第4章聚合物共混物的微观形态讲述.ppt

第4章 聚合物共混物的微观形态 介绍共混物形态的观测、形态学要素的表征，全面探讨影响共混物形态的诸因素，并介绍共混物形态研究方法的进展。 4.1 共混物微观形态研究的基本目的和主要研究内容 4.1.1 共混物组成、共混过程、共混物性能与共混物形态的基本关系 4.1.2 形态研究指导聚合物共混材料的开发 共混物的形态与共混物的性能有密切关系。性能缺陷的原因往往可以从共混物的形态学研究中找到原因。通过形态的观测，可以揭示形态与性能的关系；从而通过改善共混物的形态，达到提高共混物性能的目的。例如，用橡胶增韧塑料的共混体系，橡胶为分散相，塑料为连续相；橡胶分散相粒子的粒径对增韧效果有重要影响。对分散相粒子的粒径进行调控，可以有效地提高增韧效果。 共混物配方、共混工艺条件和设备的结构因素，都可以影响共混物的形态，进而影响共混物的性能。对于共混物形态的观测，可以指导共混物配方、共混工艺条件等因素的调节。 4.1.3 共混物形态在机理研究中起重要作用 共混物形态的研究，对于揭示共混改性的机理，可以发挥关键性的作用。 例如，在共混改性机理研究中，塑料增韧体系的增韧机理研究是最为受到关注的。而在增韧机理研究中，形态学研究发挥了重要作用。诸多增韧机理的提出，都是以形态学研究结果为依据的(参见第6章)。 4.1.4 共混物形态研究的主要内容 共混物形态研究涉及的主要内容包括：连续相和分散相组分的确定、分散相组分的分散状况、分散相粒子的形貌，以及相界面。 (1)连续相和分散相组分的确定：“海-岛”结构两相体系和“海-海”结构两相体系。 (2)分散相分散状况的表征 ：其一是分散相颗粒的平均粒径(又称为分散度)；其二是分散相颗粒在连续相中分布的均匀程度(又称为总体均匀性) 。 (3)两相体系的形貌：“海-岛结构两相体系的分散相粒子可以有不同的形貌，如球状、不规则颗粒状、棒状、纤维状等。 (4)相界面 ：相界面是分散相与连续相之间的交界面。共混物两相之间有较好的相容性时，可形成一定厚度的界面层 。 4.2 共混物形态的观测研究方法其一是直接观测形态的方法，如电子显微镜法；其二是间接测定的方法，如动态力学性能测定法。 4.2.1 电子显微镜观测及其制样方法 4.2.1.1染色法 四氧化锇(OsO4)染色法，可适用于共混组分之一为含双键的体系。 4.2.1.2刻蚀法 4.2.1.3 断面法 (1)低温折断法, (2)冲击断面 4.2.1.4 其它试样 4.2.2 光学显微镜观测及其制样方法 4.2.3 形态观测中应注意的问题 ①取样时，应注意取样的全面性和代表性。 ②制样时，要防止制样过程对试样结构形态的改变和破坏。 ③观测时的取点也很重要。聚合物共混物的微观形态是富于变化的，应选取有代表性的点，拍摄显微照片。 ④观测结果的分析，要结合聚合物共混物的制备过程以及共混物的性能等，综合进行分析。 4.3 共混物形态的表征与研究 4.3.1 连续相和分散相的区分 (1)二元共混体系 对于一些不易区分的体系，可以通过改变组分含量，对于不同组分含量的系列样品进行观测，以确定连续相和分散相聚合物。经过染色的聚合物颜色较深，也可区分。 (2)三种或三种以上聚合物的多元共混体系 (3)含填充剂的共混体系 填充剂在聚合物基体中总是分散相。 4.3.2 分散相分散状况的定量表征 聚合物共混两相体系中分散相的分散状况，可以用“总体均匀性”和“分散度”来表征。总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小；分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。对于总体均匀性，可采用数理统计的方法进行定量表征；分散度则以分散相平均粒径来表征。 总体均匀性和分散度还可分别用来表征分布混合和分散混合的效果。总体均匀性可体现分布混合的效果，分散度则可体现分散混合的效果。 4.3.2.1 总体均匀性的表征 在“海-岛”结构两相体系共混物中，分散相分布的总体均匀性可用混合指数I来表征。按照统计理论，采用共混的方法，分散相浓度所能够达到的最“均匀”的分布是二项分布；在共混过程中，分散相浓度的分布会逐渐趋向于二项分布，由此引入混合指数I： 将共混物的样本假想为由若干小粒子组成(粒子的大小与分散相颗粒的平均尺度相当)，则可用如下方法计算? 2： 样本方差S 2的计算方法如下： 分散相平均浓度 :  混合指数I可以反映共混样品中分散相组分分布的总体均匀性。若在共混过程中取样，还可看出混合指数随混合时间的变化规律。随着共混过程的进行，分散相浓度的分布趋向于二项分布，S 2 会逐渐趋近于? 2 ，相应地混合指数I趋近于1；因而可将混合指数I趋近于1