橡膠增韌塑料機理.pdf

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1、第5期高分子通報·13·橡膠增韌塑料機理1231彭靜,喬金梁,魏根栓(11北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所,北京100871;21中國石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京100013)摘要:綜述了橡膠增韌塑料機理研究的發(fā)展與現(xiàn)狀,著重探討了橡膠增韌機理中有關(guān)脆韌轉(zhuǎn)變的定量研究,同時也討論了分散相的形態(tài)參數(shù)、界面相容性和韌性測試條件以及分散相與基體的性能等因素對橡膠增韌塑料性能及增韌的影響,最后提出了橡膠增韌塑料研究的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:橡膠;橡膠增韌;塑料;進展引言聚合物材料在實際使用過程中,不僅需要具有較高

2、的強度,而且還應(yīng)具有較高的韌性,因此有關(guān)塑料增韌的研究一直是高分子材料科學(xué)的重要課題和熱點。自從19世紀(jì)40年代以來,工業(yè)上就廣泛采用加入少量橡膠來提高剛性聚合物的抗斷裂性能,因而橡膠增韌技術(shù)也隨之蓬勃發(fā)展起來。目前幾乎所有類型的剛性聚合物(包括無定形、半結(jié)晶型熱塑性樹脂和熱固性樹脂)的橡膠增韌材料都被制造出來。但由于橡膠增韌聚合物的斷裂行為十分復(fù)雜,并且隨組成、形態(tài)和測試條件變化而顯著變化,使得增韌機理的研究進程發(fā)展得相對緩慢。迄今為止,橡膠增韌聚合物的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系中一些重要的方面還沒有被正確地認(rèn)識,它們

3、仍是科學(xué)家們爭相研究的焦點。研究橡膠增韌塑料的機理十分重要,它將指導(dǎo)我們更好地進行分子設(shè)計,以得到綜合性能良好的工程材料?，F(xiàn)在,一些研究工作者們將新的實驗方法與新的模型方法相結(jié)合已經(jīng)取得了前所未有的進展,應(yīng)該說增韌機理的研究正處于定量研究的發(fā)展趨勢中。本文主要綜述近年來有關(guān)增韌機理的定量研究。1增韌機理的發(fā)展增韌機理的研究最早開始于50年代初,人們從脆性基體與橡膠分散相所組成的物理模型出發(fā),圍繞著橡膠相如何增韌機理而展開?？v觀增韌理論的發(fā)展,它主要經(jīng)歷了微裂紋理論、多重銀紋理論和剪切屈服理論等階段。目前被人們

4、較普遍接受的增韌理論是銀紋2剪切帶理論,該理論是[1,2]Bucknall等人在70年代提出的,其主要思想為:橡膠顆料在增韌體系中發(fā)揮著兩個重要的作用,一是作為應(yīng)力集中中心誘發(fā)大量銀紋和剪切帶,二是控制銀紋的發(fā)展,并使銀紋終止而不致發(fā)展成破壞性裂紋。銀紋尖端的應(yīng)力場可誘發(fā)剪切帶的產(chǎn)生,而剪切帶也可阻止銀紋的進一步發(fā)展。大量銀紋或剪切帶的產(chǎn)生和發(fā)展要消耗大量能量,因而使材料的沖擊強度顯著提高。該理論的特點是既考慮了橡膠顆粒的作用(即引發(fā)銀紋和剪切帶,并終止銀紋發(fā)展),又考慮了樹脂連續(xù)相性能的影響。此外,還明確指

5、出了銀紋的雙重功能,一方面,銀紋的產(chǎn)生和發(fā)展消耗大量能量,可提高材作者簡介:彭靜(1973—),女,黑龍江佳木斯人,北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所博士后,主要從事聚合物改性和聚合物表面與界面研究;3通訊聯(lián)系人?！?4·高分子通報2001年10月料的破裂能;另一方面,銀紋又是產(chǎn)生裂紋,并導(dǎo)致材料破壞的先導(dǎo)。該理論已被廣泛地用來定性地解釋橡膠增韌塑料的機理。但是這些早期的增韌理論只能定性地解釋一些實驗結(jié)果,缺乏從分子水平上對材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的定量研究,以及對形態(tài)結(jié)構(gòu)與材料韌性之間相關(guān)性的研究。有關(guān)橡塑共混物中橡膠粒子

6、形態(tài)研[3]究最早的是Taylor,并給出了分散相粒徑與加工工藝的關(guān)系式:R=(cσPγ?ηm)f(ηmPηd)(1)式中R———粒徑;c———常數(shù);σ———界面張力;γ?———剪切速度;ηm———混合相粘度;ηd———分散相粘度;f———某種函數(shù)關(guān)系。此后,Tokita依據(jù)分散相粒子的破碎與結(jié)合速率達(dá)到平衡后,粒徑不[4]再變化這一點,導(dǎo)出了粒徑與共混條件的關(guān)系式:R=(12Pπ)P

7、體系的粘度;

8、前人工作的基[6]礎(chǔ)上提出了適用于實際的非簡單剪切場情況下的新關(guān)系式:-1R=Aηγ?P