共混改性填充改性9

主要助剂
偶联剂 偶联剂、增韧剂 稳定剂、偶联剂、增韧剂 偶联剂 偶联剂 偶联剂 偶联剂 偶联剂 偶联剂 偶联剂
热 塑 性 填 充 塑 料
热 固 性 填 充 塑 料
聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 ABS 聚酰胺 聚碳酸酯 聚酯 聚苯醚 聚苯硫醚
酚醛 氨基 环氧
不饱和聚酯
有机硅
木粉、石棉、GF及其织物 纸、布屑 石英、硅灰石、玻璃纤维 玻璃纤维及其织物 玻璃布
加压下，填充塑料不产生大流动场
加压下，填充塑料产生大流动场合下， 填料的取向（第二类取向）
合下，填料的取向（第一类取向）
聚合物共混改性原理

填充聚合物制品中填料取向是难以避免的现象，这种现象对填充聚 合物宏观结构形态产生了显著的影响。

填充聚合物制品内填料的取向，导致其物理力学性能产生相当明显
的方向差，主要表现在成型收缩率、制品后收缩率、热膨胀系数、 力学强度等方面。
3、填料表层剥离或轴向劈裂的破坏
当填充聚合物界面粘结强，基体树脂强度高而填充剂具有表芯 结构或结晶层滑动结构就易出现此种破坏模式
聚合物共混改性原理
纤维状填料填充塑料破坏时的示意图 M：树脂 F：纤维
(a)界面脱粘破坏 (b)纤维被剥去表层
(c)界面层树脂破坏
聚合物共混改性原理
五、填充塑料界面设计 原则：

使界面区结构产生复杂变化的原因如下 ： 界面区树脂的密度 界面区树脂的交联度 界面区树脂的结晶 界面区化学组成
聚合物共混改性原理
三、填充塑料界面的作用及作用机理
界面区对填充塑料性能的贡献： 1）通过界面区使填料与基体树脂结合成一个整体，并通过它 传递应力。 2）界面的存在有阻止裂纹扩展和减缓应力集中的作用。 3）在界面区，填充塑料若干性能产生不连续性，因而导致填
脂等。

填料：性能-源自文库--外观、物理、化学及其它性能 用量

偶联剂及表面处理剂： 其它助剂：加工助剂 稳定剂 功能性助剂
一些填充塑料体系的主要成分
树脂
主要填料
碳酸钙、硅灰石、粘土等 碳酸钙、硅灰石、玻璃纤维 碳酸钙、硅灰石、粘土、炭黑 玻璃纤维 玻璃纤维 玻璃纤维 玻璃纤维、硅灰石 玻璃纤维 玻璃纤维 玻璃纤维
充塑料可能出现某些特殊功能。
聚合物共混改性原理
填充塑料界面作用机理
1、化学键理论
此理论认为，界面粘接是通过化学键的建立而实现的。当填料及树脂之间具有 可反应的官能团以及在使用恰当的偶联剂场合，这一理论无疑是正确的。
2、表面浸润理论
此理论认为，所有粘结剂的首要要求是必须浸润填料，若完全浸润，则由物 理吸附所提供的粘结强度能超过树脂的内聚能。浸润理论可作为化学键理论的一
聚合物共混改性原理
填充聚合物中树脂基体的微观结构形态
分散相为不规则几何形状，球粒状，胞状
聚合物共混改性原理
填充塑料中填料与树脂的界面
一、填料与树脂界面的形成：
两个阶段： 1、树脂与填料的接触及浸润
无机填料多为高能表面物质，而有机聚合物树脂则为低能表面物质，前者所
含各种基团将优先吸附那些能最大限度降低填料表面能的物质。只有充分地吸附， 填料才能被树脂良好地浸润。 2、树脂固化 对于热塑性树脂，该固化过程为物理变化，即树脂由熔融态被冷却到熔点以 下而凝固；对于热固性树脂，因化过程除物理变化外，同时还有依靠其本身官能团 之间或借助固化剂而进行的化学变化。
聚合物共混改性原理
四、填充塑料界面的破坏机理
1、内聚破坏（基体树脂破坏）
当填充聚合物界面粘结强而填充剂强度高，树脂基体强度相对 较低的场合，易发生此种破坏模式。
填充塑料受剪切作用，界面区树脂拉伸破坏示意图
聚合物共混改性原理
2、界面破坏（脱粘破坏）

当填充聚合物界面粘结强度低于基体树脂的内聚强度以及填料 的强度时，填充聚合物受到层间剪切或拉伸应力时，常出现此 种破坏模式。
聚合物共混改性原理
二、填充塑料界面的结构
填充聚合物的界面模型
聚合物共混改性原理

填充聚合物的界面既不是填料与树脂基体简单结合的二维边界，也不是 所谓的单分子层，而是包含着两相表面之间过渡区而形成的三维界面相。 在界面相区域里化学组分、分子排列、热性能、力学性能可以表现为梯 度变化，也可能呈现突变的特征。
固化剂、偶联剂 脱模剂 固化剂、偶联剂、增韧剂 固化剂 偶联剂
聚合物共混改性原理
填充塑料的形态
形态：
填充塑料的宏观结构形态 (a)网状结构 (b)层状结构 (c)纤维状及简状结构 (d)分散结构 (e)镶嵌结构
聚合物共混改性原理
填料流动取向对填充聚合物宏观结构形态的影响

填料取向现象有如下两种典型情况：
热塑性聚合物的填充与增强改性（2）
聚合物共混改性原理
填充聚合物的构成、形态及界面

填充塑料的构成 填充塑料的形态 填充塑料中填料与树脂的界面 树脂填料界面作用的表征
聚合物共混改性原理
填充塑料的构成

树脂：良好的综合性能 对填料具有较强粘接力 良好的工艺性能 用于构成填充塑料的热塑性树脂主要有聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂 等；构成填充塑料的热固性树酯主要有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树
1、力学性能匹配
2、 化学性能的匹配
3、酸、碱性的匹配
4、热性能的匹配
5、物理几何形貌的匹配 6、物理-化学性能的匹配
聚合物共混改性原理
树脂填料界面作用的表征
一、接触角法
液体在平坦固体表面上的浸润状态 (a) 90 (b) 90
当θ ＜90°，为可浸润，θ越小，则浸润效果越好。至θ＝0°时， 则完全浸润； θ ≥90°为浸润不良，当θ＝180°则为完全不浸润。
个补充，但却不能排斥化学键理论。
3、其它理论
变形层理论和拘束层理论 可逆水解理论-----动态
聚合物共混改性原理
界面作用类型 ：
1）界面层两面都是化学结合； 2）界面层一面是化学结合，另一面是酸、碱作用； 3）界面层一面是化学结合，另一面是色散作用；
4）界面层两面都是酸、碱作用；
5）界面层一面是酸、碱作用，另一面是色散作用； 6）界面层两面都是色散作用。
聚合物共混改性原理
二、界面张力法
杨氏（Young）方程:
SA SL SA cos
聚合物共混改性原理
三、粘度法

粘度法是一种依据填充聚合物体系流变行为来表征填料与聚合物亲合性 的方法。