无机刚性粒子 增韧体系与机理-.pptx

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无机刚性粒子增韧体系与机理黎明职业大学高分子材料加工技术专业《高分子材料配方技术》

内容来源本小节内容参考资料:图书资源:王国全《聚合物共混改性原理与应用》期刊论文:QiangFu,GuihengWang,JiusiShen.PolyethyleneToughenedbyCaCO3Particle:BrittleDuctileTransitionofCaCO3-ToughenedHDPE.JournalofAppliedPolymerScience,1993,49(4):673

无机刚性粒子增韧体系与机理”弹性体增韧,会带来刚性下降的问题非弹性体如刚性粒子增韧,可以克服传统弹性体增韧的缺陷,可以在保留刚性的同时提高材料的韧性”聚合物增韧的根本问题:引入某种机制,使得材料在形变、损伤和破坏过程中耗散更多的能量无机刚性粒子增韧

逾渗理论01微观力学机理的综合分析02无机刚性粒子团模型03沙袋结构增韧理论04无机纳米粒子与弹性体协同增韧05目录CONTENT无机纳米粒子对结晶结构的影响06

01逾渗理论

01逾渗理论”逾渗理论认为:对于无机刚性粒子增韧塑料体系,粒子之间的塑料基体层厚度与增韧作用密切相关,且存在一个临界基体层厚度,当粒子之间的塑料基体层厚度小于临界基体层厚度时,复合材料体系会发生脆韧转变

01逾渗理论基体层厚度当无机刚性粒子之间的基体层厚度小于“临界基体层厚度”时,复合材料由脆性转变为韧性,称之为逾渗理论当刚性粒子之间的基体层厚度小于临界值时,各个刚性粒子所在的屈服变形区(逾渗通道)相互连接,基体层的屈服扩展传播,复合体系就可以实现脆-韧转变无机刚性粒子塑料基体的屈服变形区

01逾渗理论”HDPE/CaCO3共混材料傅强等人研究了CaCO3粒子浓度及大小对HDPE/CaCO3共混物冲击强度的影响,发现当CaCO3的体积分数增加到某一临界值时,复合材料体系会发生脆韧转变。用冲击强度对基体层厚度作图,得到脆韧转变曲线,可求得临界基体层厚度对于HDPE/CaCO3共混体系而言,临界基体层厚度为5.2μm。在此基础上,傅强等提出了基于临界基体层厚度的无机刚性粒子增韧理论

碳酸钙体积分数%冲击强度,J/m随着碳酸钙体积分数的提高,体积占比越大,在碳酸钙粒子之间的基体层厚度越小,冲击强度逐渐提高当碳酸钙体积分数约为10%,复合材料的冲击强度有突变01逾渗理论

冲击强度,J/m基体层厚度,μm随着碳酸钙之间的基体层厚度减小,复合材料的冲击强度提升,材料发生脆韧转变在HDPE/CaCO3共混材料中,临界基体层厚度为5.2μm01逾渗理论

02微观力学机理的综合分析

”02微观力学性能的综合分析”无机刚性粒子(含纳米粒子)增韧塑料的各种机理,都会涉及微观力学分析,而这些分析都与被增韧的塑料基体的性质有关被增韧基体为脆性塑料基体时,增韧剂主要引发银纹被增韧塑料基体为有一定韧性的基体时,增韧剂主要引发剪切带

”02微观力学性能的综合分析”从微观力学角度看,由于塑料基体性质的不同,无机刚性粒子增韧塑料会有不同的主导机理,可做如下综合表述(1)无机刚性粒子的存在产生应力集中,可引发基体产生银纹或剪切屈服,吸收一定的形变功(2)无机刚性粒子的存在,又会使银纹的扩展受阻和钝化,不至发展成破坏性开裂

”02微观力学性能的综合分析”从微观力学角度看,由于塑料基体性质的不同,无机刚性粒子增韧塑料会有不同的主导机理,可做如下综合表述(3)随着无机刚性粒子的微细化(乃至纳米化),粒子比表面积增大,与基体的接触面积增大,材料受冲击时会产生更多的银纹或小于临界基体层厚度而发生剪切屈服(4)但无机刚性粒子的用量过大,粒子过于接近,易发展成宏观开裂,体系性能反而会变差

03无机刚性粒子团模型

03无机刚性粒子团模型”PP/BaSO4共混体系无机刚性粒子在聚合物中的分布情况,也影响增韧作用在硫酸钡BaSO4增韧PP体系中,存在BaSO4刚性粒子团,刚性粒子团内又有亚级刚性粒子团;刚性粒子团与周围区域之间存在着界面带,界面带中BaSO4粒子的含量明显低于刚性粒子团

03无机刚性粒子团模型”PP/BaSO4共混体系刚性粒子团的结构模型

03无机刚性粒子团模型刚性粒子团模型受到冲击时的变化”当PP/BaSO4受到外力冲击时,刚性粒子团、界面带和相邻的刚性粒子团之间的PP基体都同时发生形变,并吸收冲击能,使PP/BaSO4体系韧性得到提高(a)相邻的两个刚性粒子团(b)刚性粒子团内部发生形变(c)界面带发生形变(d)相邻刚性粒子团间的基体发生形变

03无机刚性粒子团模型处理情况BaSO4含量%拉伸强度Mpa缺口冲击强度J/m1/02680.12未处理402367.33处理40

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