范弹性体增韧塑料的增韧机理.doc

PAGE PAGE 9 弹性体增韧塑料的增韧机理 一、前言 聚合物复合材料以其优良的电绝缘性、化学稳定性、加工性，在机械、电子、航天航空等领域得到了广泛的应用，而单一均聚物耐冲击性差且容易开裂的弱点往往难以满足新材料高性能化的时代需求。聚合物增韧改性作为发展新材料的一条卓有成效的途径，得到了国内外学者的普遍重视。目前该领域的研究成果层出不穷，增韧机理也日趋完善，走向成熟。 在高分子材料开发过程中，早期把很多力量放在新聚合物品种的发明上，到目前为止，见诸报道的聚合物至少有几千种，虽然它们各有不同的特点，但是，最多只有1％具有应用价值，而在这1％中，真正大量生产的很少，目前主要的近十种聚合物的产量已占聚合物材料总产量的80％以上。目前通过聚合方法制备和开发新聚合物品种的工作虽然仍在继续，但是其年增长率的高峰期已经过去。而近些年来发展起来的，利用现有的聚合物，通过物理的或化学的共混工艺过程制备高分子－高分子混合物却显示出它特有的优越性，因而迅速在工业上得到广泛的应用。20世纪70年代出现的许多合成材料的新品种，都是以共混高聚物形式出现的。有关这方面的研究已经成为高分子科学的一个重要领域。 高分子改性技术涉及的内容很多，如增强、增韧以及分子复合材料。其中大多数是以改善材料的力学性能为目的，但是也有些则为了赋予高聚物某些特殊功能，如电学性能、光学性能、磁性、阻燃性能、阻尼性能、阻隔性能以及生物特性等。其中塑料增韧是高分子材料物理改性中的一个古老而又重要的课题，但是迄今为止尚有许多现象未被阐明。这里主要介绍有关弹性体增韧塑料的增韧机理的研究。 二、基本知识 增韧塑料分为热塑性塑料增韧和热固性塑料增韧。热塑性塑料增韧的方法，按所用增韧剂的大类可分为柔韧性增韧剂增韧和刚性增韧剂增韧。 用柔韧性增韧剂制备增韧的热塑性塑料，所用的增韧剂有弹性体（包括橡胶、热塑弹性体），韧性好模量较低（相对于被增韧的树脂）的树脂。弹性体可以是单组分的，也可以是多种并用；韧性好模量较低的树脂可以是单组分的，也可以是多组分的，也可以是与弹性体并用的。被增韧的热塑性塑料，有脆性的，也有准韧性的（拉伸时为韧性的，缺口冲击时为脆性的）。 制备的工艺方法，有溶液共混、乳液共混、热－机械共混，这些属于物理共混工艺。还有化学－物理共混法，即接枝共聚共混、互穿网络聚合物的制备等。最常用的工艺方法是增韧剂和热塑性塑料进行热－机械共混。热－机械共混工艺中，有简单热－机械共混，即增韧剂和热塑性塑料直接在热－机械共混设备上共混；增容热－机械共混，即参与共混的组分除了增韧剂、被增韧的热塑性塑料外，还有增容剂。增容剂分为“就地”产生的和预先合成好的；非反应型的和反应型的；反应型共混，如动态硫化、接枝共聚共混等。 用刚性增韧剂（刚性粒子）制备增韧热塑性塑料，从目前的研究情况看，主要适用于有较大韧强比的树脂的增韧。刚性粒子主要包括刚性有机粒子（ROF）和刚性无机粒子（RIF）。应用的ROF，有单一的刚性聚合物，如PS、AS、PMMA等；也有核－壳型的共聚物，如以交联的聚苯乙烯为核、PS为壳的核－壳结构的刚性粒子。还有其它类型的ROF，如ABS等。应用的RIF，有SiO2、CaCO3，滑石粉、凹凸棒土、BaSO4、TiO2、SiC/Si3N4等。 热固性塑料增韧改性的方法，有4种类型：①用刚性无机填料、橡胶类弹性体、热塑性塑料和热致液晶聚合物等第二相进行增韧；②用热塑性塑料连续地贯穿于热固性树脂网络中形成半互穿网络聚合物（SIPN）进行增韧。其方法有分布法（SIPN）、同步法（SIN）等。主要是通过热固性树脂固化时形成半互穿网络聚合物，要控制好固化条件、相畴尺寸等；③通过改变交联网络的化学结构、组成，如向交联网络中引入“柔性段”，以提高网链的活动能力来增韧；④由控制分子交联状态的不均匀性形成有利于塑性变形的非均匀结构来实现增韧。 剪切形变，是在外力作用下，在一些平面上高分子或高分子的微小聚集体滑动发生高度取向，产生没有明显体积变化的形状扭变形变。剪切形变有两种情况：弥散形的剪切形变，即在整个受力区域内发生的大范围的剪切形变；另一种是剪切带，即发生在局部带状区域内的剪切形变。 银纹化，是指在拉伸力作用下，聚合物中某些薄弱部位，由于应力集中而产生的空化条纹状形变区，称为银纹，这种现象称为银纹化。 银纹与裂纹的区别：银纹的外形与裂纹相似，但与裂纹的结构明显不同。裂纹体中是空的，而银纹是由银纹质和空洞组成的。空洞的体积分数大约50％～70％。银纹质是取向的高分子和/或高分子微小聚集体组成的微纤，直径和间距约为几到几十纳米，其大小与聚合物的结构、环境温度、施力速度、应力大小等因素有关；银纹主微纤之间存在一些沿微纤长度方向准周期性出现的横系，银纹主微纤也构成连续相，与空洞连续相交织在一起成为一个复杂的网络