06-第五章 几种常用增韧剂及典型-6解析

a．结晶型聚合物本身的形变机理，特别是高速加载下 的形变机理尚不清楚。 b．弹性体第二相的引入可能导致基体结晶形态的改变。 目前有一点取得共识的是，不同类型聚合物基体， 吸收外来外击能的形式也有很大差异，即银纹和剪切 带吸收冲击能的比例不同。 增韧体系对冲击能的吸收主要有两种形式，即弹 性体银纹吸收能和基体剪切屈服吸收能。
(3)落锤冲击试验法
此法主要适用于高韧性材料。
落锤冲击试验法的主要对象是塑料制品本身，如管材及片材等。 落锤冲击试验法的定义为：在规定条件下，用一定形状和重量的 落球(锤)，在某一高度上自由落下对制品进行冲击，通过改变球 (锤)的重量或落下高度．直至制品被破坏为止，测定此时的落球 (锤) 高度和球(锤)重量，即可测出制品在一定高度下破坏时所需能量， 单位为J／m，其中m代表高度，J代表吸收能量。
值得注意的是，对于不同的增韧基体，其增韧机理不 大相同。常见的四种增韧基体分类如下：
实际上：银纹剪切带理论也具有局限性，它只能解释以无 定型脆性树脂为基体的弹性体增韧体系，而对其它三种增韧 体系无效。
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到目前为止，另外三种增韧体系的理论虽然已开发不 少，但尚无成熟的增韧理论可用。尤其是以纳米型聚 合物为基体的增韧体系，增韧机理的研究十分困难。 其主要原因为：
目前已获得应用的增韧方法有： 共混弹性体增韧材料； 添加非弹性体刚性增韧材料 形态控制增韧； 交联增韧； 低发泡塑料增韧。
上述方法中最有效的增韧材料仍为共混有机弹 性体，近年来刚性增韧材料发展也比较快，而其它 方法往往不单独使用，往往与前两者结合起来应用。
5.8.2 塑料共混弹性体材料的增韧方法
二、 常用塑料的韧性 各种塑料之间的韧性相差十分大，以落球冲击试验法为例，其 冲击强度具体如表5—1所示。
表5-1 几种树脂落球冲击强度
从表5-1中可以看出，除PC和LDPE等少数树脂以外，大部分树脂 的冲击强度都不十分高。尤其是PS和PP两种树脂的冲击强度更低， 其落球冲击强度值还不足20J／m，属于脆件材料之列。
5.8
5.8.1
常用塑料的增韧及几种典型增韧剂
塑料的韧性
一、塑料的韧性指标
塑料的韧性常用其冲击强度值大小来表示。 冲击强度是指试样受冲击破坏断裂时，单位 面积上所消耗的功。 它用于评价材料抵抗外界冲击的能力或判断 材料的脆性或韧性程度。 一种材料的冲击强度越高，其韧性越好；反 之，其脆性越大。
目前已见报道的冲击强度测试方法至少有十五种，但比较常 用的只有三种，即悬臂梁冲击试验法、简支梁冲击试验法和落 锤冲击试验法。 下面分别予以简单介绍。
对于一些用于高冲击场合如汽车保险杠等制品，往往要求其 落球冲击强度值要大干400J／m，低温冲击强度也要达到50J ／m。从表5-1中可以看出，除PC和LDPE两种树脂外，其它 树脂用于汽车保险杠材料时，都需要进行不同程度的增韧改 性。
三、 塑料增韧技术的发展
早在20世纪50年代，就已开始研究塑料的增韧问题， 代表品种为HIPS。 早期的增韧改性只是共混弹性体，虽然其改性效果十 分好，冲击强度可增大几倍到几十倍。但增韧的问时，却 牺牲了材料的刚性及耐热性。 到20世纪80年代中后期，人们才开始研究非弹性体刚 性增韧材料，制成了集韧性、刚性及耐热性于一体的韧性 材料。
(2)简支梁冲击试验法
此方法适用于脆性材料。
简支梁冲击试验法也称为charpy法．它是将待冲击试样条 两端放于两个支承点上，用摆锤冲击样条的一种试验方法。 简支梁冲击强度的定义为：在冲击负荷作用下，试样破坏时 吸收的冲力能量与试样原始横截面积之比，单位也为KJ／m2 。 简支梁冲击试验法的冲击强度样条有时也开口。开口一般正 置，即面对摆锤。
从上面的分析可以看出，以脆性聚合物为基体 的弹性体增韧体系，对于外来冲击能主要以银纹这 种形式来消耗；而以韧性聚合物为总体的弹性体增 韧体系，对于外来冲击能主要以基体剪切屈服形变 来吸收和消耗。
塑料共混弹性体材料的增韧方法
(1) 常用弹性体增韧材料 弹性体类材料有几种分类方法。 ① 按玻璃化温度高低分类 高抗冲击树脂— 主要有： CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油树脂 (MPR)等；其中，只有MPR的成本低于PVC树脂。 高抗冲击橡胶— 主要有：乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈胶 (NBR)、丁苯胶、天然胶、顺丁胶、氯丁胶、聚异丁烯及丁 二烯胶等。
(1)悬臂梁冲击试验法
此方法适用于韧性好的材料。
悬臂粱冲击试验法又称为艾祖德（Izod）试验法，它是 将冲击样条的一端固定而另一端悬空(悬臂)，用摆锤冲击试 样的一种试验方法。 悬臂梁冲击强度的定义为： 冲击试样在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收能量与试样原 始横截面积之比，单位为KJ／m2。 对于韧性较好的材料，试样一般开一个小口(缺口)，小口的放置 方向分正置和反置两种。 正置为缺口方向面对着摆锤方向，称为正置缺口悬臂梁冲击强度； 反置为缺口背着摆锤方向，称为反置缺口悬臂梁冲击强度。
20世纪80年代，美国一学者对两者的贡献进行计算。对 于一个总冲击能为22.2J/m的冲击体系而言，消耗于银纹 的冲击能为6.0J／m，约占总冲击能的25％；消耗于基体 剪切形变的冲击能为16.2J/m，约占总冲击能的75％。
从上面的计算可以看出，对于韧性增韧体系，基体 剪切屈服为主要的吸收冲击能方式。 例如，PVC增韧体系属韧性增韧体系，冲击破 坏主要是由于基体剪团带的剪切屈服吸收冲击能。 因此，弹性体改性剂的颗粒要小(200nm以下)，以增 加单位重量或体积中弹性体的数量，增强某个位置 上拦截和分散冲击能的作用。
对于脆性聚合物基体增韧体系而言，如PS增韧体系， 银纹吸收的冲击能大，而基体剪切屈服吸收冲击能小， 前者是后者的大约2-3倍。 因此，对于脆性基体增韧体系，银纹是导致冲击破 坏的主要原因，阻止银纹增长十分重要。而抑制银纹增 长则要求弹性体粒子的尺寸与银纹尺寸(1～2μm)基本 一致才有效，所以PS所用的弹性体要求高含量且大颗 粒品种。 对于韧性聚合物基体增韧体系，如PA增韧体系，剪切带 吸收的冲击能大，而银纹吸收能很小。