非缠结苯乙烯-对叔丁基苯乙烯共聚物的非线性拉伸流变行为

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240050

摘要/Abstract

摘要：

聚焦于苯乙烯和对叔丁基苯乙烯的非缠结聚合物以及其共聚物样品的线性和非线性拉伸流变学性质。所有样品均具有相似的链均库恩链段数（约为30个），表现出相似且符合Rouse模型预测的线性黏弹行为。在单轴拉伸实验中，样品在快速拉伸过程，即韦森堡数大于1的过程中拉伸黏度呈现出随拉伸速率增加先“增稠”后“变稀”的行为，在样品具有相似的最大拉伸比λ_max= $n K$ （≈6）前提下，二者转变的特征韦森堡数随着叔丁基苯乙烯含量的增加而增加。该结果表明，链沿拉伸方向的共同取向导致的链段摩擦系数减少效应随着侧基数量的增加而弱化，侧基具有一定的“溶剂化”作用。

关键词: 聚苯乙烯, 聚对叔丁基苯乙烯, 非线性拉伸流变学

Abstract:

Linear and nonlinear rheological properties were examined for unentangled polystyrene （PS）， poly（p-tert butyl styrene）（PtBS）， and their copolymer samples. All samples exhibited similar linear viscoelastic behavior， which was well predicted by the Rouse model owing to their similar average number of Kuhn segments per chain （about 30）. Under the fast uniaxial elongational flow （with Weissenberg number Wi＞1）， the sample exhibited “thickening” followed by “thinning” with increasing the elongational rate. This transition was attributable to the reduction of friction coefficient owing to the chains' coalignment along the elongational direction. Under the condition that the samples have a similar maximum stretch ratio λ_max= $n K$ （≈6）， the characteristic Wi for this transition increased with the content of tBS， reflecting that the tert-butyl groups may serve as the solvent to weaken the frictional reduction.

Key words: Polystyrene, Poly（p-tert butyl styrene）, Nonlinear elongational rheology

中图分类号:

O631

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图/表 8

图1 样品PS3-PtBS7的1H NMR谱

Fig.1 1H NMR spectrum of PS3-PtBS7

表1 样品的重要参数

Table 1 Important parameters of the samples

Samples	f_PtBS/%	M_n/（kg·mol^-1）	M_w/（kg·mol^-1）	PDI	T_g/℃	n_K	τ_R /s
PS	0	19	24	1.26	102	26	0.001
PS7-PtBS3	35	23	29	1.26	115	27	0.008
PS5-PtBS5	54	29	35	1.22	123	30	0.09
PS3-PtBS7	74	38	49	1.29	132	37	0.63
PtBS	100	38	46	1.21	145	30	9.42

图2 产物的小角光散射检测器结果

Fig.2 Light scattering responses of the products

图3 PS、PtBS及其共聚物样品的DSC曲线

Fig.3 DSC traces of PS， PtBS and their copolymer samples

图4 在Tr=170 ℃下叠加的PS、PtBS及其共聚物样品的LVE主曲线［bTG'（菱形符号）和bTG"（方形符号）是相对于ωaT绘制的，实曲线由公式（1）和（2）拟合得到］

Fig.4 LVE bTG'（diamond symbol） and bTG"（square symbol） master curves of the PS， PtBS， and their copolymer samples reduced at Tr=170 ℃ （wherein bTG' and bTG" are plotted against reduced frequency ωaT， the solid curves are fits to Eqs （1） and （2））

图5 在Tr=170 ℃下的PS、PtBS及其共聚物样品线性粘弹谱经归一化后的主曲线，以G'/G0和G"/G0为纵坐标对ωτ作图，其中，G0=ρRT/Mw，实曲线由公式（3）和（4）拟合得到

Fig.5 Comparison of normalized LVE master curves of the PS， PtBS， and their copolymer samples reduced at Tr=170 ℃， wherein G'Mw/ρRT and G"Mw/ρRT are plotted against reduced frequency ωτ， and G0=ρRT/Mw. The solid curves are fits to Eqs （3） and （4）

图6 PS、PtBS及其共聚物的拉伸应力增长系数（ηE+）与时间（t）的关系图

Fig.6 Plots of elongational stress growth coefficient （ηE+） against time （t） for PS， PtBS and their copolymers

图7 （A） PS、PtBS及其共聚物的归一化稳态黏度ηE/ηE，0与Wi的关系图；（B）ηE通过ηE，peak归一化并对通过Wipeak归一化的Wi作图，其中ηE，peak 和Wipeak分别为ηE+饱和或峰值处的黏度和韦森堡数

Fig.7 （A） Plots of normalized steady-state viscosity ηE/ηE，0 against Wi for PS， PtBS， and their copolymers；（B） Plots of ηE/ηE，peak against normalized Weissenberg number Wi/Wipeak， wherein ηE，peak and Wipeak are the viscosity and Weissenberg number at the peak of ηE+，respectively

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