第6章聚合物共混物的性能.ppt

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1、第6章 聚合物共混物的性能,内容提要：本章在介绍共混物性能的预测和测定的基础上，重点介绍了在聚合物共混改性中占有举足轻重的地位的塑料增韧改性，包括弹性体增韧、非弹性体增韧和增韧机理。还介绍了聚合物共混物的其他性能,6.1共混物性能的影响因素,共混物的性能，受到多方面因素的影响，包括各组分的性能与配比、共混物的形态、两相体系的界面结合，以及外界作用条件等,6.1.1各组分的性能与配比,主体聚合物作为连续相对主体聚合物起改性作用的组分的最佳用量改性同时带来的不良效果协效作用,6.1.2共混物形态的影响,分散相的粒径及分布分散相粒子的空间排布两相界面结合,6.1.3制样方法和条件,对同一配方体系，制

2、样方法不同，试样性能不同。同台设备、同样条件、同一批次，最有可比性。同一设备，不同批次，应设置参比样制样后，需放置一定时间后测试性能。,6.1.4 测试方法与条件,如力学性能:拉伸、冲击、弯曲、压缩等拉伸实验，拉伸速度冲击实验，类型（）、摆锤质量大小、有无缺口、缺口类型加工方向，横向、纵向测试温度：常温、高温、低温、高低温。升降温速度。参照标准,6.2 共混物性能的预测,在具体地介绍聚合物共混物的性能之前，先根据影响共混物性能的因素，介绍共混物性能与单组分性能的一些关系式，也就是共混物性能的预测。,6.2.1 简单关系式：并联与串联,公式,并联 P=1P1+2P2,串联,均相共混体系,I 两组

3、分之间的相互作用参数，根据两组分之间相互作用的具体情况，可取正值或负值。,“海-岛结构”两相体系,连续相硬度较低的体系,分散相硬度较高、连续相硬度较低（如填充体系、塑料增强橡胶）AB均为参数 A=KE-1 KE为爱因斯坦系数,力学性能的KE,B是取决于各组分性能及KE的参数,对比浓度，是最大堆砌密度max的函数。max的反映的是分散相粒子的某一种特定的存在状况的空间特征。,最大堆砌密度,分散相硬度较低的体系,“海-海结构”两相体系,n与体系有关的参数（-1n1）,预测公式的局限性,上述预测公式适用于分散相的形态较为规整的情况，譬如填料粒子较为规整的填充体系。对于聚合物-聚合物两相体系，若分散相

4、形态不很规整（不是规整的球形、立方形、棒形、纤维形等），就难以应用上述公式进行预测。为了在实施共混之前，对共混物体系进行预选，并预期共混物可能的达到的性能，应配合进行文献查阅工作。前人进行的相近体系的研究结果可以为共混物体系的预选提供重要的参照。,6.3共混物试样制备与测试,共混物试样制备 力学样条：挤出、注射、压片 流变：Brabender 毛细管、熔融指数仪 样品的式样、尺寸，参照标准制备实验结果的可比性和可再现性,实验结果的可比性和可再现性 设备因素：可比性同一台设备、同一次完成，尽量避免设备及仪器误差；同一台设备，保证实验条件一致 可再现性：在一定条件下可重复和再现,实验方案对结果的影

5、响,变量从少到多前后做空白样重复实验,6.4共混物熔体的流变性能,流变性能关系到材料能否进行加工，也就是说关系到能否把材料加工成制品。熔融共混是最重要的共混方法，研究熔体的流变性能十分重要，对于共混过程的设计和工艺条件的选择和优化具有重要意义。熔体的流变曲线、熔体粘度、熔体的粘弹性等等,6.4.1.共混物熔体粘度与剪切速率的关系,聚合物共混物熔体是假塑性非牛顿流体，共混物熔体的剪切应力与剪切速率之间的关系符合如下关系式：式中 剪切应力；剪切速率；n 非牛顿指数；K 稠度系数。相应地，共混物熔体粘度可表示为：,当剪切速率趋于零时，弹性形变也趋近于零，熔体黏度为零切黏度稱0。流变性能的测试仪器 毛

6、细管流变仪 转矩流变仪 熔融指数仪,共混物熔体的-关系曲线三种基本类型,a所示为共混物熔体粘度介于单一组分粘度之间,PP/HDPE,PC/PMMAb所示为共混物熔体粘度比两种单一组分粘度都高，PS/PE=25/75c所示为共混物熔体粘度比两种单一组分粘度都低,PS/LDPE PS/PMMA,6.4.2.熔体粘度与温度的关系,共混物的熔体粘度随温度的升高而降低。在一定的温度范围内，对于许多共混物，其熔体粘度与温度的关系可以用类似于Arrehnius方程的公式来表示：E ln=ln A+RT 式中 共混物的熔体粘度；A 常数；E 共混物的粘流活化能，R 气体常数；T 热力学温度（绝对温度）通过共混

7、，可是体系的粘流活化能升高或降低，从而控制共混物的加工温度。,应用实例,PC/PE=95/5（质量比），ln a与1/T关系在一定温度范围内呈直线。根据实测数据计算出E=51.0 KJ/mol。纯PC的粘流活化能为64.9KJ/mol。由此可见，PE的加入可以改变PC的熔体粘度对于温度的依赖关系，从而改善PC的加工流动性。通过加入某种流动性较好的聚合物来改善流动性较差的聚合物的加工流动性，这一作法在共混改性中是常用的办法。,PC/PBT共混物（质量比为95/5）的粘流活化能为76.46 KJ/mol，高于纯PC的粘流活化能（64.9KJ/mol）对于这样的共混体系，需在较高的温度下加工成型。,

8、6.4.3.熔体粘度与组成的关系,组分含量与熔体粘度的关系呈现三种基本类型：共混物熔体粘度介于两单一组分之间；PP/HDPE,PC/PMMA共混物熔体粘度高于两单一组分；PS/PE(25/75)共混物熔体粘度低于两单一组分；PS/LDPE,PS/PMMA,(a)比单一组分都低；少量第二组分；极小值。PP/PS(b)粘度随组分含量变化，充分体现连续相对体系粘度的贡献。PMMA/PS高出单一组分，极大值。PE/PS=75/25,（2）第三组分对流变性能的影响,在共混体系中，有些组分是作为流变性能调节剂添加到共混体系中，因而起到调控流变性能的作用。例如，润滑剂的作用就属于此类。但是也有很多情况，两相

9、体系中添加的第三组分，不是作为流变性能调节剂添加的，但对流变性能也会产生影响。以相容剂为例加以说明。相容剂在聚合物共混物中的应用日益普遍，因而，其对流变性能的影响也受到关注。,有相容剂,（3）剪切速率与共混物组成的综合影响,4.共混物熔体的粘弹性,聚合物熔体受到外力的作用，大分子会发生构象的变形，这一变形是可逆的弹性形变，使聚合物熔体具有粘弹性。共混物熔体与聚合物熔体一样，具有粘弹性。研究粘弹性的方法采用第一法向应力差（11-22）动态理学试验储能模量G挤出膨胀比B或可恢复剪切形变SR出口压力降,例,橡胶增韧塑料体系HIPS、ABS熔体的弹性效应（出口膨胀比）小于均聚物。某些特殊体系，弹性效应

10、会出现极大值或极小值。,PS/PE挤出胀大比与组成的关系,PS/PS=80/20，弹性效应出现极大值。,共混物的动态流变性能,采用动态流变仪，在按一定频率变化的剪切力场作用下测定的流变性能。可测得复模量、损耗因子等参数。研究材料的黏弹性,本体流动与单元流动,本体流动是从宏观角度对流变行为的分析，考查的是宏观整体的流变行为单元流动是从微观角度对流变行为进行分析，考查的是微观的流动单元的流变行为。聚合物熔体流动的本质单元流动。链段、初级粒子都可成为流动单元,单元流动与本体流动的关系,单元流动对本体流动的影响 共混体系中，少组分以微粒形式而不是以分子水平形式构成熔融流动体系时，宏观流变行为体现出许多

11、特殊性。流动单元与本体的同步性 不同步，影响整体均匀性。流动单元比宏观本体慢，流动单元发生聚集，挤出机口模处，分散相易于积聚。也会影响分散相在共混材料内部和表面的分布。,共混物的力学性能,6.5 共混物的力学性能,提高聚合物的力学强度，是共混改性的最重要的目的之一。其中，提高塑料的抗冲击性能，即塑料的抗冲改性，又称为增韧改性，在塑料共混改性材料中占有举足轻重的地位。研究的重点,应力应变曲线与断裂方式,应变软化与应变硬化,应变软化使指应力-应变曲线上，随应变增加，应力下降（屈服）；应变硬化使之随后的应力上升。应变硬化主要是由于高分子链段在外力作用下的取向而产生的。韧性材料的特征，受到外力作用，先

12、发生应变软化，产生相应的屈服和形变，耗散能量。然后，发生应变硬化，在一定范围内防止产生破坏性的断裂。,高分子材料的韧性与冲击韧性,材料的韧性，可以用材料形变至断裂点时所吸收的应变能来表征。关于应力-应变过程的探讨，是材料韧性的一种表征方式。准静态载荷冲击韧性，特制材料在高速冲击条件下表现出的韧性。以上两种研究方式可以相互补充。,冲击强度与增韧,冲击强度是度量材料在高速冲击下韧性大小和抗断裂能力的参数。塑料一般冲击强度较低，需要增韧。弹性体增韧 非弹性体增韧,塑料的形变区域形变机理,塑料的大形变与变形区 塑料材料的大尺度形变是是使外界作用的能量耗散的重要途径，形变通常集中发生在一定的区域内，称之

13、为变形区。由于冲击力作用于材料是一个过程，所以变形区又称为过程区。韧性塑料变形区厚；脆性塑料变形区薄。,a.剪切形变,材料发生拉伸作用时，会发生剪切形变。这是因为拉伸力可分解为剪切力分量，它的最大值出现在与正应力成45的斜面上。在塑料发生剪切形变的地方，可观察到剪切带的形成。,厚度1m，宽度：550 m。大量不规则线簇，每一条的厚度构成0.1 m形成原因：由于应变软化作用引起 结构缺陷造成的局部应力集中特征：产生细颈 密度基本不变作用：剪切带的形成，可耗散外力作用于样品上的能量，使材料有韧性。塑料：未改性内部结构不均一或缺陷诱发 改 性分散相颗粒诱发，达到增韧 目的。,(b)银纹化,银纹是由聚

14、合物细丝和贯穿其中的空洞所构成。聚合物细丝：100400；空洞：100200方向：垂直于外加应力方向厚度：103104,特征：应力发白密度降低（空洞）作用机理：银纹化的产生，使大分子产生了很大的塑性形变及粘弹形变，形成细丝，使作用与样品的能量被消耗掉。,三个阶段：引发、增长、终止塑料：未改性结构缺陷或不均匀而造成的应力集中 改性分散相粒子是引发银纹的中心，两相界面是引发银纹的主要场所银纹必须被及时终止，才有增韧作用终止因素：与剪切带的相互作用 银纹尖端应力集中因子的下降 银纹支化,2 塑料基体的分类,1985年，吴守恒对热塑性基体进行了分类，并阐述了基体破坏时的能量吸收方式：分类：脆性基体：P

15、S、PMMA 准韧性基体：PA、PC特点：脆性基体：裂缝引发能和增长能都很低，有缺口、无缺口冲击强度都低 准韧性基体：裂缝引发能高，无缺口冲击强度高；裂缝增长能低，有缺口冲击强度低,塑料基体的韧性与其链结构有一定关系链结构的两个参数 链缠结密度e与缠结点间的相对分子质量成正比 链的特征比C与聚合物的均方无扰末端距成正比，表征无扰状态下大分子的柔顺性。,聚合物的基本断裂行为是银纹与剪切屈服的竞争 e较小C较大，塑料基体偏于脆性，易于产生银纹 e较大C较小，塑料基体有一定韧性，易于剪切屈服。,能量吸收方式脆性基体：通过形成银纹，吸收能量韧性基体：通过剪切屈服，消耗能量吴守恒这一科学分类对材料增韧有

16、重要意义，正是在这个分类的基础上，才发展了非弹性体增韧体系。,3.弹性体增韧塑料的机理,开始于50年代目前有较大进展仍处于不断的发展之中,a.传统的弹性体增韧机理,能量的直接吸收理论次级转变温度理论屈服膨胀理论裂纹核心理论 为银纹剪切带理论奠定基础,能量的直接吸收理论,Mrez 1956年提出，又称为微裂纹理论第一个橡胶增韧理论。机理：样品受到冲击时会产生裂纹，橡胶粒子跨越裂纹两岸，裂纹要发展，就必须拉伸橡胶颗粒，因而吸收了大量的能量，提高了材料的冲击强度。,缺点：,将韧性的提高主要归结于橡胶粒子吸收能量的作用，这无疑是一个原因，但不是主要原因。按Newman和Strella的计算，这种机理所

17、吸收的能量不超过冲击能的1/10。这种理论不能解释气泡以及小玻璃珠之类的分散颗粒有时也有明显增韧效应的现象。,次级转变温度理论,由Nielsen提出，聚合物的韧性往往与次级转变温度有关。PC、POM-40有低温转变峰，因而冲击强度较高。在橡胶增韧塑料的体系中，橡胶的Tg即相当于一个很强的次级转变峰，提高了韧性。,缺点：,没有普适性如PPO并无明显的低温次级转变峰，冲击强度较高；聚甲基丙烯酸环己酯，有明显的低温峰，冲击强度却甚低。,屈服膨胀理论,Newman和Strella 1965年首先提出。机理：增韧塑料之所以有很大的屈服变形值是由于膨胀活化。橡胶颗粒在其周围的基体树脂中产生了静张力，引起体

18、积膨胀，增加了自由体积，从而使基体的Tg下降。这样就是基体能发生很大的塑性形变，从而提高了材料的韧性。,缺点：,橡胶颗粒产生静张力场的概念是正确的，这是因为橡胶颗粒的应力集中作用以及其与基体的热膨胀系数的差别所引起的。但是，这种静张力的作用是不大可能足以使材料产生如此大的屈服形变。所以这不能作为增韧的主要原因。硬性颗粒如TiO2以及气泡会产生更大的膨胀效应，应该有更大的增韧作用，显然与事实不符。,裂纹核心理论,由Schmitt提出机理：橡胶颗粒作为应力集中点，产生了大量的小裂纹而不是大裂纹。扩展大量的小裂纹比扩展少数的大裂纹需要更多的能量。同时，大量小裂纹的应力场相互干扰，减弱了裂纹发展的前沿

19、应力，从而会导致裂纹的终止。应力发白现象就是形成大量小裂纹的原因。,缺点：,第一，未能将裂纹和银纹加以区别。小裂纹其实就是银纹，没阐明小裂纹的特性。第二，只强调了橡胶颗粒诱发小裂纹的作用，未考虑其终止小裂纹的作用。第三，忽视了基体特性的影响。尽管如此，该理论关于应力集中诱发小裂纹这一思想对增韧理论的发展有很大的启发和推动作用。,b增韧理论的主流与进展,银纹-剪切带理论界面空洞化理论 橡胶粒子空洞化理论逾渗理论,银纹-剪切带理论,银纹-剪切带理论是由Bucknall等在20世纪70年代提出的这种理论认为：橡胶增加塑料的韧性不但与作为分散相的橡胶颗粒有关，而且与作为连续相的基体树脂有关。增韧的主要

20、原因是银纹、剪切带的大量产生和银纹与剪切带的相互作用。,橡胶颗粒的两个重要作用,第一个重要作用就是充当应力集中中心，诱发大量的银纹和剪切带。在橡胶颗粒的赤道面上会诱发大量银纹。当橡胶颗粒的浓度大时，由于应力场的相互干扰和重叠，在非赤道面上也能诱发银纹。橡胶颗粒还能诱发剪切带。,橡胶颗粒究竟是诱发银纹还是诱发剪切带以及银纹和剪切带所占的比例与基体性质和形变速率有关。基体：脆性主要诱发银纹 韧性主要诱发剪切带 韧性剪切带比例 形变速率银纹化比例,橡胶颗粒的第二个重要作用：控制银纹的发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹。在橡胶颗粒的影响下，当受到外力作用时，材料中就产生并发展大量的银纹和剪切

21、带，吸收大量的能量。橡胶颗粒又能及时将产生的银纹终止而不致发展成破坏性的裂纹，所以可大大提高材料的冲击强度。,剪切带是终止银纹的另一个重要因素，特别是当基体的韧性较大而有大量剪切带产生的情况下。除了终止银纹之外，橡胶颗粒和剪切带还能阻滞、转向、并终止已经存在的小裂纹的发展。,银纹-剪切带理论的特点,既考虑了分散相颗粒的作用，也考虑了树脂连续相性能的影响。不但考虑了分散相颗粒引发银纹剪切带的功用，而且还考虑了它终止银纹发展的效能。指出了银纹的双重功能：银纹的产生和发展消耗大量能量，从而提高了材料的破坏能；银纹也是产生裂纹并导致材料破坏的先导。由此可见，增韧既要诱发银纹又要终止银纹。,剪切带是增韧

22、的另一个重要因素，具有双重作用：消耗能量 终止银纹,实例：,银纹-剪切带理论之所以能够被普遍接受，是因为它成功地解释了一系列的事实。HIPS等增韧材料，基体韧性小，主要产生银纹。有明显的应力发白现象。银纹化伴随着体积的增加，横向尺寸基本不变，无细颈现象出现。PVC，基体韧性较大，主要产生剪切带，有细颈而无应力发白现象。中间情况：HIPS/PPO，银纹剪切带都有相当的比例，细颈及应力发白现象同时产生。,对橡胶颗粒的要求,首先，要保证体系中橡胶颗粒有足够的数量，以诱发大量的银纹和剪切带。橡胶含量，刚性。要求橡胶颗粒粒径不能太大，以维持体系中橡胶颗粒的一定数量。第二，从诱发银纹和剪切带考虑 较小的颗

23、粒有利于诱发剪切带 较大的颗粒有利于诱发银纹,第三，从终止银纹的角度考虑：,脆性基体：橡胶颗粒有终止银纹的作用，要求粒径与银纹的尺寸相当。太小会被银纹“淹没”，起不到终止银纹的作用。根据Kamhour的测定，在PS中银纹的厚度为0.92.8m。实验表明，HIPS，最佳尺寸为1 10 m。PS/SBS，SBS的粒径为 1 m为宜。,对于韧性基体，可靠剪切带终止银纹。此时橡胶颗粒就可以小一些。如PA/EPDM，EPDM粒径0.1 1 m为宜。,粒径分布,一般情况：窄分布好。特殊情况：基体的增韧要兼顾引发银纹并引发剪切带，分布宽一些好。剪切带宽度5 50 m，终止剪切带需要更大的橡胶颗粒。,界面空洞

24、化理论,20世纪80年代，Evens等人研究时，研究了界面空洞现象。当塑料材料受到冲击发生断裂时，冲击断口的两侧会出现白化现象。该白化区域会随着裂纹的增长而发展扩大。在这个区域内，存在着“空化空间”。聚合物两相体系，空化空间可以以两相界面脱离形式存在。两相界面脱离产生的空洞化，对于增韧起着一定的作用。,Evens认为，增韧过程可分为两类：第一类增韧过程仅仅发生在裂纹的表面，而对内部没有影响；第二类增韧过程会在裂纹附近生成宽度为h的过程区，并伴随发生应力发白现象。过程区越大，增韧改性的幅度越大。,在过程区内，存在着“空化空间”空化空间的存在形式：橡胶粒子内部的空洞 两相界面脱离产生的空洞 空洞的

25、产生消耗能量，达到增韧的目的。,与银纹空洞的不同之处,实例,PC/MBS在外力作用下，由于两者之间结合力较弱，两者的泊松比不同，导致两相界面处出现空洞化。作用：阻止基体内部裂纹的产生，使PC变形时所受到的约束力减小(有空洞)，更易发生高弹形变。结果：界面空洞化的产生以及随之产生的基体的强迫高弹形变，可吸收大量能量，提高冲击强度。,橡胶粒子空洞化理论,“空洞化”不仅产生于橡胶与塑料的界面，也可产生于橡胶粒子内部。前者属于黏合破坏，后者属于内聚破坏。在橡胶增韧塑料体系中，橡胶粒子先后经历应变软化和应变硬化。材料受到冲击时，橡胶粒子先发生空洞化，使之对形变的阻力降低（应变软化），在比较低的应力水平下

26、就可以诱发大量的银纹与剪切带，显著增加能量耗散，提高增韧效果。在形变后期，橡胶链段取向，导致显著的应变硬化。,逾渗理论 定量,Dupont 公司吴守恒博士认为聚合物共混物的脆韧转变实际上是一个逾渗过程。逾渗模型是专门用于研究组成无序系统的粒子相互联结程度变化所引起的效应的数学工具。认为：组成共混体系的粒子是“应力体积球”以及它们之间的那部分基体。应力体积球的中心就是橡胶粒子的中心，其半径等于橡胶粒子的半径加Tc/2,Tc橡胶粒子间的临界值，可作为脆韧转变的单参数判据。T Tc，体系表现为脆性T Tc，体系发生脆韧 转变,进一步的研究认为，上面的描述过于强调了橡胶粒子的作用。冲击能量的耗散主要由

27、基体来完成。将Tc命名为基体韧带厚度更为适宜。对于给定的共混体系，都有一临界值Tc，Tc仅是聚合物本身的参数。,T Tc，橡胶粒子间距大，粒子周围的应力场受其它粒子影响小，体系应力场是这些孤立应力场的总和。橡胶粒子引发应力集中时，材料的形变主要是银纹脆性,T Tc，粒子周围应力场相互影响，在受到冲击破坏时，能发生从平面应变到平面应变的转换，材料的形变主要表现为剪切屈服韧性,结构形态因素对增韧效果的影响,橡胶颗粒的粒径迹粒径分布弹性体的特性 剪切模量较低的品种有利于诱发银纹和剪切带 弹性体的Tg 弹性体的熔体黏度,弹性体粒子的内部结构可以是均质的，也可以是包藏结构两相间的界面结合过弱，脱黏难以发

28、生应变软化和应变硬化，引发银纹及剪切带的作用减弱。,塑料增韧的定量分析,测试冲击强度的方法基本断裂功方法基于渝渗理论的方法,测试冲击强度的方法,对于塑料增韧体系，测试冲击强度是对增韧效果进行评估的最常用方法。冲击是一个过程，对应于这个过程，可以测定冲击过程的力-时间、能量-时间关系曲线，获得材料在冲击过程中的开裂能、扩展能等数据。探讨增韧机理,增韧塑料材料冲击过程的F(t)、E(t)曲线,F(t)曲线最高点的冲击力Fmax所对应的时间为开裂时间ti，ti在E(t)曲线上所对应的能量为冲击过程中裂纹的开裂能Ei,即Fmax点之前F(t)曲线下的面积。Fmax点之后F(t)曲线下的面积，为冲击过程

29、裂纹的扩展能Ep。总能量 E=Ei+Ep不同的材料，能量不同增韧机理,基本断裂功方法,经典的方法，冲击强度受材料本身性能和试样几何尺寸等影响基本断裂功法是一种实验表征聚合物基复合材料韧性断裂性能的近似方法。Wf(总的断裂功)=We(基本断裂功)+Wp(非基本断裂功),基本断裂功是消耗在接近于裂纹尖端的“断裂过程区”的功；非基本断裂功对应于断裂过程区之外的塑性形变。,对于平面应力，且材料同时存在断裂过程区和塑性形变区时，由于 We正比于韧带的宽度l，而Wp正比于l2，wf:比总断裂功（wf=Wf/lB）B:试样厚度；：依赖于几何形状的塑性形变区形状因子,We决定于材料本身的性质，可以表征材料的冲

30、击韧性。测定一系列不同韧带长度l的试样的wf,用wf对l作图，其y轴的截距即为we，斜率则为wp采用基本断裂功法，可以从总的断裂功中区分出材料本身的性质和试样几何尺寸各自的贡献，有助于增韧机理研究。,基于渝渗理论的方法,吴守恒指出，塑料/弹性体复合体系发生催人转变的必要条件，是相邻弹性体粒子的平均表面间距（塑料集体层的平均厚度）c（c为临界基体层厚度），并给出了和弹性体体积分数r、弹性体粒子平均粒径d的关系,分散相粒子表面间的距离 d分散相粒子直径 r分散相的体积分数若已知d和r，可求出如果将脆韧转变的临界粒径dc带入上式,c 仅是聚合物本身的参数，对一个给定的基体都有一临界值c。尼龙 c=0

31、.304 m SAN c=0.064m根据公式，在橡胶用量r不变的情况下，适当减小橡胶粒径d，可以降低基体韧带厚度T，以提高材料的韧性。对于橡胶增韧AS，含量25%，是冲击强度急剧升高的临界点。此时，c=0.064m d=0.1m,如果考虑到分散相粒径的多分散性,(1)-粒径单分散体系的值()-粒径多分散体系的值,分散相粒径的多分散度：,非弹性体增韧,弹性体增韧在提高韧性的同时 损害了材料宝贵的强度和刚性 影响了加工流动性和耐热变形性 使材料的成本提高20世纪80年代以来，有人提出了非弹性体（刚性粒子）增韧塑料的新思想。,这种增韧技术，能在提高材料抗冲性能的同时，不降低材料的强度和刚性，使其加

32、工流动性和耐热变形性也得到提高，使材料更进一步高性能化，并能降低成本，扩大应用领域。这一新理论的实施，使塑料的共混改性进入了一个新纪元。,刚性粒子,刚性有机粒子Rigid Organic FillerROF刚性无机粒子Rigid Inorganic FillerRIF复合体系分为六类：刚性无机粒子 刚性有机粒子 刚性无机粒子/弹性粒子混合体系 刚性有机粒子/弹性粒子混合体系 刚性无机粒子/刚性有机粒子混合体系 包覆粒子,1984年，Kurauchi 和Ohta在研究PC/ABS和PC/AS共混物力学性能时首先提出了有机刚性粒子增韧塑料的新概念。电镜观察发现拉伸前ABS和AS都以球状微粒状分散在

33、PC基体中，粒径2um和1um；拉伸后，两共混物出现银纹结构，但分散相的球状结构发生了伸长变形，幅度大于100%，因协同应变也使周围PC基体产生了同样大小的形变，因而在受力时吸收了更多的能量而使共混物的韧性得以提高。于是提出了“冷拉机理”。,刚性有机粒子的增韧机理,在拉伸过程中，基体与分散相由于模量及泊松比的差别在刚性粒子的赤道面上产生静压强。在这种静压强的作用下，分散相粒子屈服，而产生冷拉，发生了大的塑性形变，吸收能量使材料的韧性大大提高。,非弹性体增韧与弹性体增韧的比较,非弹性体增韧体系实例,常用的刚性粒子：PMMA、PS、MMA/S、SAN具有一定韧性的塑料：PC、PA、PBT有些塑料需

34、要预增韧，才有好的效果 PVC/CPE PVC/EVA PVC/ABS PVC/PC PP/EVA PP/EPDM PP/LDPE PS/SBS PS/NBR,刚性粒子与增韧基体的匹配原则,经数学推导，单轴拉伸时，E2E1 刚性粒子的模量大于基体的模量21 刚性粒子的泊松比小于基体的泊松比 能达到最大值，基体与刚性有机粒子有一定匹配性，机体本身要有一定强韧比要求分散的刚性有机粒子与基体界面粘结性好，以满足应力传递条件粒子的分散浓度适当，过大或过小都会导致韧性下降,实例：,PC/AS体系PC/AS=90/10，冲击强度达到峰值。AS10%，冲击强度,预增韧体系的例子,从图和表可见，用弹性体预增韧

35、后，再用刚性粒子增韧，不仅使冲击强度大幅度提高，拉伸强度和杨氏模量也略有提高。充分体现了刚性粒子增韧的优势，解决了弹性体增韧中韧性与刚性不可兼得的突出弱点。,共混体系的其它力学性能,拉伸强度、伸长率、拉伸模量、抗弯强度、弯曲弹性模量、硬度；磨耗，弹性体：定伸应力、拉伸永久变形、压缩永久变形、回弹性等。,塑料增韧体系的拉伸和弯曲性能,弹性体增韧：韧性提高，拉伸强度、抗弯强度等下降非弹性体增韧：韧性提高，拉伸强度、抗弯强度等提高或基本保持不变,塑料增强与橡胶补强,塑料增强：纤维及填料橡胶补强：炭黑、塑料,共混体系的其它性能,耐老化：PVC：热稳定剂、光稳定剂、弹性体代替增塑剂 橡胶双键户外不选择电性能：体积电阻率、表面电阻率、介电损耗。绝缘、抗静电、电磁屏蔽、导电材料光学性能：透明的原则、珠光、消光透气性与阻隔性：保鲜膜、容器表面性能：表面张力、表面硬度、表面光学性能、摩擦性能、表面电性能。浸润、凝结、黏合、印刷、电镀。耐磨、自润滑等。,目前国内研究状况,非弹性体增韧研究还不到10年，尚处于Research&Development 阶段，可应用的体系较少，趋于活跃。弹性体增韧技术成熟，可应用的体系多，已形成工业化规模，不可能被非弹性体增韧所取代。两者相结合的方法开发出综合性能优异的新型材料。,