第二章 聚合物的填充改性
高分子改性复习题及答案
简答题：接枝共聚反应的原理是什么？答：接枝共聚反应首先要形成活性接枝点，各种聚合机理的引发剂或催化剂都能为接枝共聚提供活性种，而后产生接枝点。
活性点处于链的末端，后才形成接枝共聚物。
1、从嵌段共聚物的角度来说，热塑性弹性体的组成是什么？各组成的作用是什么？答：热塑性弹性体是由大量的软嵌段和少量的硬嵌段组成的两相嵌段共聚物。
软硬两种嵌段各有各的用处，软嵌段提供柔韧的弹性，而硬嵌段则提供物理交联点和起填料的功能。
2、反应挤出过程对工艺条件的要求是什么？答：①高效率的混合功能：②高效率的脱挥功能③高效率的向外排热功能④合理的停留时间⑤强输送能力和强剪切功能1、什么是热力学相容性和工艺相容性？为什么说工艺相容性比热力学相容性应用更普遍？答：热力学相容性是指两种聚合物在热和比例时都能形成稳定的均相体系的能力，即指聚合物在分子尺寸上相容，形成均相共混体系。
工艺相容性是指由于聚合物的分子质量很高，黏度特别大，靠机械力场将两种混合物强制分散混合后，各项的自动析出或凝聚的现象也很难产生，故仍可长期处于动力学稳定状态，并可获得综合性能良好的共混体系。
因为工艺相容性仅仅是一个工艺上比较的概念，期含义是指两种材料共混对分散的难易程度，和所得的共混物的动力学稳定性，对于聚合物而言，相容性有两方面含义：一是可以混合均匀的程度，二是混合的聚合物分子间作用力，若分子间的作用力越相近，则越容易分散均匀，分散性越好。
2、影响聚合物共混的结构形态因素是什么？简述如何影响。
答：①两相组成的配比：在“海-岛”结构两相体系共混物中，确定哪一相为连续相，哪一相为分散相具有重要意义，可计算理论临界含量。
小于26%为分散相，大于74%为连续相。
②熔体黏度：黏度低的一相倾向于生成连续相，黏度高的一项倾向于生成分散相。
③黏度与配比的综合影响④粘度比、剪切应力及界面的综合影响：当分散相与之连续相黏度相等时，分散相粒径d达到一个最小值，当界面张力降低时，分散相颗粒粒径d变小，当剪切应力增大时，分散相粒径降低。
聚合物改性复习题
1、聚合物改性的定义，改性的方法。
答：聚合物改性：通过各种化学的、物理的或二者结合的方法改变聚合物的结构，从而获得具有所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程。
主要方法：共混改性、填充改性、复合材料、化学改性、表面改性。
共混改性指两种或两种以上的聚合物经混合制成宏观均匀的过程。
填充改性指人们在聚合物中添加填充剂有时只是为了降低成本，但也有很多时候是为了改善聚合物的性能。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。
化学改性是通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质的方法。
表面改性：改善工件表面层的机械、物理或化学性能的处理方法。
2、化学改性（改变分子链结构）和物理改性（高次结构）的本质区别。
答：第二章：基本观点：1、共混物与合金的区别。
答：高分子合金不能简单等同于聚合物共混物，高分子合金是指含多种组分的聚合物均相或多相体系，包括聚合物共混物、嵌段和接枝共聚物，而且一般言，高分子合金具有较高的力学性能。
2、共混改性的分类（熔融、乳液、溶液和釜内）答：按照共混时物料的形态：熔融共混：机械共混的方法，最具工业价值，是共混改性的重点。
溶液共混：用于基础研究领域，工业上用于涂料和黏合剂的制备。
乳液共混：共混产品以乳液的形式应用。
斧内共混：是两种或两种以上聚合物单体同在一个反应釜中完成其聚合过程，在聚合的同时也完成了共混。
3、共混物形态研究的重要性。
答：共混物的形态与共混物的性能密切相关，而共混物的形态又受到共混工艺条件和共混物组分配方的影响，所以，共混物的形态研究就成了研究共混工艺条件和共混组分分配与共混物性能的关系的重要中间环节。
4、共混物形态的三种基本类型——均相体系、非均相体系（海岛结构、海海结构）答：一是均相体系。
二是非均相体系（两相体系）：包括“海-岛结构”------连续相+分散相。
“海-海结构”------两相均连续，相互贯穿。
5、相容性对共混物形态结构的影响。
第二章聚合物的填充改性
料并没有明显的区分，在不同的场合，对于不同的树脂，
活性填料与惰性填料可以相互转化。
木粉在酚醛树脂中有较强 的补强作用，如图11-1所示。 木粉能吸收一部分冲击能量，
对裂纹的发展起阻碍作用，使
裂纹发展缓慢。同样木粉在聚 氯乙烯树脂中补强作用不明显。
碳黑对丁苯橡胶的补强效果好，这主要是由于碳黑 表面上的吸附层厚度约为20nm左右，这种表面吸附膜 的强度很大，它不同于两侧物质的性质，这种表面上
界面区化学组成 ：对某些官能团的优先选择性吸附。
（1）浸润性理论 要使树脂对填料紧密接触，物理吸附所提供的黏度其强度超过 树脂的内聚能，树脂的表面张力必须低于填料的界面表面张力。 改变填料的表面张力
（2）化学键理论
化学键理论认为：要使两相之间实现有效粘结，基体树脂中 应有能与填料表面发生化学反应的活性基团，通过活性基团
（1）物理结构 ：即粒子表面本身的形状和结构。
（2）化学结构：即粒子表面的化学性质，如氧化铝、二氧
化硅、二氧化钛的表面存在多种形式的羟基；碳黑具有很强 的反应性能，能与空气中氧，水反应形成羟基、羰基、羧基 等官能团。 三.填充的补强作用 填料的补强作用可分为两种：一种是活性填料的正补 强，另一种是惰性填料的负补强。其中活性填料与惰性填
是无色的，当然这对大多数填料是不可能的，但至少应当 是白色的，而且白度越高越好。 保护填充聚合物避免发生紫外线分解； 提高保温效果。
（5）热性能
填充塑料加工大多都涉及加热、熔融、冷却定型等过 程，填料本身的热性能及其与塑料基体之间的差别同样也 会对加工过程产生影响。 （6）电性能 （7）磁性能 （8）热化学效应
第二章 聚合物的填充改性
第一节 填充改性的基本原理
第二节 填料的种类和特性（了解） 第三节 填料的表面处理（掌握） 第四节 聚合物填充改性的效果（了解） 第五节 填充聚合物的制备与加工（理解）
聚合物的填充改性
导电机理 （1）导电通道(conductive path)； （2）隧道效应(tunnel-effection) ； （3）场致发射(field-emission)
六、有机物 1、木粉 (wood-plastics composite) 缩写为“WPC”
2、淀粉
生物降解农用地膜 降解薄膜制品 生物降解片材
农用可降解育秧钵
生物降解 淀粉基系 列产品
七、晶须
1、氧化锌晶须（Tetra pod shape Zinc Oxide Whiskers)(Single Crystal)
characteristics
Low-shrinkage and high-fluidity of this material enables superior precision molding
Holds stable and high-level antistatic capacity and conductivity
High dimensional stability and accuracy is provided by the anisotropy-damping effect of moldings
1. Homogeneous conductivity 2. Conductivity over a wide range
and easy to control 3. Stable conductivity
4. Excellent dispersability 5. Colorability for the white and
高硬度无机填料的存在将大大提高材料的耐 磨性；
减摩填料青铜粉或石墨等，可降低其摩擦系 数，磨耗可大大减小；
聚合物共混改性填充改性
聚合物共混改性原理
填充及增强改性的意义
填料不仅具有降低聚合物材料的成本的作用，更重要 的是改善聚合物的某些性能，甚至赋予聚合物材料某 些特殊功能，从而拓展聚合物的应用领域。同时，某 些填料的应用使聚合物材料的环保性增强。
聚合物共混改性原理
填充增强改性的重要性
➢ 它是获得具有独特功能新型高分子化合物最便宜的途径。 ➢ 它是在保证使用性能要求的前提下降低塑料制品成本最有效
聚合物共混改性原理
用途
1) 增量，降低成本。 2) 提高制品的耐热性，例如在聚丙烯中添加40％的CaCO3，其
热变形温度可提高20℃左右。 3) 改进塑料的散光性，起到遮光或消光的作用。 4) 改善塑料制品的电镀性能或印刷性能。 5) 减少制品尺寸收缩率，提高尺寸稳定性。
聚合物共混改性原理
二﹑硅酸盐
聚合物共混改性原理
填料的性质
一﹑填料的几何形态
部分矿物颗粒的几何形状与尺寸对比特征
聚合物共混改性原理
对于片状填料，表征其几何形态的重要参数是径厚比，即片状颗粒的 平均直径与厚度之比。
对于纤维状填料，往往采用长径比的概念，即纤维状颗粒的长度与平 均直径之比。
粒径是表征填料颗粒粗细程度的主要参数。一般来说填料的颗粒粒径 越小，假如它能分散均匀，则填充材料的力学性能越好，但同时颗粒 的粒径越小，要实现其均匀分散就越困难，需要更多的助剂和更好的 加工设备，而且颗粒越细所需要的加工费用越高，因此要根据使用需 要选择适当粒径的填料。
硫酸钡能吸收X射线和γ射线，可用于防护高能辐射的塑料材料。由于其 密度高，适用于要求高密度的填充塑料材料，如音响材料、鱼网网坠等， 此外由于硫酸钡粒子球形度高，填充硫酸钡的塑料的表面光泽要优于使 用同等份数的其它无机矿物填料的填充塑料。
第2章 聚合物共混改性原理
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2.1.5 聚合物共混物的分类 2.1.5.1 按共混物形态分类
均相体系和两相体系，其中，两相体系又可分为 “海-岛结构” 两相体系和“海-海结构”两相体系。 “海-岛结构”两相体系在聚合物共混物中是普遍存在 的。工业应用的绝大多数聚合物共混物都属“海-岛结 构”两相体系。 “海-海结构”两相体系，可见诸于聚合物互穿网络 （IPN）之中。此外，机械共混亦可得到具有“海-海 结构”的共混物。
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2.1.4 关于相容性的基本概念
2.1.4.1 完全相容，部分相容与不相容
相容性，是指共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观 均匀材料的能力。不同聚合物对之间相互容纳的能力， 是有着很悬殊的差别的。某些聚合物对之间，可以具 有极好的相容性；而另一些聚合物对之间则只有有限 的相容性；还有一些聚合物对之间几乎没有相容性。 由此，可按相容的程度划分为完全相容、部分相容和 不相容。相应的聚合物对，可分别称为完全相容体系、 部分相容体系和不相容体系。
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2.2.4.4 黏度比、剪切应力及界面张力的综合影响
(1) 黏度比λ与分散相粒径的关系
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2.2.4.5 其它因素的影响
如前所述，共混组分的熔体黏度及两相间的黏度 比对共混物的形态有重要影响。而聚合物的熔体黏度 是受到熔融温度的影响的，这就使得共混过程中的加 工温度可以通过影响熔体黏度，进而影响聚合物共混 物的形态。共混物的形态，还与共混组分之间的相容 性密切相关。完全相容的聚合物对，可形成均相共混 体系；部分相容的聚合物对，则可形成两相体系。
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聚 合 物 改 性
聚合物改性聚合物定义:聚合物即高分子化合物,所谓的高分子化合物,就是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
聚合物改性通过物理与机械的方法在聚合物中加入无机或有机物质,或将不同种类聚合物共混,或用化学方法实现聚合物的共聚、接枝、交联,或将上述方法联用、并用,以达到使材料的成本下降、成型加工性能或最终使用性能得到改善,或在电、磁、光、热、声、燃烧等方面被赋予独特功能等效果,统称为聚合物改性。
聚合物改性的方法总体上分为: 物理方法化学方法表面细分:共混改性、填充改性、纤维增强复合材料化学改性、表面改性、共混改性:两种或者两种以上聚合物经混合制备宏观均匀材料的过程。
可分为物理、化学共混。
填充改性:向聚合物中加入适量的填充材料(如无机粉体或者纤维),以使制品的某些性能得到改善,或降低原材料成本的改性技术。
纤维增强复合材料又称聚合物基复合材料,就就是以有机聚合物为基体,纤维类增强材料为增强剂的复合材料。
化学改性:在改性过程中聚合物大分子链的主链、支链、侧链以及大分子链之间发生化学反应的一种改性方法。
原理:主要靠大分子主链或支链或侧基的变化实现改性。
改性手段有:嵌段、接枝、交联、互穿网络等特点:改性效果耐久,但难度大,成本高,可操作性小,其一般在树脂合成厂完成,在高分子材料加工工厂应用不多。
表面改性:就是指其改性只发生在聚合物材料制品的表层而未深入到内部的一类改性。
特点:性能变化不均匀种类:表面化学氧化处理,表面电晕处理,表面热处理,表面接枝聚合,等离子体表面改性等适应于只要求外观性能而内部性能不重要或不需要的应用场合,常见的有:表面光泽,硬度,耐磨、防静电等的改性。
接枝反应:以含极性基团的取代基,按自由基反应的规律与聚合物作用,生成接枝链,从而改变高聚物的极性,或引入可反应的官能团。
官能团反应:可以发生在聚合物与低分子化合物之间,也可发生在聚合物与聚合物之间。
可以就是聚合物侧基官能团的反应,也可以就是聚合物端基的反应接枝共聚改性对聚合物进行接枝,在大分子链上引入适当的支链或功能性侧基,所形成的产物称作接枝共聚物。
聚 合 物 改 性
聚合物改性聚合物界说：聚合物即高分子化合物,所谓的高分子化合物,是指那些由浩瀚原子或原子团重要以共价键联合而成的相对分子量在一万以上的化合物.聚合物改性经由过程物理和机械的办法在聚合物中参加无机或有机物质,或将不合种类聚合物共混,或用化学办法实现聚合物的共聚.接枝.交联,或将上述办法联用.并用,以达到使材料的成本降低.成型加工机能或最终运用机能得到改良,或在电.磁.光.热.声.燃烧等方面被付与奇特功效等后果,统称为聚合物改性.聚合物改性的办法总体上分为: 物理办法化学办法概况细分：共混改性.填充改性.纤维加强复合伙料化学改性.概况改性.共混改性：两种或者两种以上聚合物经混杂制备宏不雅平均材料的进程.可分为物理.化学共混.填充改性：向聚合物中参加适量的填充材料（如无机粉体或者纤维）,以使成品的某些机能得到改良,或降低原材料成本的改性技巧.纤维加强复合伙料又称聚合物基复合伙料,就是以有机聚合物为基体,纤维类加强材料为加强剂的复合伙料.化学改性：在改性进程中聚合物大分子链的主链.支链.侧链以及大分子链之间产生化学反响的一种改性办法. 道理：重要靠大分子主链或支链或侧基的变更实现改性.改性手腕有：嵌段.接枝.交联.互穿收集等特色：改性后果经久,但难度大,成本高,可操纵性小,其一般在树脂合成厂完成,在高分子材料加工工场运用不久不多.概况改性：是指其改性只产生在聚合物质料成品的表层而未深刻到内部的一类改性.特色：机能变更不平均种类：概况化学氧化处理,概况电晕处理,概况热处理,概况接枝聚合,等离子体概况改性等顺应于只请求外不雅机能而内部机能不重要或不须要的运用处合,罕有的有：概况光泽,硬度,耐磨.防静电等的改性.接枝反响：以含极性基团的代替基,按自由基反响的纪律与聚合物感化,生成接枝链,从而改变高聚物的极性,或引入可反响的官能团.官能团反响：可以产生在聚合物与低分子化合物之间,也可产生在聚合物与聚合物之间.可所以聚合物侧基官能团的反响,也可所以聚合物端基的反响接枝共聚改性对聚合物进行接枝,在大分子链上引入恰当的支链或功效性侧基,所形成的产品称作接枝共聚物.运用其极性或反响性可大大改良与其他材料构成的复合物的机能.机能决议于：主链支链（构成,构造,长度以及支链数）接枝共聚改性基起源基本理办法：在反响性大分子存鄙人,将单体进行自由基.离子加成或开环聚合.自由基化学上也称为“游离基”,是指化合物的分子在光热等外界前提下,共价键产生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团.化学性质极为生动,易于掉去电子（氧化）或获得电子（还原）,特别是其氧化感化强自由基接枝①烯烃单体在带有不稳固氢原子的预聚体存鄙人进行聚合,激发可经由过程过氧化物,辐照或加热等办法.机理：过氧化物激发剂或发展链从主链上牟取不稳固的氢原子,使主链形成自由基,接枝链和主链间的联接,是经由过程主链自由基激发单体,或则经由过程和支链的从新联合而形成的.②在主链上形成过氧化氢基团或其它官能团,然后以此激发单体聚合.链转移接枝：运用反响系统中的自由基牟取聚合物主链上的氢而链转移,形成链自由基,进而激发单体进行聚合,产生接枝.接枝效力＝[已接枝单体质量/（已接枝单体质量+接枝单体均聚物质量）] * 100%化学接枝用化学办法起首在聚合物的骨干上导入易分化的活性基团,然后分化成自由基与单体进行接枝共聚.辐射接枝⑴直接辐射法——将聚合物和单体在辐射前混杂在一路,配合进行辐射.2）预辐射法——先辐照聚合物,使其产生捕集型自由基,再用乙烯型单体持续对已辐照过的聚合物进行处理,得到接枝共聚物.接枝共聚物特色①接枝共聚物是单一的化合物,可以施展每一个组分的特点性质②接枝共聚物表示出两个不合的玻璃化改变温度③接枝共聚物易和它们的均聚物共混,与其组分聚合物有较好的相容性接枝共聚物具有自力组分的微不雅构造增溶剂：具有增溶才能的概况活性剂称为增溶剂 ,将接枝共聚物用于物理共混可作为增容剂PP经常运用的接枝办法有气相接枝法,辐射接枝法,高温接枝法,光激发接枝法,熔融接枝法,溶液接枝法和固相接枝法等激发剂的选择过氧化物激发自由基聚合反响是合成接枝共聚物办法中最简略.最古老和最普遍运用的办法.较幻想的激发剂须具备以下特点：非氧化性.具有代替氢的才能以及在响应接枝前提下具有适合的半衰期.嵌段共聚——可以算作接技的特例,其接技点位于聚合物主链的两头.嵌段共聚物——聚合物主链上至少具有两种以上单体聚合而成的以末尾相连的长序列（链段）组合成的共聚物.嵌段共聚物的序列构造三种根本情势①Am–Bn 二嵌段聚合物②Am–Bn–Am或Am–Bn–Cn 三嵌段聚合物③(AmBn)n 多嵌段聚合物嵌段共聚物制备办法①加成聚正当②缩聚法聚合物共混的界说（广义）：聚合物共混的概念扩大到从属于物理共混的物理／化学共混——反响共混.共聚共混——化学共混的范畴.更广义的共混还包含以聚合物为基体的无机填充共混物.此外,聚合物共混的涵盖规模还可以进一步扩大到短纤维加强聚合物系统狭义）：物理共混范畴之内,指两种或两种以上聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物质料.无机材料以及助剂在必定温度下进行机械掺混,最终形成一种宏不雅上平均,并且力学.热学.光学.电学及其他机能得到改良的新材料的进程,这种混杂进程称为聚合物的共混改性,所得到的新的共混产品称为聚合物共混物,简称共混物.高分子合金包含相容性（miscibility）聚合物共混系统.混容性（compatibility）聚合物共混系统.多相系共聚物,宏不雅上为均相(homogeneous phase) 构造的聚合物质料.熔融共混将聚合物组分加热到熔融状况落后行共混溶液共混将两种及以上聚合物乳液共混,经常运用于橡胶的共混改性.乳液共混将聚合物组分溶于溶剂落后行混杂,重要用于基本研讨范畴.聚合物共混物形态均相系统：热力学相容系统.各雷同性材料,机能往往介于各组分聚合物机能之间. 二相系统海-岛构造是一种两相系统,一相为持续相,另一相为疏散相,疏散相疏散在持续相中,亦即单相持续系统. 海-海构造也是一种二相系统,但两相皆为持续相,互相贯串,亦即两相持续系统.两互相锁或交织构造：也是一种二相系统,这种构造中没有一相形成贯串全部试样的持续相,并且两相互相交织形成层状分列,难以区分持续相和疏散相.梯度构造：为二相系统,特别的共持续系统（两相持续系统）其构成在空间上互为增减.阶跃构造：为二相系统,特别的共持续系统（两相持续系统）,在微小过渡区域内,其构成在空间上互为增减.疏散相的疏散状况总体平均性：疏散相颗粒在持续相中散布的平均性,即疏散相浓度的变更（摇动）.表现的是散布混杂的后果.疏散度：疏散相组分的破裂程度,可以用疏散相颗粒的平均粒径表征.表现得是疏散混杂的后果.粒径散布：疏散相颗粒的粒径散布.两相系统的描写是指疏散相颗粒的外形和内部构造（如包藏构造）,以及某些疏散相颗粒的集合状况.取向状况等.共混系统类型聚合物其混系统有很多类型,罕有的有塑料与塑料的共混.塑料与橡胶的共混.橡胶与橡胶的共混.橡胶与塑料的共混等四种.共混物的分类⑴按共混物形态分类,可分为均相系统和两相系统.个中,传统的两相系统又可分为“海-岛构造”两相系统和“海-海构造”两相系统.（2）按共混前提分类熔融共混物溶液共混物乳液共混物,等等（3）按改良的机能或用处分类用作抗静电的,可称为共混抗静电材料;用于电磁屏障的,可称为共混电磁屏障材料,等等.（4）按聚合物的用处分类分为通用塑料/通用工程塑料共混物.通用工程塑料／通用工程塑料共混物.通用工程塑料／特种工程塑料共混物,等等.相容性是指共混物各组分彼此互相容纳,形成宏不雅材料的才能.聚合物共混物形态构造测定办法一类是重要用光学显微镜或电子显微镜直接不雅察共混物的形态构造; 二类是测定共混物的各类力学松驰机能,特别是玻璃化改变的特点,从而肯定聚合物之间的混溶程度并揣摸共混物的形态构造共混物的相界面是指两相(或多相)共混系统相与相之间的接壤面.对于相容的聚合物组分,共混物的相界面上会消失一个两相组分互相渗入渗出的“过渡层”,平日称为界面层界面层的概念：两种聚合物互相接触时即产生链段之间的互相集中.集中的成果使得两种聚合物在相界面双方产生明显的浓度梯度的区域,该区域构成了两相之间的界面层.界面层的厚度重要取决于两种聚合物的界面相容性,此外还与大分子链段的尺寸.构成以及相分别前提有关.不相容的聚合物,链段之间只有稍微的互相集中,界面层厚度很小,并且聚合物之间的相界面很明显.跟着聚合物的相容性增长,集中程度增大,相界面越来越隐约,界面层厚度越来越大,两相的黏合力增大.完整相容的聚合物最终形成均相,相界面消掉.界面层的厚度取决于大分子的集中程度与两种聚合物的相容性.大分子链段的大小.分子量的大小及相分别前提有关.两相之间的粘合1）两相之间的粘合力聚合物两相之间的粘合力,从总体上可分两大类.﹡其一是两相之间有化学键衔接,如嵌段.接枝共聚物;﹡其二是两相之间仅靠次价力感化而粘合,即仅有聚合物大分子间的互相感化(如范德华力.氢键等),如一般机械法共混物.（2）两相之间粘合理论对于两相之间没有化学键衔接的界面感化,有润湿-接触理论和集中理论.润湿-接触理论：以为界面联合强度取决于界面张力,共混物组分间的界面张力越小,界面联合强度越高. 一般两种聚合物的概况张力邻近时,其形成相界面的界面张力越小,两相之间的润湿和接触越好.两种链段之间越轻易互相集中,两相之间的结和强度越大. 是以,一般应选择概况张力邻近的聚合物共混.集中理论集中理论以为,界面联合强度取决于相容性.相容性越好,界面联合强度越高.界面层的效应 (1)力的传递效应(2)接收与散射效应(3)引诱效应(4)阻断感化影响聚合物共混物的形态构造的身分很多,重要的影响身分有两组分的热力学相容性.共混办法及工艺前提前提.组分派比和熔体粘度等.相容性对形态构造的影响1）完整不相容,界面很明显.混杂后果差.相间联合力很弱,共混物机能差.（2）完整相容或相容性极好,系统均相或相畴微小,共混物机能也不好.聚合物共混物熔体的流变机能重要有两个特点,其一：聚合物熔体为假塑性非牛顿流体;其二：聚合物熔体流淌时有明显的弹性效应.牛顿流体凡流淌行动相符牛顿流淌定律的流体,称为牛顿流体.牛顿流体的粘度仅与流体分子的构造和温度有关,与切应力和切变速度无关.非牛顿流体弹性：分子链构象不竭变更粘性：流淌平分子链相对移动共混物熔体的粘弹性聚合物熔体受到外力的感化,大分子会产生构象的变形,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.玻璃态聚合物大形变（屈从形变）时的形变机理包含两种可能的进程:一是剪切形变进程;二是银纹化进程.剪切形变：在外力感化下,在一些平面上高分子或高分子的渺小集合体滑动产生高度取向,产生没有明显体积变更的外形扭变形变.银纹化进程：指在拉伸力感化下,聚合物某些单薄部位因为应力分散而产生的空化条纹区域,称银纹,这一进程叫银纹化进程.聚合物共混物光学机能大多半非晶态聚合物是透明的,共混后因为不相容大多变成不透明材料.不过当疏散相尺寸<λ时,或两者折射率邻近时,也可所以透明的.当折射率邻近较大时,会有珍宝般的光泽.聚合物共混物阻隔机能指聚合物质料防止气体或化学药品.溶剂渗入渗出的才能.阻隔性好,透气性差.聚合物共混物透气机能气体对高分子膜具有选择透过性.决议于气体自身的特点和高聚物的自由体积.经由过程选择不合聚合物共混,可以调节共混物的自由体积,进而实现对不合气体的选择性透过.共混混杂的方法：散布混杂：疏散相粒子不产生破裂,只改变疏散相的空间散布状况,增长疏散相散布的随机性的混杂进程,该进程使疏散相的空间散布趋于平均化.疏散混杂：即增长疏散相空间散布的随机性,又减小疏散相粒径,改变疏散相粒径散布的进程.均衡粒径在一段时光后,破裂和集聚进程达到一均衡状况,这时对应的疏散相粒径有一均衡值,称为“均衡粒径”.两阶共混疏散过程第一阶段：两种共混组分顶用量较多的组分的一部分,与另一组分的全体先辈行第一阶段共混,尽量使两组分黏度邻近,用量大体相等,制备出“海-海”构造中央产品.第二阶段：将组分含量较多的物料的残剩部分参加到“海-海”构造的中央产品中,可得到疏散相粒径小,散布平均的“海-岛”构造两相系统.共混工艺身分对共混物机能的影响共混时光—共混时光增大粒径减小散布平均,但不宜过长,防止降解.共混温度—共混温度增大黏度减小影响破裂与疏散,要选合适的温度.加料次序—助剂.共混物分先后次序加料.混杂方法—一步法.二阶共混等共混装备重要有粉料共混装备熔融共混装备粒化装备影响疏散相破裂的身分外界的剪切能自身的破裂能填充改性：向聚合物中参加适量的填充材料,以使成品的某些机能得到改良,或降低原材料成本的改性技巧.填充改性聚合物的机能和填充改性的后果,重要取决于作为基体的树脂的机能,填充材料的种类.形态.在改性聚合物中的浓度及疏散状况,填充材料与基体树脂的界面构造.复合构造等身分.填充聚合物构成：树脂.填充材料.助剂填充材料填料也称为填充剂,是高分子资估中的重要固体添加剂之一,将其添参加聚合物中可增长体积.降低成本,同时还能改良聚合物某些方面机能如强度.刚度.热稳固性等.尤其是一些功效性填料还可付与高分子材料特别的电.磁.阻燃.耐磨.耐辐射等机能,拓宽其运用范畴,填料已被以为是一种功效性添加剂.填充材料重要感化：降低成本,增大容量;加强.补强感化; 改变塑料的化学机能.填料的分类填料的分类办法很多,一般可分为无机填料和有机填料两大类.罕有的无机填料包含碳酸钙.滑石粉.云母.高岭土.二氧化硅.炭黑等,有机填料包含木粉.棉短绒.麦秆等.或依据填料的几何外形分为球形.无定形.片状.纤维状等.填料的几何形态对于纤维状填料（如轻质碳酸钙.硅灰石等）,平日采取纤维状填料颗粒的长度与平均直径之比（长径比）暗示,一般长径比应大于10.对于片状填料（如滑石粉.石墨.云母.高岭土等）,平日采取颗粒的平均直径与厚度之比（径厚比）暗示,一般径厚比应大于4.粒径是表征填料颗粒粗细程度的重要参数.一般来说填料的颗粒粒径越小,假如它能疏散平均,则填充材料的力学机能越好,但同时颗粒的粒径越小,要实现其平均疏散就越艰苦,须要更多的助剂和更好的加工装备,并且颗粒越细所须要的加工费用越高,是以要依据运用须要选择恰当粒径的填料.填料概况处理的感化机理根本上有两种类型：一是概况物理感化,包含概况涂覆（或称为包覆）和概况吸附;二是概况化学感化,包含概况代替.水解.聚合和接枝等.功效性填料填料在聚合物中的感化不但限于改良基体树脂的力学机能,某些填料还能付与聚合物一些特别功效如阻燃性.抗静电性.导电性.导热性.耐磨润滑性及抗辐射性等.概况活性剂是指少少量即能明显改变物质概况或界面性质的物质.其分子构造特色是包含着两个构成部分,其一是一个较长的非极性烃基,称为疏水基;另一是一个较短的极性基,称为亲水基.偶联剂也称概况处理剂,其分子构造特色是含有两类性质不合的化学基团,一是亲无机基团,另一是亲有机基团.重要的高分子处理剂液态或低熔点的低聚物或高聚物;液态或低熔点的线型缩合预聚物;带有极性基接枝链(点)或嵌段链的高分子增容剂;线性或梳型的高分子超疏散剂;高熔体流淌速度而低熔点的高聚物.增塑剂添加到聚合物中,可以或许增其塑性.改良成型加工性.付与成品柔韧性的物质.聚合物基体中填料的疏散状况无机粒子在聚合物中形成第二集合态构造;以疏散状况消失,有的集合成团,有的以个体疏散情势消失;平均而个体疏散在基体中.填料-聚合物界面的形成起首是聚合物与填料的接触及浸润;第二阶段是聚合物树脂的固化进程.填料的概况处理办法干法处理的道理是填料在干态下借高速混杂感化和必定温度下使处理剂平均地感化于填料粉体颗粒概况,形成一个极薄的概况处理层.湿法处理的道理是填料在处理剂的水溶液或水乳液中,经由过程填料概况吸咐感化或化学感化而使处理剂分子联合于填料概况,是以处理剂应是溶于水或可乳化疏散于水中,既可用于物理感化的概况处理,也可用于化学感化的概况处理.气相概况处理法将具有反响活性的处理剂起首气化,以蒸汽的情势与填料粉体的概况产生化学反响实现填料概况处理;加工现场处理法：1）捏正当捏合工艺中,同时参加填料和处理剂,在捏合进程中对填料进行概况处理（2）反响挤出处理法将填料概况处理剂和小量载体树脂（也可用基体树脂）,按必定比例在双螺杆挤出机挤出造粒,制成填充母料3）研磨处理法经常运用于涂料临盆中对填料和无机颜料的概况处理.树脂的概况处理技巧目标：改变概况的化学构成,增长反响活性或增长可浸润性,消除概况杂质和脆弱鸿沟层.1.热处理（湿润感化,除概况吸附水）2.等离子体处理（仅涉及到概况,不影响内部性质,一方面,概况链裂解更易在界面流淌和集中,从而改良可黏结性;另一方面,处理后总有极性基团联合在树脂概况）3.概况接枝处理（引入可与填料概况反响的官能团或极性基团）.填料性状对填充系统粘度的影响：片状.纤维状填料,对填充系统粘度的影响较大;粒状填料影响较小.填料粒度越小,越易产生集合,填充系统的粘度越大.经概况处理的填料,概况能低,疏散性好,可降低填充系统的粘度填充聚合物的力学机能1）填料的参加使填充聚合物的弹性模量增大2）拉伸强度3）受到拉伸时断裂伸长率均有所降低聚合物基复合伙料（PMC）是以有机聚合物为基体,持续纤维为加强材料组合而成的.实用PMC平日按两种方法分类.一种以基体性质不合分为热固性树脂基复合伙料和热塑性树脂基复合伙料;另一种按加强剂类型及在复合伙估中散布状况分类.如：玻璃纤维加强热固性塑料(俗称玻璃钢).短切玻璃纤维加强热塑性塑料.碳纤维加强塑料.芬芳族聚酰胺纤维加强塑料.碳化硅纤维加强塑料.矿物纤维加强塑料.石墨纤维加强塑料.木质纤维加强塑料等.聚合物基体分类热固性树脂不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反响停止后,趁热参加必定量的乙烯基单体,配成粘稠的液体,如许的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂;环氧树脂：分子中含有两个或两个以上环氧基团的线型有机高分子化合物.环氧基团可以位于分子链的末尾.中央或成环状构造;酚醛树脂.不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐.饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物.玻璃纤维加强热塑性塑料是指玻璃纤维做为加强材料,热塑性塑料(包含聚酰胺.聚丙烯.低压聚乙烯.ABS树脂.聚甲醛.聚碳酸酯.聚苯醚等工程塑料)为基体的纤维加强塑料碳纤维加强环氧塑料是一种强度.刚度.耐热性均好的复合伙料手糊工艺：是聚合物基复合伙料制作中最早采取和最简略的办法.采取手工办法将纤维加强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型.室温（或加热）.无压（或低压）前提下固化,脱模成成品的工艺办法.预浸料平日是指定向分列的持续纤维(单向.织物)等浸渍树脂后所形成的厚度平均的薄片状半成品.喷射成型工艺喷射成型一般是将分别混有促进剂和激发剂的不饱和聚酯树脂从喷枪两侧测(或在喷枪内混杂)喷出,同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机割断并由喷枪中间喷出,与树脂一路平均沉积到模具上.持沉积到必定厚度,用手辊滚压,使纤维浸透树脂.压实并除去气泡,最后固化成成品.袋压成型是将手糊成型的未固化成品,经由过程橡胶袋或其它弹性材料向其施加气体或液体压力,使成品在压力下密实,固化.模压成型工艺:是将必定量的预混料或预浸料参加金属对模内,经加热.加压固化成型的办法.是普遍运用的对热固性树脂和热塑性树脂都实用的纤维复合伙料成型办法.围绕纠缠成型工艺一种将浸渍了树脂的纱或丝束围绕纠缠在反转展转芯模上.常压下在室温或较高温度下固化成型的一种复合伙料制作工艺.是一种临盆各类尺寸反转展转体的简略有用的办法.拉挤成型工艺将浸渍过树脂液的持续纤维束或带状织物在牵引装配感化下经由过程成型模定型,在模中或固化炉中固化,制成具有。
3 第二章 聚合物共混改性基本原理
Edb Edk Edf
分散相物料宏观破碎能Edk←取决于颗粒内部阻碍变 形和破碎的因素，即熔体黏度、熔体弹性等。 分散相物料表面能Edf←取决于界面张力
S 3 Edf Vd R
2013-7-28 31
第四节 混合过程的理论模型
五、分散相的分散与集聚 2. 破碎过程的影响因素 剪切能E← E 2 m
y Ky0 1 y 0
K值超过某个临界值时，粒子破碎。 双小球模型 液滴模型
6R m 6R K Fr Fr
mR R We
K决定于——外力，内力 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。
2013-7-28
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第四节 混合过程的理论模型
二、作用于分散相粒子上的力
F1 6Rmy cos F2 6Rmysin
α
F1 F
F2
处于连续相流体剪切力场中的分散相粒子，首先会 在F2的作用下发生转动，与此同时F1也逐渐增大， 分散相粒子在F1作用下发生伸长变形。当分散相粒 子的取向与流体速度场的夹角为45°时，F1达到最 大，这时，最有利于分散相粒子的破碎分散。 共混设备施加给共混体系的作用力方向应该不断地 或周期地变化。
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第四节 混合过程的理论模型
一、液滴模型 2. 影响液滴形变的因素
连续相黏度：ηm↑ → We ↑ → D ↑ 界面张力： σ ↓ → We ↑ → D ↑ 熔体弹性：
mR R We
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。 d 两相粘度比： m
聚合物改性绪论
36
第一章 绪论
狭义与广义的共混定义
BUCT
❖ 狭义定义： 两种或两种以上的聚合物经混合制成宏观均
匀的材料的过程。 ❖ 广义的共混包括了
物理共混 化学共混 物理化学共混
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第一章 绪论
共混改性的方便之处
BUCT
1.可用密炼机、挤出机等聚合物加工 设备实施共混，工艺过程易于控制。
2.可供配对共混的聚合物品种多。
BUCT
2.1.1 聚合物共混与高分子合金的概念
❖ 共混改性的产生与发展，受到了冶金行业的启 示 ，但是。。。。。
金属合金→聚合物合金
第二章 共混改性基本原理
BUCT
2.1.1 聚合物共混与高分子合金的概念
高分子合金的概念
❖聚合物共混改性的研究是受到冶金行业中合金制造 的启示而发展起来的，但是，高分子合金的概念并 不等同于聚合物共混物。
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第一章 绪论
BUCT
1.2.4表面改性
材料的表面特性是材料的重要性能之一。某些应 用领域，对表面性能有特殊要求。
❖ 印刷、涂装、粘合、染色 ❖ 防雾、防静电、防尘 ❖ 接触——生物相容性、血液相容性
已发展成为一门独立的学科。
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第一章 绪论
BUCT
1.3聚合物改性发展概况
几个重要的里程碑事件：
BUCT
2.1.1 聚合物共混与高分子合金的概念
聚合物共混概念的扩展
❖对这一聚合物共混的概念可以加以延伸，使聚合 物共混的概念扩展到附属于物理共混的物理/化 学共混的范畴。
❖更广义的共混还包括以聚合物为基体的无机填充 共混物。此外，聚合物共混的涵盖范围还可以进 一步扩展到短纤维填充聚合物体系。
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聚合物改性第一、二章
高分子科学与工程学院 冯绍华 2011.08
第一 章 概述
什么是改性？字面意义上讲就是改变原来的物性。 高分子材料的改性主要包含着这样几个方面： 橡胶与橡胶之间的改性、塑料与塑料之间的改性、橡胶与塑料、塑 料与橡胶、改性助剂与橡胶（塑料）助剂的改性。 改性的方法：化学改性和物理改性（共混改性）。 化学改性：通过物料之间的化学反应（交联、接枝等）赋予材料的 特殊性能（如：橡胶电缆的硫化、塑料中PE的交联――交联聚乙烯 管、交联护套、ABS树脂、SBS树脂等）。 共混改性：两种或多种聚合物混合在一起，赋予基体材料新的物性。 （如将橡胶或弹性体添加到塑料中赋予塑料较高的韧性、或将塑料 添加到橡胶中赋予橡胶一定的刚性），或将某些具有特定性能的材 料添加到橡胶或塑料中去，获得特殊的性能（如添加填料、阻燃剂、 导电材料、增强材料等）。 聚合物的共混物（Polymer blend）:是指两种或两种以上均聚物或 共聚物的混合物，又称聚合物合金或高分子合金（Polymer alloy）。
什么是弹性体 热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomer-TPE)亦称热塑性橡胶(Thermoplastic Rubber-TPR)是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性之材料，热塑性弹性体具有 多种可能的结构，最根本的一条是需要有至少两个互相分散的聚合物相，在 正常使用温度下，一相为流体(使温度高于它的Tg─玻璃化温度)，另一相为固 体(使温度低于它的Tg或等于Tg)，并且两相之间存在相互作用。即在常温下 显示橡胶弹性，高温下又能塑化成型的高分子材料，具有类似于橡胶的力学 性能及使用性能、又能按热塑性塑料进行加工和回收，它在塑料和橡胶之间 架起了一座桥梁。因此，热塑性弹性体可象热塑性塑料那样快速、有效的、 经济的加工橡胶制品。就加工而言，它是一种塑料；就性质而言，它又是一 种橡胶。热可塑性弹性体有许多优于热固性橡胶的特点。 TPR表示热塑性橡胶，TPE表示热塑性弹性体。为统一起见，都以TPE或热塑 性弹性体称之。目前国内对热塑性苯乙烯--丁二烯嵌段共聚物则称之为 SBS(styrene-butadiene-styren block copolymer),热塑性异戊二烯-苯乙烯嵌段 共聚物称为SIS(styrene-isoprene block copolymer)，饱和型SBS则称之为 SEBS，即Styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer的缩写，就是 苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。其它各类热塑性弹性体均以生产厂家 的商品名称称之。我国也采用SBS的代号，表示热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯 嵌段共聚物，习惯称为热塑性丁苯橡胶。
聚合物改性第二章共混改性基本原理
聚合物改性第二章共混改性基本原理共混改性是指将两种或多种不相溶的聚合物在液态或熔融状态下混合，并在适当的条件下加工成形，以获得具有新特性和性能的材料。
共混改性的基本原理是在两种或多种聚合物之间形成相容子，使它们能够相互溶解和交互作用。
这种相容子可以是物理上的相互作用，也可以是化学上的相互作用。
在共混改性的过程中，相容子的形成是关键步骤。
相容子的形成可以通过以下几种方式实现：1.极性相互作用：聚合物分子中的极性基团可以与另一种聚合物中的极性基团相互作用，从而形成相容子。
这种相互作用可以是氢键、离子键或极性键等。
2.分子间键合：两种聚合物分子可以通过化学键合形成相容子，例如共聚反应或化学交联等。
3.混合体积效应：当两种聚合物的分子量相近并具有相似的化学结构时，它们可以通过混合体积效应形成相容子。
这是由于相似的分子量和化学结构使两种聚合物的互溶性增加。
共混改性的基本原理还涉及相分离和相互作用的平衡。
在相互溶解体系中，聚合物分子之间存在相互吸引和排斥的力量。
当相互作用力足够强时，聚合物分子会相互混合形成均一的相。
而当相互作用力不足以克服排斥力时，聚合物分子会相互聚集形成分散的相。
相分离的程度与聚合物之间的亲疏水性、极性和分子量等因素有关。
共混改性的过程还受到加工温度和时间、共混物组成比例等因素的影响。
适当的加工温度和时间可以促进相容子的形成和相分离的平衡。
共混物中不同聚合物的组成比例也会影响相容性和相分离的程度。
共混改性可以使两种或多种聚合物的性能相互补充和提高，如强度、韧性、耐热性、耐化学性等。
共混改性材料在各个领域有广泛的应用，例如塑料、橡胶、涂料、粘合剂等。
总之，共混改性是将不相溶的聚合物通过形成相容子相互溶解和交互作用，从而获得具有新特性和性能的材料的过程。
它的基本原理包括相容子的形成、相分离和相互作用的平衡。
共混改性材料具有广泛的应用前景。
聚合物的改性方法
聚合物的改性方法
聚合物的改性方法有很多种，常见的改性方法包括物理改性和化学改性。
物理改性方法主要包括以下几种：
1. 混合改性：将两种或多种聚合物混合并加热或者进行机械混合，以改变聚合物的物理性质，如增加韧性、改善加工性能等。
2. 加填料改性：向聚合物中加入填料（如纤维、颗粒等）以增强其力学性能，如增加强度、刚度等。
3. 拉伸改性：通过拉伸、冷拉伸等方式对聚合物进行物理拉伸改性，可使聚合物的结晶度增加，从而改善其力学性能。
4. 放射线改性：通过辐射（如γ射线、电子束）照射聚合物，使其分子链断裂或交联，从而改变其性能。
化学改性方法主要包括以下几种：
1. 共聚改性：通过将两种或多种不同单体反应聚合，得到共聚物来改变聚合物的性能，如共聚物可以提高聚合物的强度、耐热性等。
2. 交联改性：通过交联剂对聚合物进行交联反应，使聚合物分子之间发生交联，从而增加聚合物的热稳定性、耐化学腐蚀性等。
3. 功能改性：向聚合物中引入具有特殊功能的化学基团，如引入亲水基团可以增加聚合物的亲水性，引入光敏基团可以实现光响应性等。
4. 化学修饰：通过对聚合物表面进行化学修饰，如引入活性基团、磁性粒子等，以改变聚合物表面的性质，如增加亲附性、增强稳定性等。
不同的改性方法适用于不同的聚合物和需求，通过合理选择和组合这些改性方法，可以获得特定性能的改性聚合物。
聚合物改性的方法
聚合物改性的方法聚合物改性是在聚合物基础上进行化学或物理性质调整的过程，旨在改善聚合物的性能，以满足特定要求。
聚合物改性方法包括物理改性、化学改性和混合改性等。
物理改性是通过物理手段改变聚合物的性能。
常用的物理改性方法有填充改性、增强改性、合金化改性和辐射改性等。
填充改性是将填料添加到聚合物中，例如纤维素、石墨、玻璃纤维、纳米颗粒等。
填料可以改变聚合物的力学性能、热稳定性、尺寸稳定性等。
常见的填充改性材料有增强剂、助剂、着色剂等。
增强改性是通过增强聚合物的强度和刚度来改善其力学性能。
常用的增强改性方法有增加纤维素纤维、添加无机颗粒、引入纤维素纤维等。
这些增强材料可以提高聚合物的抗压强度、抗弯强度和抗冲击性能。
合金化改性是将两种或更多种聚合物材料混合制备成新材料。
通过合金化改性，可以获得具有综合性能的新材料。
合金化改性可使聚合物改善机械性能、耐热性、耐老化性、耐化学性等。
合金化改性还可以解决单一聚合物的固有缺点，例如脆化、收缩等。
辐射改性是利用辐射源（例如电子束、γ射线、紫外线）照射聚合物，从而改善其性能。
辐射改性可以提高聚合物的物理性能、化学性能和耐候性。
常用的辐射改性方法有交联、致孔、溶解破坏等。
化学改性是通过化学手段改变聚合物的性质。
常用的化学改性方法有共聚改性、交联改性、引入功能基团改性等。
共聚改性是将两种或更多种具有不同性质的单体共聚，得到具有新性质的共聚物。
共聚改性可以改善聚合物的力学性能、热稳定性、耐刺破性等。
例如，丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚可以提高聚合物的韧性和抗冲击性。
交联改性是通过引入交联剂使聚合物形成三维网络结构，从而提高其力学性能和耐热性。
交联改性可以改善聚合物的抗拉强度、抗切割性、耐磨性等。
交联改性常用的交联剂有环氧树脂、双酮、多官能团化合物等。
引入功能基团改性是通过引入具有特定功能的化学基团来改变聚合物的性能。
例如引入亲水基团可以提高聚合物的吸湿性和增湿性，引入官能团可以提高聚合物的活性和选择性。
聚合物改性
04
填料的表面特性
填料表面形态也多种多样，有的光滑（如玻璃微珠），有的 则粗糙，有的还有大量微孔。填料表面的化学结构也各有不同。 譬如，炭黑表面有羟基、内酯基等官能团，对炭黑性能有一定作 用。填料也常常通过表面处理，使表面包覆偶联剂等助剂，以改善 其表面特性
05
填料的密度与硬度
填料的密度不宜过 大。密度过大的填料会 导致填充物的密度增大， 不利于材料的轻量化。 硬度较高的填料可增加 填充聚合物的硬度。但 硬度过大的填料会加速 设备的磨损。
4.3 填充体系性能及填充改性机理
4.3.1 填充的基本特征
4.3.2 填料对填充体系性能的影响 4.3.3 无机刚性粒子对塑料的增韧
01
4.3.1 填料的基本特征
（1） 填料的细度 （2） 填料的形状
（3） 填料的表面特性
（4） 填料的密度与硬度 （5） 其他特性
02
填料的细度
填料的细度是填充剂最重要的性能指标之一。颗粒细微的填充剂粉末，可在聚合 物基体中均匀分散，从而有利于保持基体原有的力学性能。而颗粒粗大的填充剂颗粒， 则会使材料的力学性能明显下降。填充剂的改性作用，如补强、增韧、提高耐候性，阻 燃、电绝缘或抗静电等，也要在填充剂颗粒达到一定细度且均匀分散的情况下，才能 实现。 填料的细度可用目数或平均粒径来表征。对于超细粉末填料，也常用比表面积表征 其细度。譬如，纳米级粒子的比表面积可达30以上。
08
力学性能
对于许多填充体系而言，特别是对于未经表面处理的粉末填料填充塑料体系，随着 填充量增大，体系的力学性能（如拉伸强度、伸长率）是下降的。对填料进行表面处理， 可以减少力学性能下降的幅度。当填料的粒径足够细，且进行了适当的表面处理时，还 会有补强效果。进行了表面处理的纤维状填料则通常都会有较好的增强效果。 关于超细填料对聚合物的补强作用的机理，一般认为，这是因为随着填料粒子变细， 比表面相应增大，填料与聚合物之间的相互作用也随之增大，使力学性能提高。
聚合物共混改性原理第二章课件
第2章 聚合物共混物相容性
2.2.3.1.3 Flory—Huggins理论的缺陷
实验证明F－H 模型过分简化，不能解释大多数聚合物溶液和聚合物共混物的普遍特点：相容的聚合物共混物随着温度升高发生相分离；甚至不能定性解释，对浓度依赖的物理意义因为 F－H 理论在推导过程中作了如下假设：
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第2章 聚合物共混物相容性
2、共聚物的组成
对于均聚物／共聚物体系，相容性与共聚物的组成有关。NBR的 与AN含量有关。用气体作探针表明，AN含量20一40% 时NBR／PVC的相容性不断增加。由电镜和Tg表明，NBR-18和AN含量26%的NBR-26与PVC只是有限相容，两相界面模糊，仅AN含量40%的NBR一40与PVC溶液共混时才是均相，只有一个Tg。在PVC／EVA中相容性随醋酸乙烯（VAC）含量的增加而增加，VAC含量为65-70%时共混物为单相，45%时为两相。对氯苯乙烯—邻氯苯乙烯共聚物与PPO共混时，在对氯苯乙烯含量23—64%范围内，用量热法观察到单一的Tg。苯乙烯（St）与AN的无规共聚物（SAN）与PMMA共混时，AN含量在9—27%范围内时，电镜和力学性能表明二者相容。
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第2章 聚合物共混物相容性
2.2.3 聚合物—聚合物共混体系相容性的热力学理论
2.2.3.1 Flory—Huggins理论
2.2.3.1.1 基本理论
式中 为混合的吉布斯（Gibbs）自由能； 为混合焓； 为混合熵； T 为热力学温度。
但是，也有例外，极性高分子共混时也会不相容，如PVC／CR，PVC／CPE；非（弱）极性高分子共混时也会相容，如 PS／PPO。
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第2章 聚合物共混物相容性
熔融共混物，与乳状液相似，其稳定性及分散度由界面两相的表面张力决定。对于高分子，当两相的接触角为零时，其界面张力 可用下式表示：
聚合物的填充改性共81页文档
聚合物的填充改性
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
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二、硅酸盐
1、滑石粉 （含水硅酸镁） 稍带层片状结构
对提高刚性，HDT较有效 尤适用于PP
2、云母粉（主要成分：硅铝酸钾） 径厚比大
增强效果优异 对提高刚性，HDT 较大大优于滑石粉 抗翹曲变形形好
3、硅灰石粉（硅酸钙组成） 典型的针状结构
4、玻璃微珠
空心玻璃微珠（漂珠）
三、硫酸盐 1、硫酸钡（对X射线有很高的反射率） 2、硫酸钙 四、氧化物与氢氧化物 1、二氧化硅（白炭黑）（橡胶补强性填料、涂料） 2、氢氧化铝（阻燃填料）(trihydroxide, hydrated alumina, aluminium hydroxide 3、氢氧化镁（阻燃填料） Non-toxic & Non-Halogen Flame Retardants
填充改性的基本原理 填料的种类与特性 填料的表面处理 填充聚合物的改性效果 填充聚合物的制备与加工
第一节 填充改性的基本原理
一、填料的作用
1、增量 2、增强 3、赋予功能（P37表2－1）
导电塑料---过电流保护元件
蓄冷器
二、填料的性质
1、填料的几何形态特征 2、粒径 3、表面形态与性质 4、物理性质 （1）密度；（2）吸油值；（3）硬度； （4）颜色与光学特性；（5）热性能； （6）电性能；（7）磁性能 5、热化学效应
导电机理 （1）导电通道(conductive path)； （2）隧道效应(tunnel-effection) ； （3）场致发射(field-emission)
六、有机物 1、木粉 (wood-plastics composite) 缩写为“WPC”
2、淀粉
生物降解农用地膜
炭黑(carbon black)－－其体积电阻率 (volume resistivity)为10-1～103Ω〃ｃ ｍ 炭黑的元素组成及晶体结构类似于石墨 (graphite) 炭黑颗粒具有高结构性－枝状结构 经混炼、加工成型后，炭黑以粒子形式分 散于塑料中，随着炭黑添加量的增加，粒 子间距降低，当接近或呈接触状态后，形 成大量导电网络通道，使得材料的体积电 阻和表面电阻降低，导电性能提高。 导电机理
2、拉伸强度
同一种矿物填料，粒径越小,比表面积越高拉伸强度越 高; 高纵横比的片状或纤维状填料能促进拉伸强度的提高； 良好的表面处理，能提高拉伸强度。
3、断裂伸长率 填料的存在，使断裂伸长率有所下降；填料越多，断 裂伸长率越低； 较小的填料粒径，其断裂伸长率较高； 良好的表面处理，提高断裂伸长率。 4、冲击强度 填料的加入通常使抗冲击性能下降； 纤维状填料对抗冲击性能的减弱作用较小； 填料表面与基体之间有适当的粘合可减小冲击强度降 低的幅度； 高堆砌系数的填料对冲击性能降低的影响要小一些； 采用小粒径、并能与聚合物粘合良好的填料，就有可 能在应力作用下吸收形变能，促进基体的脆－韧转变。
1、线膨胀系数 填料量增大，线膨胀系数减小； 由于流动取向作用，纤维状填料易造成线膨胀系数 的各向异性：取向方向上，线膨胀系数较小，与取 向垂直的方向上，线膨胀系数较大。 2、耐热温度（热变形温度与维卡软化温度） 填料通常使耐热温度有明显提高； 对结晶聚合物，填料的加入对提高耐热温度更加有 效； 高纵横比（径厚比）、高长径比的填料，对提高耐 热温度更加有效；
三、填充聚合物的界面
1、填充聚合物的构成 （1）聚合物基体（综合性能、粘接性、工艺性） （有效办法：考虑复合聚合物基体） （2）填料（堆砌系数很重要）
最大密 堆积 最小密 堆积
（3）偶联剂或表面处理剂
（4）其它助剂 增塑剂；增韧剂；稳定剂；分散剂；润滑 剂；抗氧剂；光稳定剂；着色剂等。
2、填充聚合物的形态 （1）按相的连续性特征划分
问题1：高聚物的燃烧机理？ 问题2：氢氧化镁、氢氧化铝的阻燃机理？ 联系问题1：归纳一下高聚物的燃烧的 三要素是什么？（氧、热、可燃性物质） 问题3：氢氧化镁、氢氧化铝在应用于阻燃时 有何异同？
五、单质 1、石墨（生产导电、抗静电制品、导热材料） 2、金属粉（生产导电、导热、电磁屏蔽制品） 3、炭黑（生产导电、抗静电制品）
降解薄膜制品
生物降解片材
农用可降解育秧钵
生物降解 淀粉基系 列产品
七、晶须 1、氧化锌晶须（Tetra pod shape Zinc Oxide Whiskers)(Single Crystal)
characteristics Low-shrinkage and high-fluidity of this material enables superior precision molding Holds stable and high-level antistatic capacity and conductivity High dimensional stability and accuracy is provided by the anisotropy-damping effect of moldings /ww/i_ e/29865/amtec_e/amtec_e.html
目数，就是孔数，就是每英寸 长度上孔的数目。目数越大， 孔径越小。 微米，作为估算，目数×孔径 （微米数）≈15000。比如， 400目的筛网的孔径为38微 米左右；500目的筛网的孔 径是30微米左右。
孔径
指相邻的两根平行的丝内侧之 间的距离，计算公式如下： 孔径（mm）=25.4（mm） ÷目数-丝径（mm）
2、光学性能
本身的色泽直接影响填充聚合物的外观颜色； 通常使填充制品的表面光泽度下降，其降幅次序大致 为： 金属粉＜CaCO3＜滑石粉＜云母 球状＜不规则粒状＜针状＜片状； 与基体聚合物的折射率相近、且能与聚合物基体结合 良好的填料，对透明性影响较小；而与基体聚合物的 折射率差异大的填料，具有更高的遮光效果； 某些无机填料（如云母粉、高岭土、滑石粉等）具有 阻隔红外线透过的作用
5、耐腐蚀性
填料的耐化学腐蚀性一般比聚合物要差，但填料 的组成不同，耐化学腐蚀性有显著的差异； 碳酸钙不耐酸，能被酸溶解。 具有多层结构的表面处理型填料，可使耐化学腐 蚀性有所改善。
二、填料表面处理剂
1、表面活性剂
分子由非极性的亲油(疏水)基 与极性的亲水(疏油) 基组成，故既具有亲油性又同时具有亲水性，形 成所谓的“双亲结构”。对某一体系有效的表面 活性剂，其亲油亲水强度匹配必须适度，即应有 一适宜的“亲水亲油”平衡值。
表面活性剂的类型
表面活性剂的作用机理 （1）离子交换吸附
第四节
聚合物填充改性效果
一、聚合物填充改性的经济效果 1、重量成本 P=P1w1+P2w2 2、体积成本 V=mw1/ρ1+mw2/ρ2 3、其它影响 二、填充聚合物的力学性能 1．弹性模量
窄分布的大颗粒填料，填充体系的弹性模量增大较少； 填料颗粒的纵横尺寸比较大时，填充体系的弹性模量显 著增大，如片状和纤维状填料；
带有极性接枝链或嵌段链的高分子增容剂， 如马来酸酐（MA）接枝改性的各种聚合物， PE-g-MA，PP-g-MA，SBS-g-MA， EVA-g-MA，EPDM-g-MA等。
三、填料表面处理方法
1、干法
（1）表面涂敷处理 （2）表面反应处理 （3）表面聚合处理
2、湿法 3、气相表面处理法 （1）以具有反应活性的处理剂的蒸汽与填料 粉体的表面发生化学反应实现填料的表面处 理。 （2）等离子体气相表面处理 4、加工现场处理法 （1）捏合法 （2）研磨处理法 （3）反应挤出处理法
四、填充聚合物的其它性能
1、电学性能 一般无机填料都可以提高填充聚合物的介电强 度；而有机填料和水分使填充聚合物的介电强 度下降； 填充聚合物的介电常数和损耗因子也与填料的 关系不大，主要影响来自填料所带进的水分或 特殊的杂质； 导电性填料则可以得到永久性的导电或抗静电 聚合物； 填充聚合物的导电性的相关因素：填料本身的 导电性、添加量、颗粒形态、成型加工条件、 其它添加剂的使用以及温度等。
第三节 填充剂的表面处理
一、填料表面处理的作用机理 1、表面物理作用（填料表面与处理剂的结合是分子间作用力 ）
（1）表面涂覆（也称包覆和涂层） 利用无机物或有机 物（主要是表面活性剂，水溶性或油溶性高分子化合物及 脂肪酸皂等）对填料表面进行包覆以达到改性的方法。 （2）表面吸附 使填料表面以物理力形式结合上一层表 面处理剂，但两者之间有较强的物理吸附作用。 2、表面化学作用（填料表面是通过产生化学反应而与处理剂相 结合 ） 通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附（包 括表面取代、水解、聚合和接枝等）的方式完成。
（2）填料流动取向对填充聚合物宏观结构形 态的影响
3、填料－聚合物界面的形成 两个阶段：
（1）接触及浸润阶段； （2）聚合物的固化过程。 结果：由于填料及聚合物的表面组成总是 与其本体有所不同； 在填料与聚合物之间必然要形成一个 新的界面区。
第二节ห้องสมุดไป่ตู้填料的种类与特性
一、碳酸盐 1、重质碳酸钙（重钙） 2、轻质碳酸钙（轻钙）
4、阻燃性
许多情况下使用无机填料都会使填充聚合物较基体的 可燃性下降，含有硅元素的矿物填料的作用更加明显； 氢氧化铝和氢氧化镁是有效的阻燃填料（具有填充、 阻燃、抑止烟雾三种功能），使用中要注意： 分解失水温度（氢氧化铝在200℃以上即明显分解脱 水，氢氧化镁的热分解温度为340℃）； 单独使用时，用量需达到50％（质量分数）以上，才 会有显著的阻燃效果； 为维持较好的力学性能，需尽可能减少填充量，为此 需添加其它阻燃协效剂（如有机硅酮、磷系阻燃剂、 纳米蒙脱土等）。
（2）离子对吸附
（3）π电子极化吸附（即表面极性剂分子含富电子 的芳香环时，易于与固体表面强正电性位置相互 吸引而吸附。 （4）氢键吸附