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?物質(zhì)的性能是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。聚臺(tái)物共混物的性能不僅與其組分的性能有關(guān)，而且與其形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。?聚合物是多層次結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。例如大分子的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)單元的連接方式和空間構(gòu)型稱為一次結(jié)構(gòu)。聚合物的分子量、大分子的形狀為二次結(jié)構(gòu)。大分子之間堆砌、排列的情況即聚集結(jié)構(gòu)依所涉及的范圍分為三次結(jié)構(gòu)和高次結(jié)構(gòu)，即超分子結(jié)構(gòu)。每種結(jié)構(gòu)層次都有其相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性。?不同的性能對(duì)各結(jié)構(gòu)層次的敏感程度是不同的。例如，化學(xué)性質(zhì)主要決定于一次結(jié)構(gòu)；玻璃化轉(zhuǎn)變主要決定于一次和二次結(jié)構(gòu)；力學(xué)性能則一般與三次結(jié)構(gòu)

2、和高次結(jié)構(gòu)有更直接的關(guān)系。同一種聚合物，結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)、取向和不取向，其力學(xué)性能迥然不同。2聚合物共混物的性能?加工條件不同會(huì)影響制品內(nèi)部的高次結(jié)構(gòu)，從而可改變制品的力學(xué)性能。?聚合物共混物的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，定量地描述性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系非常困難，目前僅限于粗略的定性描述和某些半定量的經(jīng)驗(yàn)公式。?聚合物共混物的性能與其組分性能的關(guān)系取決于共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，即兩相之間的結(jié)合力大小、界面層的結(jié)構(gòu)、界面層的厚度、兩相的連續(xù)性、分散相的相區(qū)尺寸、分散相粒子的形狀等。聚合物共混物性能與其純組分性能之間的一般關(guān)系?雙組分體系的性能與其組分性能之間的關(guān)系?？捎米詈?jiǎn)單的

3、關(guān)系式表示，稱作“混合法則”P?P??P?11221??12??PPP12式中P為雙組分體系的某項(xiàng)性能；β為組分濃度，包括重量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。?在多數(shù)情況下，上式給出性能P的上限值，而下式則給出下限值。?上述混合物法則只是很粗略的近似。對(duì)于聚合物共混體系，與上述法則的偏離一般都較大，很多情況下甚至完全不適用。這種情況和共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。4均相共混物?若兩種聚合物組分是完全相容的，則構(gòu)成均相的共混物，也可包括無(wú)規(guī)共聚物以及以低聚物作增塑劑的體系。?由于兩組分之間的相互作用，簡(jiǎn)單的混合物法則常有明顯的偏差。考慮到這種相互作用引起的偏差

4、，最常用的關(guān)系式為：P?P??P??I??112212其中I為表示組分間相互作用的常數(shù)，稱為作用因子，可正可負(fù)，I為正值時(shí)表示共混物的性能與混合法則有正的偏差，I為負(fù)值時(shí)則有負(fù)偏差。5?例如，醋酸乙烯-氯乙烯共聚物的玻璃化溫度Tg可近似表示為W、W—醋酸乙烯和氯乙烯的重量分?jǐn)?shù)12?又如對(duì)某些相容性聚合物共混物，其Tg可表示為φ、φ—組分1和2的體積分?jǐn)?shù)；12K—常數(shù)；T、T—組分1和2的玻璃化溫度g1g2?對(duì)具體體系和具體性能有一系列更具體和更適用的關(guān)系式。6單相連續(xù)的復(fù)相共混物?對(duì)于復(fù)相結(jié)構(gòu)的共混物，組分之間的相互作用主要發(fā)生在界面層。若在界面層

5、兩組分之間的相互作用較弱，兩相之間的結(jié)合力就低；若在界面層兩組分有較大的相互作用和相互擴(kuò)散，則兩相之間就有較強(qiáng)的粘合力。粘合力的大小對(duì)某些性能例如力學(xué)性能有很大影響，而對(duì)另外一些性能的影響則可能很小。因此，對(duì)同一體系但對(duì)不同的性能，其具體關(guān)系式會(huì)很不一樣甚至完全不同。?對(duì)聚合物共混物性能有重大影響的另一結(jié)構(gòu)因素是分散相顆粒的大小和形狀。這是由于分散相顆粒的大小和形狀不同，其堆砌系數(shù)就不同，因而就影響共混物的一系列性能。7?單相連續(xù)的復(fù)相共混物的性能與其兩聚合物組分性能之間的關(guān)系可表示為（分散相為硬組分，例如以樹脂增強(qiáng)橡膠的共混物）：P1?AB?2?

6、P1?B??12式中P1、?2分別為連續(xù)項(xiàng)性能和分散相的體積分?jǐn)?shù)。系數(shù)A、B、?可分別表示為：A?K?1EP/P?121B?P/P?1211??m??1??22?m式中P2、KE和?m分別為分散相性能、愛因斯坦系數(shù)和分散顆粒的最大堆砌系數(shù)。8KE與分散相粒子的形態(tài)、聚集狀態(tài)等因素有關(guān)。各種類型分散相粒子的KE值列于下表中。9粒子真實(shí)體積??m粒子實(shí)際占有體積?m可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或根據(jù)理論計(jì)算，各種不同形狀粒子的?m值列于下表。10?當(dāng)分散相為軟組分時(shí)，例如以橡膠增韌樹脂的共混物有：P1?AB?1tt2?P1?B??t21A?tAP/P?112B?tP/

7、P?112其中1、2分別為連續(xù)相和分散相。?對(duì)不同的具體性能和不同的體系有一系列更適用和更為具體的關(guān)系式，例如Kerner方程、Hashin方程等。這些不同的具體關(guān)系式常常可看作是以上表達(dá)式的特例或改進(jìn)形式。?應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于力學(xué)強(qiáng)度不能簡(jiǎn)單地搬用上述關(guān)系式。材料斷裂的機(jī)理十分復(fù)雜，大多數(shù)情況下還缺乏定量的關(guān)系式。11兩相連續(xù)的復(fù)相共混物?互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物、許多嵌段共聚物、結(jié)晶聚合物等都具有兩相連續(xù)的復(fù)相結(jié)構(gòu)。這類共混物的性能與其組分性能的關(guān)系?？杀硎緸椋簄nnP?P??P?1122或logP??logP??logP1122式中?和n分別為組分的體積分

8、數(shù)以及與具體體系有關(guān)的常數(shù)。?在組分能發(fā)生相反轉(zhuǎn)的組成范圍內(nèi)，上式對(duì)預(yù)測(cè)共混物的彈性模量比較適用。12聚合物共混物的玻璃化