橡胶增韧塑料机理.pdf

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1、第5期高分子通报·13·橡胶增韧塑料机理1231彭静,乔金梁,魏根栓(11北京大学化学学院应用化学研究所,北京100871;21中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京100013)摘要:综述了橡胶增韧塑料机理研究的发展与现状,着重探讨了橡胶增韧机理中有关脆韧转变的定量研究,同时也讨论了分散相的形态参数、界面相容性和韧性测试条件以及分散相与基体的性能等因素对橡胶增韧塑料性能及增韧的影响,最后提出了橡胶增韧塑料研究的发展趋势。关键词:橡胶;橡胶增韧;塑料;进展引言聚合物材料在实际使用过程中,不仅需要具有较高

2、的强度,而且还应具有较高的韧性,因此有关塑料增韧的研究一直是高分子材料科学的重要课题和热点。自从19世纪40年代以来,工业上就广泛采用加入少量橡胶来提高刚性聚合物的抗断裂性能,因而橡胶增韧技术也随之蓬勃发展起来。目前几乎所有类型的刚性聚合物(包括无定形、半结晶型热塑性树脂和热固性树脂)的橡胶增韧材料都被制造出来。但由于橡胶增韧聚合物的断裂行为十分复杂,并且随组成、形态和测试条件变化而显著变化,使得增韧机理的研究进程发展得相对缓慢。迄今为止,橡胶增韧聚合物的结构与性能关系中一些重要的方面还没有被正确地认识,它们

3、仍是科学家们争相研究的焦点。研究橡胶增韧塑料的机理十分重要,它将指导我们更好地进行分子设计,以得到综合性能良好的工程材料。现在,一些研究工作者们将新的实验方法与新的模型方法相结合已经取得了前所未有的进展,应该说增韧机理的研究正处于定量研究的发展趋势中。本文主要综述近年来有关增韧机理的定量研究。1增韧机理的发展增韧机理的研究最早开始于50年代初,人们从脆性基体与橡胶分散相所组成的物理模型出发,围绕着橡胶相如何增韧机理而展开。纵观增韧理论的发展,它主要经历了微裂纹理论、多重银纹理论和剪切屈服理论等阶段。目前被人们

4、较普遍接受的增韧理论是银纹2剪切带理论,该理论是[1,2]Bucknall等人在70年代提出的,其主要思想为:橡胶颗料在增韧体系中发挥着两个重要的作用,一是作为应力集中中心诱发大量银纹和剪切带,二是控制银纹的发展,并使银纹终止而不致发展成破坏性裂纹。银纹尖端的应力场可诱发剪切带的产生,而剪切带也可阻止银纹的进一步发展。大量银纹或剪切带的产生和发展要消耗大量能量,因而使材料的冲击强度显著提高。该理论的特点是既考虑了橡胶颗粒的作用(即引发银纹和剪切带,并终止银纹发展),又考虑了树脂连续相性能的影响。此外,还明确指

5、出了银纹的双重功能,一方面,银纹的产生和发展消耗大量能量,可提高材作者简介:彭静(1973—),女,黑龙江佳木斯人,北京大学化学学院应用化学研究所博士后,主要从事聚合物改性和聚合物表面与界面研究;3通讯联系人。·14·高分子通报2001年10月料的破裂能;另一方面,银纹又是产生裂纹,并导致材料破坏的先导。该理论已被广泛地用来定性地解释橡胶增韧塑料的机理。但是这些早期的增韧理论只能定性地解释一些实验结果,缺乏从分子水平上对材料形态结构的定量研究,以及对形态结构与材料韧性之间相关性的研究。有关橡塑共混物中橡胶粒子

6、形态研[3]究最早的是Taylor,并给出了分散相粒径与加工工艺的关系式:R=(cσPγÛηm)f(ηmPηd)(1)式中R———粒径;c———常数;σ———界面张力;γÛ———剪切速度;ηm———混合相粘度;ηd———分散相粘度;f———某种函数关系。此后,Tokita依据分散相粒子的破碎与结合速率达到平衡后,粒径不[4]再变化这一点,导出了粒径与共混条件的关系式:R=(12Pπ)P

7、体系的粘度;

8、前人工作的基[6]础上提出了适用于实际的非简单剪切场情况下的新关系式:-1R=AηγÛP