高分子材料課題

1、高分子材料課題第1頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 回收廢塑料即再生塑料的抗沖擊強(qiáng)度一般較低，究其原因，主要是塑料制品在使用過(guò)程中發(fā)生了老化，大分子發(fā)生降解導(dǎo)致分子量降低所致。改善再生塑料抗沖擊性能的一種有效途徑就是進(jìn)行共混增韌改性。概述第2頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 通常使用橡膠、彈性體，或用共混型熱塑性彈性體（TPO、TPR、TPV）進(jìn)行增韌改性，或在樹(shù)脂中共混彈性體材料，其增韌效果很好，但不足之處為剛性降低 。彈性體增韌改性又分橡膠增韌改性和熱塑性彈性體增韌。 近年來(lái)開(kāi)發(fā)出了新的剛性增韌方法，包括有機(jī)剛性粒子（ROF）和無(wú)機(jī)剛性粒

2、子（RIF）在內(nèi)的剛性粒子增韌，增韌和增強(qiáng)同時(shí)進(jìn)行。增韌改性的方法第3頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 彈性體增韌回收塑料的范疇的分類(lèi)：橡膠；如SBS型合成熱塑性彈性體；共混型熱塑性彈性體。區(qū)別：第三類(lèi)增韌方法中的共混物中的橡膠組分已被動(dòng)態(tài)硫化，也稱(chēng)作動(dòng)態(tài)交聯(lián)，它是制備熱塑性彈性體的關(guān)鍵技術(shù)。人們采用完全動(dòng)態(tài)硫化法制得了充分交聯(lián)和性能優(yōu)良的EPDMPP熱塑性彈性體，凝膠含量高達(dá)97，常稱(chēng)之為熱塑性硫化膠（TPV）或熱塑性橡膠(TRP)。部分動(dòng)態(tài)硫化型熱塑性彈性體中最通用的是熱塑性聚烯烴（TPO）即其中的熱塑性樹(shù)脂是PP、PE等 增韌改性的方法第4頁(yè)，共19頁(yè)，2022

3、年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四TPV TPR TPO第5頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 傳統(tǒng)的塑料增韌為在樹(shù)脂中共混彈性體材料如熱塑性彈性體和橡膠等，其增韌效果十分顯著。但此種方法在提高復(fù)合材料韌性的同時(shí)，卻導(dǎo)致復(fù)合材料強(qiáng)度、剛性、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性及加工性的大幅度下降 。 剛性材料增韌塑料它在提高復(fù)合材料沖擊性能的同時(shí)，不降低其拉伸強(qiáng)度和剛性，加工流動(dòng)性和耐熱性也有不同程度的提高。 幾種增韌改性的特性第6頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 塑料彈性體增韌機(jī)理：目前最成熟的為銀紋-剪切帶理論。該理論的核心思路為在基體樹(shù)脂內(nèi)加入彈性體后，

4、在外來(lái)沖擊力的作用下，彈性體可引發(fā)大量裂紋，樹(shù)脂則產(chǎn)生剪切屈服，靠銀紋-剪切帶吸收沖擊能量。 有機(jī)剛性增韌材料的增韌機(jī)理 ：適用于相容性較好體系的“冷拉機(jī)理”和適用于相容性不好體系的“空穴增韌機(jī)理”。幾種增韌改性的機(jī)理第7頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 無(wú)機(jī)剛性增韌材料的增韌機(jī)理：1）復(fù)合材料受力變形時(shí)，RIF的存在產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，引發(fā)其周?chē)幕w屈服（如空穴、銀紋、剪切帶），這種基體的屈服將吸收大量的變形能量，起到增韌機(jī)理。 2）當(dāng)銀紋遇到RIF時(shí)，會(huì)產(chǎn)生釘孔-攀越或釘孔-裂紋二次引發(fā)效應(yīng)，是裂紋擴(kuò)展的阻力增大，消耗變形能量，從而阻礙裂紋的擴(kuò)展。 3）良好的界面

5、部分受力脫黏形成空穴，從而使裂紋鈍化而不致于發(fā)展成破壞裂紋。第8頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 塑料彈性增韌材料 1）按彈性體的玻璃化溫度高低分類(lèi) 高抗沖樹(shù)脂，主要有CPE、POE、MBS、ACR、ABS及EVA等；高抗沖橡膠，主要有SBS、EPR、EPDM及NBR等。 2）按彈性體的分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類(lèi) 預(yù)定彈性體類(lèi)。它屬于核-殼結(jié)構(gòu)聚合物，其核為軟狀彈性體，賦予制品以沖擊性能；殼為具有高玻璃化溫度的聚合物，使彈性體微粒之間隔離，形成可自由流動(dòng)的顆粒，促進(jìn)均勻分散。屬于此類(lèi)的彈性體有ACR、MBS、MABS、MACR等。非預(yù)定彈性體類(lèi)。它屬于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其沖擊改性以溶劑

6、化作用（增塑作用）機(jī)理進(jìn)行。屬于此類(lèi)的彈性體有CPE及EVA等。 過(guò)渡性彈性類(lèi)。幾種增韌改性的材料第9頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 有機(jī)剛性增韌材料 有PMMA、PP、PS、SAN（苯乙烯/丙烯晴共聚物）、MMA/St（甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯類(lèi)共聚物）等，其中以MMA/St效果最好，PMMA次之。 無(wú)機(jī)剛性增韌材料有針狀硅灰石，優(yōu)化表面處理的碳酸鈣、細(xì)玻璃微珠、玻璃纖維、沉淀硫酸鋇、云母、滑石粉、高嶺土 等。幾種增韌改性的材料第10頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四增韌劑的概述 增韌劑是指具有降低復(fù)合材料脆性和提高復(fù)合材料抗沖擊性能的一類(lèi)助

7、劑，可分為活性增韌劑與非活性增韌劑兩類(lèi)，活性增韌劑是指其分子鏈上含有能與基體樹(shù)脂反應(yīng)的活性基團(tuán)，它能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加一部分柔性鏈，從而提高復(fù)合材料的抗沖擊性能。非活性增韌劑則是一類(lèi)與基體樹(shù)脂很好相溶、但不參與化學(xué)反應(yīng)的增韌劑。 增韌劑第11頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 增韌劑可分為橡膠類(lèi)增韌劑和熱塑性彈性體類(lèi)增韌劑：1）橡膠類(lèi)增韌劑 該類(lèi)增韌劑的品種主要有液體聚硫橡膠、液體聚丁二烯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠及丁苯橡膠等。2）熱塑性彈性體是一類(lèi)在常溫下顯示橡膠彈性、在高溫下又能塑化成型的合成材料。因此，這類(lèi)聚合物兼有橡膠和熱塑性塑料的特點(diǎn)，它既可以作為復(fù)合材料的增韌

8、劑，又可以作為復(fù)合材料的基體材料。這類(lèi)材料主要包括聚氨酯類(lèi)、苯乙烯類(lèi)、聚烯烴類(lèi)、聚酯類(lèi)、間規(guī)1，2-聚丁二烯類(lèi)和聚酰胺類(lèi)等產(chǎn)品，目前作為復(fù)合材料的增韌劑用得較多的是苯乙烯類(lèi)和聚烯烴類(lèi)。3）其它增韌劑 適用于復(fù)合材料的其它增韌劑還有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韌劑，如苯二甲酸酯類(lèi)。對(duì)于非活性的增韌劑也可稱(chēng)為增塑劑，它不參與樹(shù)脂的固化反應(yīng)。 增韌劑第12頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四 在再生塑料領(lǐng)域，用具有良好抗沖擊性能的熱塑性塑料可對(duì)一些抗沖擊性能差的聚合物材料進(jìn)行增韌改性。HDPE/碳酸鈣增韌體系 ：用1250目碳酸鈣，經(jīng)烷基羧酸鹽偶聯(lián)體系高效活化處理后，在HDP

9、E(2100J)中填充量高達(dá)50%時(shí)，復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度提高5倍以上。而未處理和用其他材料處理的效果則大不相同 。常見(jiàn)的增韌體系第13頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四不同處理HDPE/碳酸鈣復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度變化第14頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四PP/碳酸鈣增韌體系 PP因基體韌性較低屬難以增韌的樹(shù)脂，即使用EPDM、POE等優(yōu)秀的增韌材料，也需要較大添加量。用1250目碳酸鈣，經(jīng)烷基羧酸鹽偶聯(lián)體系高效活化處理后，在PP(2401)中加入50%時(shí)，沖擊強(qiáng)度可提高一倍以上，對(duì)此體系，如在用主偶聯(lián)劑烷基羧酸鹽處理的同時(shí)，用助偶聯(lián)劑改

10、性石蠟或EPDM處理效果更好。第15頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四PP/PE增韌體系 LDPE對(duì)PP的增韌效果明顯，卻會(huì)造成其他力學(xué)性能如彎曲模量的迅速下降。因此只能用于以沖擊強(qiáng)度要求為主，其他力學(xué)性能要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合。 HDPE在PP中加入量小于10%時(shí)，對(duì)PP具有剛性增韌效果，即增加沖擊性能的同時(shí)，其他力學(xué)性能又不下降。 LLDPE對(duì)PP的增韌效果介于LDPE和HDPE之間，加入量以5%-20%為好。 UHMWPE對(duì)PP不僅有增韌作用，還可實(shí)現(xiàn)原位成纖增強(qiáng)效果。以PP1330為例，加入10%的UHMWPE增韌時(shí)其缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高3.5倍、

11、1.5倍和2.5倍。 第16頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四PP/EVA增韌體系 EVA在增韌PP的同時(shí)，還可以提高斷裂伸長(zhǎng)率、熔體流動(dòng)指數(shù)和表面光澤度。所選用的EVA中VA的含量為14%-18%之間。用20%EVA-15增韌PP，其沖擊強(qiáng)度提高12倍之多，剛性下降幅度小。第17頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)45分，星期四塑料/彈性體協(xié)同增韌PP體系 彈性體與PP共混雖然具有優(yōu)良的沖擊強(qiáng)度，但剛性、強(qiáng)度和熱變形溫度等性能損失較大，且成本提高明顯。為了改善力學(xué)性能和降低成本，在彈性體/PP增韌體系中，加入塑料形成彈性體/塑料/PP三元共混體系。在三元共混體系中最常用的塑料為HDPE和LLDPE，具體實(shí)例如PP