聚合物共混改性原理与应用

高强度、高韧性新型材料的开发奠定了理论基 础。
聚合物共混改性原理与应用
新的测试技术及仪器
高分辨率电子显微镜 原子力显微镜 激光共聚焦扫描显微镜 X射线光电子能谱
聚合物共混改性原理与应用
新材料不断涌现
纳米材料的出现，使聚合物填充改性、
增韧机理研究获得了新的发展，给材料 领域带来了无限生机。
围绕共混物性能这一核心，展开共混过 程、共混物形态、相容热力学的讨论， 就构成了共混理论的基本框架。
共混物性能也有若干理论问题需要探讨， 以增韧理论为例
聚合物共混改性原理与应用
增韧理论的重要发展
早期的增韧理论：开始于上世纪50年代 ⅰ能量的直接吸收理论 ⅱ次级转变温度理论 ⅲ屈服膨胀理论 ⅳ裂纹核心理论
聚合物共混改性原理与应用
电镜染色技术
聚合物共混改性原理与应用
HIPS与ABS
HIPS与ABS是接枝共聚改性的卓越范例。 St与PB发生接枝共聚反应→HIPS 与共混法相比的优点： ①两组分混合的更加完全 ②界面结合更好 显著提高了橡胶组分对基材的增韧能力。
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ABS的主要成分： 以B为主链，St、AN为支链的接枝共聚物； SAN无规共聚物； 未接枝的PB。
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PC /ABS合金是最早实现了工业化的PC 合金 POM /TPU Dupont公司开发的Derlin 100ST（S
表示超级，T表示赠韧），悬臂梁冲击强度提 高8倍，达到907J/m。 PET PBT 增韧改性 纳米粒子/聚合物复合材料 近年来，开发成功的聚合物改性体系不胜枚举。
聚合物共混改性原理与应用
参考书
聚合物共混改性原理与应用 王国全 中国轻工业出版社
聚合物改性 王国全 中国轻工业出版社
聚合物共混改性原理与应用
第一章 绪 论
1.1 聚合物共混发展概述 1.2 聚合物共混的优势 1.3 聚合物共混的应用与研究
聚合物共混改性原理与应用
1.1 聚合物共混发展概述
1948年，HIPS 1948年，机械共混法ABS问世，聚合物共混工
艺获得重大进展。 二者可称为高分子合金系统研究开发的起点。
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1960年，PPO/PS，加工性好，相容性好， 1965年实现工业化应用。 PPO是使用综合性能良好的工程塑料， 缺点是熔体流动性差，成型温度高，制 品易产生应力开裂。 与PS良好的相容性，可以任意比例共混， 改善PPO的加工性。
高强、高模碳纤维、芳纶纤维的出现使
纤维增强复合材料的性能提高到新的档 次，其理论研究也上升到新的水平。
聚合物共混改性原理与应用
如上所述，聚合物共混科学的发展中， 新材料的涌现，共混理论的发展，实验 技术的改进三者是相辅相成的。
新材料的涌现为理论的发展不断提出新 的课题，理论的发展反过来又指导了新 材料的开发。而这一开发→研究→开发 过程的循环必须有先进的实验技术与仪 器设备做保证。
6%PB(包裹着PS) →分散相体积分数达到22% 橡胶超过15%，材料软化； 6%的橡胶经过了PS的补强，以22%的体积分数 分散在连续相中，使材料韧而强。
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HIPS中橡胶相体积含量对性能的影响（橡 胶重量含量6%）
橡胶相体 积含量 /%
6
橡胶相 Tg/℃
-110
拉伸模量 冲击强度 断裂伸长 /MPa /J/cm /%
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举例：尼龙/MBS/纳米硫酸钡
共混体系
冲击强度KJ/m2
PA
4.2
PA/MBS
10.7
PA/MBS/相容剂
57.9
PA/MBS/相容剂/纳米BaSO4
85.9
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理论概貌
共混过程 途径
共混物性能
微观形态 结构要素
相容热力学 理论基础
聚合物共混改性原理与应用
聚合物共混改性原理与应用
包藏结构
连续相是塑料 分散相是橡胶 ↓ 塑料增韧 分散相中又包含着塑料→橡胶 补强
总的结果：体系中分散相数量不 少，保证诱发银纹、剪切带、 吸收能量、终止银纹；但总 橡胶含量不多，保证体系的 刚性。得到了韧性好刚性也 好的材料。
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Wagner and Robeson 1970 研究HIPS:
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共混与共聚的比较
主要优势：简便ຫໍສະໝຸດ Baidu行，规模可大可小。 而共聚产品规模大，成本高。
共混为共聚提供思路，共聚产品还可进 行共混
HIPS:机械共混法 接枝共聚法
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釜内共混——釜内合金化
两种或两种以上聚合物同在一个聚合釜 中完成其聚合过程，在聚合的同时也完 成了共混。
为银纹剪切带理论奠定基础
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20世纪70年代，增韧机理研究主要是对弹性体 增韧脆性塑料体系的研究，最著名的增韧理论
是银纹-剪切代理论。还有银纹支化理论和界 面空洞理论 80年代以来，则对韧性聚合物基体进行了研究。 90年代以后，非弹性体（刚性有机粒子或刚性 无机粒子）增韧机理的研究广泛开展起来，为
共混涵盖范围 物理共混 物理/化学共混 聚合物/无机填充体系 短纤维增强聚合物体系
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发展概况 理论概貌
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发展概况
几个重要的里程碑事件： 1942年，采用机械熔融共混法将NBR掺和于
PVC之中，制成了分散均匀的共混物。这是第 一个实现了工业化生产的聚合物共混物。
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1964年，Kato研究成功OsO4电镜染色技 术，使得可用透射电镜直接观察到共混 物的形态，这一实验技术大大促进了聚 合物改性科学理论和实践的发展，堪称 聚合物发展史上重要的里程碑。
1975年，美国Dupont公司开发了超韧尼 龙(缺口冲击强度大于50kJ/m2)。这种材 料是PA与聚烯烃或橡胶的共混物，大幅 度提高了PA的冲击强度。
2.76 2.68
3
12
-95
2.41 12.3
20
22 -87 1.93 74.87 45
30
-55 1.03 36.36 34
78
—— 0.552 8.02
8
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1.2 聚合物共混的优势
通过共混，显著提高聚合物的性能。 通过共混，在性能基本不变的前提下，
降低材料的成本。 通过共混，获取新的性能。