高分子材料增韧机理
高分子材料增韧机理
增韧机理
实际运用
研究进展
实际运用
• 弹性体增韧塑料实例 • 弹性体增韧塑料体系，早已获得了广泛的工业运用，譬如，PVC、 PS等通用性塑料，属于脆性集体，以弹性体对其增韧，至今仍是工业 上对塑料盖性的主要方法。 • 以PVC为例，可采用丁腈橡胶（NBR）、EPDM等弹性体对其增韧 改性。为了改善PVC的抗冲击性能，人们很早就采用橡胶与PVC共混 ，由于NBR/PVC相容性好，所以成为增韧PVC中常用的橡胶品种。 NBR与PVC的相容性与NBR中的丙烯腈含量有关。当AN的含量为 10~26%时，共混体系可获得较高的冲击性能。 • 然而，在弹性体增韧中，会随着弹性体用量的增大而是材料的刚性 下降，其加工流动性往往受到橡胶加工流动性差的影响。
PC/AS=90/10，冲击 强度达到峰值。 AS>10%， 冲击强度↙↙
增韧机理
实际运用
研究进展
研究进展
• 1、橡胶增韧树脂
• （1）环氧树脂增韧 • 环氧树脂固化物具有优良的机械性能、电气性能及粘接性能，在树脂 基复合材料、热固性塑料、涂料、胶粘剂和电子封装等领域中得到广 泛应用。但由于环氧树脂在固化过程中形成了高度交联的三维网状结 构，分子链间缺少滑动，再加上C—C键、C—O键的键能较小，表面 能较高，致使固化树脂内应力较大、性脆及延展性低，易产生裂纹。
• 刚性无机粒子增韧
• 主要包含3个阶段： • （1）应力集中，由于无机刚性粒子与聚合物基体具有不同的弹性， 无机刚性粒子在聚合物基体中作为应力集中点；（2）脱粘，当材料 发生形变时，应力集中使粒子周围产生三维应力，并导致粒子和基体 的界面脱粘。（3）剪切屈服，由于脱粘所造成的空洞使粒子周围基 体的应力状态从平面应变转变为平面应力，并诱导基体剪切形变，从 而耗散大量能量，提高复合材料韧性。
MBS对聚碳酸酯的增韧作用及其增韧机理的探讨
各试样的缺口冲击性能和拉伸性能分别按 照国标 GB1843 — 80 和 GB1040 — 92 用国产 JB6 型冲击实验机和国产 LT － 1 0 0 0 型拉力实验机测 试。 １．４ 扫 描 电 镜 （ SEM） 观 察
由于高流动性是光盘级聚碳酸酯的基本要 求，提高流动性就需降低分子量，而聚碳酸酯 的性能与分子量密切相关，聚碳酸酯的冲击强 度随分子量的降低而降低。实验中使用的光盘 级聚碳酸酯的重均分子量为 18 000，呈脆性断 裂，为达到回收利用的目的，需增强其韧性。人 们已经采用多种方法增韧聚碳酸酯［ 1－ 3］ ，由于适 当的核－壳共聚物具有分散性、相容性良好等 优点而得到越来越广泛的应用。本文以 MBS 为 增韧剂，考察了 PC/M BS 共混物的力学性能及 增韧机理。
体粒子之间的基体材料厚度 T（ 或称粒间距） 小于
或等于某一临界值
Tc（
即
T
≤
T
）
c
时，
共混合金才
有可能发生脆 － 韧转变。该实验中，由于螺杆
郭宝华等·Ｍ Ｂ Ｓ 对聚碳酸酯的增韧作用及其增韧机理的探讨
Ｍ Ｂ Ｓ 对聚碳酸酯的增韧作用 及其增韧机理的探讨
郭宝华，徐晓琳，徐军 （清华大学化工系，北京 １０００８４）
摘要：研究了甲基丙烯酸甲酯 － 丁二烯 － 苯乙烯共聚物（MBS）对光盘级聚碳酸酯的增韧作用。结果表明，MBS 对 PC
增韧效果显著，且 M BS 分散性越好，根据逾渗理论，达到脆－韧转变时所需的 M BS 含量越少。求得达到脆－韧转变时的
图 6 为 MB S 含量为 5% 时共混物的扫描电 镜图。由图可知，断面平整，表现为脆性断裂 的微观特征。放大倍数可以看到，基体有空洞 化现象，PC 与 MBS 在断裂过程中没有明显的分 层现象，说明二者之间有较好的界面相互作用， 但是二者之间并无化学键作用，因此当试样受 到冲击作用力时，破坏从界面开始，造成分散 相与基体的分离，即分散相粒子的空洞化。由 于 MBS 粒子相距较远，粒子周围的应力场只受 其他粒子很小的影响，基体中的应力场只是这 些孤立的粒子应力场的简单加和，不能导致基 体的剪切屈服，冲击能量主要由粒子空洞化损 伤吸收。
微裂纹增韧机理
微裂纹增韧机理引言：在材料科学领域，增强材料的韧性一直是一个重要的研究方向。
微裂纹增韧机理是一种常用的方法，通过引入微小的裂纹来提高材料的韧性。
本文将介绍微裂纹增韧的基本原理和机制，并讨论其在材料设计中的应用。
一、微裂纹增韧的基本原理微裂纹增韧是一种通过引入微小的裂纹来提高材料韧性的方法。
微裂纹通常是通过在材料中引入细小的裂纹来实现的，这些裂纹可以是自然裂纹，也可以是人工引入的。
当材料受到外力作用时，微裂纹将扩展并吸收部分应力能量，从而减缓裂纹的扩展速度。
由于微裂纹的存在，裂纹的扩展路径变得曲折，使材料更难断裂，从而提高了材料的韧性。
二、微裂纹增韧的机制微裂纹增韧的机制主要包括拉伸桥式增韧、拉伸开口式增韧和剪切滑移式增韧三种。
1. 拉伸桥式增韧：拉伸桥式增韧是一种通过拉伸桥的形成来增加材料的韧性的机制。
当材料中存在微裂纹时，应力场会导致裂纹周围的材料发生拉伸变形，形成拉伸桥。
拉伸桥的形成使得应力能够得到分散，并且增加了裂纹扩展的阻力，从而提高了材料的韧性。
2. 拉伸开口式增韧：拉伸开口式增韧是一种通过拉伸开口的形成来增加材料的韧性的机制。
当材料中存在微裂纹时，应力场会导致裂纹周围的材料发生拉伸变形，形成拉伸开口。
拉伸开口的形成使得应力能够得到分散，并且增加了裂纹扩展的阻力，从而提高了材料的韧性。
3. 剪切滑移式增韧：剪切滑移式增韧是一种通过剪切滑移的形成来增加材料的韧性的机制。
当材料中存在微裂纹时，应力场会导致裂纹周围的材料发生剪切滑移，从而使裂纹的扩展路径变得曲折。
剪切滑移的形成增加了裂纹扩展的阻力，从而提高了材料的韧性。
三、微裂纹增韧的应用微裂纹增韧机理在材料设计中有着广泛的应用。
通过合理设计材料的微裂纹形态和分布，可以显著提高材料的韧性，使其能够承受更大的外力而不断裂。
1. 金属材料的微裂纹增韧：金属材料通常具有良好的延展性，但其韧性在低温下会明显下降。
通过在金属材料中引入微裂纹，可以有效提高其低温韧性，增强其抗断裂能力。
高分子材料增韧笔记
b.无机刚性粒子（RIF）增韧 玻璃微珠，碳酸钙微粒
机理：当基体材料受到冲击时容易引发RIF粒子周围的基体产生微裂纹，RIF粒子的存在使这些微裂纹的扩展受阻或钝化，或RIF粒子表面脱黏产生新的微裂纹，从而消耗大量能量而增韧。
关于橡胶增韧塑料的机理，曾有人认为是由于橡胶粒子本身吸收能量，橡胶横跨于裂纹两端，阻止裂纹扩展；也有人认为形变时橡胶粒子收缩，诱使塑料基体玻璃化温度下降。
研究表明，形变过程中橡胶粒子吸收的能量很少，约占总吸收能量的10%，大部分能量是被基体连续相吸收的。另外由橡胶收缩引起的玻璃化温度下降仅10℃左右，不足以引起脆性塑料在室温下屈服。
不足：过分强调了橡胶的增韧作用，忽略了橡胶与塑料基体间的相互作用。
b. 多重银纹理论
由于塑料和橡胶两相的泊松比不同，导致材料受冲击时，应力场不再均匀，橡胶粒子起到应力集中的作用，应力集中使橡胶粒子表面，尤其是赤道附近诱发银纹，银纹沿最大主应力平面生长，当银纹端部的应力集中低于临界值或遇到另一橡胶粒子时，银纹便终止。 即橡胶粒子不仅诱发银纹，而且能控制银纹。
冷却时间过短，制品在出模时的温度高于模具的温度，尤其是制品内部的温度更高，这样在自然冷却中制品就会产生较大的收缩及凹陷，导致表里结构不同应力分布不均，在使用中会出现应力开裂；冷却时间过长，生产效率低，并且制品内部压力降到零以下，再需进一步冷却时则可能在制品内部形成负压
对模具结构进行改进
（2）对高分子进行交联改性：适度的交联可有效的增加分子链间的联系，使分子链不易发生相对滑移。随着交联度的增加，往往不易发生大的形变，冲击强度提高，如：PE交联后冲击强度可提高3-4倍。
高分子材料中增韧剂定义、机理及种类详解
高分子材料中增韧剂定义、机理及种类详解一、增韧剂定义增韧剂其实就是能增加胶黏剂膜层柔韧性的物质。
某些热固性树脂胶黏剂，如环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂胶黏剂固化后伸长率低，脆性较大，当粘接部位承受外力时很容易产生裂纹，并迅速扩展，导致胶层开裂，不耐疲劳，不能作为结构粘接之用。
因此，必须设法降低脆性，增大韧性，提高承载强度。
凡能减低脆性，增加韧性，而又不影响胶黏剂其他主要性能的物质即为增韧剂。
增韧剂一般都含有活性基团，能与树脂发生化学反应，固化后不完全相容，有时还要分相，会获得较理想的增韧效果，使热变形温度不变或下降甚微，而抗冲击性能又明显改善。
一些低分子液体或称之为增塑剂之物加入树脂之中，虽然也能降低脆性，但刚性、强度、热变形温度却大幅度下降，不能满足结构粘接要求，因此，增塑剂与增韧剂是完全不同的。
二、增韧剂的种类可分为橡胶类增韧剂和热塑性弹性体类增韧剂。
橡胶类增韧剂：该类增韧剂的品种主要有液体聚硫橡胶、液体丙烯酸酯橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶等。
热塑性弹性体：热塑性弹性体是一类在常温下显示橡胶弹性、在高温下又能塑化成型的合成材料。
因此，这类聚合物兼有橡胶和热塑性塑料的特点，它既可以作为复合材料的增韧剂，又可以作为复合材料的基体材料。
这类材料主要包括聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚酯类、间规1,2-聚丁二烯类和聚酰胺类等产品，目前作为复合材料的增韧剂用得较多的是苯乙烯类和聚烯烃类。
其它增韧剂：适用于复合材料的其它增韧剂还有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韧剂，如苯二甲酸酯类。
对于非活性的增韧剂也可称为增塑剂，它不参与树脂的固化反应。
三、增韧机理不同类型的增韧剂，有着不同的增韧机理。
液体聚硫橡胶可与环氧树脂反应，引入一部分柔性链段，降低环氧树脂模量，提高了韧性，却牺牲了耐热性。
液体丁腈橡胶作为环氧树脂的增韧剂，室温固化时几乎无增韧效果，粘接强度反而下降；只有中高温固化体系，增韧与粘接效果较明显。
高分子合金增韧机理的研究进展
性 和 耐 热 性 ， 无 加 工 性 能 下 降 的 不 足 ， 到 既 且 达
增 韧 又 增 强 的 目 的 ， 服 了 弹 性 体 增 韧 时 出 现 克 的难 题 ［ 。本 文 回 顾 了橡 胶 弹 性 体 增 韧 脆 性 聚 ３ ］ 合 物 的机 理 ， 重 介 绍 了 刚 性 粒 子 增 韧 的基 本 着 概念 、 韧 机 理 ， 增 比较 了 两 种 方 法 的差 异 和 内在 联 系 ， 出非 弹 性 体 增 韧 塑 料 作 为 塑 料 增 韧 的 指
度、 强度 、 用 温 度 和 加 工 性 能 都 有 较 大 幅度 降 使
低 。
１８ ９ ４年 ， 国外 出 现 了 以非 弹 性 体 增 韧 的新
思想 ， 出了 刚性 有 机 填 料 （ 提 ＲＯＦ） 粒 的 “ 微 冷 拉 增 韧 机 理 ”２， ＲＯＦ 增 韧 的 研 究 不 仅 具 有 ［ 对 ］
收 大 量 的 冲击 能 量 ， 而 保 护 了材 料 不 受 破 坏 。 从
但 目前 人 们 对 橡 胶 粒 子 是 否 能 控 制 银 纹 生 长 ， 以及 只有 小 尺 寸银 纹 对 材 料 的 增 韧 起 作 用 仍 存 在 着争 论 。
１ ２ 银 纹 一 切 带 理 论 ． 剪
１ １ 多重 银 纹 理 论 ．
１５ ９ ６年 ， ｒｚ等 人 Ｌ 首 次 提 出 了 聚 合 物 Ｍｅｔ ４ 的增 韧 理 论 。 理 论 认 为 ， 增 韧 体 的部 分 橡 胶 该 作 粒 子 会 横 跨 在 材 料 变 形 所 产 生 的 很 多 微 细 的裂 缝 上 ， 止 Байду номын сангаас 迅 速 发 展 ， 橡 胶 在 变 形 过 程 中 消 阻 而 耗 了能 量 ， 而 提 高 了 材 料 的韧 性 。 理 论 的 主 从 此 要 弱 点 是 注 意 了橡 胶 而 忽 视 了 母 体 。后 来 ， Ｎｅ ｗｍａ ｎ等 人 ［ 计 算 了拉 伸 断 裂 过 程 中橡 胶 断 ５ 裂 所 耗 散 的能 量仅 占总 能 量 的 １ ， 说 明该 Ｏ 这 理 论 并 未 真 正 揭 示 橡 胶 增 韧 的本 质 原 因 。 Ｂ ｃ ｎ ｌ 等 人 ［ 发 展 了 Ｍｅ ｔ ｕ ｋ ａｌ ６ ］ ｒｚ等 人 的微 缝 理 论 ， 出 了 多重 银 纹 理 论 。该 理 论认 为 ， 橡 提 在 胶 增 韧 塑 料 体 系 中 ， 胶 相 颗 粒 起 了应 力 集 中 橡 的作 用 。 当材 料 受 到 冲击 时 ， 能 引发 大 量 的银 它 纹 ， 由 于大 量银 纹 之 间 的应 力 场 的相 互 干 扰 ， 但
HDPE的增韧改性机理
㈡刚性粒子增韧
添加增容剂能很好的提高增韧效果。秀萍卿等人在 HDPE/As共混体系中加入一定量的氯化聚乙烯接枝(丙烯睛 一苯乙烯)共聚物(CPE一g一S)作为相容剂. 另外还可以用紫外线辐射，电子束辐照，γ射线辐照。 2.2无机刚性粒子增韧 无机刚性粒子有很多，常见的有碳酸钙，硅灰石，高岭 土，水镁石，蒙脱土，方解石，碳纳米管等。最常用的是 碳酸钙。为了提高填料与基体的相容性和界面粘接强度， 需对碳酸钙进行表面处理。
㈠弹性体和/或韧性好模量低的树脂增韧
研究表明，HDPE／NBR共混物的冲击断面呈平行排列的 丝状结构，可认为是试样断裂时银纹扩展为裂纹留下的痕迹， NBR以微细结构分散于HDPE中，当受力后能引发大量银纹， 使共混物显示高的冲击性能。
1.2HDPE与韧性好模量低的树脂共混 HDPE/LLDPE(线型低密度聚乙烯)、HDPE/CPE(氯化聚 乙烯)、HDPE/EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物) 、 HDPE/mPE(茂金属聚乙烯)、HDPE/PVA(聚乙烯醇)短纤维 共混体系等。
㈡刚性粒子增韧
进一步的研究表明，如果在体系中加非反应性助偶联剂，-改性石蜡（NR) ，NR会与各种偶联剂的长链末端通过分子间力的作用产生良好的相容性， 使NR倾向于分布在碳酸钙与HDPE基体之间的界面处，从而使NR取代偶联 剂与HDPE基体发生作用，形成一种新的相界面，由于这两相界面的形成， 一方面改善了碳酸钙与HDPE之间的界面粘结状态，另一方面增大了碳酸钙 与HDPE间力学作用层的厚度，使材料在保持较好的综合性能的同时，冲击 韧性得到大幅度提高。（改性通常是将蜡进行化学改性，改变其理化性质。 由于引进了极性基团，蜡的表面性质发生了变化，其乳化胜、溶解性、阻燃性、
用偶联剂活化
用有机物活化 用聚合物活化 1.用偶联剂活化 偶联剂是一种增加无机物与有机聚合物之间 亲和力，且具有两性结构的物质，偶联剂在无机 物和聚合物之间通过物理的缠绕，或进行某种化 学反应，形成牢固的化学键，从而使两种性质大 不相同材料紧密结合起来。用于活化碳酸钙粉体 常见的偶联剂有钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和 硅烷偶联剂等。
聚合物强增韧化机制及测量原理简介1
聚合物强增韧化机制及测量原理简介聚合物的强韧化一直是高分子材料科学的重要研究领域，通过将有机或无机的大分子或小分子材料，采用物理或化学的方法加入高分子基体中，提高力学及其它性能。
自从上世纪50年代首次提出聚合物的增韧理论，人们利用增韧的方法研发了大量新型高聚物材料，性能较均聚物材料有很大提高。
实际上聚合物增韧的根本问题就是通过引入某种机制，使材料在形变、损伤与破坏过程中耗散更多的能量。
聚合物增韧经历了从弹性体到非弹性体增韧的过程，传统的增韧改性是以橡胶类弹性体材料作为增韧剂，以适当方式分散到塑料基体中以达到增韧目的，如高抗冲聚苯乙烯（HIPS），乙丙共聚弹性体增韧聚丙烯，粉末NBR增韧PVC等，但存在难以克服的问题，如刚度、强度、热变形温度都有较大幅度降低，于是1984年国外首次提出了以非弹性体增韧的新思想。
这种方法可以在提高基体韧性的同时提高材料的强度、刚性和耐热性，且无加工性能下降的不足，达到既增韧又增强的目的，克服了弹性体增韧出现的问题。
以增韧方法的发展为主线，介绍增韧剂从弹性体到非弹性体、从微米到纳米尺度变化，对材料的强韧结构与性能的影响，并通过对其增韧后的力学性能、微观结构形态的分析，衍生相应的的增韧机理。
脆性断面韧性断面图1- 1 典型脆-韧性材料的拉伸行为及断面形貌§1 弹性体增韧增韧机理的研究最早开始于上世纪50年代，人们从脆性基体与橡胶分散相所组成的物理模型出发，围绕着橡胶相如何增韧机理而展开。
纵观增韧理论的发展，它主要经历了微裂纹理论、多重银纹理论、剪切屈服理论和银纹-剪切带理论等阶段。
目前被人们较普遍接受的是银纹-剪切带理论。
随着增韧理念的发展，增韧理论由传统的定性分析进入了定量分析的阶段，主要是Wu 提出了橡胶粒子增韧的T判据，建立了橡胶粒子增韧的逾渗模型，对增c韧理论的定量化研究提供了一个新的思路。
粒子与纤维增韧橡胶粒子的变形与破裂银纹与剪切带空穴与脱粘图1- 2 橡胶增韧机理的示意图§1.1微裂纹理论最早用来解释橡胶增韧塑料的几个假设之一曾认为：橡胶通过力学阻尼来吸收冲击能量，Bucknall[]i等最先观察到由橡胶所贡献的二级损耗峰，并发现其他许多不含橡胶的韧性但载荷未考虑应力发白图1- 3 橡胶粒子吸收能量的示意图和大应变的形变。
高分子合金增韧理论
高分子合金增韧理论（读书笔记）橡胶增韧塑料的研究首先是从HIPS 和ABS 开始的。
它们的基体聚苯乙烯是典型的脆性聚合物。
因此，早期的塑料增韧理论大都是关于橡胶分散相如何增韧塑料的。
橡胶增韧塑料理论的发展主要经历了微裂纹理论、多重银纹化理论和剪切屈服理论(屈服的膨胀理论)阶段，目前增韧塑料理论主要有多重银纹理论和银纹一剪切屈服理论，刚性粒子对塑料的增韧机理等。
当前，增韧理论正在向定量化发展。
一、研究增韧理论的权威人物目前研究聚合物增韧的人很多，但是比较权威的有三个。
一是荷兰的R. J. Gaymans，另一个是美国Michgan大学的Albert.F.Yee教授，他从力学的角度出发。
首先建立一个增韧模型，然后通过有限元的方法计算出聚合物共混物的受力情况，从而得到其增韧及断裂的机理，他没有提出一套完整的增韧理论;美国杜邦公司的SouhengWu博士，他提出了聚合物共混增韧的逾渗模型。
二、弹性体与刚性体增韧塑料的区别点：1. 增韧的对象不同，前者可增韧脆性或韧性材料，后者则要求基体有一定的韧性2. 增韧剂的种类不同，前者是橡胶或热塑性弹性体材料，模量极低，易于挠曲，流动性差，后者是脆性塑料.模量高，几乎不发生塑性形变，流动性好:3. 增韧剂含量变化的效果不同，前者含量增加韧性一直增加，而后者有一合适的增韧范围，超过这一范围后没有增韧效果。
4. 共混体系的性能不同，前者在提高材料韧性的同时，其模量、强度、热变形温度等大幅度降低，后者则在提高材料韧性的同时也可提高其模量、强度和热变形温度。
5. 韧性提高的原因不同，前者增韧是橡胶颗粒起应力集中体的作用，诱发基体剪切屈服和银纹化，吸收冲击能，从而提高材料的韧性，后者是增韧剂在基体静压力的作用下，发生强迫形变.吸收冲击能，提高材料的韧性。
三、橡胶弹性体增韧理论的发展1、微裂纹理论1956年，在研究HIPS拉伸过程中出现的体积膨胀和应力发白现象时，MERZ等人发表了第一个聚合物共混物的增韧理论一微裂纹理论。
聚合物增韧方法及增韧机理(1)
聚合物增韧方法及增韧机理*陈立新 蓝立文 王汝敏(西北工业大学化工系,西安市710072)收稿日期:2000-07-03作者简介:陈立新女,1966年生,博士、讲师,已发表论文20余篇。
* 先进复合材料国防科技重点实验室基金资助。
摘要 探讨了聚合物增韧方法及增韧机理,为材料的研制与开发提供新的思路和准则。
关键词 增韧 机理 聚合物T oughening mechanism and methods of polymerChen Lixin Lan Liw en Wang Rumin(Dept.of Chemical Engineer ing ,N orthwest U niversity,Xi .an 710072)Abstract T he toughening mechanism and methods of polymer are discussed in differ ent aspects.Some new ideas and principles are also prov ided for the development of mater ials.Keyw ords T oug hening M echanism Polymer1 前言聚合物增韧一直是高分子材料科学研究的重要内容。
最早采用弹性体来增韧聚合物,如通过橡胶增韧苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)树脂,制备了性能优良的ABS 工程塑料;通过液体端羧基丁腈橡胶(CTBN)增韧环氧[1];端氨基丁腈(ATBN )增韧BM [2],提高了树脂的断裂韧性。
但在提高韧性的同时,却使刚度、强度和使用温度大幅度降低。
自20世纪80年代中期,人们开始讨论研究采用非弹性体代替橡胶增韧聚合物的新思路[3~6],先后获得了PC/ABS 、PC/AS 、PP/ABS 刚性有机粒子增韧体系,以及热塑性树脂(PEI,PH ,PES 等)贯穿于热固性树脂(EP,BMI)网络中的增韧体系。
橡胶增韧塑料的增韧机理及实例说明
橡胶增韧塑料的增韧机理及实例说明
橡胶增韧塑料是指在塑料基体中添加橡胶颗粒或橡胶粒子以增强其机械性能和耐久性。
橡胶颗粒能够通过以下机理增韧塑料：
1. 高分子交联机理：橡胶颗粒中的橡胶链段能够与塑料基体中的聚合物链段发生交联作用，形成三维网状结构，从而增强塑料的强度和韧性。
2. 动态机械改性机理：橡胶颗粒在塑料基体中起到类似弹簧的作用，能够吸收和分散外部冲击或振动的能量，从而减弱了塑料的脆性破坏方式。
以下是橡胶增韧塑料的一些实例说明：
1. ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）共混物：在ABS塑料基体
中添加丁苯橡胶颗粒，能够显著提高其耐冲击强度和韧性，使其在低温下仍然具有良好的机械性能。
2. PVC（聚氯乙烯）共混物：将PVC与丁苯橡胶颗粒共混，
能够增加PVC材料的韧性、耐冲击性和耐候性。
3. PA（聚酰胺）共混物：将PA基体中添加碳酸酯橡胶颗粒，能够提高其韧性和冲击强度，使其适用于需要高强度和耐冲击性的应用领域。
综上所述，橡胶增韧塑料通过橡胶颗粒在塑料基体中的交联和
动态机械改性机理，能够显著增强塑料的强度、韧性和耐久性，使其适用于更广泛的工程应用。
acr增韧机理
acr增韧机理
ACR是一种增韧剂，全称是丙烯酸共聚物改性树脂（Acrylic Copolymer Resin）。
它主要由丙烯酸酯单体和其他杂聚物单
体经共聚反应而成。
ACR的增韧机理可以归结为以下几点：
1. 机械增韧：ACR具有较高的拉伸强度和韧性，能够改善树
脂的机械性能。
其高分子链具有较大的拉伸和弯曲能力，使得树脂体系能够吸收和分散外部应力，从而减少材料的脆性破裂。
2. 化学增韧：ACR分子中的官能团可以与树脂体系中的官能
团发生化学反应，形成交联结构或相互交错，从而增强树脂的耐热性、耐寒性和耐化学性。
这种化学增韧机理主要通过共价键的形成来实现。
3. 分散增韧：ACR分子具有良好的分散性能，可以均匀地分
散在树脂体系中，形成具有多相结构的体系。
这种多相结构能够增加材料的界面密实度和界面黏合强度，从而提高树脂体系的韧性。
ACR作为增韧剂在树脂体系中发挥重要的作用，能够有效增
强材料的物理性能和化学性能，提高材料的综合性能。
增韧理论
增韧理论塑料共混改性的一个重要内容是提高一种塑料的韧性，使其满足使用场合和环境对材料韧性的要求。
比较成熟的是橡胶（弹性体）增韧塑料技术，但近几年也发展了非弹性体增韧技术，如无机刚性粒子增韧塑料等。
(1) 弹性体增韧机理弹性体直接吸收能量，当试样受到冲击时会产生微裂纹，这时橡胶颗粒跨越裂纹两岸，裂纹要发展就必须拉伸橡胶，橡胶形变过程中要吸收大量能量，从而提高了塑料的冲击强度。
(2) 屈服理论橡胶增韧塑料高冲击强度主要来源于基体树脂发生了很大的屈服形变，基体树脂产生很大屈服形变的原因，是橡胶的热膨胀系数和泊松比均大于塑料的，在成型过程中冷却阶段的热收缩和形变过程中的横向收缩对周围基体产生静水张应力，使基体树脂的自由体积增加，降低其玻璃化转变温度，易于产生塑性形变而提高韧性。
另一方面是橡胶粒子的应力集中效应引起的（3）裂纹核心理论橡胶颗粒充作应力集中点，产生了大量小裂纹而不是少量大裂纹，扩展众多的小裂纹比扩展少数大裂纹需要较多的能量。
同时，大量小裂纹的应力场相互干扰，减弱了裂纹发展的前沿应力，从而，会减缓裂纹发展并导致裂纹的终止。
（4）多重银纹理论由于增韧塑料中橡胶粒子数目极多，大量的应力集中物引发大量银纹，由此可以耗散大量能量。
橡胶粒子还是银纹终止剂，小粒子不能终止银纹。
（5）银纹-剪切带理论这是业内普遍接受的一个重要理论。
大量实验表明，聚合物形变机理包括两个过程：一是剪切形变过程，二是银纹化过程。
剪切过程包括弥散性的剪切屈服形变和形成局部剪切带两种情况。
剪切形变只是物体形状的改变，分子间的内聚能和物体的密度基本不变。
银纹化过程则使物体的密度大大下降。
一方面，银纹体中有空洞，说明银纹化造成了材料一定的损伤，是亚微观断裂破坏的先兆；另一方面，银纹在形成、生长过程中消耗了大量能量，约束了裂纹的扩展，使材料的韧性提高，是聚合物增韧的力学机制之一。
所以，正确认识银纹化现象，是认识高分子材料变形和断裂过程的核心，是进行共混改性塑料，尤其是增韧塑料设计的关键之一。
热固性树脂的增韧方法及其增韧机理
热固性树脂的增韧方法及其增韧机理
目前常用的热固性树脂增韧方法包括填料增韧、增容性增韧、混相增
韧等。
填料增韧是最常见的一种方法，通过向热固性树脂中添加适量的填料，来增加其机械性能。
常用的填料包括玻璃纤维、碳纤维、陶瓷颗粒等。
填
料的加入可以改变树脂的内聚力和分散性，增加树脂的力学强度和韧性。
此外，填料还能吸收和分散能量，减缓裂纹的扩展速度，起到增韧作用。
增容性增韧是另一种常见的方法，通过将具有高分子量的聚合物材料
添加到热固性树脂中，来提高树脂的韧性。
这些聚合物材料具有较高的可
延伸性和韧性，能够耗散能量，阻止裂纹的扩展。
常用的增容性增韧剂包
括聚酰亚胺、聚亚甲基丙烯酸酯等。
混相增韧是一种较新的热固性树脂增韧方法，在树脂基体中引入分散
的橡胶颗粒或微胶囊，通过固态相变或微胶囊破裂等机制来增加树脂的韧性。
这种方法能够吸收和分散能量，阻止裂纹的扩展，从而增加树脂的韧性。
这些增韧方法的基本原理是通过在热固性树脂基体中引入可延伸的聚
合物材料或填料，能够吸收和分散能量，阻止裂纹的扩展，从而增加树脂
的韧性。
增韧剂的加入使树脂基体具有了较好的延性，能够吸收和分散能量，减缓裂纹的扩展速度。
此外，增韧剂的分散性和相互作用也会对增韧
效果产生影响。
总的来说，热固性树脂的增韧方法主要包括填料增韧、增容性增韧和
混相增韧，通过向树脂基体中引入可延伸的材料或填料，能够吸收和分散
能量，阻止裂纹的扩展，从而增加树脂的韧性。
这些方法在实际应用中，
可以根据不同的要求和性能需求进行选择和调整，以达到最佳的增韧效果。
高分子聚丙烯(PP)增韧改性技术
定可在很宽的温度（ ２ ５ — １ ３ ２ ￣ Ｃ ） 和组分（ Ｅ Ｐ Ｄ Ｍ质量分数为
高分 子 聚丙 烯（ Ｐ Ｐ ）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作 为一 种应 用 范 围极 广 的热 塑性 ０ ～ ２ ６ ％） 中进行 ，提 高温度 和增加Ｅ Ｐ Ｄ Ｍ含量都 能使
１ ． ３ Ｐ Ｐ ／ Ｓ Ｂ Ｓ 共混体系
Ｓ Ｂ Ｓ 是 由丁 二烯 、苯 乙 烯 组成 的 具有 三 维层 状 结 构
的嵌段共聚物 ，该弹性体兼具硫化橡胶 和热塑性塑料的 韧Ｐ Ｐ ，能在提高材料抗冲性能的同时 ，不降低其拉伸强 性能。Ｓ Ｂ Ｓ 与Ｐ Ｐ 共混能显著提高Ｐ Ｐ 高低温冲击强度。邬 度和刚性 。加工流动性和耐热性也会随刚性粒子的加入 润德【 ８ 】 用乳液聚合法制备了交联聚苯 乙烯刚性粒子Ｘ Ｐ Ｓ 而相应地有所提高。无机粒子的作用和橡胶增韧Ｐ Ｐ 的作
材料来提高Ｐ Ｐ 的冲击强度［ ３ 】 。其增韧改性是扩大Ｐ Ｐ 使 的脆韧转变增韧剂临界质量分数低 ，扯断伸长率提高 ，
Ｐ ／ Ｅ Ｐ ＤＭ共 混物 。张 启霞 ［ ５ 】 用 用范围的重要方法。Ｐ Ｐ 增韧改性除了传统的橡胶或弹 其 脆 韧 转 变 区 间远 小 于 Ｐ
性体增韧 、热塑性塑料增韧外 ，还有最近研究较多的无 ｍＥ Ｐ Ｄ Ｍ作 增 韧剂 时 ，加 入 质量 分 数 约２ ５ ％ｌ Ｎ可使 Ｐ Ｐ 冲
时尤为严重 ，由于存在这些显著的缺点 ，尤其是低温易 高 ，可大 幅 度提 高 塑料 的 冲击 性能 ，基体 的 剪切 屈服 是 光交联共混物的增韧机理。Ｔ ａ ｎ ｇ Ｌ ｏ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ 等人［ ］ 于熔
径来改善Ｐ Ｐ 的韧性 ，即提高Ｐ Ｐ 的冲击性能成 为Ｐ Ｐ 改性 融状态且在光敏剂兼作交联剂情况下，将Ｐ Ｐ ／ Ｅ Ｐ Ｄ Ｍ 暴 研究的一个核心课题。一般情况下 ，可 以采用橡胶来提 露在Ｕ Ｖ 光下制得 光交联Ｐ Ｐ ／ Ｅ Ｐ Ｄ Ｍ弹性体 ，发现和未交 高树脂 的韧性，但是 由于在低温条件下 ，橡胶易发生脆 联的共混物相 比其缺 口冲击强度明显提升 ，与Ｐ Ｐ ／ Ｅ Ｐ Ｄ Ｍ 化 ，达不到改善Ｐ Ｐ Ｉ ＂ ￣ Ｉ 温脆性的 目的，于是就考虑换一种 共混物相 比Ｐ Ｐ ／ ｍＥ Ｐ Ｄ Ｍ（ 茂金属催化聚合Ｅ Ｐ Ｄ Ｍ） 共混物
高分子材料增韧机理
增韧பைடு நூலகம்理
实际运用
研究进展
增韧机理
• 韧性 • 韧性是表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，材料的韧 性，可以用材料形变至断裂点时所吸收的应变能来表征。 • 一般可以用冲击强度来表示材料的韧性，冲击强度是度量材料在高速 冲击下韧性大小和抗断裂能力的参数。
• 弹性体增韧机理
• 橡胶颗粒的主要是引发塑料基体产生大量的银纹和剪切带，并控制银 纹的扩展。在橡胶粒子和塑料的界面具有很好的粘结作用的条件下， 塑料基体产生大量的银纹和剪切带，直接吸收冲击能，并且剪切带还 可以终止银纹，阻止其发展成为裂纹。 • 对于脆性基体而言，橡胶颗粒主要在塑料基体中诱发银纹，对于有一 定韧性的基体，橡胶颗粒主要诱发剪切带。
• 聚氯乙稀(PVC)是第二大通用合成塑料，具有良好的力学性能和简单 的合成工艺。但由 于PVC树脂分子链中有大量的极性键C—Cl键，分 子之间存在着较大的作用力，因此PVC树脂比较坚硬，对外显示一定 的脆性，冲击韧性较差，并且具有缺口敏感性。
• 3、刚性无机粒子增韧PP
• 利用橡胶或弹性体虽可显著增加PP的韧性，但同时降低了共混物的模 量、强度和热变形温度。刚性粒子增韧PP，能在提高材料抗冲性能的 同时，不降低其拉伸强度和刚性，加工流动性和耐热性也会随刚性粒 子的加人而相应地有所提高。
增韧机理
实际运用
研究进展
实际运用
• 弹性体增韧塑料实例 • 弹性体增韧塑料体系，早已获得了广泛的工业运用，譬如，PVC、 PS等通用性塑料，属于脆性集体，以弹性体对其增韧，至今仍是工业 上对塑料盖性的主要方法。 • 以PVC为例，可采用丁腈橡胶（NBR）、EPDM等弹性体对其增韧 改性。为了改善PVC的抗冲击性能，人们很早就采用橡胶与PVC共混 ，由于NBR/PVC相容性好，所以成为增韧PVC中常用的橡胶品种。 NBR与PVC的相容性与NBR中的丙烯腈含量有关。当AN的含量为 10~26%时，共混体系可获得较高的冲击性能。 • 然而，在弹性体增韧中，会随着弹性体用量的增大而是材料的刚性 下降，其加工流动性往往受到橡胶加工流动性差的影响。
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增韧机理
实际运用
研究进展
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实际运用
• 弹性体增韧塑料实例 • 弹性体增韧塑料体系，早已获得了广泛的工业运用，譬如，PVC、 PS等通用性塑料，属于脆性集体，以弹性体对其增韧，至今仌是工业 上对塑料盖性的主要方法。 • 以PVC为例，可采用丁腈橡胶（NBR）、EPDM等弹性体对其增韧 改性。为了改善PVC的抗冲击性能，人们很早就采用橡胶不PVC共混 ，由于NBR/PVC相容性好，所以成为增韧PVC中常用的橡胶品种。 NBR不PVC的相容性不NBR中的丙烯腈含量有关。当AN的含量为 10~26%时，共混体系可获得较高的冲击性能。 • 然而，在弹性体增韧中，会随着弹性体用量的增大而是材料的刚性 下降，其加工流动性往往受到橡胶加工流动性差的影响。
• 刚性有机粒子增韧
• 1984年，Kuranchi和Ohta 提出了ROF冷拉概念，即共混物中处于分 散相的刚性粒子，当受到的静压强大到一定数值时，会发生脆—韧转 变，仍而发生像玱璃态聚合物那样的大形变冷拉现象。ROF的冷拉机 理，认为主要是由于基体的韧性好于分散相，即基体的形变能力高于 分散相，而模量是分散相高于基体。当材料受到拉伸时，会在分散相 的赤道上产生较高的静压强。 在这种高静压强下，分散相粒子易屈服 而产生冷拉，发生大的塑性形变，仍而吸收大量的冲击能，使材料的 韧性提高。
• （2）氰酸酯树脂增韧 • 氰酸酯树脂 ( Cyanate ester CE) 是20世纪70年代发展起来的一种 高性能树脂基体，由于其优异的力学、耐热、介电、耐环境等性能， 在航空航天、机械电子及国民经济的诸多领域显现出广泛的应用前景 。但CE树脂存在着刚度太大、韧性较差等缺点。
• 2、有机刚性粒子增韧 • PVC增韧
Thank you!
• 聚氯乙稀(PVC)是第二大通用合成塑料，具有良好的力学性能和简单 的合成工艺。但由 于PVC树脂分子链中有大量的极性键C—Cl键，分 子之间存在着较大的作用力，因此PVC树脂比较坚硬，对外显示一定 的脆性，冲击韧性较差，并且具有缺口敏感性。
• 3、刚性无机粒子增韧PP
• 利用橡胶或弹性体虽可显著增加PP的韧性，但同时降低了共混物的模 量、强度和热变形温度。刚性粒子增韧PP，能在提高材料抗冲性能的 同时，不降低其拉伸强度和刚性，加工流动性和耐热性也会随刚性粒 子的加人而相应地有所提高。
PC/AS=90/10，冲击 强度达到峰值。 AS>10%， 冲击强度↙↙
增韧机理
实际运用
研究进展
研究迚展
• 1、橡胶增韧树脂
• （1）环氧树脂增韧 • 环氧树脂固化物具有优良的机械性能、电气性能及粘接性能，在树脂 基复合材料、热固性塑料、涂料、胶粘剂和电子封装等领域中得到广 泛应用。但由于环氧树脂在固化过程中形成了高度交联的三维网状结 构，分子链间缺少滑动，再加上C—C键、C—O键的键能较小，表面 能较高，致使固化树脂内应力较大、性脆及延展性低，易产生裂纹。
• 刚性无机粒子增韧
• 主要包含3个阶段： • （1）应力集中，由于无机刚性粒子不聚合物基体具有丌同的弹性， 无机刚性粒子在聚合物基体中作为应力集中点；（2）脱粘，当材料 发生形变时，应力集中使粒子周围产生三维应力，幵导致粒子和基体 的界面脱粘。（3）剪切屈服，由于脱粘所造成的空洞使粒子周围基 体的应力状态仍平面应变转变为平面应力，幵诱导基体剪切形变，仍 而耗散大量能量，提高复合材料韧性。
• 非弹性体增韧实例 • 以非弹性体对基体迚行增韧的最大优势，就在于脆性基体提高材 料抗冲击性能的同时，幵丌会降低材料的刚性，而且一般具有良好的 加工流动性。 • 以PC、PA等仌性基体中添加PS、PMMA、AS等脆性塑料，制备非 弹性体增韧共混材料。在PVC这样的脆性基体中，先用CPE、MBS等 迚行改性，再添加PS等脆性塑料，也可以迚行非弹性体增韧。 • 在PVC/CPE、PVC/MBS共混物添加PS，共混物的力学性能加强 ，PS丌仅可以提高冲击强度，而且可以使拉伸强度及模量提高或基本 保持丌变，对于PVC/CPE/PS共混体系，PS的用量也有一个最佳值， 约为3%，超出此最佳用量，冲击强度急剧下降。
高分子增韧
增韧机理
实际运用
研究进展
增韧机理
• 韧性 • 韧性是表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，材料的韧 性，可以用材料形变至断裂点时所吸收的应变能来表征。 • 一般可以用冲击强度来表示材料的韧性，冲击强度是度量材料在高速 冲击下韧性大小和抗断裂能力的参数。
• 弹性体增韧机理
• 橡胶颗粒的主要是引发塑料基体产生大量的银纹和剪切带，幵控制银 纹的扩展。在橡胶粒子和塑料的界面具有很好的粘结作用的条件下， 塑料基体产生大量的银纹和剪切带，直接吸收冲击能，幵且剪切带还 可以终止银纹，阻止其发展成为裂纹。 • 对于脆性基体而言，橡胶颗粒主要在塑料基体中诱发银纹，对于有一 定韧性的基体，橡胶颗粒主要诱发剪切带。