高分子材料增韧机理

• 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
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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。
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• 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。
• （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
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实际运用
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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。
PC/AS=90/10，冲击 强度达到峰值。 AS>10%， 冲击强度↙↙
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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。