第九章 高聚物的共混与复合材料

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1、第九章高聚物的共混与复合材料1目录9.1高聚物的共混及其意义9.2高聚物共混物的相容性9.3高聚物共混物的制备方法9.4高聚物共混物的形态结构9.5共混高聚物的增容9.6共混高聚物的物理力学性质9.7高聚物复合材料29.1高聚物的共混及其意义高聚物的共混及共混物——将两种或两种以上的均聚物或共聚物加以混合从而得到混合物，称为高聚物共混物，这种混合过程称为高聚物的共混。高聚物共混改性的意义——改善材料的使用性能物理机械性能↑，加工性能↑，使用范围↑，成本↓。高聚物合金（高分子合金）——把具有良好相容性的多组分高聚

2、物体系称为高聚物合金。3高聚物间的相容性——共混体系中不同高聚物间相互融合的性能。49.2高聚物共混物的相容性——热力学9.2.1混合自由能9.2.2研究高聚物之间相容性的方法9.2.3高聚物共混物的稳定性5组分B组分A低分子混合69.2.1混合自由能根据热力学相容的条件，A和B两种聚合物共混时ΔGm=ΔHm-TΔS式中，ΔGm——混合自由能变；ΔHm——混合焓变；ΔS——混合熵变。ΔGm<0，混合能够自发进行。7借用高分子溶液理论的似晶格模型，即分子象晶体一样排列，设想高分子由X链段组成，每链段占一个格子，每

3、个高分子占有相连的x个格子；高分子链是柔性的，所有构象具有相同的能量；所有高分子具有相同的聚合度；高分子链段均匀分布（即链段占有任意一个格子的几率相等）溶质分子溶剂分子高分子溶液高分子共混组分B组分A8聚合物共混的相容性取决于χ、XA(φA)、XB(φB)。组分A和B混合时ΔHmΔSVr—约为一个链段的体积；V—总体积9做A和B共混体系ΔG对组成的变化曲线χ(χ=0.01)很小时，曲线有一个最小值，此时任何组成的ΔG都比相应的a和b的低，即在任何组成范围内，体系为均相；Χ=0.1，熵（ΔS）的贡献小于焓（ΔH）

4、的贡献，曲线有一个最大值，任何组成的ΔG都比相应的A和B的高，即在任何组成范围内，A和B均不能形成稳定体系；χ取中间值（χ=0.03），曲线出现两个极小值（Φ’、Φ’’），这样若体系的总组成在Φ’和Φ’’之间，为使体系稳定，便会产生相分离，形成组分分别为Φ’和Φ’’的两相。KL10.110两相开始出现的条件也就是拐点（K和L）出现的条件，即ΦA和ΦB的二阶和三阶导数均为零，从而得到开始发生相分离时的χ临界值χ<χc，可形成均相体系；χ>χc，混合体系不能在整个范围内出现均相；设X=XA=XB，则可以看到，聚合物

5、分子量越大，则χc越小，越不容易相容；通常χc≈0.01，两种高聚物之间的Huggins参数Χ大多大于此值，所以真正热力学上相容的高聚物对不太多。微观相分离119.2.2研究高聚物之间相容性的方法Tg法——高聚物共混物的Tg与两种高聚物分子间的混合程度直接相关。完全相容成均相体系，只有一个Tg；完全不相容，两个Tg，分别等于两组分的Tg；部分相容，两个Tg，介于两组分的Tg之间。129.2.3高聚物共混物的稳定性热力学不相容的高聚物共混体系，工业上仍可制得相态稳定的制品。稳定性的原因在于高聚物粘度大，分子链段移

6、动困难，相分离需要的时间长；共混物的相界面上因分子链段相互扩散形成过渡层，稳定了共混体系；共混过程中，共混高聚物的分子链因剪切作用发生破坏，引发嵌段和接枝共聚形成新的共聚物，可以提高共混组分的相容性；小颗粒填料等附加物可促使混合相结构趋于细小，更趋均匀稳定；交联作用可使所获得的均匀分散相态固定，不易发生相分离。139.3高聚物共混物的制备方法9.3.1物理共混法9.3.2化学共混法*工艺：混合（物理、化学）→成型→制品149.3.1物理共混法物理共混法——依靠物理作用实现高聚物共混的方法，又称为机械共混法。15

7、干粉共混溶液共混乳液共混熔融机械—化学共混定义将不同高聚物粉末在球磨机、螺带式混合机等非加热熔融的混合设备中混合将不同高聚物的溶液混合，加热驱除溶剂将不同聚合物乳液混合，共同凝聚使用混炼机和螺旋挤出机将不同高聚物在软化或熔融流动状态下混合、分散甚至伴有化学反应优点设备简单、加工费用低、大分子受机械破坏程度小强剪切力作用引发生成促进高聚物间相容性的嵌段或接技共聚物，混合分散效果优于上述各法缺点混合分散效果较差，相区尺寸较大，性能改进不突出；且橡胶类和韧性聚合物难以采用消耗大量溶剂，在工业上无法推广受原料形态限制，

8、共混效果不很理想备注工业上常用169.3.2化学共混法共聚共混互穿聚合物网络——两种或两种以上交联聚合物相互贯穿而形成的交织聚合物网络。179.4高聚物共混物的形态结构9.4.1高聚物共混物的形态结构类型9.4.2高聚物共混物的界面层结构189.4.1高聚物共混物的形态结构类型高聚物共混物的形态结构——指不同高聚物所形成的微观多相结构，其尺寸范围约为0.01～10mm，对共混物的性能有