第四章聚合物的共混改性.ppt
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1、,组员: 刘吴雪 宋颖 汤青荣 华芸 张真真,第四章 聚合物的共混改性,聚合物共混改性基本原理,聚合物共混物的性能,聚合物共混增溶剂,目 录,聚合物共混改性的目的和方法,橡胶的共混改性,动态硫化热塑性弹性体,塑料合金,第1节,第2节,第3节,第4节,第5节,第6节,第7节,第1节 聚合物共混改性的目的和方法,一、共混改性的基本概念 将两种或两种以上的高分子物加以混合与混炼,使其性能发生变化,形成一种新的表现均匀的聚合物体系,这种混合过程称为聚合物的共混改性,所得到的新的聚合物体系称为聚合物共混物。,二、共混改性的目的 1. 综合均衡各聚合物组分的性能,以改善材料的综合性能 2. 将量小的一聚合
2、物作为另一聚合物的改性剂,以获得显著的改性效果 3. 改善聚合物的加工性能 4. 制备具有特殊性能的聚合物材料 5. 提高性能/价格比 6. 回收利用废弃聚合物材料,三、共混改性的方法,共混改性的方法,化学共混法,物理共混法,IPN法,乳液共混法,溶液共混法,干粉共混法,熔融共混法,共聚-共混法,机械共混法,物理共混法:依靠聚合物分子链之间的物理作用。 化学共混法:聚合物之间产生一定的化学键,通过化学键将不同组分的聚合物连结成一体。,1. 物理共混法 (1)机械共混法:将不同种类的聚合物通过混合或混炼设备进行机械混合便可制得聚合物共混物。 可分为:干粉共混法、熔融共混法。,初混合,熔融共混,粉
3、碎,造粒,聚合物,聚合物,或直接成型为制件,冷却,冷却,粉状共混料,粒状共混料,熔融共混法工艺过程示意图,(2)溶液共混法(共溶剂法) (3)乳液共混法 2. 化学共混法 (1)共聚-共混法 有接枝共聚-共混、嵌段共聚-共混之分。 (2)IPN法:利用化学交联法制取互穿聚合物网络共混物的方法。,第2节 聚合物共混改性基本原理,一、共混物的相容性 相容性是指共聚物各组分彼此相互容纳,形成宏观均匀材料的能力。 不同种类聚合物共混时可能出现三种形态:完全相容、部分相容和完全不相容。,以Tg表征共混物相容性的示意图 单一聚合物 -共混物,1. 热力学相容性 聚合物热力学相容性是指两种高聚物在任何比例时
4、都能形成稳定的均相体系的能力。,若干聚合物的溶解度参数,2. 工艺相容性:两种材料共混时的分散难易程度和所得共混物的动力学稳定性。 3. 提高共混物相容性的方法 (1)利用聚合物分子链中官能团间的相互作用 (2)改变聚合物分子链结构 (3)加入第三组分增溶剂 (4)通过加工工艺改善聚合物之间的相容性 (5)在共混物组分间发生交联作用以改善相容性 (6)共混剂法和IPN法,二、共混物的形态结构 1. 均相结构 2. 非晶聚合物构成的多相共混物体系的形态结构 按相的连续性,形态结构有三种基本类型(以双组分共混物为例):单相连续结构、两相互锁或交错结构和相互贯穿的两相连续结构。 单相连续的形态结构又
5、因分散相相畴的形状、大小以及与连续相结合情况的不同而表现为多种形式。 分散相形状不规则 分散相较规则 分散相为胞状结构或香肠状结构 分散相为片状结构,3. 两相互锁或交错结构 有时也称两相共连续结构,包括层状结构和互锁结构。 4. 相互贯穿的两相连续结构 5. 结晶-非结晶聚合物共混物的形态结构,三、共混物的界面 两种聚合物共混时,共混体系存在三个区域结构,即两聚合物各自独立的区域以及两聚合物之间形成的过渡区,这个过渡区成为界面层。,1. 界面层的形成 热力学不相容的聚合物在共混过程中,经历两个过程,第一步是两相相互接触,第二步是两聚合物大分子链段相互扩散。这就是两相界面层形成的过程。,2.
6、界面层厚度 界面的厚度主要取决于两聚合物的相容性。 3. 界面的粘接 对于两组分聚合物共混物,两聚合物界面的粘接好坏和链段的扩散程度,对共混物的性能,尤其是力学性能具有决定性的作用。,界面层示意图 为界面层厚度,4. 界面层的性质 主要是指界面层的稳定性。 5. 界面层的作用 (1)力的传递效应;(2)光学效应;(3)诱导效应,四、影响共混物形态结构的因素 1. 相容性 热力学相容性是聚合物能否获得均匀混合的形态结构的主要因素。 2. 配比 3. 黏度 (1)基本规律“软包硬”法则 (2)黏度与配比的综合影响 (3)黏度比 对分散相颗粒尺 寸的影响 4. 内聚能密度 5. 制备方法,五、共混体
7、系聚合物的选择原则 1. 化学结构相似原则 2. 极性相似原则 3. 溶解度参数相等或相近原则 4. 黏度相近原则 5. 表面张力相近原则 6. 分子扩散动力学原则,此外,共混工艺条件如温度、共混时间、剪应力、助剂及加料次序等因素都可以影响共混物的形态结构,进而影响共聚物的性能。,聚合物共混物的性能,包括流变性能、力学性能、光学及电学性能、阻隔及抗渗透性能等。 一、聚合物共混物性能与其纯组分性能间的一般关系 影响共混物性的因素,首先是各共混组分的性能。 共混物的性能与单一组分的性能之间,都存在着某种关联。 常用关系式: P=1P1+2P2,第3节 聚合物共混物的性能,1. 均相共混物 P=1P
8、1+2P2+I12 式中,I为两组分之间的相互作用参数,称为作用因子。 2. 单相连续的复相共混物 如果分散相为“硬组分”,连续相为“软组分”,力学性能的爱因斯坦系数KE,如果分散相为“软组分”,连续相为“硬组分”,3. 两相连续的复相共混物,最大堆砌密度化,二、聚合物共混物的物理性能,1. 透气性和可渗性 2. 共混物的电性能 共混物的电性能主要取决于连续相的电性能。 3. 光学性能 改善共混物透明性的方法有:减小分散相颗粒尺寸,但分散相颗粒太小时常使韧性下降;最好的方法是选择折射率相近的组分。 4. 密度 5. 共混物的热性能 热性能包括热容、热传导、热膨胀、耐热性和熔化等。,三、聚合物共
9、混物的力学性能 1.力学松弛性能 与均聚物相比,聚合物共混物的玻璃化转变有两个主要特点:一般有两个玻璃化温度;玻璃化转变区的温度范围有不同程度的加宽。这里起决定性作用的是两种聚合物的互溶性。 两个玻璃化转变的强度和共混物的形态结构及两相含量有关。以损耗角正切值tan表示玻璃化转变强度,有以下的一般规律: (1)构成连续相的组分的tan峰值较大,构成分散相的组分的tan峰值较小;,(2)在其它条件相同时,分散相tan峰值随其含量增加而提高; (3)分散相tan峰值与形态结构有关,一般而言,起决定性作用的是分散相的体积分数。当分散相重量分数不变时,分散相的体积分数越大,其tan峰值越大。,HIPS
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