聚合物共混改性-作业题答案

1. 聚合物共混改性的主要目的有哪些？物性（谋求新的功能提高性能）：功能化、高性能化、耐久性成型加工性：流动性、收缩性、离型性、尺寸稳定性、结晶性、结晶速度、热熔融强度等经济性：增量、代用、省资源、循环利用等2. 聚合物共混改性的主要方法有哪些？物理共混：是指两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀的新材料的过程。

化学共混：聚合物的化学共混改性是通过聚合物的化学反应，改变大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式的一类共混改性方法。

物理/化学共混：是在物理共混的过程中发生某些化学反应3. 简述混合的基本方式及其特点。

基本方式：分配混合（分布混合、层流混合）、分散混合特点：在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程，称为分配混合。

分布混合：只改变分散相的空间分布状况，增加分散相分布的随机性。

分散相物料主要通过对流作用来实现；层流混合：是分布混合的一种特定形式，其理论基于一种假设，即在层流混合的过程中，层与层之间不发生扩散。

分散混合：在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。

4. 试述聚合物共混物的形态及特点。

海-岛结构：是一种两相体系，一相为连续相，另一相为分散相，分散相分散在连续相中，亦即单相连续体系。

海-海结构：也是一种二相体系，但两相皆为连续相，相互贯穿，亦即两相连续体系。

两相互锁或交错结构：也是一种二相体系，这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相，而且两相相互交错形成层状排列，难以区分连续相和分散相。

梯度结构：为二相体系，特殊的共连续体系（两相连续体系）其组成在空间上互为增减。

阶跃结构：为二相体系，特殊的共连续体系（两相连续体系），在极小过渡区域内，其组成在空间上互为增减。

单相连续体系：海-岛结构、两相互锁或交错结构共连续体系：海-海结构、梯度结构、阶跃结构5. 影响熔融共混的主要因素有哪些？（1）聚合物两相体系的熔体黏度（比值）及熔体弹性。

（2）聚合物两相体系的界面张力。

（3）聚合物两相体系的组分含量以及物料的初始状态。

（4）流动场形式和强度。

（5）共混时间。

1. 试述聚合物共混的概念。

聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀，而且力学、热学、光学、电学及其他性能得到改善的新材料的过程，这种混合过程称为聚合物的共混改性，所得到的新的共混产物称为聚合物共混物，简称共混物。

2. 共混物的形态学要素有哪些？分散相和连续相、分散相的分散状况、两相体系的形貌、相界面3. 简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理。

液滴分裂机理：分散相的大粒子，分裂成两个较小的粒子，然后，较小的粒子在进一步分裂，这一过程不断重复，直至平衡。

细流线破裂机理：分散相的大粒子，在拉伸应力下变形为细流线，细流线再在瞬间破裂成细小的粒子。

4. 依据“液滴模型”，讨论影响分散相变形的因素。

Weber数：We很小时，σ占据主导作用，形成稳定的液滴。

“液滴模型”认为，对于特定的体系和在一定条件下，We可以有特定的Wecrit，当We < Wecrit，液滴稳定；We＞Wecrit，液滴会变得不稳定，进而破裂。

γ γ：↑→We ↑→D ↑。

粒径：大粒子易变形。

连续相黏度：ηm↑→We ↑→D ↑界面张力：σ↓→We ↑→D ↑熔体弹性：流动场：对于牛顿流体，拉伸流动比剪切流动更能有效地促使液滴破裂。

ηm<<ηd，拉伸流动起主导作用。

两相粘度比：5. 依据“双小球模型”，讨论影响分散相破碎的因素。

K值的影响：剪切应力（外力）、分散相内力与分散相颗粒破碎分散密切相关。

增大τ或降低Fr可以促进分散相颗粒的破碎。

K值超过某个临界值时，粒子破碎。

K决定于——外力，内力r*值的影响：r*取决于分散相熔体颗粒的伸长变形能力，即分散相聚合物的性能，与共混时熔体温度有关。

初始位置（分散相粒径）的影响：初始距离（粒径）大，易于破碎。

分散相颗粒的破碎分散过程，亦是分散相粒径自动均化过程。

亦即破碎分散和粒径均化是同时进行的。

6. 采用哪些方法，可以对聚合物熔体黏度进行调控。

调节共混温度：根据共混组分的黏温曲线，通过调节共混温度来调控共混体系的熔体黏度比值。

调节剪切应力：根据聚合物切力变稀的流变特性，通过调节剪切应力来调控共混体系的熔体黏度比值通过助剂调节：填充剂、软化剂、增塑剂等均可以调节物料的熔体黏度。

调节共混组分的相对分子量：聚合物的相对分子量也是影响熔体黏度的重要因素。

1.试述相容性和混溶性的概念。

热力学相容性，是亦称互溶性或溶解性。

是指满足热力学相容条件，在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系。

聚合物之间的相容性，就是表示聚合物混合系形成单一相（分子量级的混合）的能力。

亦是指聚合物之间相互溶解的能力，代表热力学相互溶解。

混溶性，是指共混物各组分之间彼此相互容纳的能力。

表示了共混组分在共混中相互扩散的分散能力和稳定状态，是指非相容聚合物共混物中各成分物质的界面结合能力。

2. 聚合物共混物相图的意义和作用？相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，它反映了成分及温度变化时所可能发生的变化；相图可直观地描述聚合物共混物的相容性；相图在生产中，可以作为制定材料混炼和热处理等工艺，分析性能的重要依据。

3. 试述聚合物共混物的玻璃化转变温度与相容性的关系。

如果两种聚合物共混后，形成的共混物具有单一的Tg则可以认为该共混物为均相体系。

两种聚合物的共混物具有两个Tg，且两个Tg峰较每一种聚合物自身的Tg峰更为接近，为部分相容体系不相容：不相容聚合物的共混物也有两个Tg峰，但两个Tg蜂的位置与每一种聚合物自身的Tg峰是基本相同的。

4. 试述界面层的性质Bare研究发现，界面层的玻璃化温度介于两种聚合物组分玻璃化温度之间。

当分散相的比表面积小于25μm-1时，共混物有两个明显的力学损耗峰；比表面积大于25μm-1时，只有一个明显的力学损耗峰。

Kaplan指出，当分散相颗粒直径大于0.1μm时，共混物有两个明显的玻璃化温度，分别对应于两聚合物组分的玻璃化温度；当粒径在0.02～0.1μm时，两个玻璃化温度相互靠拢；当粒径小于0.015μm的时候共混物只表现一个宽广的玻璃化转变区域。

这是由于随着分散相颗粒的减小，界面层体积分数增大的缘故。

渐变型IPN可视为全部由界面层构成的材料。

上述事实表明，界面层的力学松弛性能与本体相是不同的；界面层及其所占的体积分数对共混物的性能有显著影响。

这也解释了相畴尺寸对共混物性能有明显影响的事实。

无论就组成而言，还是就结构和性能而言，界面层都可看作是介于两种聚合物组分单独相之间的第三相5. 试述SD和NG分相的异同。

亚稳分相（NG）：具有近似于平衡值|φ’-φ”|的浓度差；仅仅成长至一定的大小（临界核）后，通过临界核进行相分离；浓度差是一定的，但分散相的大小随时间成长（增大），可得到球状分散相。

不稳分相（SD）：最初产生一定的波长和细微的浓度差；浓度差和波长随时间成长（增大）；浓度差成长至平衡值|φ’-φ”|时，相分离结构仅仅是大小（波长）的生长。

6. 试述聚合物共混体系界面层的的类型和特征。

两种聚合物共混时，相互接触的界面层可能出现三种情况：由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两种大分子链段强烈相互扩散，在强大的机械剪切力作用下，彼此结合成为一种物质，这时已无相的界面存在，形成单相均一状态。

聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表面的扩散，此时界面比较明显。

在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以进入对方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范围内同时存在两种大分子链段，通常把这一定的厚度范围称为过渡层。

1. 分析并理解Flory相互作用参数χ12与热力学相容性的关系。

2. 分析聚合物共混物热力学相容条件及均相结构稳定的条件。

3. 为什么不稳分相和亚稳分相所获得的相分离形态不同。

SD：由于这一微小的浓度差，使得A浓度稍高的部分A成分不断凝集，最终A充分在这里富集。

另一方面使得B浓度稍高的部分B成分不断凝集。

其结果必然导致这种偏析不断扩大。

中期过程——伴随着时间的经过，其波长和偏移逐渐成长后期过程——在浓度偏移增大的同时，分离相自己相似地粗大化。

最终形成相互包络的特殊的高次结构（海-海结构）。

NG：在A的核生成后，由于核从周围的混合物中吸收A成分，其结果就是在A的周围几乎只剩下B成分。

由于在聚合物共混体系中重力几乎不起作用，A相不能充分凝集，而是形成均匀分散结构4. 是什么原因导致均相结构发生相分离，其相分离类型有哪些？5. 试述界面层的结构组成和独立相区的差别①界面层内两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一浓度梯度；②界面层内分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合物的平均密度；③界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质，分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。

这种表面活性剂等低分子量物越多，界面层越稳定，但对界面粘结强度不利。

6. 改善界面层相容性的方法有哪些？通过共聚改变某聚合物的极性；通过化学改性的方法，在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团；在某聚合物上引入特殊作用基团；加入第三组分进行增容；两相之间产生部分交联，形成物理或化学缠结；形成互穿网络结构（IPN）；改变加工工艺，施加强烈的力剪切作用等。

1.发生相逆转的原因是什么？试述其特点。

聚合物共混物可在一定的组成范围内发生相的逆转，原来是分散相的组分变成连续相，而原来是连续相的组分变成分散相。

在相逆转的组成范围内，常可形成两相交错、互锁的共连续形态结构，使共混物的力学性能提高。

这就为混合及加工条件的选择提供了一个重要依据。

2.试述相逆转与SD分离的区别。

SD起始于均相的、部分相容的体系，经过冷却而进入旋节区从而产生相分离。

相逆转是在混溶共混物体系中形态结构的变化。

SD可发生于任意浓度，而相逆转仅限于较高的浓度范围。

SD产生的相畴尺寸微细，在最初阶段为纳米级，而相逆转导致较粗大的相畴，尺寸为0.1一10µm。

与相逆转相比，SD可在更宽的浓度范围内对聚合物共混物性能进行更好的控制，但仅限于部分相容体系。

而相逆转是混溶聚合物共混物的一般现象，通常发生于高浓度范围。

3. 结晶/非晶聚合物共混物的形态特征有哪些？(1)晶粒分散在非晶区中；(2)球晶分散在非晶区中；(3)非晶态分散在球晶中；(4)非晶态聚集成较大的相区分散在球晶中。

4. 结晶/结晶聚合物共混物的形态特征有哪些？(1) 球晶几乎充满整个共混体系（为连续相），非晶聚合物分散于球晶与球晶之间(2)球晶被轻度破坏，成为树枝晶并分散于非晶聚合物之间(3)两种晶粒分散在非晶区中(4)球晶和晶粒分散在非晶区中(5)分别生成两种不同的球晶(6)共同生成混合型球晶5. 影响海-岛结构形态的因素有哪些？影响连续相、分散相形成的因素：共混组分的配比、熔体黏度、黏度与配比的综合影响影响分散相粒径的因素：黏度比、界面张力、剪切应力的综合影响影响分散相粒子形貌的因素：制备方法的影响、流动场形式和加工工艺的影响、熔体黏度的影响1. 应力-应变曲线反映了聚合物材料的哪些力学性能？扬氏模量、屈服应力（屈服强度）σY、屈服伸长εY、断裂强度（抗拉强度）σB、断裂伸长εB弹性模量刚性、屈服点弹性、断裂伸长延性、屈服应力强度、应力应变曲线下部的面积韧性、弹性线下部的面积回弹性2. 剪切带形成的两个主要原因是什么？1）必须存在某种结构上的缺陷或结构上的不均匀性从而产生应力集中，造成应变的不均匀性；2）必须存在应变软化现象。