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高分子合金增韧理论（读书笔记）

橡胶增韧塑料的研究首先是从HIPS和ABS开始的。它们的基体聚

苯乙烯是典型的脆性聚合物。因此，早期的塑料增韧理论大都是关于橡

胶分散相如何增韧塑料的。橡胶增韧塑料理论的发展主要经历了微裂纹

理论、多重银纹化理论和剪切屈服理论(屈服的膨胀理论)阶段，目前增

韧塑料理论主要有多重银纹理论和银纹一剪切屈服理论，刚性粒子对塑

料的增韧机理等。当前，增韧理论正在向定量化发展。

一、研究增韧理论的权威人物

目前研究聚合物增韧的人很多，但是比较权威的有三个。一是荷兰的R.

J.Gaymans，另一个是美国Michgan大学的Albert.F.Yee教授，他从

力学的角度出发。首先建立一个增韧模型，然后通过有限元的方法计算

出聚合物共混物的受力情况，从而得到其增韧及断裂的机理，他没有提

出一套完整的增韧理论;美国杜邦公司的SouhengWu博士，他提出了

聚合物共混增韧的逾渗模型。

二、弹性体与刚性体增韧塑料的区别点：

1.增韧的对象不同，前者可增韧脆性或韧性材料，后者则要求基体有

一定的韧性

2.增韧剂的种类不同，前者是橡胶或热塑性弹性体材料，模量极低，

易于挠曲，流动性差，后者是脆性塑料.模量高，几乎不发生塑性形变，

流动性好:

3.增韧剂含量变化的效果不同，前者含量增加韧性一直增加，而后者

有一合适的增韧范围，超过这一范围后没有增韧效果。

4.共混体系的性能不同，前者在提高材料韧性的同时，其模量、强度、

热变形温度等大幅度降低，后者则在提高材料韧性的同时也可提高其模

量、强度和热变形温度。

5.韧性提高的原因不同，前者增韧是橡胶颗粒起应力集中体的作用，

诱发基体剪切屈服和银纹化，吸收冲击能，从而提高材料的韧性，后者

是增韧剂在基体静压力的作用下，发生强迫形变.吸收冲击能，提高材

料的韧性。

三、橡胶弹性体增韧理论的发展

1、微裂纹理论

1956年，在研究HIPS拉伸过程中出现的体积膨胀和应力发白现象时，

MERZ等人发表了第一个聚合物共混物的增韧理论一微裂纹理论。该理

论认为:当材料在应变中产生裂纹时，某些橡胶分散相粒子横跨于微裂

纹的上下表面间，阻止微裂纹进一步扩大，并吸收能量。共混材料断裂

所耗散的能量是脆性塑料基体与橡胶分散相的粒子断裂所耗散能量的

总和。该理论虽然解释了一部分实验事实，但它将韧性提高的原因偏重

橡胶的作用而忽视了基材所起的作用。后来Newman和Strella计算出

在拉伸断裂过程中，橡胶断裂所耗散的能量仅占总耗散能量的10%，这

说明微裂纹理论并没有揭示出共混材料能量耗散的主要途径和橡胶分

散相的主要作用。所以很快就被淘汰了。

2、多重银纹化理论

这个理论是Bucknall和Smith于1965年提出来的，是Merz微裂纹理

论的发展。其主要不同点是将应力发白归因于银纹而不是裂纹。银纹是

由裂纹体内高度取向的分子链束构成的微纤和空洞组成的，是造成HI

PS硬弹性行为的原因。HIPS的拉伸曲线和回复曲线形成较大滞后圈，

弹性回复率达到90%以上。这种相似的行

为在PP中也被观察到，所不同的是PP的硬弹性来源于晶片的弹性弯

曲，而HIPS则是由于形成了分子链束构成的微纤。在PS裂缝尖端部

位剖面图中，裂纹体的体积要比裂缝本身大得多，这是由裂缝尖端应力

场引起的。裂纹尖端向基体内生长的同时伴随着银纹丝的断裂。

这个理论的基础观点是：橡胶粒子作为应力集中点既能引发银纹又能控

制其增长。在拉伸应力下，银纹引发于最大主应变点，一般是在橡胶粒

子的赤道附近，然后沿最大主应变平面向外增长:银纹的终止是由于其

尖端的应力集中降至银纹增长的临界值或者银纹前端遇到一个大的橡

胶粒子或其他障碍物。拉伸和冲击试验中所吸收的大量能量正是基材中

大量多重银纹造成的。

多重银纹理论己被许多实验所证实，并成功地解释了HIPS的冲击和拉

伸性能。但是在单轴拉伸试验中，ABS和增韧PVC显示出明显的成颈

现象，尤其