第八章 高聚物的共混与复合材料

第八章高分子共混材料和复合材料

目的要求：

（1）了解高分子共混材料的结构类型、成型方法、性能特点及其应用

（2）掌握聚合物之间的互溶性，共混物形态结构与性能的相互关系

（3）了解高分子复合材料的结构类型、成型方法、性能特点及其应用

（4）了解纳米复合材料的制备方法和原理

教学重点：

（1）聚合物共混物的概念、聚合物之间的互溶性

（2）聚合物共混物的形态结构、性能及相互间的关系

（3）聚合物复合材料的概念、性能特点

教学难点：聚合物共混物的形态结构、性能及相互间的关系

教学课时：6h

教学方法：讲授

教学内容与步骤

一．高分子共混材料

（一）概念

1、定义：两种或两种以上聚合物通过物理或化学的方法混合而形成宏观上均匀、连续

的固体高分子材料。

2、优点：

A综合均衡各聚合物的性能

如聚对苯二甲酸己二醇酯具有良好的模量，穿着挺括性好，但吸湿性差，难染色，难黏结，而聚酰胺6纤维的断裂功较大，也就是说抗冲击性好、易染，但模量较低；将聚对苯二甲酸己二醇酯和聚酰胺6共混则可实现性能上的互补

B使用少量的某一聚合物作为另一聚合物的改性剂

最早利用共混改性的是聚苯乙烯，把天然橡胶混入聚苯乙烯，制成了改性聚苯乙烯，改变了聚苯乙烯的脆性，使他变得更加的坚韧和耐冲击。这是因为分散在聚苯乙烯中的天然橡胶颗粒能够吸收大量的冲击能量，使共混物的耐冲击性和韧性有所提高。

C改善某些聚合物的加工性能

如聚对苯二甲酸乙二醇酯是一种具有优良的耐磨、耐热、耐化学试剂性的工程塑料，但PET具有较高的熔融温度和较慢的结晶速率；PA66结晶速率快、加工性能好；将PET和PA66共混，PA66可以作PET结晶的成核剂，以改善PET的加工性能。UHMWPE+LDPE或者HDPE或者PP共混

D满足某些特殊性能

韧性树脂/脆性树脂：增韧；含卤树脂/其他树脂：阻燃；硅树脂/其他树脂：自润滑；PTFE/其他树脂：耐磨。

E．对某些性能卓越，但价格昂贵的工程塑料，可以通过共混，在不影响使用要求的条件下降低原材料的成本。

如PA/PE或PA/PP、PC/PP、PPO/PS等

（二）．制备

1．物理共混（机械共混）：

将各高聚物组分在混合设备如高速混合机、双辊混合机、挤出机中均匀混合。

包括：

干粉共混：将不同的粉状聚合物在通用的塑料混合设备中进行混合。

熔融共混：将各组分在T f以上进行分散、混合，常用方法，设备有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、混炼－挤出机组、静态混合器。

溶液共混：将各高聚物组分溶解于共同溶剂中，再除去溶剂。

乳液共混：将不同高聚物的乳液均匀混合再共沉析。

2．共聚--共混法

这是制备高聚物共混物的一种化学方法，包括接枝共聚--共混、嵌段共聚--共混，前者更为重要。

制备聚合物1后将其溶于另一种单体2中，使单体2聚合并与聚合物发生接枝共聚。聚合物共混物包括三种组分：聚合物1、聚合物2、接枝共聚物。

接枝共聚物改善了聚合物1和聚合物2的相容性，其性能优于机械共混。

3．互穿网络高聚物（IPN）

用化学方法将两种或以上的聚合物相互贯穿成交织网络状。

制备方法上接近接枝共聚-共混法，相间化学结合接近机械共混法，可视为用化学方法实现机械共混。

分步型IPN：先合成交联聚合物1，再用含有引发剂和交联剂的单体2使之溶胀，然后使单体2就地聚合并交联。

同步型IPN：两种聚合物网络同时生成。将两种单体混溶在一起，使两者以互不干扰的方式各自聚合并交联。

互穿网络弹性体：由两种线型弹性体胶乳混合在一起，再进行凝聚并同时进行交联。

胶乳－IPN：用乳液聚合的方法制得。将交联的聚合物1作为“种子”胶乳，加入单体2、交联剂和引发剂，使单体2在“种子”乳胶粒表面进行聚合和交联。

（三）．形态结构（包括界面层）

1．相容性

（1）热力学相容性

热力学角度，任何比例，分子分散，热力学稳定，均相体系。

△G=△H-T△S

分子间无特殊相互作用力，高分子的混合过程是吸热过程，所以一般的△H大于0，而高分子的分子量很大，混合时的熵变很小。要满足△G小于零的条件很困难，也就是说绝大多数共混的聚合物很难达到分子水平的混合，而形成非均相的多相结构。

（2）广义相容性

相互分散，性能稳定，共混。

指共混物各组分彼此相互容纳的能力。表示共混物组分在混合过程中相互扩散的能力和稳定程度。

a.完全相容：均相体系

b.部分相容：两相（多相）体系，但聚合物之间存在一定程度的分子链相互扩散，形成一定厚度界面层。

c.不相容：部分相容的程度很小时，称为不相容。

2.形态结构的基本类型（按相的连续性分）

（1）单相连续结构：

部分相容体系，处于热力学亚稳定状态，但因聚合物较长的分子链造成共混物的粘度大，链段运动缓慢，所以热力学亚稳定状态相对稳定，形成以低含量组分为分散相、高含量组分为连续相的部分相容体系。

一相是连续的，称为基体，其他的相分散在连续相中，称为分散相。由于相之间的交错，分散相会被分为许多的微小的区域，这种区域称作相畴或微区。

形状规则

根据分散相又分为分散相不规则、分散相颗粒规则、分散相为胞状。

形状不规则的多为机械共混的产物。分散相颗粒规则的一般为球形，内部不含或只含极少量的连续相成分。分散相为胞状结构的分散相颗粒内包含由连续相成份构成的更小颗粒，接枝共聚-共混法制得的共混物一般具有这种类型的形态结构。

不规则

胞状结构

（2）两相连续结构：如IPN