[00725040]加工外场作用下塑料的形态变化与结构控制

项目属机械工程学科中的“塑性加工工艺与设备”领域。 塑料材料经过几十年迅猛发展，应用领域已触及国民经济的各领域。2016年，我国塑料加工业收入约2.3万亿元，约占轻工行业10%,已成为我国国民经济的支柱产业之一。科学技术的快速发展，也对塑料加工业提出了更高的要求。塑料加工业已经深刻地认识到，塑料材料加工过程中复杂外场耦合作用下的多层次结构的形成、发展与形态控制是制约塑料加工业发展和塑料制品更广泛应用的重要理论瓶颈之一，也一直是塑料制造业力图解决的难点。这一问题，曾长期制约了高档塑料制品如高性能锂离子电池隔膜(占电池成本的约30%)特别是动力电池隔膜等的发展，也阻碍了锂离子电池包括动力电池领域的更大突破。 为此，在国家自然科学基金创新群体、杰出青年基金、重点项目等的支持下，自1999年起，项目组对强剪切场、强拉伸场以及复杂力场与温度场耦合作用下的多层次结构的形成发展与形态控制进行了系统研究，取得如下科学发现。 (1)发现强剪切外场下取向、结晶、填料与聚合物微纤网络等结构控制机制，包括强剪切作用下相容性聚合物共混物剪切诱导相分离的新现象、聚合物增韧体系由形态变化引起的独特的脆-韧-脆转变、制品从皮层到芯层的层状纳米粒子加速剥离和剪切放大效应以及聚合物原位微纤网络的分割流场及诱导结晶作用等，丰富了塑料加工和通用塑料高性能化理论，为利用强剪切作用进行形态结构获得高性能塑料制品如高性能汽车保险杠专用料提供了理论指导； (2)发现基于强拉伸流场的原位微纤化和取向结晶的通用塑料高性能化机制，即强拉伸流场可使聚烯烃/工程塑料共混物在一定粘度比、共混组成、相容性等条件下原位形成微纳米纤维，并诱导形成独特的界面附生结晶现象，显著提高材料的界面相互作用和界面强度，为结晶性高性能原位微纤共混物的制备提供了理论支持，也为聚合物加工过程中的高性能化提供了新的思路和方法； (3)发现复杂外场下大规模取向结晶与取向结晶薄膜的拉伸成孔机制，即在强剪切拉伸复合外场下，分子链的高度取向可诱导串晶、横晶和取向片晶等取向结晶结构在整个截面上大规模可控形成、纳米粒子与橡胶粒子形成稳定的填料网络结构可赋予材料极佳的刚韧平衡特性、含高含量规则取向片晶薄膜的多点多级纵拉和热定型可有效控制薄膜成孔尺寸、成孔均匀性、低温闭孔安全性和耐穿刺性能，为高性能锂离子电池隔膜制备提供了理论支持和技术方法。 8篇代表性论文他引624次，SCI他引578次，多篇高水平综述和国内外著名研究单位如MIT、美国NIST等和中国多个单位正面引用和评述了项目成果。研究论文2008年获国际著名高分子期刊Polymer优秀论文奖，2007年获中国化学会高分子科学邀请报告荣誉奖。项目成果使锂电池隔膜制造水平大幅度提升，隔膜成孔均匀性和孔隙率显著提高，在国际上实现了从“跟跑”到“领跑”，使我国成为锂电池隔膜最大制造国和韩国SK、三星，日本SONY等国际企业的主要供应方。研究成果获2010年教育部自然科学一等奖。