聚合物的增韧

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1、聚合物的增韧摘要：本文是一篇关于聚合物实现既增韧的综述，方法及其机理，并讨论了聚台物实现增韧的条件。介绍几近年来增韧的几种材料。聚合物作为结构材料，强度和韧性是两个重要的力学性能。塑料改性中增韧一直是高分子材料科学研究的重要内容，但一般情况下，增韧和增强往往是相互矛盾。增韧塑料其韧性、冲击性能提高，但材料的强度和刚度下降；而在增强塑料中，又通常导致韧性、冲击强度的降低。因此，如何获得既增强又增韧的综合性能优良的高分子材料，是高分子材料科学研究中的热门课题。1.弹性体（增韧）和填料（增强)的共同作用早在上世纪初，人们就发现用橡胶类弹性体作为增韧剂以适当的方式分散于塑料基体中达到

2、增韧目的，如环氧、尼龙、聚丙烯等的橡胶增韧。过去几十年来，人们在橡胶增韧塑料的机理方面做了大量的研究工作，并提出了许多理论。早期，Merz等人认为橡胶促使脆性材料韧性提高的原因是当材料在应变中产生裂纹时，有些橡胶粒子横跨于裂纹两端产生伸长变形，阻止裂纹扩展并吸收能量。后来Newman、Schmit、Bucknall等人发现橡胶增韧脆性材料的机理不在于橡胶微粒本身吸收能量，而主要是橡胶微粒在在塑料基体中作为应力集中体引发基体的剪切屈服和银纹化，从而因塑料基体本身吸收能量而使材料的韧性得到提高。但是橡胶类弹性体增韧塑料往往导致材料的强度、刚度、抗蠕变性、热变形温度等性能降低。如何

3、保持既提高材料的强度、刚性争眭能的基础上，提高共混材料的韧性，便是目前塑料改性的方向之一。而在填充、纤维增强聚合物复合材料中，填料的浓度、形态、尺寸、粒度分布、表面积、堆砌方式和纤维含量、分布、表面化学性质等对材料性能影响很大。在填充和纤维复合增强聚合物中，材料的性能除了取决于各组分的性能外，两组分间的界面的相互作用也是影响增强聚合物复合材料的重要因素之一。有关增强复合材料界面作用机理，现已提出了许多理论，其中比较重要的有：物理吸附或表面浸润理论，化学键理论，可形变层理论，束缚层理论和互穿网络理论。这些理论对于许多实验结果虽已取得较为成功的解释，但它们各有侧重。在增强塑料中，

4、材料的拉伸、压缩、弯曲强度和硬度一般都得到提高。但不少体系的材料韧性、冲击性能明显下降，如ABS、POM等。因此，近年来用填料、纤维增强并用弹性体增韧聚合物体系的研究越来越多，以期获得刚性、强度和韧性达到最佳平衡的、综合性能优良的高分子材料，如研究的聚丙烯体系有：PP／弹性体／云母、PP／弹性体／硅灰石、PP／弹性体／碳酸钙、PP／弹性体／阻燃剂、PP／弹性体／纤维等。从而发挥橡胶的增韧和填料、纤维的增强作用，达到既增韧又增强的目的。在这类增韧增强的三元组分体系中，材料的力学性能不仅取决于各组分的性能，而且与相形态有关，尤其两种改性剂在基体内形成的分散相的形状、结构、大小对材

5、料的性能有决定性的影响。增韧剂和增强剂可以各自独立地以分散相存在，也可以形成以填料为棱、弹性体为壳的核一壳结构分散相，则在填料或纤维和基体之间形成一个橡胶的界面层，或者形成独立分散与棱一壳形态的混合结构。以上不同形态的形成取决于各组分的特性、相容性、加工条件、热力学和动力学因素的影响，如果三组分间相容性不良，易于形成分离结构。若弹性体与填料之间的界面的粘结强度大于基体与填料之间的界面粘结强度，则可形成核壳结构的形态。若基体、填料与弹性体间都有较好的相容性、粘结性能，就有可能形成混合结构。聚丙烯(PP)与EPDM、云母共混，可得到具有高冲击强度和高弯曲模量的硬而韧的复合材料。其

6、中PP为连续相，包覆云母粒子和EPDM粒子。当PP／EPDM／云母三元共混物复合材料受到外力作用时，橡胶颗粒能够起到应力集中物的作用可以引发银纹和剪切带，并且银纹首先出现在PP连续相。如银纹进一步发展，纵深方向将受到包裹粒子或EPDM粒子的阻隔作用；横的方向将受到银纹间带状结构的阻止作用；同时EPDM粒子可以吸收部分冲击能，和能够破坏PP原有的结晶规整性，从而消耗大量的冲击能，延缓材料破坏。而云母粒子、高比模量、高比强度有利于图1PP／EPD云母的结构形态模型提高材料的强度，使复合材料既增强又增韧。另外，象硅灰石、碳酸钙、玻璃纤维等和添加了弹性体(EPR、EPDM)的塑料共混

7、，得到的复合材料都具有较均衡的力学性能。由于材料界面粘结能力影响性能，添加一些界面改性荆(硅烷偶联剂、接枝丙烯酰或马来酰酐等)的研究也取得了一定成果。2.刚性有机粒子的增韧增强作用从1984年来，国外出现了以非弹性体增韧的新思想，这种新方法可以在提高材料的韧性的同时保持甚至提高材料的强度、刚性与耐热性等物理机械性能。Kurauchil9首先明确提出脆性粒子分散于韧性塑料基体中可以使塑料的冲击强度提高，井用(RigidOrganicFiller，简记为ROF)微粒的“冷拉概念”(ColdDrawingCo