第二章增韧理论2
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剪切形变过程 银纹化过程
a.剪切形变
材料发生拉伸作用时，会发生剪切形变。这是因 为拉伸力可分解为剪切力分量，它的最大值出现 在与正应力成45º的斜面上。在塑料发生剪切形变 的地方，可观察到剪切带的形成。
厚度≈1μm，宽度：5～50 μm。大量不规则 线簇，每一条的厚度构成0.1 μm
形成原因：ⅰ由于应变软化作用引起
厚度：103～104Å
特征： ⅰ应力发白
ⅱ密度降低（空洞）
作用机理：银纹化的产 生，使大分子产生了 很大的塑性形变及粘 弹形变，形成细丝， 使作用与样品的能量 被消耗掉。
三个阶段：引发、增长、终止 塑料：未改性——结构缺陷或不均匀而造成的 应力集中
改性——分散相粒子是引发银纹的中心， 两相界面是引发银纹的主要场所 银纹必须被及时终止，才有增韧作用
缺点：
橡胶颗粒产生静张力场的概念是正确的， 这是因为橡胶颗粒的应力集中作用以及其 与基体的热膨胀系数的差别所引起的。
但是，这种静张力的作用是不大可能足以 使材料产生如此大的屈服形变。所以这不 能作为增韧的主要原因。 硬性颗粒如TiO2以及气泡会产生更大的膨 胀效应，应该有更大的增韧作用，显然与 事实不符。
基体：脆性——主要诱发银纹 韧性——主要诱发剪切带 韧性↗剪切带比例↗
形变速率↗银纹化比例↗
橡胶颗粒的第二个重要作用：控制银纹的 发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏 性的裂纹。
在橡胶颗粒的影响下，当受到外力作用时， 材料中就产生并发展大量的银纹和剪切带， 吸收大量的能量。橡胶颗粒又能及时将产 生的银纹终止而不致发展成破坏性的裂纹， 所以可大大提高材料的冲击强度。
2.3.2 共混物的力学性能(4)
提高聚合物的力学强度，是共混改性的最 重要的目的之一。其中，提高塑料的抗冲 击性能，即塑料的抗冲改性，又称为增韧 改性，在塑料共混改性材料中占有举足轻 重的地位。 ——研究的重点
1.弹性体增韧塑料体系
弹性体为分散相，塑料为连续相。塑 料又称为塑料基体。 ①塑料基体的形变
缺点：
将韧性的提高主要归结于橡胶粒子吸收能 量的作用，这无疑是一个原因，但不是主 要原因。按Newman和Strella的计算，这种 机理所吸收的能量不超过冲击能的1/10。 这种理论不能解释气泡以及小玻璃珠之类 的分散颗粒有时也有明显增韧效应的现象。
ⅱ次级转变温度理论
由Nielsen提出，聚合物的韧性往往与次级 转变温度有关。 PC、POM -40℃有低温转变峰，因而冲击 强度较高。 在橡胶增韧塑料的体系中，橡胶的Tg即相 当于一个很强的次级转变峰，提高了韧性。
ⅳ裂纹核心理论
– 由Schmitt提出 – 机理：橡胶颗粒作为应力集中点，产生了大量
的小裂纹而不是大裂纹。扩展大量的小裂纹比 扩展少数的大裂纹需要更多的能量。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，从而会导致裂纹的终止。应力发 白现象就是形成大量小裂纹的原因。
缺点：
第一，未能将裂纹和银纹加以区别。小裂纹 其实就是银纹，没阐明小裂纹的特性。
终止因素：ⅰ 与剪切带的相互作用 ⅱ 银纹尖端应力集中因子的下降 ⅲ 银纹支化
2 塑料基体的分类
1985年wenku.baidu.com吴守恒对热塑性基体进行了分类， 并阐述了基体破坏时的能量吸收方式： 分类：脆性基体：PS、PMMA
韧性基体：PA、PC、PET 特点：脆性基体：裂缝引发能和增长能都 很低， 有缺口、无缺口冲击强度都低
韧性基体：裂缝引发能高，无缺口 冲击强度高；裂缝增长能低，有缺口冲击 强度低
能量吸收方式 脆性基体：通过形成银纹，吸收能量 韧性基体：通过剪切屈服，消耗能量
吴守恒这一科学分类对材料增韧有重要意义， 正是在这个分类的基础上，才发展了非弹 性体增韧体系。
3.弹性体增韧塑料的机理
开始于50年代 目前有较大进展 仍处于不断的发展之中
第二，只强调了橡胶颗粒诱发小裂纹的作用， 未考虑其终止小裂纹的作用。
第三，忽视了基体特性的影响。 尽管如此，该理论关于应力集中诱发小裂纹
这一思想对增韧理论的发展有很大的启发 和推动作用。
b增韧理论的主流与进展
ⅰ银纹-剪切带理论 ⅱ银纹支化理论 ⅲ界面空洞化理论 ⅳ逾渗理论
ⅰ银纹-剪切带理论
ⅰ银纹-剪切带理论实在Newman和Crancio 工作的基础上提出的 这种理论认为：橡胶增加塑料的韧性不但 与作为分散相的橡胶颗粒有关，而且与作 为连续相的基体树脂有关。增韧的主要原 因是银纹、剪切带的大量产生和银纹与剪 切带的相互作用。
缺点：
没有普适性 如PPO并无明显的低温次级转变峰，冲击 强度较高； 聚甲基丙烯酸环己酯，有明显的低温峰， 冲击强度却甚低。
ⅲ屈服膨胀理论
Newman和Strella 1965年首先提出。 机理：增韧塑料之所以有很大的屈服变形 值是由于膨胀活化。橡胶颗粒在其周围的 基体树脂中产生了静张力，引起体积膨胀， 增加了自由体积，从而使基体的Tg下降。 这样就是基体能发生很大的塑性形变，从 而提高了材料的韧性。
ⅱ结构缺陷造成的局部应力集中
特征： ⅰ产生细颈 ⅱ密度基本不变
作用：剪切带的形成，可耗散外力作用于样品 上的能量，使材料有韧性。
塑料：未改性——内部结构不均一或缺陷诱发
改 性——分散相颗粒诱发，达到增韧 目的。
(b)银纹化
银纹是由聚合物细丝和贯穿其 中的空洞所构成。
聚合物细丝：100～400Å；空 洞：100～200Å 方向：垂直于外加应力方向
橡胶颗粒的作用
第一个重要作用就是充当应力集中中心， 诱发大量的银纹和剪切带。
在橡胶颗粒的赤道面上会诱发大量银纹。 当橡胶颗粒的浓度大时，由于应力场的相 互干扰和重叠，在非赤道面上也能诱发银 纹。
橡胶颗粒还能诱发剪切带。
橡胶颗粒究竟是诱发银纹还是诱发剪切带以 及银纹和剪切带所占的比例与基体性质和 形变速率有关。
a.传统的弹性体增韧机理
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
为银纹剪切带理论奠定基础
ⅰ能量的直接吸收理论
Mrez 1956年提出，又称为微裂纹理论——第一 个橡胶增韧理论。 机理：样品受到冲击时会产生裂纹，橡胶粒子跨 越裂纹两岸，裂纹要发展，就必须拉伸橡胶颗粒， 因而吸收了大量的能量，提高了材料的冲击强度。
a.剪切形变
材料发生拉伸作用时，会发生剪切形变。这是因 为拉伸力可分解为剪切力分量，它的最大值出现 在与正应力成45º的斜面上。在塑料发生剪切形变 的地方，可观察到剪切带的形成。
厚度≈1μm，宽度：5～50 μm。大量不规则 线簇，每一条的厚度构成0.1 μm
形成原因：ⅰ由于应变软化作用引起
厚度：103～104Å
特征： ⅰ应力发白
ⅱ密度降低（空洞）
作用机理：银纹化的产 生，使大分子产生了 很大的塑性形变及粘 弹形变，形成细丝， 使作用与样品的能量 被消耗掉。
三个阶段：引发、增长、终止 塑料：未改性——结构缺陷或不均匀而造成的 应力集中
改性——分散相粒子是引发银纹的中心， 两相界面是引发银纹的主要场所 银纹必须被及时终止，才有增韧作用
缺点：
橡胶颗粒产生静张力场的概念是正确的， 这是因为橡胶颗粒的应力集中作用以及其 与基体的热膨胀系数的差别所引起的。
但是，这种静张力的作用是不大可能足以 使材料产生如此大的屈服形变。所以这不 能作为增韧的主要原因。 硬性颗粒如TiO2以及气泡会产生更大的膨 胀效应，应该有更大的增韧作用，显然与 事实不符。
基体：脆性——主要诱发银纹 韧性——主要诱发剪切带 韧性↗剪切带比例↗
形变速率↗银纹化比例↗
橡胶颗粒的第二个重要作用：控制银纹的 发展并使银纹及时终止而不致发展成破坏 性的裂纹。
在橡胶颗粒的影响下，当受到外力作用时， 材料中就产生并发展大量的银纹和剪切带， 吸收大量的能量。橡胶颗粒又能及时将产 生的银纹终止而不致发展成破坏性的裂纹， 所以可大大提高材料的冲击强度。
2.3.2 共混物的力学性能(4)
提高聚合物的力学强度，是共混改性的最 重要的目的之一。其中，提高塑料的抗冲 击性能，即塑料的抗冲改性，又称为增韧 改性，在塑料共混改性材料中占有举足轻 重的地位。 ——研究的重点
1.弹性体增韧塑料体系
弹性体为分散相，塑料为连续相。塑 料又称为塑料基体。 ①塑料基体的形变
缺点：
将韧性的提高主要归结于橡胶粒子吸收能 量的作用，这无疑是一个原因，但不是主 要原因。按Newman和Strella的计算，这种 机理所吸收的能量不超过冲击能的1/10。 这种理论不能解释气泡以及小玻璃珠之类 的分散颗粒有时也有明显增韧效应的现象。
ⅱ次级转变温度理论
由Nielsen提出，聚合物的韧性往往与次级 转变温度有关。 PC、POM -40℃有低温转变峰，因而冲击 强度较高。 在橡胶增韧塑料的体系中，橡胶的Tg即相 当于一个很强的次级转变峰，提高了韧性。
ⅳ裂纹核心理论
– 由Schmitt提出 – 机理：橡胶颗粒作为应力集中点，产生了大量
的小裂纹而不是大裂纹。扩展大量的小裂纹比 扩展少数的大裂纹需要更多的能量。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，从而会导致裂纹的终止。应力发 白现象就是形成大量小裂纹的原因。
缺点：
第一，未能将裂纹和银纹加以区别。小裂纹 其实就是银纹，没阐明小裂纹的特性。
终止因素：ⅰ 与剪切带的相互作用 ⅱ 银纹尖端应力集中因子的下降 ⅲ 银纹支化
2 塑料基体的分类
1985年wenku.baidu.com吴守恒对热塑性基体进行了分类， 并阐述了基体破坏时的能量吸收方式： 分类：脆性基体：PS、PMMA
韧性基体：PA、PC、PET 特点：脆性基体：裂缝引发能和增长能都 很低， 有缺口、无缺口冲击强度都低
韧性基体：裂缝引发能高，无缺口 冲击强度高；裂缝增长能低，有缺口冲击 强度低
能量吸收方式 脆性基体：通过形成银纹，吸收能量 韧性基体：通过剪切屈服，消耗能量
吴守恒这一科学分类对材料增韧有重要意义， 正是在这个分类的基础上，才发展了非弹 性体增韧体系。
3.弹性体增韧塑料的机理
开始于50年代 目前有较大进展 仍处于不断的发展之中
第二，只强调了橡胶颗粒诱发小裂纹的作用， 未考虑其终止小裂纹的作用。
第三，忽视了基体特性的影响。 尽管如此，该理论关于应力集中诱发小裂纹
这一思想对增韧理论的发展有很大的启发 和推动作用。
b增韧理论的主流与进展
ⅰ银纹-剪切带理论 ⅱ银纹支化理论 ⅲ界面空洞化理论 ⅳ逾渗理论
ⅰ银纹-剪切带理论
ⅰ银纹-剪切带理论实在Newman和Crancio 工作的基础上提出的 这种理论认为：橡胶增加塑料的韧性不但 与作为分散相的橡胶颗粒有关，而且与作 为连续相的基体树脂有关。增韧的主要原 因是银纹、剪切带的大量产生和银纹与剪 切带的相互作用。
缺点：
没有普适性 如PPO并无明显的低温次级转变峰，冲击 强度较高； 聚甲基丙烯酸环己酯，有明显的低温峰， 冲击强度却甚低。
ⅲ屈服膨胀理论
Newman和Strella 1965年首先提出。 机理：增韧塑料之所以有很大的屈服变形 值是由于膨胀活化。橡胶颗粒在其周围的 基体树脂中产生了静张力，引起体积膨胀， 增加了自由体积，从而使基体的Tg下降。 这样就是基体能发生很大的塑性形变，从 而提高了材料的韧性。
ⅱ结构缺陷造成的局部应力集中
特征： ⅰ产生细颈 ⅱ密度基本不变
作用：剪切带的形成，可耗散外力作用于样品 上的能量，使材料有韧性。
塑料：未改性——内部结构不均一或缺陷诱发
改 性——分散相颗粒诱发，达到增韧 目的。
(b)银纹化
银纹是由聚合物细丝和贯穿其 中的空洞所构成。
聚合物细丝：100～400Å；空 洞：100～200Å 方向：垂直于外加应力方向
橡胶颗粒的作用
第一个重要作用就是充当应力集中中心， 诱发大量的银纹和剪切带。
在橡胶颗粒的赤道面上会诱发大量银纹。 当橡胶颗粒的浓度大时，由于应力场的相 互干扰和重叠，在非赤道面上也能诱发银 纹。
橡胶颗粒还能诱发剪切带。
橡胶颗粒究竟是诱发银纹还是诱发剪切带以 及银纹和剪切带所占的比例与基体性质和 形变速率有关。
a.传统的弹性体增韧机理
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
为银纹剪切带理论奠定基础
ⅰ能量的直接吸收理论
Mrez 1956年提出，又称为微裂纹理论——第一 个橡胶增韧理论。 机理：样品受到冲击时会产生裂纹，橡胶粒子跨 越裂纹两岸，裂纹要发展，就必须拉伸橡胶颗粒， 因而吸收了大量的能量，提高了材料的冲击强度。