近年來，在國家支撐計劃項目（2013BAE02B02）的支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所高分子形態(tài)與加工課題組與合作企業(yè)山東廣垠新材料有限公司、原總后勤部油料所共同實現(xiàn)了微生物發(fā)酵來源單體制備的AABB型長碳鏈聚酰胺的工業(yè)化，打破了國外長年來對我國長碳鏈聚酰胺材料的壟斷。AABB型長碳鏈聚酰胺具有韌性好、吸水率低、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點，其鏈結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)區(qū)別于進口的AB型長碳鏈聚酰胺，對其進行結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究、生產(chǎn)和加工技術(shù)開發(fā)對于發(fā)展我國自主知識產(chǎn)權(quán)高分子材料品種具有重要意義。
在國家自然科學(xué)基金項目（21574140）和支撐計劃項目的共同支持下，董俠研究員及其團隊圍繞國產(chǎn)長碳鏈聚酰胺及其合金，研究了其在溫度場、拉伸場及復(fù)雜外場下的微觀結(jié)構(gòu)演化，并建立了微觀結(jié)構(gòu)演化與宏觀性能的關(guān)系。在升溫過程中，長碳鏈聚酰胺發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變（Brill轉(zhuǎn)變）；而在長碳鏈聚酰胺合金中，兩聚酰胺組分間氫鍵相互作用強度小于同種類聚酰胺內(nèi)的氫鍵相互作用，呈現(xiàn)完全不相容特性，這導(dǎo)致兩組分Brill轉(zhuǎn)變獨立發(fā)生，在中等溫度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了α晶（三斜）和g晶（假六方）共存，晶相含量可以通過溫度及組分比例進行有效調(diào)控；伴隨晶型轉(zhuǎn)變，升溫誘導(dǎo)結(jié)晶層和非晶層厚度增加。該研究深化了對長碳鏈聚酰胺及其合金結(jié)晶特性的認(rèn)識。相關(guān)報道見ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (22): 19238-19247。研究還發(fā)現(xiàn)，在熔融溫度之上，長碳鏈聚酰胺合金會發(fā)生酰胺交換反應(yīng)，酰胺交換反應(yīng)生成的嵌段共聚聚酰胺提高了兩組分的界面相容性（Polymer, 2015, 59: 16-25）。
圖1 長碳鏈聚酰胺及其合金升溫過程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變
另外，發(fā)現(xiàn)并闡釋了拉伸-剪切耦合復(fù)雜流場下PA1012的各向異性結(jié)構(gòu)及其形成機理，建立了流動行為、界面效應(yīng)和結(jié)晶過程之間的關(guān)系（Polymer, 2015, 73: 91-101）；揭示了拉伸過程中“過渡結(jié)構(gòu)”的形成原理，原位關(guān)聯(lián)了微觀結(jié)構(gòu)與拉伸性能的關(guān)系（Polymer, 2016, 97: 217-225.）；揭示了長碳鏈聚酰胺合金屈服前拉伸參數(shù)遵循“共混簡單加和”規(guī)律，高溫下拉伸同時實現(xiàn)了斷裂增強與增韌（Polymer, 2017, 117: 231-242）。
圖2 長碳鏈聚酰胺拉伸過程中的微觀結(jié)構(gòu)演化
上述研究為長碳鏈聚酰胺及其合金不同加工場下加工參數(shù)的優(yōu)化提供了有效指導(dǎo)，通過結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控實現(xiàn)了長碳鏈聚酰胺的高性能化，提升了國產(chǎn)長碳鏈聚酰胺的國際競爭力。
論文鏈接：
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
