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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第九章 高聚物的共混與復合材料,1,目錄,9.1,高聚物的共混及其意義,9.2,高聚物共混物的相容性,9.3,高聚物共混物的制備方法,9.4,高聚物共混物的形態結構,9.5,共混高聚物的增容,9.6,共混高聚物的物理力學性質,9.7,高聚物復合材料,2,9.1,高聚物的共混及其意義,高聚物的共混及共混物,將兩種或兩種以上的均聚物或共聚物加以混合從而得到混合物，稱為高聚物共混物，這種混合過程稱為高聚物的共混。,高聚物共混改性的意義,改善材料的使用性能,物理機械性能，加工性能，使用范圍，成本。,高聚物合金（高分
2、子合金）,把具有良好相容性的多組分高聚物體系稱為高聚物合金。,3,高聚物間的相容性,共混體系中不同高聚物間相互融合的性能。,4,9.2,高聚物共混物的相容性,熱力學,9.2.1,混合自由能,9.2.2,研究高聚物之間相容性的方法,9.2.3,高聚物共混物的穩定性,5,組分,B,組分,A,低分子混合,6,9.2.1,混合自由能,根據熱力學相容的條件，,A,和,B,兩種聚合物共混時,G,m,=,H,m,-TS,式中，,G,m,混合自由能變；,H,m,混合焓變；,S,混合熵變。,G,m,0,，混合能夠自發進行。,7,借用高分子溶液理論的似晶格模型，即,分子象晶體一樣排列，設想高分子由,X,鏈段組成，
3、每鏈段占一個格子，每個高分子占有相連的,x,個格子；,高分子鏈是柔性的，所有構象具有相同的能量；,所有高分子具有相同的聚合度；,高分子鏈段均勻分布（即鏈段占有任意一個格子的幾率相等）,溶質分子,溶劑分子,高分子溶液,高分子共混,組分,B,組分,A,8,聚合物共混的相容性取決于,、,X,A,(,A,),、,X,B,(,B,),。,組分,A,和,B,混合時,H,m,S,V,r,約為一個鏈段的體積；,V,總體積,9,做,A,和,B,共混體系,G,對組成的變化曲線,(,=,0.01),很小時，曲線有一個最小值，此時任何組成的,G,都比相應的,a,和,b,的低，即,在任何組成范圍內，體系為均相；,=0.
4、1,，熵（,S,）的貢獻小于焓（,H,）的貢獻，,曲線有一個最大值，任何組成的,G,都比相應的,A,和,B,的高，即,在任何組成范圍內，,A,和,B,均不能形成穩定體系；,取中間值（,=0.03,），曲線出現兩個極小值（,、,）,，這樣若體系的總組成在,和,之間，為使體系穩定，便會產生相分離，形成組分分別為,和,的兩相。,K,L,10.1,10,兩相開始出現的條件也就是拐點（,K,和,L,）出現的條件，即,A,和,B,的二階和三階導數均為零，從而得到開始發生相分離時的,臨界值,c,，混合體系不能在整個范圍內出現均相；,設,X,=X,A,=X,B,，則,可以看到，聚合物分子量越大，則,c,越小，
5、越不容易相容；,通常,c,0.01,，兩種高聚物之間的,Huggins,參數,大多大于此值，所以真正熱力學上相容的高聚物對不太多。,微觀相分離,11,9.2.2,研究高聚物之間相容性的方法,T,g,法,高聚物共混物的,T,g,與兩種高聚物分子間的混合程度直接相關。,完全相容成均相體系，只有一個,T,g,；,完全不相容，兩個,T,g,，分別等于兩組分的,T,g,；,部分相容，兩個,T,g,，介于兩組分的,T,g,之間。,12,9.2.3,高聚物共混物的穩定性,熱力學不相容的高聚物共混體系，工業上仍可制得相態穩定的制品。穩定性的原因在于,高聚物粘度大，分子鏈段移動困難，相分離需要的時間長；,共混物
6、的相界面上因分子鏈段相互擴散形成過渡層，穩定了共混體系；,共混過程中，共混高聚物的分子鏈因剪切作用發生破壞，引發嵌段和接枝共聚形成新的共聚物，可以提高共混組分的相容性；,小顆粒填料等附加物可促使混合相結構趨于細小，更趨均勻穩定；,交聯作用可使所獲得的均勻分散相態固定，不易發生相分離。,13,9.3,高聚物共混物的制備方法,9.3.1,物理共混法,9.3.2,化學共混法,*工藝：混合（物理、化學）成型 制品,14,9.3.1,物理共混法,物理共混法,依靠物理作用實現高聚物共混的方法，又稱為機械共混法。,15,干粉共混,溶液共混,乳液共混,熔融機械,化學共混,定義,將不同高聚物粉末在球磨機、螺帶式
7、混合機等非加熱熔融的混合設備中混合,將不同高聚物的溶液混合，加熱驅除溶劑,將不同聚合物乳液混合，共同凝聚,使用混煉機和螺旋擠出機將不同高聚物在軟化或熔融流動狀態下混合、分散甚至伴有化學反應,優點,設備簡單、加工費用低、大分子受機械破壞程度小,強剪切力作用引發生成促進高聚物間相容性的嵌段或接技共聚物，混合分散效果優于上述各法,缺點,混合分散效果較差，相區尺寸較大，性能改進不突出；且橡膠類和韌性聚合物難以采用,消耗大量溶劑，在工業上無法推廣,受原料形態限制，共混效果不很理想,備注,工業上常用,16,9.3.2,化學共混法,共聚共混,互穿聚合物網絡,兩種或兩種以上交聯聚合物相互貫穿而形成的交織聚合物
8、網絡。,17,9.4,高聚物共混物的形態結構,9.4.1,高聚物共混物的形態結構類型,9.4.2,高聚物共混物的界面層結構,18,9.4.1,高聚物共混物的形態結構類型,高聚物共混物的形態結構,指不同高聚物所形成的微觀多相結構，其尺寸范圍約為,0.01,10mm,，對共混物的性能有重要影響。,形態結構類型,19,1,）單相連續結構,圖,10.2,SBS,三嵌段共聚物的形態結構,.,（丁二烯含量,20%,）,圖,10.3 G,型,ABS,的形態結構,.,（黑色為橡膠，白色為樹脂）,20,2,）兩相交錯結構,3,）相互貫穿的兩相連續結構,圖,10.4 SBS,形態結構的電鏡照片,.,（丁二烯含量）
9、,圖,10.5,聚順丁二烯,/,聚苯乙烯,IPN,電鏡照片,.,21,4,）含結晶聚合物的共混物的形態結構,a.,晶態聚合物,/,非晶態聚合物共混,圖,10.7,晶態,/,非晶態共混物形態結構示意圖,.,A,和,B,相容性差,22,b.,結晶聚合物,/,結晶聚合物共混,圖,10.8,結晶,/,結晶聚合物共混物可能呈現的形態結構。,非晶,/,非晶,23,9.4.2,高聚物共混物的界面層結構,10.9,10.11,24,界面層的結構對共混物的力學性能起決定性的作用。,25,9.5,共混高聚物的增容,增容與增容劑,在高聚物共混體系中加入與共混組分相容性均較好的共聚物，可降低組分間的界面能，增加體系的
10、相容性，這種過程稱為增容，相應的共聚物稱為增容劑。,26,非反應型增容劑的作用原理,降低相界之間的界面能；在高聚物共混過程中促進相的分散；阻止分散相的凝聚；強化相直接的粘接。,圖,10.12,橡膠與吸水樹脂共混體系。,A,未加嵌段共聚物增容劑,B,加入嵌段共聚物增容劑,嵌段共聚物,A-b-B,接枝共聚物,A-g-B,27,反應型增容劑作用原理,反應型增容劑,具有與共混的聚合物組分之間形成新的化學鍵的反應基團，所以可成為化學增容。,28,9.6,共混高聚物的物理力學性質,9.6.1,聚合物增韌材料,9.6.2,熱塑性彈性體,9.6.3,應變誘發塑料橡膠轉變,29,9.6.1,聚合物增韌材料,增韌
11、的概念,抗沖擊強度,材料韌性或抗破裂能力的性能。,10.13,30,橡膠增韌塑料舉例,高抗沖聚苯乙烯（,HIPS,）（,5%-10%,橡膠）,PS+,聚苯乙烯與 順丁橡膠或丁苯橡膠的接枝共聚物,ABS,無規共聚物,SA,與橡膠,(,聚丁二烯）的共聚物,10.14,10.15,31,增韌機理,分散相的應力集中效應,沖擊,增韌塑料,分散相橡膠顆粒,成為應力集中中心,大量剪切帶,材料容易發生屈服,斷裂伸長增加,大量銀紋,終止,激發,32,9.6.2,熱塑性彈性體,SBS,（苯乙烯,-,丁二烯,-,苯乙烯三嵌段共聚物）,PS 50%,相反轉,10.16,33,熱塑性彈性體,SBS,苯乙烯含量,30%,
12、左右,SBR,：丁苯橡膠,10.17,10.18,34,9.6.3,應變誘發塑料橡膠轉變,圖,10.19,圖,10.20,35,圖,10.21 SBS,薄膜試樣超薄切片的電鏡照片。,OsO,4,染色，黑色部分是聚丁二烯橡膠相，白色部分是聚苯乙烯塑料相。,（,a,）拉伸前；（,b,）,=80%,；（,c,）,=500%,；（,d),拉伸至,=600%,回復后室溫放置數日。,（,a,）（,b,）（,c,）（,d),36,9.7,高聚物復合材料,9.7.1,復合材料基本概念及分類,9.7.2,高聚物基復合材料,9.7.3,高聚物基復合材料的發展趨勢,37,9.7.1,復合材料基本概念及分類,復合材料
13、定義,用兩種或兩種以上性質與形態不同的原材料，通過復合工藝組合而成的多相材料。,復合材料的類型及特點,按基體相材料的性質分類,38,按分散相大小及形態分類,復合材料的特點,比強度和比模量高,抗疲勞性能優良,減震性能好,高溫性能優異,破損安全性好,成型工藝簡單,10.22,39,9.7.2,高聚物基復合材料,舉例,纖維增強高分子復合材料,玻璃纖維,/,不飽和聚酯復合材料,玻璃鋼,以短的玻璃纖維作為增強材料，玻璃鋼的強度大于鋼的強度，大量應用于汽車工業。,碳纖維,/,環氧復合材料,特高強度和剛性（大于玻璃鋼），優異的耐疲勞性能，廣發應用于航空航天領域。,40,9.7.3,高聚物基復合材料的發展趨勢,功能化,高聚物基復合材料的發展趨勢,固體自潤滑材料及耐磨材料,復合光敏材料,導電復合材料,阻燃及自熄復合材料,高聚物,/,無機納米復合材料,41,
第九章 高聚物的共混與復合材料
