聚合物共混物的性能
聚合物共混知识点总结
1.聚合物共混：共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。
其中，物理共混就是通常意义上的“混合”。
如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。
2.分布混合，又称分配混合。
是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。
3.分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。
分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的，分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。
4.总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小。
5.分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。
对于总体均匀性，则采用数理统计的方法进行定量表征。
分散度则以分散相平均粒径来表征。
6.分散相的平衡粒径：在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自动均化的过程的结果，是使分散相例子达到一个最终的粒径。
即“平衡粒径”。
7.高分子合金：（塑料合金）指含多种组分的聚合物均相或多相体系，常具有较高的力学性能，作工程塑料。
8.熔融共混：将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混（应用广泛）。
采用的设备-----密炼机、开炼机、挤出机等。
本方法最具有工业价值。
9.溶液共混：将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。
本方法主要用于基础研究领域10.乳液共混：将不同聚合物乳液共混方法。
本法可用于橡胶共混改性中；以乳液应用的产品可乳液共混改性等。
11.分散度：反映分散相物料的破碎程度；（分散相的平均粒径和分布表征）12.均一性：反映分散相分散的均匀程度（分散相浓度起伏大小，用统计法）13.相界面：连续相与分散相之间的交界面。
（界面结合好坏对共混物性能有重大影响）14. 所谓聚合物之间的相容性（Miscibility），从热力学角度而言，是指在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。
聚合物共混物的相容性
三、Flory相互作用参数 4. LCST相图
χ12的温度依存性
相图
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
度升高时
降低，为
UCST。即在高温域相容，
分子量越大UCST向高温侧
移动。
对放热系（引力系），
始终为负，即全温度域内相
容。
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
三、Flory相互作用参数 2. 的温度依存性和相图的关系
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温度T
组成
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
三、Flory相互作用参数 3. UCST相图
UCST——最高临界相容温度 （upper critical solution temperature）
PS/PB低聚物共混系。 曲温线度T有＞最T高C时点，(T与C)组，成当无体关系均的
不当会体分系相的，温故度TTC＜是临Tc界时温，度成。分 在曲线内的共混物都将分相。 临界温度随分子量增加向高温 域移动。
第一节 聚合物共混物相容性的基本概念
典型的高分子二元共混物相图
一相 两相
两相 一相
两相 一相
两相
两相 一相
两相 一相
UCST+LCST:聚苯乙烯/聚苯醚、 聚甲基丙烯酸甲酯/氯化聚乙烯、UCST: 天然橡胶/丁苯橡胶、 聚异丁烯/聚二甲基硅氧烷、 聚苯乙烯/聚异戊二烯、 聚2氯021化/7/3乙0 烯/聚氧化丙烯
H m RT12n12
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第二节 聚合物共混物相容热力学理论
二、Flory-Huggins模型
Gm RT n1 ln 1 n2 ln 2 12n12
聚合物共混的形态
聚合物共混的形态
聚合物共混是指将两种或多种不同的聚合物混合在一起，通过物理或
化学方法形成一个新的材料。
共混材料可以具有比单一聚合物更好的
性能，如力学性能、热稳定性、耐磨性、透明度等。
共混材料的形态
可以分为以下几种：
1. 相分离型共混
相分离型共混是指两种或多种聚合物在混合后相互不溶，形成两个或
多个相区域。
每个相区域中都含有一种或多种聚合物，这些区域之间
通过界面结构连接起来。
相分离型共混通常需要添加一些表面活性剂
来改善不同相之间的亲和力。
2. 交替型共混
交替型共混是指两种或多种聚合物在混合后形成一个交替排列的结构。
这些聚合物按照一定的规律交替出现，形成一个类似于“条纹”的结构。
交替型共混通常需要通过特殊的制备工艺来实现。
3. 微相分离型共混
微相分离型共混是指两种或多种聚合物在混合后形成许多微小的相区域。
这些相区域的尺寸通常在10纳米到1微米之间，需要通过高分子自组装或特殊的制备工艺来实现。
微相分离型共混通常具有较好的力学性能和透明度。
4. 互穿型共混
互穿型共混是指两种或多种聚合物在混合后形成一种类似于网络结构的体系。
其中每一种聚合物都穿透了另一种聚合物的网络结构中，形成了一种类似于“交错”的结构。
互穿型共混通常需要通过特殊的制备工艺来实现。
总之，不同类型的共混材料具有不同的形态和性能表现。
选择合适的制备方法和配方可以得到理想的共混材料，并拓展其应用领域。
聚甲醛(POM)聚丁二酸丁二醇酯(PBSU)共混体系相容性、结构及性能的研究
聚甲醛（POM）/聚丁二酸丁二醇酯（PBSU）共混体系相容性、结构及性能的研究相容结晶/结晶性聚合物共混体系由于其丰富的结晶形貌和复杂的微观结构,近年来备受研究人员的关注。
本文首次制备了聚甲醛(POM)/聚丁二酸丁二醇酯(PBSU)共混物,对其相容性、结晶行为和力学性能展开了系统研究。
此外,通过剪切场作用,制备了具有取向平行的环带球晶结构的薄膜,对其形成机理以及表面润湿性能进行了探讨。
论文的主要研究内容包括:第一部分,POM/PBSU共混体系的相容性研究POM/PBSU共混物在熔体状态时相容,呈均一熔体,其相容性来自于POM分子链中的亚甲基与PBSU分子中羰基的相互作用。
共混物从熔体冷却降温时,两组分分别结晶,形成晶纤相互穿插(interfibrillar)的结构。
共混物因此表现出两个相互靠近的玻璃化转变温度,分别对应于两种晶纤的无定型区分子链的松弛。
第二部分,POM/PBSU共混体系的结晶行为研究由于POM和PBSU较大的熔点差距,该共混体系表现典型的分步结晶的结晶行为。
在从均一熔体降温的过程中,POM首先结晶形成充满熔体的环带球晶。
共混物中POM环带球晶的生长速率和环带间距受共混物组成的影响。
在POM 结晶完全后继续降温,PBSU开始结晶,当PBSU含量大于50 wt%时,相较于纯PBSU,由于POM晶体对PBSU的成核作用,共混物中PBSU的结晶速率明显加快;而当PBSU 含量低于50 wt%时,由于共混物中PBSU连续度的降低,PBSU结晶受到限制,其结晶速率逐渐降低,甚至不发生结晶。
第三部分,POM/PBSU共混体系的力学性能研究POM/PBSU共混物中,当POM含量大于30 wt%时,PBSU能够提高POM的韧性,POM能够提高PBSU的使用温度。
当共混物中POM含量为3―10 wt%,样品表现出弱而脆的力学性能。
在此含量范围内的共混物中,POM能够在共混物基体中形成松散而完善的晶体框架。
聚合物共混物的流动性能估算
聚合物共混物的流动性能估算上海北京顺德文章来自于塑料产业论坛（ ）聚合物共混物的性能估算历来是学术界热衷的事情，其目的主要在于探索材料结构以及混合物料在加工过程的演变机理、使用过程中的失效机理。
下面结合我自己在塑料行业的从业经历，谈谈聚合物掺混物（blends ）的性能估算，由于经历有限、阅读的文献有限，只是做个大概的总结。
1996年吴培熙、张留成写的《聚合物共混物改性》一书出版，这标志着我国第一本共混改性专著的诞生，它系统总结了共混改性的理论和实践，更多的是多外国的东西的总结。
在这本书里，作者总结了聚合物共混熔体的粘度，给出了非均相共混物熔体的粘度估算的上下限：上限值：η=η2+）（12121/)2/1()/(11ηφηηφ⨯+---------------------------------------------（1）下限：η=η1+）（11122/)2/1()/(1ηφηηφ⨯+- --------------------------------------------(2)式中，φ1、φ2—分别为组分1和组分2的体积分数；η1、η2—分别为组分1、组分2的粘度，η2＞η1；η—共混物的粘度。
Heitmiller 给出近似公式：η1=11ηW ＋22ηW -------------------------------------(3) 式中，η、η1、η2分别为共混物、组分1及2的熔体粘度；W1及W2---为别为组分1和组分2的熔体粘度2004年，化学工业出版社出版了郑州大学王经武写的《塑料改性技术》一书，该书基本套路与吴培熙的《聚合物共混物改性》类似，对新文献做了更多的总结和充实。
该书讲流动性能没有超过吴培熙的书。
2004年科学出版社出版了《聚合物共混物：组成与性能》，该书是吉林大学的一群老师和学生翻译的国外名著，原著由美国D.R.保罗和英国的C.B.巴克纳尔撰写。
原著从1978年就出版了，2000年出了新版。
聚合物共混物
摘要：随着科技的发展，聚合物共混物作为一种新型材料，引起了广泛关注。
本文从聚合物共混物的定义、分类、制备方法、性能特点及应用领域等方面进行了综述，旨在为我国聚合物共混物的研究与应用提供参考。
一、引言聚合物共混物是指由两种或两种以上聚合物通过物理或化学方法混合而成的复合材料。
由于聚合物共混物具有优异的性能和广泛的应用前景，近年来在国内外得到了迅速发展。
本文将对聚合物共混物的相关研究进行综述，以期为我国聚合物共混物的研究与应用提供参考。
二、聚合物共混物的定义与分类1. 定义聚合物共混物是指将两种或两种以上聚合物通过物理或化学方法混合而成的复合材料。
在共混过程中，聚合物分子链相互缠绕、穿插，形成具有一定结构特征的共混体系。
2. 分类（1）按相态分类：聚合物共混物可分为均相共混物、部分相容共混物和不相容共混物。
（2）按聚合物类型分类：聚合物共混物可分为聚烯烃共混物、聚酰胺共混物、聚酯共混物等。
三、聚合物共混物的制备方法1. 机械共混法机械共混法是最常用的聚合物共混方法，主要包括熔融共混、溶液共混和乳液共混等。
（1）熔融共混：将两种或两种以上聚合物在熔融状态下混合，利用高温和机械力使聚合物分子链相互缠绕、穿插，形成共混物。
（2）溶液共混：将聚合物溶解在溶剂中，通过搅拌、混合等手段使聚合物分子链相互缠绕、穿插，形成共混物。
（3）乳液共混：将聚合物分散在乳液中，通过搅拌、混合等手段使聚合物分子链相互缠绕、穿插，形成共混物。
2. 化学共混法化学共混法是通过化学反应将两种或两种以上聚合物连接在一起，形成共混物。
主要包括共聚、交联、接枝等方法。
四、聚合物共混物的性能特点1. 改善力学性能聚合物共混物可以改善单一聚合物的力学性能，如提高拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等。
2. 改善耐热性能聚合物共混物可以改善单一聚合物的耐热性能，如提高熔点、热变形温度等。
3. 改善耐腐蚀性能聚合物共混物可以改善单一聚合物的耐腐蚀性能，如提高耐酸、耐碱、耐溶剂等性能。
PBAT与可生物降解聚合物的共混改性
PBAT与可生物降解聚合物的共混改性一、PBAT/PLA共混物PLA具有较高的拉伸强度和压缩模量，但质硬，且韧性较差，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形。
这限制了PLA应用。
而PBAT具有良好的拉伸性能和柔韧性，利用PBAT对PLA进行增韧不失为一种行之有效的方法。
顾书英等用熔融挤出法制备了PLA/PBAT共混物。
共混物的冲击强度及断裂伸长率随着PBAT含量的增加而增大，在PBAT含量为30%（质量分数）时，断裂伸长率最大，达到9%。
不过PBAT的加入降低了共混物的拉伸强度和弯曲性能，但在添加量（质量分数）较低的情况（如5%和10%）下，下降不大。
PLA与PBAT的相容性差，导致PLA/PBAT的共混物拉伸强度降低较多。
为了扩大其应用范围，需在共混物中引入增容剂以减小两相界面张力，增大界面结合力，改善共混体系的力学相容性和冲击性能。
赵正达等以德国BASF公司的扩链剂Joncryl ADR-4368增容了PLA/PBAT共混体系。
Joncryl是由甲基丙烯酸缩水甘油酯与其他丙烯酸树脂或苯乙烯合成的共聚物，可以提高共混体系的结晶温度，降低结晶度。
PLA/PBAT以60/40（质量比）的比例共混时，加入扩链剂Joncryl 0.5份后增强了PLA与PBAT间的界面结合力，共混物的拉伸强度和断裂伸长率都得到明显提高，分别达到30MPa和700%。
刘涛等用法国阿科玛公司的LotaderAX8900增容了PLA/PBAT共混体系，在PLA/PBAT（质量比）比例为60/40、AX8900用量为3份时PLA与PBAT两相界面黏接力得到提高，从而改善了共混物的综合力学性能。
朱兴吉等用双螺杆挤出机熔融挤出制备了PLA/PBAT共混物，并研究了聚乙二醇（PEG）对其的增容作用。
结果表明，少量PEG的加入使共混物的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量都得到了显著改善，冲击强度略有增加；PEG 增强了共混物中PLA与PBAT分子链段的相互作用，使共混物的相容性有所提高。
第六章 聚合物共混物
▪ （2）混合过程中化学反应所引起的增容作用。
▪ （3）聚合物组分之间引入相互作用的基团。
▪ （4）共溶剂法和IPNs法。
6.3.2 聚合物/聚合物互溶性的热力学分析 根据热力学第二定律，对于理想溶液而言：
GM HM TSM
只有当△Gm ﹤0时，混合才能自发进行
对于聚合物体系而言：
④ 在其它工艺条件相同的情况下，延长混炼时间或增加 混炼操作次数，在一定条件下虽可提高共混物料的均匀性， 但应避免高聚物有可能出现的过度降解以至由此而引起高 聚物共混物料的劣化。 熔融共混法是一种最常用的高聚物共混法，与初混操作结 合，一般可取得较满意的效果，其中又一挤出共混应用最 广。
（3）溶液共混法
（2）对于反应型增容剂，其增容原理与非反应型增容剂显 著不同，这类增容剂与共混物各组分之间形成了新的化学键， 所以称之类化学增容，它属于一种强迫性增容，反应型增容剂 主要是一些含有可与共混组份起反应的官成团的共聚物，它们 特别适合于相容性差且带有易反应官能团的高聚物之间的增容， 反应增容的概念包括，外加反应性增容剂与共混高聚物组分反 应而增容；也包括使其混高聚物官能化并凭借相互反应而增容。 反应型增容剂：优点，用量少、效果好，缺点：易因副反应造 成物性下降。 非反应型增容剂，优点，无副作用，使用方便，缺点：用量较 多，效果较低，成本较高。
6.3.1 聚合物/聚合物互溶性的基本特点:
▪
聚合物分子量很大，混合熵很小,所以热力学上
真正完全互溶即可任意比例互溶的聚合物对为数不多，
大多数聚合物之间是互不溶或部分互溶的。当部分互
溶性较大时，称为互溶性好；当部分互溶性较小时，
称为互溶性差；当部分互溶性很小时，称为不互溶或
基本不互溶。 表6－4和表6－5
聚合物共混的原则
聚合物共混的原则
聚合物共混是指将两种或更多种不同的聚合物通过物理或化学方法进行混合，形成具有特定性能和应用的新材料。
共混是一种复杂的过程，需要注意一些基本原则。
1. 物理相容性：共混聚合物应具有较好的物理相容性，即相互间有较好的相容性和混合性。
若两种聚合物相互溶解或相分离较慢，可能会导致相分离或相强化现象，使共混体系的性能下降。
2. 相似的玻璃转变温度：两种共混聚合物的玻璃转变温度（Tg）相似，可以减小共混体系的相分离和相强化的可能性。
3. 化学相容性：两种聚合物在化学结构上应有一定的相似性，以提高它们之间的相容性。
4. 相互作用：共混聚合物之间应具有相互作用，如氢键、离子键等，以提高共混体系的稳定性和强度。
5. 添加剂的选择：适当的添加剂可以改善共混体系的相容性和性能，如增塑剂、增强剂、抗氧剂等。
6. 处理条件的选择：合适的加工温度、时间、剪切力等处理条件对共混聚合物的形成和性能以及相分离的控制起着重要作用。
7. 合理的配比：合适的配比能够达到最佳的性能，过量或不足的聚合物可能会降低共混体系的性能。
总之，聚合物共混的原则是在物理相容性、化学相容性、相互作用、添加剂的选择、处理条件的选择和合理的配比等方面进行考虑，并根据具体情况进行调整和改进。
聚合物共混复合材料力学性能影响因素
聚合物共混复合材料力学性能影响因素
聚合物共混复合材料力学性能的影响因素主要包括以下几个方面：
1.基体材料的选择：共混材料基体主要是聚合物，不同聚合物具有不同的力学性能，如强度、韧性和硬度等，因此在选择基体材料时应根据具体应用选择适合的聚合物。
2.增强材料的选择：增强材料通常是纤维或颗粒，不同形状的增强材料对复合材料的力学性能产生不同的影响，例如纤维比颗粒更有利于提高强度和刚度。
3.增强材料含量：增强材料含量越高，复合材料的强度和刚度越高，但过高的含量会降低复合材料的韧性。
4.增强材料分散度：增强材料在基体中的分散度对复合材料的力学性能有非常大的影响。
较好的分散会提高复合材料的强度和韧性。
5.制备工艺：制备工艺对复合材料的力学性能也有很大的影响，如制备温度、压力、速率、时间等。
综上所述，聚合物共混复合材料的力学性能受多方面因素的影响，根据具体应用需求选择相应的基体材料和增强材料，并优化制备工艺，从而实现最佳力学性能。
完全相容的聚合物共混物特例
完全相容的聚合物共混物特例完全相容的聚合物共混物是指两种或更多种不同的聚合物在共混过程中形成均匀的混合物，其中每个聚合物分子与其他聚合物分子之间没有明显的相互作用或相互吸引力。
这种共混物在微观尺度上呈现出单一均匀的相态，具有优异的力学性能、热稳定性和可加工性。
1. 聚合物共混物的定义- 聚合物：由重复单元组成的高分子化合物。
- 共混：将两种或多种不同的聚合物混合在一起，形成新的材料。
2. 聚合物共混物分类- 相容性：根据聚合物之间相互作用力强弱程度，可以将共混体系分为完全相容、部分相容和不相容三类。
- 完全相容：指两种或多种聚合物之间没有明显的相互作用力，能够形成均匀无缺陷结构。
- 部分相容：指两种或多种聚合物之间存在一定程度上的相互作用力，但仍能形成较为均匀结构。
- 不相容：指两种或多种聚合物之间相互作用力较强，形成不均匀结构。
3. 完全相容的聚合物共混物特点- 均匀性：完全相容的聚合物共混物在微观尺度上呈现出单一均匀的相态，没有明显的界面或分离现象。
- 优异性能：由于共混体系中聚合物分子间没有明显相互作用力，因此可以充分发挥各个聚合物的特点，获得优异的力学性能、热稳定性和可加工性。
- 可调性：通过调整不同聚合物的比例和配方，可以改变共混体系的性质和应用范围。
4. 形成完全相容共混物的机制- 相似化学结构：两种或多种聚合物具有相似或兼容的化学结构，使得它们能够在分子级别上实现良好的相互作用。
- 相似链段长度：两种或多种聚合物具有相似长度的链段，有利于链段之间的交叉扩散和排列。
- 相近玻璃化转变温度：两种或多种聚合物具有接近的玻璃化转变温度，有利于形成均匀的玻璃态混合物。
- 相似亲疏水性：两种或多种聚合物具有相近的亲疏水性，使得它们能够在溶液中相互溶解并形成均匀混合物。
5. 完全相容聚合物共混物的应用- 功能性材料：完全相容的聚合物共混物可以用于制备具有特殊功能的材料，如自修复材料、形状记忆材料等。
本体聚合—聚合物混合与反应
聚合物熔融共混设备
单螺杆挤出内构件组合
双螺杆挤出组合1
双螺杆挤出组合2
双螺杆挤出组合3
TSE20积木式开启型同向双螺杆挤出机
TSE20内部螺杆构件示意图
TSE20局部螺杆构件示意图
双螺杆挤出机中的反应与混合实例
PS/PA纳米合金
聚合物反应共混：原位聚合
聚合物与聚合物共混
聚合物A
图1
不相容体系，界面相互作用弱，分散相尺寸大，改性效果差；
聚合物共混物的生产办法
(1) 熔融共混：
将两种聚合物加热到熔融状态，使它们在强剪切力作用下进行混合 的方法，可在捏和机或螺杆挤出机中进行。最常用
(2)溶液浇铸共混：
将两种聚合物的溶液混合，浇铸成型，脱除溶剂后得到共混物薄膜， 用于少量或不宜于加热熔融共混的聚合物。
Step 1 (reaction between macromolecules and small molecules )
O O O O N O NH2
PP-g-MA
NH2
Step 2
+
PP-g-NH2
NH2
(reaction between macromolecules and macromolecules)
颗粒：SiO2、CaCO3、TiO2、硅灰石、玻璃微球、碳黑、 无机粒子：片状：层状硅酸盐、云母 （阻隔性) 针/管状：晶须、碳纳米管（增强） 微米(0.1-100um) 纳米(1-100nm)
中空玻璃微球 云母 镁盐晶须 碳纳米管
(长/短)纤维：玻璃纤维、C纤维、Kavler纤维、天然纤维(麻)
C纤维 短玻纤 剑麻纤维
Produce styrenic polymers with high Tg Study reaction between small molecules and macromolecules in TSE
LDPE／iPB共混物的性能
扫描量 热仪 ， 国耐驰公 司生产 ；Ｘ Ｄ型橡胶 硬 德 Ｌ—
度计 ． 上海六菱 仪器厂生产
１３ 试 样 制 备 ．
作 者 简 介 ： 周 彦 粉 ， ，９５年 生 ， 读 硕 士 研 究 生 ， 女 １８ 在 主
要 从 事高 分 子 材 料 合 成 及结 构 与 性 能 方 面 的研 究 工 作
１４ 性 能 测 试 与表 征 ．
全 同聚 １ 丁烯 （ Ｂ是线 型结构 的等规 聚合物 ． 一 ｉ ） Ｐ 具 有优异 的耐热蠕变性 、 环境 应力开裂性 和韧性 。 耐
通 过 将 不 同 聚 烯 烃 树 脂 共 混 ．可 以 获 得 综 合 性 能 优 越 的材 料 闭 但 是 相 容 性 决 定 了共 混 物 的最
从图 １ 出 ， 看 随着共混体 系组成 的变化 ， 伸 拉 性 能 出现最 小值 ， （Ｄ Ｅ 在 ４收 稿 日期 ： ２ ０ — １ ２ ０ ９ １ — ９； 修 回 日期 ： ２ １ — ２ ２ 。 ０００—６
生产 ； Ｔ Ｔ Ｓ ２ ０ Ｇ — Ｃ 一 ０ ０型拉 力试 验机 。高铁 科技 股 份有 限公 司生产 ： 国 Ｎ Ｔ Ｓ ＨＤ Ｃ ２ ４型差 示 德 Ｅ ＺＣ Ｓ 一０
４ ６ ，０： ０ ８ ２ ，０ ０进 行 配 料 ， 质 量 ０： ０ ６ ４ ，０： ０ １０： 将
分 数 为 ０１ 的 １ １ ． ％ ０ ０和质 量分 数 为 ０２ 的 １８ ． ％ ６ 分 别加入到上述各 配 比中．充分 混合后 于双辊开
炼 机 上 混 炼 约 １ ｉ． 度 为 １５ ｌ０℃。 ０ｍ ｎ 温 ０～ ｌ 将 混 炼 好 的 胶 料 于 平 板 硫 化 机 上 在 １０℃ ５ 下 模 压 ７ｍ ｎ 然 后 冷 压 ６ｍｉ． 到 片 材 ， 室 温 ｉ， ｎ得 于 下 放 置 ７天后 测 试 性 能
聚合物共混物的相容性
聚合物共混及性能的基本原理聚合物共混物的相容性背景•当今合成聚合物己成为实际应用中不可缺少的一类重要材料。
但是，社会发展对聚合物材料提出了日益广泛和苛刻的要求。
例如，既耐高温又易于加工成型，既有卓越的韧性又有较高的硬度，不仅性能良好而且价格低廉等。
单一的聚合物往往难以满足多种多样的要求。
•为获得综合性能优异的聚合物材料，除了继续研制合成新型聚合物外，已有聚合物的共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径，近年来越来越引起兴趣和重视。
•新型聚合物的研发成本往往达到聚合物共混物的近百倍，而且一些聚合物共混物的性能也远非单一聚合物可比拟。
聚合物共混物概念聚合物共混物(Polymer blend)是指两种或两种以上均聚物或共聚物的混合物，聚合物共混物中各聚合物组分之间主要是物理结合，因此聚合物共混物与共聚高分子是有区别的。
但是，在聚合物共混物中，不同聚合物链之间难免有少量化学键存在。
例如在强剪切力作用下使得聚合物链断裂，产生大分子自由基，从而形成少量嵌段或接枝共聚物。
此外，为强化参与共混的聚合物组分之间的界面粘接而采用的反应增容措施，也必然会在组分之间引入化学键。
聚合物共混物的研究开始于1912年的橡胶增韧聚苯乙烯。
此后，有关聚合物共混物的研究取得许多重大成果，可以认为是该领域发展的里程碑。
•以高抗冲聚苯乙烯（HIPS）为代表的增韧塑料的生产及其增韧机理的阐明；•以三元乙丙橡胶（EPDM）/PP为代表的热塑性弹性体的开发；•微相分离理论的成功以及对于相容高分子合金体系中特殊相互作用和分子内相互排斥作用的研究进展。
•聚合物共混物的研究呈现出在共混过程中对材料的相形态进行控制的趋势，因为决定新材料性能的关键因素是共混物中的形态结构。
•聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方面的因素决定。
•作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容性是关键因素。
•相容性是聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问题，不同聚合物相容性的热力学原因是聚合物物理学者探索的目标之一。
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n 2 2
n=1/5 (力学强度IPN） 或1/3 （介电常数）
在发生相逆转的组成范围内，对预测共混 物的弹性模量比较适用。 lnP =φ1lnP1 +φ2ln P2
6.2.5 预测方法的适用性与局限性 有其局限性，甚至是误差很大，但对于 探讨共混物的性能具有一定的指导意义， 尤其是在调整配方时，可省去很的时间和 力气，少做无用的实验，走捷径！
(2)可再现性 • 实验研究的结果还应该在特定范围内具有普遍适
用性，可以重复和再现。一项研究的结果，应该能 够在一定条件下重复和再现，包括在同类型的其它 设备上再现出来。尽管有差异存在，但基本的变化 趋势应该是能够再现的。 • 可比性和可再现性并不矛盾。实验结果的可重复、 可再现性(特定范围内的普适性)，是对实验结果真 实可靠性的最好的也是必需的验证。
6.3 共混物试样制备与测试
6.3.1 共混物试样制备 以工业应用为目的的研究工作，在实验室进 行试样制备时，选用的方法应该尽可能与该共混 体系工业应用时预期会采用的成型加工方法一致。 例如，预期工业应用采用注塑法，实验室试样制 备也应采用注塑法。
6.3.2 实验结果的可比性和可再现性
许多原因会影响实验结果，使实验结果的数据 上下波动，包括设备因素、环境因素(如环境温度 波动)、原料因素、仪器读数误差等等。对于聚合 物共混研究，由于影响因素复杂，实验数据出现 差异的可能性就更大。因而，共混研究中实验结 果的可比性和可再现性，就成为必须重视的问题。
6.1 共混物性能的影响因素
6.1.1 各组分的性能与配比
• 聚合物共混体系通常以某一种聚合物为主体，添 加其它组分对主体聚合物进行改性。主体聚合物 通常为连续相，其它共混组分则通常以分散相的 形态存在。 • 以塑料为连续相的共混体系，主要体现塑料的性 能； • 以橡胶为连续相的共混体系，主要体现橡胶的性 能。
对主体聚合物起改性作用的组分(可称为 改性剂)，通常有一个最佳的用量或最佳用 量范围。最佳用量一般是通过实验确定的， 也可以经理论计算进行初步的预测。
橡胶增韧塑料，橡胶的用量通常可在3-20%以上； 填充型无机阻燃剂用于聚合物阻燃，无机阻燃剂的用量可高 达60%以上 无机纳米粒子/聚合物复合体系，无机纳米粒子用量仅为0.10.5%。
P 1 ABd Pm 1 B d
1 max d 1 2 max
A KE 1
Pd 1 Pm B Pd A Pm
max
分散相粒子的真体积 分散相粒子的堆砌体积
6.2.3.2 分散相硬度较低的体系 :软改硬
两相体系中的分散相为硬度较高的组分，连续相为 硬度较低的组分时，共混物性能与纯组分性能的关 系，如橡胶增韧塑料体系：
• 需要了解共混物性能与单组分性能的关系，建立共 混物性能与单组分性能的关系式，进一步探讨共混 改性的机理。
• 以双组分共混体系为例，若设共混物性能为P，组 分1性能为P1 ，组分2性能为P2 ，组分1和2的体积 分数1 、 2，则可建立P与P1、 P2之间的关系式。 这里主要介绍Nielsen提出的预测公式。
6.4 共混物熔体的流变性能
熔融共混法是最重要的，也是最具工业应用价 值的共混方法。研究熔融共混，涉及共混物熔体的 流变性能，包括共混物熔体的流变曲线、熔体黏度、 熔体弹性等。
6.1.2 共混物形态的影响
共混物的形态包括：分散相的粒径及分布，分散相粒 子的空间排布、聚结状态与取向状态等。一般认为均匀一 些较好。过大或过小的粒子，处在最佳粒径范围之外，有 可能对改善性能不起作用，甚至产生不利的作用。
6.1.3 制样方法和条件的影响 6.1.4 测试方法与条件
6.2 共混物性能的预测
1 Ai Pm P 1 Bi d
1 Ai A
Pm 1 Pd Bi Pm Ai Pd
6.2.4 “海-海”结构两相体系
两相连续的“海-海”结构两相体系，包括聚合物 互穿网络(IPN)。采用机械共混法，亦可在一定条件 下获得具有“海-海”结构的两相体系：
P P P
6.3.2.1 关于设备因素 (1)可比性
实验结果更具可比性，进而发现和导出相关 的变化规律，测试应该尽可能在同一台仪器上进 行。相应的，共混物制样也应该尽可能在同一台 设备上进行，并且，同一组试样最好在同一次制 样中完成。这样的实验结果，最具有可比性，可 以最大限度地避免因设备和环境因素造 成的误差。
• 注重实验结果的可比性以揭示聚合物共混的基本 规律，实际上也是为研究结果的普遍应用(普适性) 创造条件、奠定基础。一般来说，某一次实验的 结果(特别是重要的实验结果，或者揭示新规律的 实验结果)，应进行多次重复验证。如果有条件， 应考察该结果在其它同类型设备上的可再现性。
• 当然，实验室小试的成果进入中试和工业性试验 时，会有放大效应出现，影响因素要远比小试复 杂。
6.2.1 简单关系式： 并联:
P 1 P 1 2 P 2
1 2 1
串联:
1 1 2 P P P2 1
P 1P 2 1 2 P 2 I1
6.2.2 均相共混体系
6.2.3 “海-岛”结构两相体系
6.2.3.1 连续相硬度较低的体系:硬改软 若两相体系中的分散相为硬度较高的组分，而连 续相为硬度较低的组分(这一设定主要适用于填充 体系，或塑料增强橡胶的体系):
.3.2.2 实验方案对结果的影响
• 组分A与组分B共混，组分B为少组分，且为变量时， 其添加量应按由少到多递增的次序进行。 • • 在共混中，通常以改性剂为变量设计配方，而未添加 改性剂的基体聚合物试样被称为“空白样”。空白样 对验证实验结果的可比性具有重要作用。在挤出和注 塑制样中，制样的开始和结束时都应该制备空白样， 以考察制样设备的状态是否发生了变化。 • Control experiment • 力学性能实验数据的过大波动，提示共混物混合的均 匀性欠佳。应设法改善共混效果，以降低力学性能实 验数据的过大波动。