共混相容形態(tài)性能

1、關于共混相容形態(tài)性能現(xiàn)在學習的是第一頁，共91頁聚合物共混物相容性聚合物共混物相容性現(xiàn)在學習的是第二頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第三頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第四頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第五頁，共91頁共混物的相容性共混物的相容性 一一. .共混物的相容性共混物的相容性1.1.基本概念基本概念相容性：相容性：指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。勻材料的能力。按相容程度可以分為：按相容程度可以分為：完全相容，部分相容和不相容。完全相容，部分相容和不相容。相應的聚合物對：相應的聚合物對：完全相容體系，部分相容體系和不相容體系。完全相容體系，部分相容體

2、系和不相容體系。 現(xiàn)在學習的是第六頁，共91頁聚合物共混物相容性概念區(qū)別聚合物共混物相容性概念區(qū)別 所謂聚合物之間的所謂聚合物之間的相容性相容性（MiscibilityMiscibility），從熱力學角度），從熱力學角度而言，是而言，是指在任何比例混合時，都能形成分子分散的、熱力指在任何比例混合時，都能形成分子分散的、熱力學穩(wěn)定的均相體系，即在平衡態(tài)下聚合物大分子達到分子水平學穩(wěn)定的均相體系，即在平衡態(tài)下聚合物大分子達到分子水平或鏈段水平的均勻分散。或鏈段水平的均勻分散。 機械相容性機械相容性（CompatibilityCompatibility），），是指能得到具有良好物理、是指能得到具有

3、良好物理、機械性能的共混材料時聚合物共混物之間的相容性。機械性能的共混材料時聚合物共混物之間的相容性。這時，這時，共混時聚合物各組分間存在一定的相界面親合力、且分共混時聚合物各組分間存在一定的相界面親合力、且分散較為均勻，分散相粒子尺寸不太大。散較為均勻，分散相粒子尺寸不太大。 現(xiàn)在學習的是第七頁，共91頁以以T Tg g表征共混物相容性的示意圖表征共混物相容性的示意圖相容性的優(yōu)劣：表現(xiàn)在界面結合的牢固程度；相容性的優(yōu)劣：表現(xiàn)在界面結合的牢固程度； 實施共混的難易；實施共混的難易； 共混組分的分散度和均一性。共混組分的分散度和均一性?，F(xiàn)在學習的是第八頁，共91頁2.2.相容性理論相容性理論（1

4、 1）熱力學相容性）熱力學相容性 聚合物熱力學相容性是指兩種高聚物在任何比例時都能形成聚合物熱力學相容性是指兩種高聚物在任何比例時都能形成穩(wěn)定的均相體系的能力，即指聚合物在分子尺度上相容，形穩(wěn)定的均相體系的能力，即指聚合物在分子尺度上相容，形成均勻共混體系。成均勻共混體系。 溶解度參數(shù)溶解度參數(shù)0mmGHT S 1122(lnln)mSR nn 2121 2()mmHV3-13-23-3大分子共混，熵增加很小大分子共混，熵增加很小現(xiàn)在學習的是第九頁，共91頁若干聚合物的溶解度參數(shù)若干聚合物的溶解度參數(shù) 現(xiàn)在學習的是第十頁，共91頁預測小分子溶劑對于高聚物的溶解性時，有一定的誤差預測小分子溶劑對

5、于高聚物的溶解性時，有一定的誤差，用于預測大分子之間的相容性，誤差更大；，用于預測大分子之間的相容性，誤差更大；只是部分相容性；只是部分相容性； 相分離過程緩慢，實際上穩(wěn)定。相分離過程緩慢，實際上穩(wěn)定。存在的缺點存在的缺點現(xiàn)在學習的是第十一頁，共91頁（2 2）工藝相容性）工藝相容性工藝相容性是工藝相容性是指兩種材料共混時的分散難易程度和所得指兩種材料共混時的分散難易程度和所得共混物的動力學穩(wěn)定。共混物的動力學穩(wěn)定。對于聚合物相容性有兩方面的含義：對于聚合物相容性有兩方面的含義：可以混合均勻的程度可以混合均勻的程度相混合的聚合物分子間的作用力相混合的聚合物分子間的作用力現(xiàn)在學習的是第十二頁，共

6、91頁現(xiàn)在學習的是第十三頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第十四頁，共91頁二二. .相容性的測定與研究方法相容性的測定與研究方法1.1.玻璃化溫度法玻璃化溫度法測定共混物的玻璃化溫度，于單一組分進行對比。測定共混物的玻璃化溫度，于單一組分進行對比?，F(xiàn)在學習的是第十五頁，共91頁 紅外光譜法研究聚合物相容性的原理是，紅外光譜法研究聚合物相容性的原理是，對于相容的對于相容的聚合物共混體系，由于異種聚合物分子之間有強聚合物共混體系，由于異種聚合物分子之間有強的相互作用，其所產生的光譜相對于兩聚合物組的相互作用，其所產生的光譜相對于兩聚合物組分的光譜譜帶產生較大的偏離分的光譜譜帶產生較大的偏離( (譜帶頻率移

7、動及峰譜帶頻率移動及峰形的不對稱加寬等形的不對稱加寬等) )，由此而表征相容性的大小。，由此而表征相容性的大小。 2.2.紅外光譜法紅外光譜法存在氫鍵，偏移明顯。存在氫鍵，偏移明顯?，F(xiàn)在學習的是第十六頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第十七頁，共91頁3.3.顯微鏡法顯微鏡法光學顯微鏡包括透射光顯微鏡、反射光顯微鏡、暗場顯微鏡、光學顯微鏡包括透射光顯微鏡、反射光顯微鏡、暗場顯微鏡、偏光顯微鏡、相差顯微鏡和干涉顯微鏡。光學顯微鏡可以直接偏光顯微鏡、相差顯微鏡和干涉顯微鏡。光學顯微鏡可以直接觀察大塊試樣，但分辨率受光波衍射的限制，僅能提供微米數(shù)觀察大塊試樣，但分辨率受光波衍射的限制，僅能提供微米數(shù)量級的形貌

8、細節(jié)（量級的形貌細節(jié)（200nm200nm）。）。現(xiàn)在學習的是第十八頁，共91頁2現(xiàn)在學習的是第十九頁，共91頁4.4.濁點法濁點法主要原理：主要原理：當共混物由均相體系變?yōu)閮上囿w系時，其透光率會當共混物由均相體系變?yōu)閮上囿w系時，其透光率會發(fā)生變化，這一相變點就稱為濁點。發(fā)生變化，這一相變點就稱為濁點。濁點法是研究相容性理論的常用方法。濁點法是研究相容性理論的常用方法。 現(xiàn)在學習的是第二十頁，共91頁提高提高相容性相容性的方法的方法1.1.對聚合物進行化學改性對聚合物進行化學改性對高分子鏈化學改性對高分子鏈化學改性改變聚合物分子鏈結構改變聚合物分子鏈結構主要原理：主要原理：參加共混的聚合物分子

9、鏈上含有某種可以相互作用參加共混的聚合物分子鏈上含有某種可以相互作用的官能團，其相容性很好。的官能團，其相容性很好。如：氫鍵；酸性和堿性基團如：氫鍵；酸性和堿性基團現(xiàn)在學習的是第二十一頁，共91頁2.2.加入增容劑加入增容劑定義：定義：增容劑是指在共混體的聚合物組分之間起到增加相容增容劑是指在共混體的聚合物組分之間起到增加相容性和強化界面粘結作用的共聚物。性和強化界面粘結作用的共聚物。作用機理：作用機理：富集在兩相界面處，改善兩相之間的界面結合；富集在兩相界面處，改善兩相之間的界面結合；促進分散相組分在共混物中的分散促進分散相組分在共混物中的分散。增容劑增容劑反應型增容劑反應型增容劑非反應型增

10、容劑非反應型增容劑高分子增容劑高分子增容劑低分子增容劑低分子增容劑現(xiàn)在學習的是第二十二頁，共91頁非反應型增容劑非反應型增容劑A-B型型 PS PB PS-g-PB PP PA66 PP-g-PA66 A-C型型 PE PS CPE, SEBS PP PE EPDMC-D型型 PVC BR EVA PMMA PP SEBS AAA二嵌段三嵌段四爪星形嵌段BBB現(xiàn)在學習的是第二十三頁，共91頁反應型增容劑的作用原理反應型增容劑的作用原理n這類增容劑與共混的聚合物組分之間形成了新的化學鍵，所以可稱之為化學增容。它屬于種強迫性增容。n反應型增容劑主要是些含有可與共混組分起化學反應的官能團的共聚物，它

11、們特別適用于那些相容性很差且?guī)в幸追磻倌軋F的聚合物之間共混的增容。n反應增容的概念包括：外加反應性增容劑與共混聚合物組分反應而增容（在PEPA共混體系中外加入羧化PE ）；也包括使共混聚合物組分官能化，并憑借相互反應而增容（使PE羧化后與PA共混）?，F(xiàn)在學習的是第二十四頁，共91頁界面區(qū)域中反應型增容劑分子的狀態(tài)的變化：（a）反應性基團向界面區(qū)域擴散；（b）反應性基團彼此反應生成低接枝密度增容劑；（c）反應性基團彼此反應生成高接枝密度增容劑現(xiàn)在學習的是第二十五頁，共91頁項目項目反應型反應型非反應型非反應型優(yōu)點優(yōu)點添加少量即有很大的效添加少量即有很大的效果果對于相容化難控制的共對于相容化難控

12、制的共混物效果大混物效果大容易混煉容易混煉使共混物性能變差的使共混物性能變差的危險性小危險性小缺點缺點由于副反應等原因可能由于副反應等原因可能使共混物的性能變差使共混物的性能變差受混煉及成型條件制約受混煉及成型條件制約價格較高價格較高需要較大的添加量需要較大的添加量反應型和非反應型增容劑的比較反應型和非反應型增容劑的比較現(xiàn)在學習的是第二十六頁，共91頁3.3.改善共混加工工藝改善共混加工工藝聚合物共混的重要條件：溫度聚合物共混的重要條件：溫度提高溫度有助于使本來不相容的聚合物相容或部分相容提高溫度有助于使本來不相容的聚合物相容或部分相容4.4.在共混物組分間交聯(lián)在共混物組分間交聯(lián)機械力機械力-

13、化學作用化學作用現(xiàn)在學習的是第二十七頁，共91頁思考題：思考題：聚合物相容性是如何影響共混物玻璃化溫度的？為什么？聚合物相容性是如何影響共混物玻璃化溫度的？為什么？簡要說明聚合物共混體系的熱力學相容性與工藝性相容性的概念。簡要說明聚合物共混體系的熱力學相容性與工藝性相容性的概念。在不相容共混體系中，通常采用哪些手段提高共混體系的相容性。在不相容共混體系中，通常采用哪些手段提高共混體系的相容性。1. 簡述增溶劑在共混體系中增容原理。簡述增溶劑在共混體系中增容原理?，F(xiàn)在學習的是第二十八頁，共91頁共混物的形態(tài)結構共混物的形態(tài)結構工藝工藝性能性能配方配方形態(tài)形態(tài)現(xiàn)在學習的是第二十九頁，共91頁 共混

14、物的形態(tài)結構共混物的形態(tài)結構共混物的形態(tài)共混物的形態(tài)共混物的性能共混物的性能共混工藝條件和共混物組成共混工藝條件和共混物組成一一. .共混物形態(tài)的三種基本類型共混物形態(tài)的三種基本類型共混物的形態(tài)共混物的形態(tài)均相體系均相體系兩相體系兩相體系海海- -海結構海結構海海- -島結構島結構現(xiàn)在學習的是第三十頁，共91頁二二. .共混物形態(tài)的研究方法共混物形態(tài)的研究方法直接觀測形態(tài)方法直接觀測形態(tài)方法如電子顯微鏡法；如電子顯微鏡法；間接測定方法間接測定方法如動態(tài)力學性能測定法：共混物的如動態(tài)力學性能測定法：共混物的TgTg，判定均相體系或兩相體系。，判定均相體系或兩相體系。 聚合物對之間的相容性：聚合物

15、對之間的相容性：完全互溶，共混物形成均相體系完全互溶，共混物形成均相體系部分互溶和完全不互溶，共混物形成兩相體系部分互溶和完全不互溶，共混物形成兩相體系海島結構現(xiàn)在學習的是第三十一頁，共91頁分散相形狀不規(guī)則：一般為機械共混制得的產物，含量較大的組分形成連續(xù)相，含量較小的組分構成分散相?，F(xiàn)在學習的是第三十二頁，共91頁分散相顆粒較規(guī)則：分散相顆粒一般為球形，內部不含或只含極少量的連續(xù)相的成份。 現(xiàn)在學習的是第三十三頁，共91頁分散相為胞狀結構或香腸狀結構：分散相顆粒內包含由連續(xù)相成份構成的更小顆粒。接枝共聚共混法制得的共混物一般具有這種類型的形態(tài)結構。G型ABS（乳液接枝共聚法）：四氧化鋨染色

16、，黑色部分丁二烯橡膠，白色部分塑料現(xiàn)在學習的是第三十四頁，共91頁分散相片層狀結構：分散相呈微片狀分散于連續(xù)相基體中，但分散相濃度較高時，進一步形成了分散相的片層。SEM Photo of PE/PA6 Alloy形成條件： 分散相的熔體粘度大于連續(xù)相的熔體粘度；共混時剪切速率適當；適當?shù)脑鋈荨，F(xiàn)在學習的是第三十五頁，共91頁 二相共連續(xù)結構包括：層狀結構和互鎖結構。嵌段共聚物產生二相旋節(jié)分離及當兩嵌段組分含量相近時常形成這類形態(tài)，或以嵌段共聚物為主要成分的聚合物共混物也易形成這種結構。在AbB嵌段共聚物中加入A均聚物，它相容于A相，其對形態(tài)結果的影響效果等同于增加AbB中的A嵌段的比例。如P

17、SbPIPS體系，在PS含量較少時，不影響形態(tài)，當PS含量很大時，會破壞形態(tài)。右圖：SBS三嵌段共聚物，但丁二烯（B）含量為60左右時即形成兩相交錯的層狀結構?，F(xiàn)在學習的是第三十六頁，共91頁三三. .分散相分散狀況分散相分散狀況1.1.分散相分散狀況的表征分散相分散狀況的表征兩種共混樣品均一性和分散度的對比示意圖兩種共混樣品均一性和分散度的對比示意圖均一性：分散相物料分均一性：分散相物料分散的均勻程度散的均勻程度分散度：分散相物料的分散度：分散相物料的破碎程度破碎程度需要共混物分散相組分的分散具有良好的均一性，平均粒徑和粒徑需要共混物分散相組分的分散具有良好的均一性，平均粒徑和粒徑分布的控制

18、分布的控制現(xiàn)在學習的是第三十七頁，共91頁2.2.共混物對分散相粒徑及粒徑分布的要求共混物對分散相粒徑及粒徑分布的要求 分散相的平均粒徑控制：分散相的平均粒徑控制：為使海島結構兩相體系共混物具有預期的性能，分散相的平均粒徑控為使海島結構兩相體系共混物具有預期的性能，分散相的平均粒徑控制在某一最佳值。制在某一最佳值。彈性體增韌塑料：彈性體增韌塑料：POEPOE增韌增韌PPPP的共混體系，最佳粒徑控制的共混體系，最佳粒徑控制1um1um。粒徑分布的影響：粒徑分布的影響：彈性體增韌塑料：過小的彈性顆粒沒有增韌作用，過大的顆粒影響共混物彈性體增韌塑料：過小的彈性顆粒沒有增韌作用，過大的顆粒影響共混物的

19、性能的性能分散相粒徑及粒徑分布的調控與共混組分之間的相容性、共混裝置分散相粒徑及粒徑分布的調控與共混組分之間的相容性、共混裝置的設計以及混合工藝條件有關。的設計以及混合工藝條件有關?，F(xiàn)在學習的是第三十八頁，共91頁五五. .影響聚合物共混形態(tài)的因素影響聚合物共混形態(tài)的因素1.1.共混組分的配比共混組分的配比連續(xù)相主要影響連續(xù)相主要影響共混材料的模量，彈性；共混材料的模量，彈性；分散相主要影響分散相主要影響材料的沖擊性能，光學性能，傳熱以及滲透性能。材料的沖擊性能，光學性能，傳熱以及滲透性能。 共混組分之間的配比是影響共混形態(tài)的一個重要因素，也是決共混組分之間的配比是影響共混形態(tài)的一個重要因素，

20、也是決定哪一相為連續(xù)相，哪一相為分散相的重要因素。定哪一相為連續(xù)相，哪一相為分散相的重要因素。 l海島結構兩相體系共混物的形態(tài)：哪一相連續(xù)相，哪一相分散相海島結構兩相體系共混物的形態(tài)：哪一相連續(xù)相，哪一相分散相 分散相的粒徑及粒徑分布分散相的粒徑及粒徑分布 兩相之間的界面結合兩相之間的界面結合l形態(tài)影響因素：形態(tài)影響因素：兩相組分的配比，兩相組分的粘度，工藝條件兩相組分的配比，兩相組分的粘度，工藝條件現(xiàn)在學習的是第三十九頁，共91頁影響聚合物共混形態(tài)的因素影響聚合物共混形態(tài)的因素l海島結構兩相體系共混物的形態(tài)：海島結構兩相體系共混物的形態(tài)：哪一相連續(xù)相，哪一相分散相哪一相連續(xù)相，哪一相分散相分

21、散相的粒徑及粒徑分布分散相的粒徑及粒徑分布兩相之間的界面結合兩相之間的界面結合l形態(tài)影響因素：形態(tài)影響因素：兩相組分的配比，兩相組分的粘度，工藝條件兩相組分的配比，兩相組分的粘度，工藝條件現(xiàn)在學習的是第四十頁，共91頁1. 共混組分配比的影響共混組分配比的影響在聚合物共混兩相體系中，確定連續(xù)相和分散相具有重在聚合物共混兩相體系中，確定連續(xù)相和分散相具有重要的意義：要的意義：連續(xù)相連續(xù)相主要與共混材料的主要與共混材料的力學強度、模量、彈性相關力學強度、模量、彈性相關；分散相分散相則主要與則主要與抗沖擊性能抗沖擊性能(在增韌體系中在增韌體系中)、光學性光學性能、傳熱以及抗?jié)B透能、傳熱以及抗?jié)B透(在

22、相關體系中在相關體系中)相關。相關。 現(xiàn)在學習的是第四十一頁，共91頁連續(xù)相理論臨界含量：連續(xù)相理論臨界含量：假設分散相顆粒是直徑相等的球假設分散相顆粒是直徑相等的球，以緊密填充方式堆積，以緊密填充方式堆積最大填充分數(shù)最大填充分數(shù)74%74%?，F(xiàn)在學習的是第四十二頁，共91頁2.2.熔體黏度熔體黏度對于熔融共混體系，共混組分的熔體粘度是影響共混對于熔融共混體系，共混組分的熔體粘度是影響共混物形態(tài)的重要因素。物形態(tài)的重要因素。規(guī)律：規(guī)律：黏度低的相傾向于生成連續(xù)相，黏度高的相黏度低的相傾向于生成連續(xù)相，黏度高的相傾向于生成分散相。傾向于生成分散相。具體情況需分析。具體情況需分析?，F(xiàn)在學習的是第四

23、十三頁，共91頁3.組分組分配比配比與熔與熔體黏體黏度的度的綜合綜合影響影響A連續(xù)相連續(xù)相B連續(xù)相連續(xù)相現(xiàn)在學習的是第四十四頁，共91頁4.4.黏度比、剪切應力及界面張力對分散相顆粒的的綜合影響?zhàn)ざ缺?、剪切應力及界面張力對分散相顆粒的的綜合影響為了探討影響共混物形態(tài)（主要是分散相粒徑）的因素，引入兩個參數(shù)， K與連續(xù)相黏度分散相黏度剪切應力兩相間界面張力分散相粒徑剪切速率現(xiàn)在學習的是第四十五頁，共91頁(a) 黏度比黏度比 與參數(shù)與參數(shù) 臨界值的關系臨界值的關系 現(xiàn)在學習的是第四十六頁，共91頁(b)剪切應力及界面張力的影響剪切應力及界面張力的影響 n界面張力降低，分散相粒徑（界面張力降低，分

24、散相粒徑（d)變小，實際上反映變小，實際上反映了相容性的改善。了相容性的改善。 =增加時，增加時， 分散相粒徑（分散相粒徑（d)變小變小(c) 其它影響因素其它影響因素加工溫度相容性現(xiàn)在學習的是第四十七頁，共91頁共混物的性能共混物的性能聚合物共混物的流變性能、力學性能、光學及電聚合物共混物的流變性能、力學性能、光學及電學性能、阻隔及抗?jié)B透性能等。學性能、阻隔及抗?jié)B透性能等。 現(xiàn)在學習的是第四十八頁，共91頁. .共混物性能與單組分性能的關系式共混物性能與單組分性能的關系式設共混物性能為設共混物性能為P，如密度、電性能、黏度、熱性能，如密度、電性能、黏度、熱性能等等組分組分1性能為性能為P1，

25、組分，組分2性能為性能為P2這里主要介紹這里主要介紹Nielsen提出的預測公式。提出的預測公式。共混物的性能與單一組分的性能之間，都存在著某種關聯(lián)共混物的性能與單一組分的性能之間，都存在著某種關聯(lián)共混物的性能與共混物的形態(tài)密切相關共混物的性能與共混物的形態(tài)密切相關現(xiàn)在學習的是第四十九頁，共91頁簡單關系式簡單關系式1 122PPP不考慮共混物形態(tài)因素不考慮共混物形態(tài)因素22111PPP并聯(lián)并聯(lián):串聯(lián)串聯(lián):現(xiàn)在學習的是第五十頁，共91頁2.2.均相共混體系均相共混體系1 12212PPPIPP各組分存在相互作用，各組分存在相互作用，I是兩組分之間相互作用參數(shù)是兩組分之間相互作用參數(shù)3.3.海海

26、- -島結構兩相體系島結構兩相體系 21211ABPPB1EAK分散相為硬組分，連續(xù)相為軟組分分散相為硬組分，連續(xù)相為軟組分K KE E為愛因斯坦系數(shù)為愛因斯坦系數(shù)按按NielsenNielsen混合法則，分散相為硬組分，連續(xù)相為軟組分，海島結構混合法則，分散相為硬組分，連續(xù)相為軟組分，海島結構兩相體系公式：兩相體系公式：現(xiàn)在學習的是第五十一頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第五十二頁，共91頁21211PPBPAP2211 ()mm B B取決于各組分性能及取決于各組分性能及K KE E的參的參數(shù)數(shù)對比濃度，是最大堆砌密的函數(shù)對比濃度，是最大堆砌密的函數(shù)m m：假想分散相粒子以某種形式堆砌，堆砌的形式

27、取決于分散：假想分散相粒子以某種形式堆砌，堆砌的形式取決于分散相粒子在共混物中的具體情況，與分散相粒子的形狀、排布方相粒子在共混物中的具體情況，與分散相粒子的形狀、排布方式有關。式有關。分散相粒子的堆砌體積分散相粒子的真體積max現(xiàn)在學習的是第五十三頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第五十四頁，共91頁分散相硬度較低的體系分散相硬度較低的體系 :軟改硬軟改硬 兩相體系中的分散相為硬度較低的組分，連續(xù)相為硬度較高的組分時，共混物性能與純組分性能的關系，如橡膠增韌塑料體系：2111iiBAPPAAi1iiAPPPPB21211現(xiàn)在學習的是第五十五頁，共91頁 “海海-海?！苯Y構兩相體系結構兩相體系 兩相連續(xù)

28、的“海-海”結構兩相體系，包括聚合物互穿網(wǎng)絡(IPN)。采用機械共混法，亦可在一定條件下獲得具有“海-海”結構的兩相體系： 2211nnnPPPn=1/5 (力學強度力學強度IPN） 或或1/3 （介電常數(shù)（介電常數(shù) ）25/1215/115/1GGG以結晶聚合物為例，結晶聚合物可以作為晶相與非晶相的兩相體系以結晶聚合物為例，結晶聚合物可以作為晶相與非晶相的兩相體系，且兩相都是連續(xù)的。一些結晶聚合物（如，且兩相都是連續(xù)的。一些結晶聚合物（如PE, PP, 尼龍）的剪切模尼龍）的剪切模量可滿足量可滿足 下式：下式： 現(xiàn)在學習的是第五十六頁，共91頁二二. .共混物熔體的流變性能共混物熔體的流變性

29、能聚合物共混物熔體的流變性特征：聚合物共混物熔體的流變性特征：聚合物熔體為假塑性非牛頓流體；聚合物熔體為假塑性非牛頓流體；聚合物熔體流動時有明顯的彈性效應。聚合物熔體流動時有明顯的彈性效應。熔體流變性能：流變曲線，熔體黏度，熔體的粘彈性等。熔體流變性能：流變曲線，熔體黏度，熔體的粘彈性等。共混物熔體黏度與剪切速率的關系共混物熔體黏度與剪切速率的關系nK1nK現(xiàn)在學習的是第五十七頁，共91頁共混物熔體黏度曲線共混物熔體黏度曲線兩相共混體系中：熔體流變性與共混組成、兩相形態(tài)及界面作用兩相共混體系中：熔體流變性與共混組成、兩相形態(tài)及界面作用和加工溫度有關。和加工溫度有關?？赡軙霈F(xiàn)兩種甚至兩種以上不

30、同的流變類型可能會出現(xiàn)兩種甚至兩種以上不同的流變類型現(xiàn)在學習的是第五十八頁，共91頁n 流變性能的儀器有流變性能的儀器有毛細管流變儀、轉矩流變儀毛細管流變儀、轉矩流變儀(如如Brabender流變儀、哈克流變儀流變儀、哈克流變儀)、熔融指數(shù)儀、熔融指數(shù)儀等。等。 毛毛細管流變儀可以測定表觀黏度、非牛頓指數(shù)等參數(shù)，適細管流變儀可以測定表觀黏度、非牛頓指數(shù)等參數(shù)，適合于進行理論研究。合于進行理論研究。n 采用雙轉子混煉器的測試結果，表征為采用雙轉子混煉器的測試結果，表征為轉矩值，轉矩值，可以可以直接以直接以轉矩值來表征黏度轉矩值來表征黏度。n熔融指數(shù)儀測定的熔融指數(shù)儀測定的熔體流動速率熔體流動速率

31、(MFR)也與熔體黏度也與熔體黏度相關，可以作為熔體黏度的一種相關表征。相關，可以作為熔體黏度的一種相關表征。毛細管流變儀、熔融指數(shù)儀等測試儀器不具備對物料進毛細管流變儀、熔融指數(shù)儀等測試儀器不具備對物料進行共混的功能。行共混的功能。n采用毛細管流變儀、熔融指數(shù)儀進行測試前，應先對物料采用毛細管流變儀、熔融指數(shù)儀進行測試前，應先對物料進行共混。因而，毛細管流變儀、熔融指數(shù)儀測定的是共進行共混。因而，毛細管流變儀、熔融指數(shù)儀測定的是共混產物的流變性能，而不是共混過程中的流變性能。混產物的流變性能，而不是共混過程中的流變性能。 現(xiàn)在學習的是第五十九頁，共91頁2.2.共混物熔體黏度與溫度的關系共混

32、物熔體黏度與溫度的關系EInInART通過公式可求粘流活化能通過公式可求粘流活化能加入某種流動性較好的聚合物改善流動性較差的聚合物流動性加入某種流動性較好的聚合物改善流動性較差的聚合物流動性例如：例如：PC/PE =95/5PC/PE共混物的黏流活化能共混物的黏流活化能51.0kJ/mol.PC黏流活化能黏流活化能64.9kJ/mol現(xiàn)在學習的是第六十頁，共91頁3. 共混物熔體黏度與共混組成的關系共混體系組分含量與熔體黏度的關系共混體系組分含量與熔體黏度的關系（a a）PP/PSPP/PS體系，第二組分的加入改變主體聚合物熔體的超體系，第二組分的加入改變主體聚合物熔體的超分子結構分子結構（b

33、 b）在低粘度組分含量較高時，共混物的熔體黏度與低粘度）在低粘度組分含量較高時，共混物的熔體黏度與低粘度相近，在高黏度組分增加時，共混物的熔體黏度增加較快。相近，在高黏度組分增加時，共混物的熔體黏度增加較快。（c c）共混物熔體黏度有一極大值，由于共混物熔體形成互鎖）共混物熔體黏度有一極大值，由于共混物熔體形成互鎖狀的交織結構。狀的交織結構?，F(xiàn)在學習的是第六十一頁，共91頁4.共混物熔體的黏共混物熔體的黏彈性行為彈性行為 聚合物共混物聚合物共混物熔體的彈性，熔體的彈性，可采用擠出脹可采用擠出脹大法大法(測定測定出口出口膨脹比膨脹比B)，也可，也可采用采用第一法向應第一法向應力差力差( 11 2

34、2) 。 現(xiàn)在學習的是第六十二頁，共91頁共混物的力學性能共混物的力學性能 共混物的力學性能，包括其共混物的力學性能，包括其熱熱-機械性能機械性能(如玻璃化如玻璃化轉變溫度轉變溫度)、力學強度力學強度，以及，以及力學松弛力學松弛等特性。提高聚合等特性。提高聚合物的力學性能，是共混改性的最重要的目的之一。物的力學性能，是共混改性的最重要的目的之一。 現(xiàn)在學習的是第六十三頁，共91頁1. 彈性體增韌塑料體系彈性體增韌塑料體系1）塑料基體的形變）塑料基體的形變ab現(xiàn)在學習的是第六十四頁，共91頁塑料的形變區(qū)與形變機理塑料的形變區(qū)與形變機理(1)塑料的大形變與變形區(qū) 塑料材料的大尺度形變是使外界作用的

35、能量耗散的重要途徑，形變通常集中發(fā)生在一定的區(qū)域內，稱之為變形區(qū)。例如，當材料受到沖擊發(fā)生斷裂時，沖擊斷口的兩側會有變形區(qū)。由于沖擊力作用于材料是一個過程，所以變形區(qū)又可以稱為“過程區(qū)”。塑料發(fā)生變形的機制包括形成剪切形變和銀紋化。韌性塑料材料的變形區(qū)較厚，使其可以將外力分散到較大的體積內；而脆性塑料的變形區(qū)則很薄，沒有耗散能量的充?？臻g，所以沖擊強度低。 塑料的大尺度形變包含兩種可能的過程，其一是剪切形變過程，其二是銀紋化過程?，F(xiàn)在學習的是第六十五頁，共91頁(2)剪切形變剪切形變 在拉伸過程中，拉伸力可分解出剪切力分量，剪切力的最大值出現(xiàn)在與正應力成45o的斜面上。因此，在與正應力大約成4

36、5o的斜面上，可產生剪切屈服，發(fā)生剪切屈服形變。塑料試樣在發(fā)生剪切屈服形變時，可觀察到局部的剪切形變帶，稱為剪切帶(shear band)。 發(fā)生剪切屈服后，即產生細頸現(xiàn)象，并發(fā)生大形變，發(fā)生剪切屈服的特征，是產生細頸。在發(fā)生剪切屈服時，試樣的密度基本不變。剪切帶的形成，可以使外部作用于試樣的能量在一定程度上被耗散掉，因而賦予塑料材料一定的韌性。現(xiàn)在學習的是第六十六頁，共91頁n剪切帶具有精細的結構。根據(jù)電鏡觀察，剪切帶的厚度約剪切帶具有精細的結構。根據(jù)電鏡觀察，剪切帶的厚度約1m,寬約寬約550m。剪切帶又由大量不規(guī)則的線簇構成。剪切帶又由大量不規(guī)則的線簇構成，每一條線的厚度約，每一條線的厚

37、度約0.lm。如。如圖圖 所示。所示。 現(xiàn)在學習的是第六十七頁，共91頁(3)銀紋化銀紋化 玻璃態(tài)聚合物屈服形變的另一機理是銀紋化。玻璃態(tài)聚合物屈服形變的另一機理是銀紋化。 玻璃態(tài)聚合物在應力作用下會產生發(fā)白現(xiàn)象，玻璃態(tài)聚合物在應力作用下會產生發(fā)白現(xiàn)象，這這種現(xiàn)象叫種現(xiàn)象叫應力發(fā)白現(xiàn)象應力發(fā)白現(xiàn)象，亦稱，亦稱銀紋銀紋(Craze)現(xiàn)象現(xiàn)象。應。應力發(fā)白的原因是由于產生了銀紋，這種產生銀紋的現(xiàn)力發(fā)白的原因是由于產生了銀紋，這種產生銀紋的現(xiàn)象也叫銀紋化。象也叫銀紋化。聚合物中產生銀紋的部位稱為銀紋體聚合物中產生銀紋的部位稱為銀紋體或簡稱銀紋。或簡稱銀紋。銀紋化與剪切帶一樣也是一種屈服銀紋化與剪切帶

38、一樣也是一種屈服形變過程。銀紋化的直接原因也是由于結構的缺形變過程。銀紋化的直接原因也是由于結構的缺陷或結構的不均勻性而造成的應力集中。銀紋可陷或結構的不均勻性而造成的應力集中。銀紋可進一步發(fā)展成裂紋，所以它常常是聚合物破裂的進一步發(fā)展成裂紋，所以它常常是聚合物破裂的開端。但是，形成銀紋要消耗大量能量，因此，開端。但是，形成銀紋要消耗大量能量，因此，銀紋能被適當?shù)亟K止而不致發(fā)展成裂紋，那么它銀紋能被適當?shù)亟K止而不致發(fā)展成裂紋，那么它反而可延遲聚合物的破裂，提高聚合物的韌性。反而可延遲聚合物的破裂，提高聚合物的韌性。 現(xiàn)在學習的是第六十八頁，共91頁銀紋的平面垂直于外加應力的方向。銀紋的平面垂直

39、于外加應力的方向?，F(xiàn)在學習的是第六十九頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第七十頁，共91頁彈性體增韌塑料的機理彈性體增韌塑料的機理 銀紋銀紋-剪切帶理論剪切帶理論 在銀紋-剪切帶理論提出之前，已有關于塑料增韌的多重銀紋理論、剪切屈服理論等。在此基礎上，提出了銀紋-剪切帶理論。 銀紋-剪切帶理論由BucknalI等在20世紀70年代(1972年)提出。在橡膠(或其它彈性體)增韌塑料的兩相體系中，橡膠是分散相，塑料是連續(xù)相。 現(xiàn)在學習的是第七十一頁，共91頁n銀紋銀紋-剪切帶理論剪切帶理論指出，橡膠指出，橡膠“小球小球”在塑料增在塑料增韌體系中發(fā)揮兩個重要的作用：其一是作為應韌體系中發(fā)揮兩個重要的作用：其一

40、是作為應力集中體誘發(fā)大量銀紋和剪切帶，其二是控制力集中體誘發(fā)大量銀紋和剪切帶，其二是控制銀紋的發(fā)展，使銀紋及時終止，不致發(fā)展成破銀紋的發(fā)展，使銀紋及時終止，不致發(fā)展成破壞性的裂紋。外界作用于塑料材料的能量，可壞性的裂紋。外界作用于塑料材料的能量，可以通過銀紋或剪切帶的形成而耗散掉，使材料以通過銀紋或剪切帶的形成而耗散掉，使材料的抗沖擊性能明顯提高。的抗沖擊性能明顯提高。 n增韌機理與被增韌的塑料增韌機理與被增韌的塑料基體基體的性質密切相關的性質密切相關。對于脆性基體，橡膠顆粒主要是在塑料基體。對于脆性基體，橡膠顆粒主要是在塑料基體中誘發(fā)銀紋；而對于有一定韌性的基體，橡膠中誘發(fā)銀紋；而對于有一定

41、韌性的基體，橡膠顆粒主要是誘發(fā)剪切帶?；w的韌性越高，剪顆粒主要是誘發(fā)剪切帶?；w的韌性越高，剪切帶所占的比例越大。銀紋和剪切帶所占比例切帶所占的比例越大。銀紋和剪切帶所占比例除與基體性質有關，也與形變速率有關，形變除與基體性質有關，也與形變速率有關，形變速率增加時，銀紋化所占的比例提高。速率增加時，銀紋化所占的比例提高?，F(xiàn)在學習的是第七十二頁，共91頁n此外，橡膠顆粒還能夠起到終止銀紋的作用，使銀紋及時終此外，橡膠顆粒還能夠起到終止銀紋的作用，使銀紋及時終止，而不至于發(fā)展成具有破壞性的裂紋。止，而不至于發(fā)展成具有破壞性的裂紋。 n銀紋和剪切帶也可以相互作用銀紋和剪切帶也可以相互作用：銀紋尖端

42、的應力場可誘發(fā)：銀紋尖端的應力場可誘發(fā)剪切帶的產生，而剪切帶也可阻止銀紋的進一步發(fā)展。對于剪切帶的產生，而剪切帶也可阻止銀紋的進一步發(fā)展。對于準韌性基體，剪切帶所占的比例較大，剪切帶可以起到終止準韌性基體，剪切帶所占的比例較大，剪切帶可以起到終止銀紋的作用。銀紋的作用。 n銀紋銀紋-剪切帶理論全面論述了橡膠顆粒的作用，又考慮剪切帶理論全面論述了橡膠顆粒的作用，又考慮了塑料基體性能的影響，同時明確了銀紋的雙重功能了塑料基體性能的影響，同時明確了銀紋的雙重功能：一方面，銀紋的產生和發(fā)展消耗大量能量，可提高：一方面，銀紋的產生和發(fā)展消耗大量能量，可提高材料的破裂能；另一方面，銀紋又是產生裂紋并導致材

43、料的破裂能；另一方面，銀紋又是產生裂紋并導致材料破壞的先導。因而，增韌體系必須有使銀紋及時材料破壞的先導。因而，增韌體系必須有使銀紋及時終止的機制。由于銀紋終止的機制。由于銀紋-剪切帶理論成功地解釋了一系剪切帶理論成功地解釋了一系列實驗事實，因而列實驗事實，因而被廣泛接受被廣泛接受。現(xiàn)在學習的是第七十三頁，共91頁界面空洞化理論界面空洞化理論當塑料材料受到沖擊發(fā)生斷裂時，沖擊斷口的兩側會出現(xiàn)白化現(xiàn)象。該白化區(qū)域會隨著裂紋的增長而發(fā)展擴大。在這個區(qū)域內，存在著“空化空間”。對于聚合物兩相體系，這種空化空間可以以兩相界面脫離形式存在。兩相界面脫離而產生的空洞化，對于增韌起著一定的作用。這一機理即為

44、“界面空洞化”理論。現(xiàn)在學習的是第七十四頁，共91頁n當塑料基體產生銀紋時，也會產生空洞，當塑料基體產生銀紋時，也會產生空洞，產生應力發(fā)白。但銀紋中的空洞是產生于產生應力發(fā)白。但銀紋中的空洞是產生于塑料基體內部，而塑料基體內部，而“界面空洞界面空洞”則產生于則產生于橡膠顆粒與塑料基體的界面之間。此外，橡膠顆粒與塑料基體的界面之間。此外，銀紋現(xiàn)象主要出現(xiàn)于脆性基體，而銀紋現(xiàn)象主要出現(xiàn)于脆性基體，而“界面界面空洞空洞”造成的白化現(xiàn)象可出現(xiàn)于準韌性基造成的白化現(xiàn)象可出現(xiàn)于準韌性基體。體。“界面空洞界面空洞”產生的白化現(xiàn)象出現(xiàn)在產生的白化現(xiàn)象出現(xiàn)在裂縫附近的過程區(qū)內，過程區(qū)的厚度為裂縫附近的過程區(qū)內，

45、過程區(qū)的厚度為h。增韌改性的效果與過程區(qū)厚度有關。增韌改性的效果與過程區(qū)厚度有關。 h愈愈大，增韌改性的幅度也愈大。大，增韌改性的幅度也愈大?，F(xiàn)在學習的是第七十五頁，共91頁n界面空洞化可阻止基體內部裂紋的產生，界面空洞化可阻止基體內部裂紋的產生，同時可使同時可使PC基體變形時所受的約束減小，基體變形時所受的約束減小，使之易于發(fā)生強迫高彈形變。界面空洞化使之易于發(fā)生強迫高彈形變。界面空洞化以及隨之產生的強迫高彈形變吸收了大量以及隨之產生的強迫高彈形變吸收了大量能量，使材料的抗沖擊性能提高。能量，使材料的抗沖擊性能提高。n泊松比泊松比 為在拉伸試驗中，材料橫向單為在拉伸試驗中，材料橫向單位寬度的

46、減小與縱向單位長度的增加的比位寬度的減小與縱向單位長度的增加的比值值 ?，F(xiàn)在學習的是第七十六頁，共91頁6.5.2.3 橡膠粒子空洞化理論橡膠粒子空洞化理論 “空洞化空洞化”不僅產生于橡膠與塑料的界面，不僅產生于橡膠與塑料的界面，而且可以產生于橡膠粒子的內部。在對這而且可以產生于橡膠粒子的內部。在對這一現(xiàn)象深入研究的基礎上，產生了橡膠空一現(xiàn)象深入研究的基礎上，產生了橡膠空洞化理論。洞化理論。 在橡膠增韌塑料體系中，橡在橡膠增韌塑料體系中，橡膠粒子內部的膠粒子內部的“空洞化空洞化”早已被觀察到。早已被觀察到。產生于橡膠與塑料的界面的空洞化屬于產生于橡膠與塑料的界面的空洞化屬于“黏合破壞黏合破壞”

47、，而產生于橡膠粒子內部的空，而產生于橡膠粒子內部的空洞化則屬于洞化則屬于“內聚破壞內聚破壞” 。近年來，橡膠。近年來，橡膠粒子空洞化的作用受到增韌機理研究者的粒子空洞化的作用受到增韌機理研究者的重視。重視。 現(xiàn)在學習的是第七十七頁，共91頁n材料具有韌性的必要條件是要在受到外力作用材料具有韌性的必要條件是要在受到外力作用時先后發(fā)生應變軟化和應變硬化。橡膠空洞化時先后發(fā)生應變軟化和應變硬化。橡膠空洞化理論認為，在橡膠理論認為，在橡膠( (或其它彈性體或其它彈性體) )增韌塑料體增韌塑料體系中，橡膠粒子也要先后經歷應變軟化和應變系中，橡膠粒子也要先后經歷應變軟化和應變硬化。硬化。 n在橡膠增韌塑料

48、材料受到沖擊時，橡膠粒子先在橡膠增韌塑料材料受到沖擊時，橡膠粒子先發(fā)生空洞化，空洞化的橡膠粒子對形變的阻力發(fā)生空洞化，空洞化的橡膠粒子對形變的阻力降低降低( (應變軟化應變軟化) )，在比較低的應力水平下就可，在比較低的應力水平下就可以誘發(fā)大量的銀紋和剪切帶，顯著增加了能量以誘發(fā)大量的銀紋和剪切帶，顯著增加了能量耗散，提高了增韌效果。在形變的后期，橡膠耗散，提高了增韌效果。在形變的后期，橡膠的鏈段取向，導致顯著的應變硬化。的鏈段取向，導致顯著的應變硬化。 橡膠粒橡膠粒子內空洞化對于增韌塑料的重要性日益受到關子內空洞化對于增韌塑料的重要性日益受到關注。注?，F(xiàn)在學習的是第七十八頁，共91頁共混體系

49、的其它性能共混體系的其它性能耐老化性能、電性能、光學性能、阻隔性能、透氣耐老化性能、電性能、光學性能、阻隔性能、透氣性能、表面性能、阻燃性能等。性能、表面性能、阻燃性能等。三三. .共混物的其他性能共混物的其他性能現(xiàn)在學習的是第七十九頁，共91頁1.1.耐老化性能耐老化性能 耐老化性能包括熱老化、光老化、全天候老化等。耐老化性能包括熱老化、光老化、全天候老化等。 熱老化來源于聚合物的熱降解。熱老化來源于聚合物的熱降解。 光老化是在紫外線的作用下，聚合物的降解。光老化是在紫外線的作用下，聚合物的降解。 主鏈上含雙鍵的聚合物易于發(fā)生老化。主鏈上含雙鍵的聚合物易于發(fā)生老化。 2. 2. 電性能電性能

50、聚合物的電性能包括體積電阻率、表面電阻率、介電損耗等聚合物的電性能包括體積電阻率、表面電阻率、介電損耗等例如例如IIR/PEIIR/PE共混，共混，IIRIIR在在2020的體積電阻率為的體積電阻率為3x103x105 5 cm,cm,PE 10PE 106 6 cmcm三三. .共混物的其他性能共混物的其他性能現(xiàn)在學習的是第八十頁，共91頁現(xiàn)在學習的是第八十一頁，共91頁包括透明性、表面光反射性等。 透明性以可見光的透過率來表征。聚合物共混物的兩相體系，大多數(shù)是透明性較低的。制備透明的聚合物共混物，首先基體材料要采用透明的聚合物。其次，各種添加劑也要不妨礙材料的透明性。 當兩種聚合物的折光指

51、數(shù)相近時，聚合物共混物兩相體系也可具有良好的透明性。若兩相體系的兩種聚合物折光指數(shù)相差較大時，則會具有珍珠般的光澤。譬如，PCPMMA共混物就是有珍珠光澤的共混材料。 光學性能光學性能阻隔性能阻隔性能 阻隔性能是指聚合物材料防止氣體或化學藥品、化學溶劑滲透的能力。阻隔性能好的材料稱為阻隔材料。其中，氣體滲透性極低的材料稱為“氣體阻隔性材料”?，F(xiàn)在學習的是第八十二頁，共91頁 透氣性透氣性材料的透氣性，又稱為氣體滲透性。 (1)氣體阻隔性與阻隔性薄膜 氣體滲透性極低的材料稱為“氣體阻隔性材料”。 (2)選擇透氣性的保鮮膜 氣體在高分子膜中的透過性，決定于氣體自身的特性和高聚物的自由體積。 (3)透氣薄膜 透氣薄膜被稱為“會呼吸的薄膜”，既有透氣性又有防水性，通常將透氣薄膜與無紡布復合，用于各種既要求透氣，又要求防水的場合