塑料的增韧、增强与增刚

《塑料的增韧、增强与增刚》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、塑料的增韧、增强与增刚黄锐教授（四川大学高分子科学与工程学院）1.1概述   上世纪80年代以来，高分子材料的研究重点转向聚合物凝聚态物理、材料加工与高性能化、功能化等方面；或通过加工改变单一聚合物聚集态，或将不同聚合物共混使性能普通高分子材料变成可工程应用的高性能材料。   据统计，在改善和提高聚合物的性能中，主要包括冲击韧性、加工性能、拉伸强度、弹性模量、热变形稳定性、燃烧性能、热稳定性、尺寸稳定性等，获得高的冲击韧性、高的拉伸强度和良好的加工性能位居前三位，成为聚合物材料改性的主要目标。作为结构材料的高分子，强度和韧性是两项最重要的力学性能指标。以往的研究表明，橡胶能有效地增韧，但

2、造成强度、刚度较大幅度下降；无机填料能有效地增强，但往往造成冲击韧性明显下降。因此，如何获得兼具高强高刚高韧综合性能优良的高分子材料，实现同时增韧增强与增刚改性一直是高分子材料科学研究中的一个重要课题和应用研究热点。   近年来，随着对弹性体增韧机理的更进一步认识，人们在提高弹性体的增韧效果和新型弹性体的研究与应用等方面都开展了研究。弹性体增韧体系的强韧性与弹性体的种类，分散相的结构、粒子大小及分布，界面粘结以及基体等因素有关。有人采用弹性模量比橡胶类聚合物高1-2个数量级的EVA作为PP的增韧改性剂，研究了原料配比、工艺条件和微观结构对体系性能的影响。研究表明，共混物的增韧机理主要是E

3、VA分散相粒子的界面空洞化引起PP基体屈服。该共混物在冲击强度大幅度提高的同时，刚性相对下降很小，并且具有良好的加工性能，其综合性能优于PP/EPDM共混物。通过改善弹性体的粒径大小及其分布、粒子与基体的界面相互作用等来达到共混材料的强韧化，已有很多文献报道。有研究表明，质量比为80/20的动态硫化PP/EPDM和70/30非硫化型PP/EPDM的韧性几乎相同，可以用更少的弹性体用量而达到同样的增韧效果以保持PP的刚性和耐热性。   上述通过优化增韧体系的形态结构来提高聚合物的综合性能，其效果仍然有限。于是，人们逐渐把目光转向新型弹性体的开发与应用。如有人制备了一种马来酸酐官能化的、具有

4、以半结晶性塑料为核、橡胶弹性体为壳结构的新型增韧剂，与传统的纯橡胶类增韧剂相比，不仅可以增韧尼龙和热塑性非晶共聚酯，而且减少了共混物强度和模量的降低。也有用新型茂金属聚苯乙烯弹性体（PSE）增韧改性聚苯乙烯的力学性能和形态，与传统用SBS增韧PS相比，可以获得强度和韧性更好的材料。还有用乳液接枝聚合制备了丁苯橡胶（SBR）接枝丙烯酸(AA)胶乳，发现加入质量分数为5%的SBR-g-AA粉末橡胶，PA6的拉伸强度和冲击强度分别由纯PA6的60.9Mpa和5.4KJ/m2提高到70.9Mpa和7.0KJ/m2。采用原位核-壳乳液聚合制备的有机高分子-无机纳米复合增韧改性剂（纳米CaCO3原位

5、复合ACR）增韧增强PVC，也取得了良好效果。另外，通过乳液插层法制备NBR/有机改性膨润土对PVC增韧；茂金属聚烯烃弹性体（POE）/聚丙烯（PP）的共混物接枝马来酸酐（POE/PP）-g-MAH对PC增韧等，所得改性材料都具有高韧性和高强度等的优良综合性能。1.2弹性体与刚性粒子并用增韧   刚性有机粒子增韧聚合物二元合金体系在韧性提高的同时，不降低材料的强度和刚性；对于刚性无机粒子增韧聚合物二元复合体系，在一定条件下表现出同时增韧增强，但韧性的提高幅度有限。相比之下，无机纳米粒子常常可以较大幅度地增韧增强聚合物；纤维增强聚合物复合材料的拉伸强度、弯曲强度等一般都大大提高，但体系的韧

6、性提高很小，往往呈下降的趋势。因此，近年来采用弹性体与刚性粒子或纤维并用增韧增强聚合物体系的研究越来越多，以期获得刚性、强度和韧性达到最佳平衡的、综合性能优良的高分子材料。采用弹性体与一些刚性粒子并用达到增韧增强改性聚合物的三元共混复合体系有：PP/EPDM/HDPE、PP/EPDM/高岭土、PP/POE/硅灰石、PP/POE/GF、PP/EPDM/纳米SiO2；POM/TPU/GF[；PVC/CPE/CaCO3；PS/SBS/HDPE等。在这类增韧增强的三元组分体系中，材料的力学性能不仅取决于各组分的性能，而且与相形态密切相关，尤其两种改性剂（增韧剂、增强剂）在基体内形成的分散相的形状

7、、结构、大小对材料的性能有决定性的影响。增韧剂和增强剂可以各自独立地以分散相存在，也可以形成以填料（刚性粒子或纤维）为核、弹性体为壳的核-壳结构分散相，在刚性粒子或纤维和基体之间形成一个橡胶的界面层，或者形成独立分散与核-壳形态的混合结构。不同形态的形成主要受各组分的特性、相容性、加工条件、热力学和动力学因素的影响。1.3刚性粒子增韧机理   刚性粒子增韧的理论是建立在橡胶增韧理论上的一个重要飞跃。弹性体增韧虽使材料的韧性大幅度提高