增韧
- 格式:doc
- 大小:49.00 KB
- 文档页数:5
PC/ABS合金的增韧研究PC/ABS合金是由聚碳酸酯(PC)和丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)混合制成的一种工程塑料。
由于其优异的力学性能和耐用性,PC/ABS合金被广泛应用于汽车、电子、家电等领域。
然而,由于PC与ABS之间的相溶性较差,合金的韧性常常成为其需要改善的一项性能。
在研究PC/ABS合金的增韧过程中,许多学者通过改变合金中PC和ABS的配比、添加改性剂和填充剂等方法来提升其韧性。
以下将针对不同增韧方式进行详细探讨:1.物理增韧:通过添加填充剂来增加PC/ABS合金的韧性。
例如,添加纤维增韧剂(如玻璃纤维、碳纤维)可以提高合金的强度、刚度和冲击-弯曲性能。
此外,添加颗粒状增韧剂(如纳米硅酸盐、纳米粘土)可以增加合金的固态冷却性能和力学性能。
2.化学增韧:将改性剂与PC/ABS混合,通过化学反应或改性作用,使合金的韧性得到提升。
例如,添加丙烯酸酯共聚物可以提高合金的冲击韧性和拉伸强度。
添加丁二烯-丙烯腈共聚物可以提高合金的低温韧性和冲击韧性。
3.结构调控增韧:通过调节合金的微观组织来提高其韧性。
例如,通过热处理或共混改性方法,可以在PC/ABS合金中形成细小的相分散结构,提高合金的韧性和断裂韧性。
此外,添加物表面修饰技术(如改性硅烷偶联剂处理)也可以改善合金的相容性和韧性。
综上所述,PC/ABS合金的增韧研究主要包括物理增韧、化学增韧和结构调控增韧等方面。
通过改变合金的配比、添加改性剂和填充剂,可以提高其韧性,满足不同领域对于工程塑料的要求。
未来的研究还可以进一步探索新的增韧方式,提高PC/ABS合金的综合性能。
陶瓷材料的增韧方法
陶瓷材料的增韧方法可以采用以下几种途径:
1. 添加增韧剂:向陶瓷材料中添加一定比例的增韧剂,如纤维、颗粒等微观颗粒,通过增加材料的断裂面积来阻止裂纹扩展,从而提高材料的韧性。
2. 控制晶粒尺寸:通过控制陶瓷材料的晶粒尺寸,可以增加材料的韧性。
通常,晶粒尺寸越小,材料的韧性越高,因为小晶粒可以提供更多的晶界来阻碍裂纹扩展。
3. 调节成分配比:通过调节陶瓷材料中的成分配比,可以改变材料的晶格结构和传输性能,从而影响材料的韧性。
例如,添加一些特定的元素,可以形成固溶体或次微晶结构,从而提高材料的韧性。
4. 控制材料微观结构:通过控制材料的微观结构,如孔隙度、烧结密度等,可以影响陶瓷材料的韧性。
通常,降低材料的孔隙度和提高烧结密度可以增加材料的韧性。
需要注意的是,以上方法并非适用于所有陶瓷材料,具体的增韧方法需要根据具体材料的性质和应用需求进行选择和优化。
sebs增韧机理引言概述:SEBS(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene)是一种热塑性弹性体,具有良好的柔韧性和强韧性。
在工程领域,SEBS常常被用作增韧剂,以提高材料的韧性和耐冲击性能。
本文将从五个大点来阐述SEBS增韧机理,包括相容性、分散性、弹性行为、界面相互作用和分子结构。
正文内容:1. 相容性1.1 界面相互作用SEBS与基体材料之间的相容性是实现增韧的关键。
SEBS分子链中的丁苯段与基体材料中的聚合物链段之间能够形成一定的相互作用,使得SEBS与基体材料能够良好地相容,从而提高材料的韧性。
1.2 分子链结构SEBS的分子链结构中含有丁苯段和聚合物链段,这种特殊的结构使得SEBS 与基体材料之间形成相容性。
丁苯段的存在使得SEBS具有良好的柔韧性,而聚合物链段的存在则使得SEBS能够与基体材料形成相互作用,提高材料的韧性。
2. 分散性2.1 分散态度SEBS在基体材料中的分散态度对增韧效果起到重要作用。
良好的分散态度能够使得SEBS与基体材料充分接触,形成良好的界面相互作用,从而提高材料的韧性。
2.2 分散机制SEBS的分散机制主要包括物理分散和化学分散。
物理分散是指SEBS颗粒在基体材料中的均匀分散,而化学分散是指SEBS与基体材料之间的相互作用,如键合和交联等,促进分散。
3. 弹性行为3.1 弹性恢复率SEBS具有良好的弹性恢复率,即在受力后能够迅速恢复原状。
这种特性使得SEBS能够有效吸收冲击能量,提高材料的耐冲击性能。
3.2 弹性模量SEBS的弹性模量较低,使得材料具有较好的柔韧性。
这种柔韧性能够有效地抵抗外界冲击,提高材料的耐冲击性能。
4. 界面相互作用4.1 界面结构SEBS与基体材料之间的界面结构对增韧效果有重要影响。
良好的界面结构能够使得SEBS与基体材料之间形成紧密的结合,提高材料的韧性。
4.2 界面相互作用机制界面相互作用机制主要包括物理吸附和化学键合。
尼龙增韧方法
尼龙是一种常见的合成聚合物,具有优异的强度、耐磨和耐化学腐蚀性能。
然而,尼龙的脆性和低冲击强度限制了其在某些应用中的使用。
为了克服这些问题,可以采用以下方法来增加尼龙的韧性。
1.混合增韧剂:向尼龙中添加增韧剂可以提高其韧性。
常用的增韧剂包括橡胶颗粒、弹性体和弹性体改性剂。
这些增韧剂通过阻碍裂纹扩展和提供能量吸收来提高尼龙的韧性。
2.纤维增韧:向尼龙中添加纤维增韧剂,如玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维,可以显著提高其强度和韧性。
这些纤维在尼龙基体中形成强大的强化相,有效抵抗裂纹扩展和断裂。
3.高分子共混:将尼龙与其他高分子材料进行共混可以改善其韧性。
常用的共混材料包括聚碳酸酯(PC)、ABS等。
这些共混材料可以通过增加材料的韧性相和改善界面相容性来提高尼龙的韧性。
4.添加抗冲击剂:将抗冲击剂添加到尼龙中可以提高其抗冲击性能。
常用的抗冲击剂包括丙烯酸酯、苯乙烯丁二烯共聚物等。
这些抗冲击剂可以吸收能量并减少裂纹扩展,提高尼龙的抗冲击性能。
5.添加增稠剂:通过添加增稠剂来改善尼龙的流变性能,可以提高尼龙的韧性。
增稠剂可以增加尼龙的黏度和流动性,减少裂纹扩展的速度。
总的来说,尼龙的韧性可以通过混合增韧剂、纤维增韧、高分子共混、添加抗冲击剂和添加增稠剂等方法进行改善。
这些方法可以提高尼龙在各种应用中的性能,使其更具韧性和耐用性。
增韧理论:塑料共混改性的一个重要内容是提高一种塑料的韧性,使其满足使用场合和环境对材料韧性的要求。
比较成熟的是橡胶增韧技术,但近几年与发展了非弹性体增韧技术,如无机刚性粒子增韧塑料等。
⑴弹性体直接吸收能量理论:当试样受到冲击时会产生微裂纹,这时橡胶颗粒跨越裂纹两岸,裂纹要发展就必须拉伸橡胶,橡胶形变过程要吸收大量能量,从而提高了塑料的冲击强度。
⑵屈服理论:橡胶增韧塑料高冲击强度主要来源于基体树脂发生了很大的屈服形变,基体树脂产生很大屈服形变的原因,是橡胶的热膨胀系数和泊松比均大于塑料的,在成型过程中冷却阶段的热收缩和形变过程中的横向收缩对周围基体产生静水张应力,使基体树脂的自由体积增加,降低其玻璃化转变温度,易于产生塑性形变而提高韧性。
另外是橡胶粒子的应力集中效应引起的。
⑶裂纹核心理论:橡胶颗粒充作应力集中点,产生了大量小裂纹而不是少量大裂纹,扩展众多的小裂纹比扩展少数大裂纹需要较多的能量。
同时,大量小裂纹的应力场相互干扰,减弱了裂纹发展的前沿应力,从而,会减缓裂纹发展并导致裂纹的终止。
⑷多重银纹理论:由于增韧塑料中橡胶粒子数目极多,大量的应力集中物引发大量银纹,由此可以耗散大量能量。
较大的橡胶粒子还是银纹终止剂,小粒子不能终止银纹。
⑸银纹-剪切带理论:是普遍接受的一个重要理论。
大量实验表明,聚合物形变机理包括两个过程:一是剪切形变过程,二是银纹化过程。
剪切过程包括弥散性的剪切屈服形变和形成局部剪切带两种情况。
剪切形变只是物体形状的改变。
分子间的内聚能和物体的密度基本不变。
银纹化过程则使物体的密度大大下降。
一方面,银纹体中有空洞。
说明银纹化造成了材料一定的损伤,是次宏观断裂破坏的先兆;另一方面,银纹在形成、生长过程中消耗了大量能量,约束了裂纹的扩展,使材料的韧性提高,是聚合物增韧的力学机制之一,所以,正确认识银纹化现象,是认识高分子材料变形和断裂过程的核心,是进行共混改性塑料,尤其是增韧塑料设计的关键之一。
复合材料基体增韧原理今天来聊聊复合材料基体增韧原理的事儿。
你看啊,生活中有好多类似的情况能帮助我们理解这个原理呢。
就好比咱们平常吃的面包,如果把面粉当作是复合材料中的基体,那么里面加的葡萄干、果仁之类的东西就有点像用来增韧的材料了。
面包原本是软趴趴的,但是加了这些有一定硬度还能起到连接和阻挡作用的东西,就变得更有韧性,不容易撕裂了。
其实复合材料基体增韧原理也有点这个感觉。
复合材料的基体材料呢,就像是一座大厦的框架结构,给自己增加韧性的方法有不少。
其中一种就是加入纤维增强体。
比如说吧,在玻璃纤维增强树脂基体复合材料里,纤维就像一个个小卫士。
当有外力施加在这个复合材料上的时候,基体材料可能会产生裂纹。
这时候,纤维就起到作用了。
纤维比基体要强,它能够分担施加过来的力,就像一座桥有了很多牢固的钢索拉住桥身一样。
这就阻止了裂纹进一步扩大,从而让整个复合材料表现得更有韧性。
有意思的是,还有一种增韧的方式是通过第二相粒子。
这就好比在沙堆里加入一些小石子。
第二相粒子弥散在基体中,当裂纹扩展到这儿的时候,粒子会使裂纹产生偏转或者分支。
想象一下啊,一条笔直向前冲的河流(裂纹),突然遇到了一些大石头(第二相粒子),那河流就不能继续直着走了,它得拐弯或者分成几条小水流。
这样一来,裂纹扩展需要的能量就大大增加了,那复合材料就变得不容易断裂,韧性增加了。
老实说,我一开始也不明白为什么第二相粒子就能让裂纹拐弯呢。
我就拼命看书、查资料,慢慢地才有点感觉。
我觉得这就像是我们走路的时候,本来好好的一条直路,突然前面出现了一个大坑或者一堵墙(第二相粒子),那我们肯定就不能直走了,得绕着走或者换个方向。
在实际应用中那可是太多了。
像航空航天领域,飞机的机翼既要轻又要足够坚韧,复合材料在里面就发挥了大作用。
通过合适的基体增韧,能够保证机翼在承受巨大的气流压力和震动的时候不会轻易损坏。
还有汽车制造,现在很多汽车的零部件用到了增韧的复合材料,让车子更轻便且安全性提高。
abs增韧方法ABS增韧方法ABS塑料是一种广泛应用于家电、汽车、计算机等领域的工程塑料,具有优异的力学性能、电性能和加工性能。
然而,ABS塑料的韧性较差,限制了其应用范围。
为了提高ABS塑料的韧性,可以采用以下几种增韧方法:1. 橡胶增韧橡胶增韧是ABS塑料最常用的增韧方法之一。
将ABS树脂与橡胶进行接枝反应,生成具有橡胶韧性的接枝共聚物。
常用的橡胶有丁腈橡胶、顺丁橡胶等。
橡胶增韧的优点是增韧效果显著,韧性提高明显,但同时也降低了刚性和硬度。
2. 弹性体增韧弹性体增韧是指将ABS树脂与具有优异弹性的聚合物进行共混,以达到增韧的目的。
常用的弹性体包括聚氨酯、聚丙烯酸酯等。
弹性体增韧的优点是增韧效果明显,同时保持较高的刚性和硬度,但加工性能可能会有所降低。
3. 热塑性弹性体增韧热塑性弹性体是一种兼具橡胶和塑料性质的弹性材料,具有优异的韧性、弹性和加工性能。
将ABS树脂与热塑性弹性体进行共混,可以显著提高ABS塑料的韧性。
常用的热塑性弹性体包括苯乙烯类嵌段共聚物、聚烯烃类热塑性弹性体等。
4. 纳米材料增韧纳米材料增韧是指将纳米级的无机粒子均匀分散到ABS树脂中,形成纳米复合材料。
这些无机粒子可以吸收冲击能量,提高材料的韧性。
常用的纳米材料包括层状硅酸盐、纳米碳酸钙等。
纳米材料增韧的优点是增韧效果显著,同时可以提高材料的刚性和硬度。
综上所述,ABS增韧方法有多种,其中橡胶增韧、弹性体增韧、热塑性弹性体增韧和纳米材料增韧是最常用的几种方法。
根据具体应用需求选择合适的增韧方法可以提高ABS塑料的韧性,扩大其应用范围。
聚酯增韧的方法:
聚酯增韧的方法有以下几种:
1. 添加增韧剂:将一些弹性体、高分子材料和强化材料等添加到不饱和聚酯树脂中,用于有效提高其韧性和强度。
常用的增韧剂包括乙烯基丙烯酸酯共聚物、丁苯橡胶等。
2. 改变配比:通过改变不饱和聚酯树脂、交联剂、催化剂三者的配比,来控制不饱和聚酯树脂的韧性和强度,从而达到增韧的效果。
例如,增加交联剂的配比可以提高不饱和聚酯树脂的硬度和强度,但降低了其韧性。
而适当降低交联剂的用量,则可以提高不饱和聚酯树脂的韧性。
3. 控制交联度:在聚合过程中,不饱和聚酯树脂会产生交联反应。
通过控制交联反应的程度,可以影响聚酯树脂材料的强度和韧性。
因此,控制交联度是一种常见的增韧方法,可以使聚酯树脂具有更好的抗摔击性和耐冲击性。
4. 引入嵌段共聚物:将嵌段共聚物引入聚酯树脂中,可以增强材料的柔韧性和抗氧化性能,同时还能提高其耐磨性和耐温性。
此外,
嵌段共聚物的引入还可以提高聚酯树脂的成型性和粘度,使得其在加工过程中更容易操作。
5. 增加增容剂:增容剂是聚酯树脂中用量很大的一种助剂,主要是用来扩展聚酯树脂的体积,提高聚酯树脂型材的强度和韧性,增加其耐温性和耐腐蚀性。
同时,增容剂的添加也能增加树脂的柔韧性,让材料在受力时具有更好的抗拉伸性能。
acr增韧机理
ACR是一种增韧剂,全称是丙烯酸共聚物改性树脂(Acrylic Copolymer Resin)。
它主要由丙烯酸酯单体和其他杂聚物单
体经共聚反应而成。
ACR的增韧机理可以归结为以下几点:
1. 机械增韧:ACR具有较高的拉伸强度和韧性,能够改善树
脂的机械性能。
其高分子链具有较大的拉伸和弯曲能力,使得树脂体系能够吸收和分散外部应力,从而减少材料的脆性破裂。
2. 化学增韧:ACR分子中的官能团可以与树脂体系中的官能
团发生化学反应,形成交联结构或相互交错,从而增强树脂的耐热性、耐寒性和耐化学性。
这种化学增韧机理主要通过共价键的形成来实现。
3. 分散增韧:ACR分子具有良好的分散性能,可以均匀地分
散在树脂体系中,形成具有多相结构的体系。
这种多相结构能够增加材料的界面密实度和界面黏合强度,从而提高树脂体系的韧性。
ACR作为增韧剂在树脂体系中发挥重要的作用,能够有效增
强材料的物理性能和化学性能,提高材料的综合性能。
什么是钢铁合金的增韧其方法有哪些?什么是钢铁合金的增韧?其方法有哪些?简介钢铁合金是一种具有优异机械性能和广泛应用领域的材料。
在实际工程应用中,有时需要增加钢铁合金的韧性,以提高其抗冲击能力和耐久性。
本文将讨论钢铁合金的增韧方法和相关技术。
常见的增韧方法1. 低温处理:在一定的温度范围内,通过低温处理可以显著提高钢铁合金的韧性。
低温处理可以通过淬火、回火、冷处理等方式进行。
其中,淬火可以增加合金的硬度和强度,但降低其韧性。
因此,淬火后的合金需要进行回火处理,以使其恢复一定的韧性。
冷处理则是通过将合金置于较低的温度下,使其处于固态下的方法,以提高韧性。
2. 合金元素控制:在钢铁合金的配方中增加一定的合金元素,可以显著改善合金的韧性。
常见的合金元素包括锰、硼、钴等。
这些元素可以与钢铁中的碳元素发生反应,形成细小而均匀的析出物,从而提高合金的韧性。
3. 热处理:热处理是一种通过加热和冷却的过程,改变材料的微观结构和性能的方法。
热处理可以通过改变合金的晶粒大小和相组织,来提高其韧性。
常见的热处理方法有退火、正火、淬火等。
4. 界面调节:钢铁合金中的界面结构对其韧性有重要影响。
通过调节界面结构和界面相互作用,可以有效地增强合金的韧性。
常见的界面调节方法有表面改性、添加中间层等。
5. 晶界工程:晶界是钢铁合金中的晶粒与晶粒之间的界面。
通过对晶界结构和晶界能量进行调控,可以提高合金的韧性。
晶界工程可以通过控制合金的生长条件、添加晶界活性元素等方式进行。
结论钢铁合金的增韧方法有很多种,包括低温处理、合金元素控制、热处理、界面调节和晶界工程等。
在实际工程应用中,选择合适的增韧方法可以显著提高钢铁合金的韧性和耐久性,从而满足不同工程需求。
影响抗冲击强度的因素:1、缺口的影响冲击实验时,有时在试样上预置缺口,有时不加缺口。
有缺口试样的抗冲强度远小于无缺口试样,原因在于有缺口试样已存在表观裂纹,冲击破坏吸收的能量主要用于裂纹扩展。
另外缺口本身有应力集中效应,缺口附近的高应力使局部材料变形增大,变形速率加快,材料发生韧-脆转变,加速破坏。
缺口曲率半径越小,应力集中效应越显著,因此预置缺口必须按标准严格操作。
2、温度的影响温度升高,材料抗冲击强度随之增大。
对无定形聚合物,当温度升高到玻璃化温度附近或更高时,抗冲击强度急剧增大。
对结晶性聚合物,其玻璃化温度以上的抗冲击强度也比玻璃化温度以下的高,这是因为在玻璃化温度附近时,链段运动释放,分子运动加剧,使应力集中效应减缓,部分能量会由于材料的力学损耗作用以热的形式逸散。
右图给出几种聚丙烯试样的抗冲强度随温度的变化,可以看出,在玻璃化温度附近抗冲强度有较大的增长。
3、结晶、取向的影响对聚乙烯、聚丙烯等高结晶度材料,当结晶度为40-60%时,由于材料拉伸时有屈服发生且断裂伸长率高,韧性很好。
结晶度再增高,材料变硬变脆,抗冲击韧性反而下降。
这是由于结晶使分子间相互作用增强,链段运动能力减弱,受到外来冲击时,材料形变能力减少,因而抗冲击韧性变差。
从结晶形态看,具有均匀小球晶的材料抗冲击韧性好,而大球晶韧性差。
球晶尺寸大,球晶内部以及球晶之间的缺陷增多,材料受冲击力时易在薄弱环节破裂。
对取向材料,当冲击力与取向方向平行,冲击强度因取向而提高,若冲击力与取向方向垂直,冲击强度下降。
由于实际材料总是在最薄弱处首先破坏,因此取向对材料的抗冲击性能一般是不利的4、共混,共聚,填充的影响实验发现,采用与橡胶类材料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗冲击性能。
采用丁二烯与苯乙烯共聚得到高抗冲聚苯乙烯;采用氯化聚乙烯与聚氯乙烯共混得到硬聚氯乙烯韧性体,都将使基体的抗冲强度提高几倍至几十倍。
橡胶增韧塑料已发展为十分成熟的塑料增韧技术,由此开发出一大批新型材料,产生巨大经济效益。
5、填充、复合改性效果在热固性树脂及脆性高分子材料中添加纤维状填料,也可以提高基体的抗冲击强度。
纤维一方面可以承担试片缺口附近的大部分负荷,使应力分散到更大面积上,另一方面还可以吸收部分冲击能,防止裂纹扩展成裂缝。
与此相反,若在聚苯乙烯这样的脆性材料中添加碳酸钙之类的粉状填料,则往往使材料抗冲击性能进一步下降。
因为填料相当于基体中的缺陷,填料粒子还有应力集中作用,这些都将加速材料的破坏。
近年来人们在某些塑料基体中添加少量经过表面处理的微细无机粒子,发现个别体系中,无机填料也有增韧作用。
影响冲击强度的因素结构从能量角度看,试样断裂消耗能量的多少与分子链的键强度和运动单元的尺寸大小(如链段、短支链、侧基等)有关。
柔性分子链的链段平均长度较小,链段运动较激烈,受冲击时通过链段运动将冲击能量分散到较大的体积内,并且易被链段运动所吸收转化为热能,故抗冲击性能较好。
刚性分子链的链段平均长度较大,链段运动较弱,受冲击时,难以将冲击能通过链段运动较快地转移分散,容易产生能量集中,并从弱键或损伤处断裂,故冲击强度低。
可以采取共聚和共混技术,将柔性分子链引入刚性分子链中,能够显著提高材料的冲击强度。
分子链运动单元的多重性对材料的冲击强度有一定影响。
小侧基引起的δ-转变对冲击强度几乎没有影响,如PS和PMMA均属脆性玻璃;主链链节的曲柄运动引起的γ-转变,使主链有一定程度的活动性,因此呈现一定的韧性,如PE、PTFE和PA等;PC和聚芳砜等,由于具有特殊链节产生较大的β-转变,也呈现一定的韧性。
高聚物分子量增加,冲击强度有所提高,但分子量增至某一值后,分子量基本上与冲击强度无关。
冲击强度随结晶度的增加或球晶的增大而降低,如HDPE(结晶度70-80%)的冲击强度只有LDPE(结晶度约为50%)冲击强度的1/5。
原因在于球晶尺寸大,球晶内部以及球晶之间的缺陷增多,材料受冲击力时易在薄弱环节破裂。
取向结构对冲击强度也有影响。
如果冲击力与分子链取向方向平行,冲击强度较高;如果冲击力与取向方向垂直,则冲击强度较低。
切口与应力集中物冲击实验时,有时在试样上预置缺口,有时不加缺口。
有缺口试样的抗冲强度远小于无缺口试样,原因在于有缺口试样已存在表观裂纹,冲击破坏吸收的能量主要用于裂纹扩展。
另外缺口本身有应力集中效应,缺口附近的高应力使局部材料变形增大,变形速率加快,材料发生韧-脆转变,加速破坏。
缺口曲率半径越小,应力集中效应越显著,因此预置缺口必须按标准严格操作。
对不同切口试样的冲击强度进行研究,可以更好地了解材料的冲击行为。
冲击过程中消耗的能量包括裂纹的引发和裂纹的扩展两部分损耗,若钝切口时,冲击强度包含了裂纹的引发和裂纹扩展所消耗的能量,还表明了材料对缺口的敏感性;若锐利切口时,相当于裂纹已经引发,冲击强度主要表征了材料在裂纹扩展阶段消耗的能量。
其它应力集中物(如杂质、空隙等)的存在,也会使冲击强度明显下降。
温度热塑性塑料的冲击强度对温度有很大的依赖性,在玻璃化温度附近,冲击强度随温度升高而显著提高。
如PVC板材在10-25℃时,冲击强度数值较低,而在30-60 ℃数值急剧增大。
热固性塑料的冲击强度随温度的变化较小,一般在-80-200 ℃之间冲击强度变化不大。
影响高分子材料韧性的因素(1)分子链结构:柔性、刚性;分子量(2)缺口与应力集中物(3)温度热钝化效应(4)结晶和取向(5)共聚与共混、填充高分子材料的增韧改性橡胶增韧塑料的经典机理:橡胶增韧塑料的效果是十分明显的。
无论脆性塑料或韧性塑料,添加几份到十几份橡胶弹性体,基体吸收能量的本领会大幅度提高。
尤其对脆性塑料,添加橡胶后基体会出现典型的脆-韧转变。
关于橡胶增韧塑料的机理,曾有人认为是由于橡胶粒子本身吸收能量,橡胶横跨于裂纹两端,阻止裂纹扩展;也有人认为形变时橡胶粒子收缩,诱使塑料基体玻璃化温度下降。
研究表明,形变过程中橡胶粒子吸收的能量很少,约占总吸收能量的10%,大部分能量是被基体连续相吸收的。
另外由橡胶收缩引起的玻璃化温度下降仅10℃左右,不足以引起脆性塑料在室温下屈服。
Schmitt和Bucknall等人根据橡胶与脆性塑料共混物在低于塑料基体断裂强度的应力作用下,会出现剪切屈服和应力发白现象;又根据剪切屈服是韧性聚合物(如聚碳酸酯)的韧性来源的观点,逐步完善橡胶增韧塑料的经典机理。
他们认为:橡胶粒子能提高脆性塑料的韧性,是因为橡胶粒子分散在基体中,形变时成为应力集中体,能促使周围基体发生脆-韧转变和屈服。
屈服的主要形式有:引发大量银纹(应力发白)和形成剪切屈服带,吸收大量变形能,使材料韧性提高。
剪切屈服带还能终止银纹,阻碍其发展成破坏性裂缝。
塑料基体中添加部分橡胶后,橡胶作为应力集中体能诱发塑料基体产生银纹或剪切带,使基体屈服,吸收大量能量,达到增韧效果。
橡胶增韧塑料虽然可以使塑料基体的抗冲击韧性大幅提高,但同时也伴随产生一些问题,主要问题有增韧同时使材料强度下降,刚性变弱,热变形温度跌落及加工流动性变劣等。
这些问题因源于弹性增韧剂的本征性质而难以避免,使塑料的增韧、增强改性成为一对不可兼得的矛盾。
随着研究的深化,从材料的两种不同脆-韧转变方式(升高温度和升高环境压力)启示我们,增韧改性高分子材料并非一定以牺牲强度为代价,设计恰当的方法有可能同时实现既增韧、又增强。
塑料的非弹性体增韧改性就是基于此发展起来的。
高分子材料的增韧改性(1) 增塑剂与冲击韧性添加增塑剂使分子间作用力减小,链段以至大分子易于运动,则使得高分子材料的冲击韧性提高。
但某些增塑剂在添加量较少时,有反增塑作用,反使冲击韧性下降(2) 弹性体增韧塑料弹性体增韧塑料是将少量的弹性体(5%~20%)分散在塑料基体中,使其塑料具有较高的冲击强度和断裂伸长率。
弹性体增韧机理a.微裂纹理论塑料应变时,在其内部产生很多微裂纹,橡胶粒子横跨在裂纹上,阻止裂纹进一步扩展,裂纹扩展就必须拉伸橡胶粒子,因此吸收能量,提高材料韧性不足:过分强调了橡胶的增韧作用,忽略了橡胶与塑料基体间的相互作用。
b. 多重银纹理论由于塑料和橡胶两相的泊松比不同,导致材料受冲击时,应力场不再均匀,橡胶粒子起到应力集中的作用,应力集中使橡胶粒子表面,尤其是赤道附近诱发银纹,银纹沿最大主应力平面生长,当银纹端部的应力集中低于临界值或遇到另一橡胶粒子时,银纹便终止。
即橡胶粒子不仅诱发银纹,而且能控制银纹。
c.剪切屈服理论橡胶粒子的应力集中引起塑料基体局部剪切屈服,产生大量与应力方向呈45的局部剪切带,剪切带的引发核增长过程消耗大量能量,达到增韧。
d.空穴化理论在外力作用下, 分散相橡胶粒子作为应力集中点, 在其周围产生三维应力。
橡胶粒子赤道面的基体受到来自粒子压应力的作用产生剪切屈服; 同时由于最大的应力集中在粒子的两极,当界面黏结较弱时, 两极发生界面脱黏, 并扩展到粒子的大部分表面, 从而在橡胶粒子周围产生空洞, 空洞附近基体的应力状态受到改变而产生剪切屈服, 并向周围扩展, 使整个基体发生塑性形变。
空化本身不能构成材料脆韧转变, 它只是导致材料从平面应变向平面应力转化, 从而引发剪切屈服, 阻止裂纹进一步扩展, 从而吸收大量的冲击能, 使材料的韧性提高。
②.影响增韧效果的结构因素a.弹性体相的结构:低剪切模量、低T gb.弹性体粒子的尺寸与分布:>5μmc.粒子的形态结构与交联d.基体塑料的结构e.相界面黏结(3) 非弹性体增韧塑料a.有机刚性粒子增韧PMMA、PS、SAN粒子基体的弹性模量(E1)和泊松比(v1)与刚性粒子的模量(E2)和泊松比(v2)的关系:E2>E1,v2<v1冷拉机理:增韧共混物在拉伸过程中,由于有机刚性粒子与基体间模量和泊松比不同,在分散相的赤道面产生较高的静拉力,当达到一定值时,刚性分散相粒子屈服而产生冷拉,发生较大的塑性变形,消耗能量使韧性提高b.无机刚性粒子(RIF)增韧玻璃微珠,碳酸钙微粒机理:当基体材料受到冲击时容易引发RIF粒子周围的基体产生微裂纹,RIF粒子的存在使这些微裂纹的扩展受阻或钝化,或RIF粒子表面脱黏产生新的微裂纹,从而消耗大量能量而增韧。
RIF粒子粒径越小,粒子比表面积增大,粒子与基体接触面积增大,材料在受冲击时会引发更多的微裂纹,从而消耗更多的能量,增韧效果更好。
采取什么样的措施能够使一种高分子材料呈现出高的冲击强度,说明理由首先在选取高分子材料时,应注意其本身结构对冲击性能的影响。
主链上含有芳杂环的聚合物,其冲击强度比脂肪族主链的聚合物高。
材料本省结构:(1)对高分子进行支化改性:聚合物支化的程度增加,是分子间距离增大,分子间作用力减小,其拉伸强度降低,而冲击强度会提高。