聚合物共混物的性能.pdf

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1、聚合物共混及性能的基本原理聚合物共混物的性能聚合物共混物的性能•物质的性能是其内部结构的表现。聚台物共混物的性能不仅与其组分的性能有关，而且与其形态结构密切相关。•聚合物是多层次结构的物质。例如大分子的化学组成、结构单元的连接方式和空间构型称为一次结构。聚合物的分子量、大分子的形状为二次结构。大分子之间堆砌、排列的情况即聚集结构依所涉及的范围分为三次结构和高次结构，即超分子结构。每种结构层次都有其相应的运动特性。•不同的性能对各结构层次的敏感程度是不同的。例如，化学性质主要决定于一次结构；玻璃化转变主要决定于一次和二次结构；力学性能则一般与三次结构

2、和高次结构有更直接的关系。同一种聚合物，结晶态和非晶态、取向和不取向，其力学性能迥然不同。2聚合物共混物的性能•加工条件不同会影响制品内部的高次结构，从而可改变制品的力学性能。•聚合物共混物的结构极为复杂，定量地描述性能与结构的关系非常困难，目前仅限于粗略的定性描述和某些半定量的经验公式。•聚合物共混物的性能与其组分性能的关系取决于共混物的形态结构，即两相之间的结合力大小、界面层的结构、界面层的厚度、两相的连续性、分散相的相区尺寸、分散相粒子的形状等。聚合物共混物性能与其纯组分性能之间的一般关系•双组分体系的性能与其组分性能之间的关系常可用最简单的

3、关系式表示，称作“混合法则”PPP1122112PPP12式中P为双组分体系的某项性能；β为组分浓度，包括重量分数、体积分数或摩尔分数。•在多数情况下，上式给出性能P的上限值，而下式则给出下限值。•上述混合物法则只是很粗略的近似。对于聚合物共混体系，与上述法则的偏离一般都较大，很多情况下甚至完全不适用。这种情况和共混物的形态结构密切相关。4均相共混物•若两种聚合物组分是完全相容的，则构成均相的共混物，也可包括无规共聚物以及以低聚物作增塑剂的体系。•由于两组分之间的相互作用，简单的混合物法则常有明显的偏差。考虑到这种相互作用引起的偏差

4、，最常用的关系式为：PPPI112212其中I为表示组分间相互作用的常数，称为作用因子，可正可负，I为正值时表示共混物的性能与混合法则有正的偏差，I为负值时则有负偏差。5•例如，醋酸乙烯-氯乙烯共聚物的玻璃化温度Tg可近似表示为W、W—醋酸乙烯和氯乙烯的重量分数12•又如对某些相容性聚合物共混物，其Tg可表示为φ、φ—组分1和2的体积分数；12K—常数；T、T—组分1和2的玻璃化温度g1g2•对具体体系和具体性能有一系列更具体和更适用的关系式。6单相连续的复相共混物•对于复相结构的共混物，组分之间的相互作用主要发生在界面层。若在界面层

5、两组分之间的相互作用较弱，两相之间的结合力就低；若在界面层两组分有较大的相互作用和相互扩散，则两相之间就有较强的粘合力。粘合力的大小对某些性能例如力学性能有很大影响，而对另外一些性能的影响则可能很小。因此，对同一体系但对不同的性能，其具体关系式会很不一样甚至完全不同。•对聚合物共混物性能有重大影响的另一结构因素是分散相颗粒的大小和形状。这是由于分散相颗粒的大小和形状不同，其堆砌系数就不同，因而就影响共混物的一系列性能。7•单相连续的复相共混物的性能与其两聚合物组分性能之间的关系可表示为（分散相为硬组分，例如以树脂增强橡胶的共混物）：P1AB2

6、P1B12式中P1、2分别为连续项性能和分散相的体积分数。系数A、B、可分别表示为：AK1EP/P121BP/P1211m122m式中P2、KE和m分别为分散相性能、爱因斯坦系数和分散颗粒的最大堆砌系数。8KE与分散相粒子的形态、聚集状态等因素有关。各种类型分散相粒子的KE值列于下表中。9粒子真实体积m粒子实际占有体积m可由实验测定或根据理论计算，各种不同形状粒子的m值列于下表。10•当分散相为软组分时，例如以橡胶增韧树脂的共混物有：P1AB1tt2P1Bt21AtAP/P112BtP/

7、P112其中1、2分别为连续相和分散相。•对不同的具体性能和不同的体系有一系列更适用和更为具体的关系式，例如Kerner方程、Hashin方程等。这些不同的具体关系式常常可看作是以上表达式的特例或改进形式。•应当指出，对于力学强度不能简单地搬用上述关系式。材料断裂的机理十分复杂，大多数情况下还缺乏定量的关系式。11两相连续的复相共混物•互穿网络聚合物、许多嵌段共聚物、结晶聚合物等都具有两相连续的复相结构。这类共混物的性能与其组分性能的关系常可表示为：nnnPPP1122或logPlogPlogP1122式中和n分别为组分的体积分

8、数以及与具体体系有关的常数。•在组分能发生相反转的组成范围内，上式对预测共混物的弹性模量比较适用。12聚合物共混物的玻璃化