聚合物共混改性

1.目的:获得预期性能的共混物。方法:①熔融共混②溶液共混③乳液共混④釜内共混. 1、共混物形态的三种基本类型 (1)均相体系 (2)两相体系①海—岛结构 ②海—海结构 其一是均相体系；其二被称为“海-岛结构”,这是一种两相体系,且一相为连续相,一相为分散相,分散相分散在连续相中,就好像海岛分散在大海中一样；其三被称为“海-海结构”,也是两相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿。

2.均相体系的判定

答：如果一种共混物具有类似均相材料所具有的性能,这种共混物就可以认为是具有均相结构的共混物.在大多数情况下,可以用玻璃化转变温度Tg 作为判定的标准。

①如果两种聚合物共混后

,形成的共混物具有单一的Tg,则就可以认为该共混物为均相体系. ②部分相容性的聚合物为两相体系,两种聚合物的共混物具有两个Tg,且两个Tg 峰较每一种聚合物自身的Tg 更为接近。

③不相容的聚合物的共混物有两个Tg 峰,其位置与每一种聚合物的Tg 峰基本相同。

3.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.

分散混合：既增加分散相空间分布的随机性,又减小分散相粒径,改变分散相粒径分布过程. 4

,一个分散相大粒子(大液滴)分裂成两个较小较小的粒子再进一步分裂。展示的分散过程是逐步进行的重复破裂过程。 (大液滴)先变为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒

)(毛细管不稳定现象)。其展示的分散过程是在瞬间完成的。 5

a.

,

改变剪切应力,助剂调节,分散相粒径变小;剪切流动,拉伸流动),粒径更均匀. 6

,使We 值增大,进而使形变增大； ,使We 值增大,易于变形.液滴的变形到达连续相的黏度增大,使We 值增大,进而使液滴(σ下降,使We 值增大,进而使液 ⑥熔体弹性； ⑦液滴破碎的判据:τ(19λ+16)/16(λ+1)>σ/R ,式中τ为剪切应力. ⑧流动场形式的影响

（2）双小球模型：②粒径大的分散相颗粒易破碎分散,发生分散相粒径的自动均化过程； ①剪切应力、分散相内力：增大剪切应力或降低分散相内力有利于分散相颗粒的破碎分散； ③在分散相的破碎分散过程中,分散相颗粒会发生伸长变形和转动.当伸长变形的分散相颗粒转动到剪切应力平行的方向时,就难以进一步破碎了。

7.熔体黏度调控的方法: 调节共混温度,剪切应力;用助剂进行调节;改变相对分子质量. 8、总体均匀性：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。 分散度：分散相颗粒的破碎程度；用分散相平均粒径表征。

9、共混物组成、共混过程、共混物性能与共混物形态的基本关系 答：共混物的组成、共混工艺条件,都会对共混物的微观形态产生重要影响。与此同时,共混物的微观形态,又与各种宏观性能(如力学性能)之间,有着密切的联系.共混物的微观形态可以成为联结共混物的组成、共混工艺条件和共混材料宏观性能的一个重要的枢纽。 10.分散相粒径的因素

答：熔体黏度与组分配比是影响分散相粒径的重要因素；共混过程中共混体系所受到的外力作用(通常是剪切应力),对分散相粒径也有重要影响；两相之间界面张力对分散相物料的分散过程产生影响,进而影响分散相粒径。 11.简述聚合物表面张力的影响因素

(1)温度 表面张力的本质是分子间相互作用。由于分子间力随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。聚合物的表面张力也随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。

(2)聚合物物态 结晶性聚合物发生结晶或熔融时,密度发生变化。根据Macled 方程,密度变化会引起表面张力变化,密度增大,表面张力也增大；因而,结晶性聚合物发生相变时,表面张力会发生相应的变化。结晶体的密度高于熔体的密度,相应的,结晶体的表面张力高于熔体的表面张力。这种变化,会使表面张力与温度的线性关系受到影响。 (3)相对分子质量；分子量大,表面张力也大。

(4)溶解度参数

；表面张力随溶解度参数的增大而增大;

内聚能密度；表面张力和内聚能密度都与分子间相互作用有关,两者彼此有关联。 12、简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系 溶解度参数接近的体系,或者B 参数较小的体系,相容性相应的较好,界面张力较低,界面层厚度也较厚。 13、共混体系的相容剂有哪些类型及其作用机理 非反应性共聚物,反应性共聚物。 作用机理是富集在两相界面处,改善两相之间的界面结合. 14、转矩流变仪：可配置有多套不同的混炼装置，如双转子混炼器、单螺杆挤出机，以转矩值来表征黏度。

15.共混体系熔融流变性能因素:剪切速率,温度,粘弹性,共混物组分含量,第三组分(调节剂）.

非弹性体增韧的最大优越性在于脆性塑料在提高材料抗冲击性能的同时，并不会降低材料的刚性，此外,非弹性体(脆性塑料)一般具有良好的加工流动性。 18、表面处理作用机理

(1)提高碳纤维的表面能(实质是提高碳纤维表面的含氧量),

减少纤维与基体、树脂表面能之差值,以达到改善基体与纤维间的浸润性,实现纤维与基体间的有关粘结；

(2)通过一定处理后,可在碳纤维表面形成大量可与基体形成化学键及氢键或范德华力结合的活性基团,可明显提高CFRP 层间剪切强度； (3)改善碳纤维表面物理状态,及增加表面粗糙或在纤维表面生成凹凸结构,以通过机械契合或者说“锚固效应”达到好的界面性能. 19、如何提高极性尼龙和非极性聚烯烃弹体的相容性？表征PA/POE

共混物相容性的方法。 (1)采用马来酸酐接枝到聚烯烃单体上作为相容剂,与PA 发生化学反应,改善相容性。

(2)玻璃化转变温度,浊点法(光散射法),扫描电镜法,红外光谱法。固体物性表征:热分析法(DSC),膨胀计法,动态力学分析法.热力学表征:熔点降低法,吸附探针法,反气相色谱法. 17PA 性能的主要因素: 直径,长度,表面处理,含量

(1) 用于PA 增强的玻璃纤维直径在10-20μm 左右。玻纤过细,玻纤容易,没有足够的长径比,玻纤就失去了增强作用；玻纤过粗,,不能得到力学性能优良的改性PA 产品。

(2)PA 增强的玻纤有长玻纤和短玻纤两类,长玻纤是在双螺杆挤出机;短玻纤是和原料从加料口混合加入.短纤维增强的制品中,纤维受剪切严重,其长度较短.理论上讲,纤维越长,增强效果越好,但制品表面粗糙,成型难度增加.玻纤的长双螺杆挤出机的螺杆组合和螺杆转速对玻纤的长度有较大影响。 (3) 市售玻纤一般均已经过表面浸润处理,玻纤浸润剂主要成分为 常用偶联剂均为硅烷类有机化合物，成膜剂主要有丙烯酸、聚氨酯、环氧类缩水甘油醚、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯等。 在使用玻纤增强PA 时,须根据基体材料的种类及产品性能要求来选择合适的玻纤种类,最好选用聚氨酯、环氧类缩水甘油醚、丙烯酸等成膜剂处理后的纤维。 玻纤生产过程中,偶联剂用量偏小,在与PA 共混挤出时,应适当添加一定量的偶联剂。

(4)玻纤含量的影响 力学性能 玻纤含量对玻纤增强PA6(上表)和PA66(下表)力学性能的影响。随玻纤含量增加,增强PA 的力学性能迅速提高,但玻纤含量过高,增强材料表面粗糙,且加工性能下降,同时玻纤含量的增加会增大设备磨损。 20、试述聚合物表面改性的必要性及其意义。

答：表面改性技术是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、

高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。 1.目的:获得预期性能的共混物。方法:①熔融共混②溶液共混③乳液共混④釜内共混. 1、共混物形态的三种基本类型 (1)

均相体系 (2)两相体系①海—岛结构 ②海—海结构 其一是均相体系；其二被称为“海-岛结构”,这是一种两相体系,且一相为连续相,一相为分散相,分散相分散在连续相中

,就好像海岛分散在大海中一样；其三被称为“海-海结构”,也是两相体系,但两相皆为连续相,相互贯穿。 2.均相体系的判定

答：如果一种共混物具有类似均相材料所具有的性能,这

种共混物就可以认为是具有均相结构的共混物.在大多数情况下,可以用玻璃化转变温度Tg 作为判定的标准。

①如果两种聚合物共混后,形成的共混物具有单一的Tg,则就可以认为该共混物为均相体系

. ②部分相容性的聚合物为两相体系,两种聚合物的共混物具有两个

Tg,且两个Tg 峰较每一种聚合物自身的Tg 更为接近。 ③不相容的聚合物的共混物有两个

Tg 峰,其位置与每一种聚合物的

Tg 峰基本相同。

3.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.

分散混合：既增加分散相空间分布的随机性,又减小分散相粒径,改变分散相粒径分布过程. 4

,一个分散相大粒子(大液滴)分裂成两个较小较小的粒子再进一步分裂。展示的分散过程是逐步进行的重复破裂过程。 (大液滴)先变为细流线,细流线再在瞬间破裂成细小的粒)(毛细管不稳定现象)。其展示的分散过程是在瞬间完成的。 5、影响共混过程的

a.,改变剪切应力,助剂调节,分散相粒径变小;剪切流动,拉伸流动),粒径更均匀. 6 ,使We 值增大,进而使形变增大； ,使We 值增大,易于变形.液滴的变形到达连续相的黏度增大,使We 值增大,进而使液滴(σ下降,使We 值增大,进而使液 ⑥熔体弹性； ⑦液滴破碎的判据:τ(19λ+16)/16(λ+1)>σ/R ,式中τ为剪切应力. ⑧流动场形式的影响

（2）双小球模型：②粒径大的分散相颗粒易破碎分散,发生分散相粒径的自动均化过程； ①剪切应力、分散相内力：增大剪切应力或降低分散相内力有利于分散相颗粒的破碎分散； ③在分散相的破碎分散过程中,分散相颗粒会发生伸长变形和转动.当伸长变形的分散相颗粒转动到剪切应力平行的方向时,就难以进一步破碎了。

7.熔体黏度调控的方法: 调节共混温度,剪切应力;用助剂进行调节;改变相对分子质量. 8、总体均匀性：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。 分散度：分散相颗粒的破碎程度；用分散相平均粒径表征。

9、共混物组成、共混过程、共混物性能与共混物形态的基本关系 答：共混物的组成、共混工艺条件,都会对共混物的微观形态产生重要影响。与此同时,共混物的微观形态,又与各种宏观性能(如力学性能)之间,有着密切的联系.共混物的微观形态可以成为联结共混物的组成、共混工艺条件和共混材料宏观性能的一个重要的枢纽。 10.分散相粒径的因素

答：熔体黏度与组分配比是影响分散相粒径的重要因素；共混过程中共混体系所受到的外力作用(通常是剪切应力),对分散相粒径也有重要影响；两相之间界面张力对分散相物料的分散过程产生影响,进而影响分散相粒径。 11.简述聚合物表面张力的影响因素

(1)温度 表面张力的本质是分子间相互作用。由于分子间力随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。聚合物的表面张力也随温度升高而下降,且与温度呈线性关系。

(2)聚合物物态 结晶性聚合物发生结晶或熔融时,密度发生变化。根据Macled 方程,密度变化会引起表面张力变化,密度增大,表面张力也增大；因而,结晶性聚合物发生相变时,表面张力会发生相应的变化。结晶体的密度高于熔体的密度,相应的,结晶体的表面张力高于熔体的表面张力。这种变化,会使表面张力与温度的线性关系受到影响。 (3)相对分子质量；分子量大,表面张力也大。

(4)溶解度参数

；表面张力随溶解度参数的增大而增大;

内聚能密度；表面张力和内聚能密度都与分子间相互作用有关,两者彼此有关联。 12、简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系 溶解度参数接近的体系,或者B 参数较小的体系,相容性相应的较好,界面张力较低,界面层厚度也较厚。 13、共混体系的相容剂有哪些类型及其作用机理 非反应性共聚物,反应性共聚物。 作用机理是富集在两相界面处,改善两相之间的界面结合. 14、转矩流变仪：可配置有多套不同的混炼装置，如双转子混炼器、单螺杆挤出机，以转矩值来表征黏度。

15.共混体系熔融流变性能因素:剪切速率,温度,粘弹性,共混物组分含量,第三组分(调节剂）.

非弹性体增韧的最大优越性在于脆性塑料在提高材料抗冲击性能的同时，并不会降低材料的刚性，此外,非弹性体(脆性塑料)一般具有良好的加工流动性。 18、表面处理作用机理

(1)提高碳纤维的表面能(实质是提高碳纤维表面的含氧量),

减少纤维与基体、树脂表面能之差值,以达到改善基体与纤维间的浸润性,实现纤维与基体间的有关粘结；

(2)通过一定处理后,可在碳纤维表面形成大量可与基体形成化学键及氢键或范德华力结合的活性基团,可明显提高CFRP 层间剪切强度； (3)改善碳纤维表面物理状态,及增加表面粗糙或在纤维表面生成凹凸结构,以通过机械契合或者说“锚固效应”达到好的界面性能. 19、如何提高极性尼龙和非极性聚烯烃弹体的相容性？表征PA/POE

共混物相容性的方法。 (1)采用马来酸酐接枝到聚烯烃单体上作为相容剂,与PA 发生化学反应,改善相容性。

(2)玻璃化转变温度,浊点法(光散射法),扫描电镜法,红外光谱法。固体物性表征:热分析法(DSC),膨胀计法,动态力学分析法.热力学表征:熔点降低法,吸附探针法,反气相色谱法. 17PA 性能的主要因素: 直径,长度,表面处理,含量

(1) 用于PA 增强的玻璃纤维直径在10-20μm 左右。玻纤过细,玻纤容易,没有足够的长径比,玻纤就失去了增强作用；玻纤过粗,,不能得到力学性能优良的改性PA 产品。

(2)PA 增强的玻纤有长玻纤和短玻纤两类,长玻纤是在双螺杆挤出机;短玻纤是和原料从加料口混合加入.短纤维增强的制品中,纤维受剪切严重,其长度较短.理论上讲,纤维越长,增强效果越好,但制品表面粗糙,成型难度增加.玻纤的长双螺杆挤出机的螺杆组合和螺杆转速对玻纤的长度有较大影响。 (3) 市售玻纤一般均已经过表面浸润处理,玻纤浸润剂主要成分为 常用偶联剂均为硅烷类有机化合物，成膜剂主要有丙烯酸、聚氨酯、环氧类缩水甘油醚、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯等。 在使用玻纤增强PA 时,须根据基体材料的种类及产品性能要求来选择合适的玻纤种类,最好选用聚氨酯、环氧类缩水甘油醚、丙烯酸等成膜剂处理后的纤维。 玻纤生产过程中,偶联剂用量偏小,在与PA 共混挤出时,应适当添加一定量的偶联剂。

(4)玻纤含量的影响 力学性能 玻纤含量对玻纤增强PA6(上表)和PA66(下表)力学性能的影响。随玻纤含量增加,增强PA 的力学性能迅速提高,但玻纤含量过高,增强材料表面粗糙,且加工性能下降,同时玻纤含量的增加会增大设备磨损。 20、试述聚合物表面改性的必要性及其意义。

答：表面改性技术是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。