混體系粒徑分布的理論基礎(chǔ)及應(yīng)用方法。研究發(fā)現(xiàn) Palierne模型擬合線性粘彈性得到的分散相粒徑與顯微鏡觀測結(jié)果比較接近，但粒徑分布有較大偏差，而 YB-LAOS模型擬合得到的粒徑與粒徑分布與顯微鏡觀測結(jié)果也存在一定的偏差。其中一個原因是模型的建立是在弱非線性響應(yīng)區(qū)，而實驗過程中由于儀器靈敏度