中科院化学所董侠研究员： 长碳链聚酰胺在外场下的微观结构演化

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近年来，在国家支撑计划项目（2013BAE02B02）的支持下，中国科学院化学研究所高分子形态与加工课题组与合作企业山东广垠新材料有限公司、原总后勤部油料所共同实现了微生物发酵来源单体制备的AABB型长碳链聚酰胺的工业化，打破了国外长年来对我国长碳链聚酰胺材料的垄断。AABB型长碳链聚酰胺具有韧性好、吸水率低、尺寸稳定等优点，其链结构和凝聚态结构区别于进口的AB型长碳链聚酰胺，对其进行结构与性能关系研究、生产和加工技术开发对于发展我国自主知识产权高分子材料品种具有重要意义。

在国家自然科学基金项目（21574140）和支撑计划项目的共同支持下，董侠研究员及其团队围绕国产长碳链聚酰胺及其合金，研究了其在温度场、拉伸场及复杂外场下的微观结构演化，并建立了微观结构演化与宏观性能的关系。在升温过程中，长碳链聚酰胺发生晶型转变（Brill转变）；而在长碳链聚酰胺合金中，两聚酰胺组分间氢键相互作用强度小于同种类聚酰胺内的氢键相互作用，呈现完全不相容特性，这导致两组分Brill转变独立发生，在中等温度区域实现了α晶（三斜）和g晶（假六方）共存，晶相含量可以通过温度及组分比例进行有效调控；伴随晶型转变，升温诱导结晶层和非晶层厚度增加。该研究深化了对长碳链聚酰胺及其合金结晶特性的认识。相关报道见ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (22): 19238-19247。研究还发现，在熔融温度之上，长碳链聚酰胺合金会发生酰胺交换反应，酰胺交换反应生成的嵌段共聚聚酰胺提高了两组分的界面相容性（Polymer, 2015, 59: 16-25）。

图1 长碳链聚酰胺及其合金升温过程中的结构转变

另外，发现并阐释了拉伸-剪切耦合复杂流场下PA1012的各向异性结构及其形成机理，建立了流动行为、界面效应和结晶过程之间的关系（Polymer, 2015, 73: 91-101）；揭示了拉伸过程中“过渡结构”的形成原理，原位关联了微观结构与拉伸性能的关系（Polymer, 2016, 97: 217-225.）；揭示了长碳链聚酰胺合金屈服前拉伸参数遵循“共混简单加和”规律，高温下拉伸同时实现了断裂增强与增韧（Polymer, 2017, 117: 231-242）。

图2 长碳链聚酰胺拉伸过程中的微观结构演化

上述研究为长碳链聚酰胺及其合金不同加工场下加工参数的优化提供了有效指导，通过结构与性能调控实现了长碳链聚酰胺的高性能化，提升了国产长碳链聚酰胺的国际竞争力。

论文链接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b04691

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386114011586?via%3Dihub

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386115301099?via%3Dihub

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S003238611630427X?via%3Dihub

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386117304160

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