聚合物共混知识点总结讲课教案.docx

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聚合物共混知识点总结讲课教案

聚合物共混知识点总结

1.聚合物共混：

共混改性包括物理共混、化学共混和物理/化学共混三大类型。

其中，物理共混就是通常意义上的“混合”。

如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程。

2.分布混合，又称分配混合。

是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。

3.分散混合是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。

分布混合和分散混合在实际的共混工程中是共生共存的，分布混合和分散混合的驱动力都是外界施加的作用力。

4.总体均匀性是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小。

5.分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。

对于总体均匀性，则采用数理统计的方法进行定量表征。

分散度则以分散相平均粒径来表征。

6.分散相的平衡粒径：

在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自动均化的过程的结果，是使分散相例子达到一个最终的粒径。

即“平衡粒径”。

7.高分子合金：

（塑料合金）指含多种组分的聚合物均相或多相体系，常具有较高的力学性能，作工程塑料。

8.熔融共混：

将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混（应用广泛）。

采用的设备-----密炼机、开炼机、挤出机等。

本方法最具有工业价值。

9.溶液共混：

将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。

本方法主要用于基础研究领域

10.乳液共混：

将不同聚合物乳液共混方法。

本法可用于橡胶共混改性中；以乳液应用的产品可乳液共混改性等。

11.分散度：

反映分散相物料的破碎程度；

（分散相的平均粒径和分布表征）

12.均一性：

反映分散相分散的均匀程度

（分散相浓度起伏大小，用统计法）

13.相界面：

连续相与分散相之间的交界面。

（界面结合好坏对共混物性能有重大影响）

14.所谓聚合物之间的相容性（Miscibility），从热力学角度而言，是指在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系，即在平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。

15.直接观测

16.间接观测

17.界面自由能：

两相体系中两组分之间具有界面自由能，直接影响共混过程.

18.界面张力

19.

简答

1.简述影响热力学相容性的因素。

答：

1.大分子间的相互作用

2.相对分子质量

3.共混组分的配比

4.温度

5.聚集态结构

影响聚合物共混物相容性的因素：

1、溶度参数，高分子间溶度参数越相近，其相容性越好。

2、共聚物组成，共聚物组成不同导致不同的分子间和分子内作用力，从而影响共混物的相容性。

3、极性，高分子的极性愈相近，其相容性愈好极性越大，分子间作用力越大。

4、表面张力，共混组分的表面张力愈接近，两相间的浸润、接触和扩散愈好，界面结合愈好。

5、结晶能力，高分子结晶能力愈大，分子间内聚力愈大，共混组分的结晶能力愈相近，其相容性愈好。

6、粘度，高分子的粘度愈相近，其相容性愈好。

7、分子量，减小分子量，可增大相互作用参数即增加相容性；增加分子量，体系粘度增大，也不利于相容的动力学过程进行。

2.简述共混体系界面张力、界面层厚度与相容性的关系。

答：

界面张力、界面层厚度都是聚合物共混两相体系界面研究中的要素。

界面张力与界面层厚度、共混体系相容性等都密切相关。

溶解度参数接近的体系，或者B参数较小的体系，相容性相应地较好。

界面张力较低，界面层厚度也较厚。

3.试述聚合物共混的相容性

答：

关于相容性的概念，有从理论角度提出的热力学相容性和从实用角度提出的广义相容性，以及与热力学相容性相关的溶混性。

热力学相容体系是满足热力学相容条件的体系，是达到了分子程度混合的均相共混物

从实用角度提出的相容性概念，是指共混物各组分之间彼此相互容纳的能力。

这一相容性概念表示了共混组分在共混中相互扩散的分散能力和稳定程度。

共混体系的判据，是指一种共混物具有类似于均相材料所具有的性能；在大多数情况下，可以用玻璃化转变温度（Tg）作为均相体系判定的标准。

相应地，可以把Tg作为相容性的判定标准。

4.试述影响熔融过程的5个主要因素

答：

主要因素：

1.聚合物两相体系的熔体黏度以及熔体弹性；2.聚合物两相体系的界面能；3.聚合物两相体系的组分含量配比以及物料初始状态；4.流动场的形式和强度；5.共混时间。

5.聚合物共混物的形态结构类型有那些？

并简述其特点。

答：

主要分为3种结构类型，即单相连续结构、两相互锁或交错结构、两相连续结构。

（1）.单相连续结构：

构成聚合物共混物的两个相或者多个相中只有一个相连续，其他的相分散于连续相中。

单相连续结构又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。

（2）.相互贯穿的两相连续结构：

共混物中两种组分均构成连续相，互穿网络聚合物（IPNs）是两相连续结构的典型例子。

（3）.两相互锁或交错结构：

这种结构中没有一相形成贯穿整个试样的连续相，而且两相相互交错形成层状排列，难以区分连续相和分散相。

有时也称为两相共连续结构，包括层状结构和互锁结构。

6.试说明共混物熔体的流变性能及其影响因素。

答：

流变性能包括流变曲线、熔体粘度、熔体粘弹性等

（研究共混物熔体的流变性能，对共混过程设计和工艺条件选择和优化极有价值）

1、共混物熔体粘度与剪切速率的关系

2、共混物熔体粘度与温度的关系

3、共混物熔体粘度与共混组成的关系

4、共混物熔体的粘弹性

7.简单说明共混工艺的影响因素。

答：

控制共混工艺的方法实际上就是控制分散相粒径的方法

1、共混时间

2、共混组分熔体粘度的影响

A、提高连续相粘度，有助于降低分散相粒径；

降低分散相粘度，有助于降低分散相粒径。

B、“软包硬”规律制约上述A对粘度变化。

C、A、B的相互作用，得到在两者粘度接近下，

分散效果最好。

D、调控熔体粘度的方法

1）采用温度调节

要求不同物料对温度敏感性不同。

2）用助剂进行调节

橡胶加碳黑，升高粘度；

橡胶充油，减低粘度。

3）改变相对分子质量

3、界面张力

-----降低界面张力，可使分散相粒径变小。

调控方法：

------添加相容剂的途径。

8.简诉填料的基本特征。

①填料的细度

②填料的形状

③填料的表面特性

④填料的密度与硬度

⑤填料其他特性---含水量、色泽、热膨胀系数、电绝缘性能

9.简诉纤维增强复合材料的优缺点。

优点：

1、轻质高强

A、玻璃纤维增强热固性树脂的比强度大大超

过钢的比强度。

B、玻璃纤维增强热塑性树脂PP，随玻璃纤维

用量增加，力学性能大幅提高，热变形提高

2、耐化学腐蚀

3、电绝缘性能好等

缺点：

耐热差、硬度低、易磨损老化等

分析

一．分析聚合物共混物常用的的制备方法。

1、简单机械混合:

它是在共混过程中，直接将两种聚合物进行混合，聚合物均是完全相容体系，物料的混合过程通常依靠扩散、对流和剪切三种作用完成，通常只有物理变化，包括干粉共混发、熔体共混法、溶液共混法和乳液共混法。

2、反应性共混技术：

混炼过程中同时伴随一种或多种聚合物的化学反应，最终导致聚合物之间产生化学键接，包括反应性密炼和反应性挤出。

3、共聚-共混法:

首先制备一种聚合物，然后将其溶于另一种聚合物的单体中，形成均匀溶液后引发单体与原先的聚合物发生接枝共聚，同时单体还会发生均聚作用。

4、IPN技术：

每种聚合物必须在另一种聚合物直接存在下进行聚合或交联或者既聚合又交联。

二．什么是ABS？

试说明ABS常见的制备方法以及分析他们之间的异同。

ABS是由苯乙烯－丙烯腈的无规共聚物（SAN）及其和橡胶的接枝共聚物构成，橡胶通常为聚丁二烯（PB）、丁腈橡胶（NBR）或丁苯橡胶（SBR）等。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物共混物

ABS的制备方法

1、机械共混法：

主要包括三个步骤：

丁腈胶乳的制备、AS树脂乳液的制备、上述两组分的共混。

2、接枝聚合法：

以顺丁橡胶为接枝骨架，经过复杂的共聚合反应和步骤，将苯乙烯、丙烯腈接枝的方法。

包括乳液聚合、本体－悬浮聚合。

3、接枝共混法：

先通过聚合制备高橡胶含量的接枝ABS粒子，再与所需量的SAN共混制备ABS产品。

实际工业化生产常采用此法。

制备ABS乳液法、本体-悬浮法和接枝共混法的异同：

区别：

橡胶粒子的形状和内部结构不一样。

本体-悬浮法：

橡胶粒子一般为球形，包容物较多；粒径大，尺寸分布不易控制；杂质少，成本低。

乳液法：

球形粒子，包容物少，包容物直径小；粒径尺寸分布易控制，须洗涤引发剂中的金属离子。

接枝共混法：

橡胶粒子为不规则形状。

三．简诉界面层的形成并分析影响界面层厚度的因素。

1.界面层的形成：

第一步是两相之间的相互接触；第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。

①由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两种大分子链段强烈相互扩散，在强大的机械剪切力作用下，彼此结合成为一种物质，这时已无相的界面存在，形成单相匀一状态。

②聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表面的扩散，此时界面比较明显。

③在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以进入对方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范围内同时存在两种大分子链段，通常把这一定的厚度范围称为过渡层。

2.界面层的厚度主要取决于两种聚合物的界面相容性，此外还与大分子链段的尺寸、组成以及相分离条件有关。

随着聚合物的相容性（溶解度参数、表面张力相近）增加，扩散程度增大，相界面越来越模糊，界面层厚度越来越大，两相的黏合力增大。

完全相容的聚合物最终形成均相，相界面消失。

四．解释相界面效应。

并说明常见的改善界面相容性的方法。

1.力的传递效应

当材料受到外力作用时，作用于连续相的外力会通过相界面传递给分散相；分散相颗粒受力后发生变形，又会通过界面将力传递给连续相。

为实现力的传递，要求两相之间具有良好的界面结合。

2.光学效应

制备具有特殊光学性能的材料。

如将PS与PMMA共混，可以制备具有珍珠光泽的材料。

3.诱导效应

诱导结晶，可形成微小的晶体，避免形成大的球晶，对提高材料的性能具有重要作用。

4.声学、电学、热学效应等

常见的改善界面相容性的方法：

①通过共聚改变某聚合物的极性；

②通过化学改性的方法，在一组分或两组分上引入极性基团或反应基团；

③在某聚合物上引入特殊作用基团；

④加入第三组分进行增容；

⑤两相之间产生部分交联，形成物理或化学缠结；

⑥形成互穿网络结构（IPN）；

⑦改变加工工艺，施加强烈的力剪切作用等。

五．什么是银纹化。

分析影响银纹化的因素。

银纹化。

玻璃态聚合物在应力作用下会产生应力发白，应力发白的原因是由于产生了银纹，这种产生银纹的现象也叫银纹化。

银纹化的直接原因也是由于结构的缺陷或结构的不均匀性而造成的应力集中。

银纹可进一步发展成裂纹，所以它常常是聚合物破裂的开端。

但是，形成银纹要消耗大量能量，因此，如果银纹能被适当地终止而不致发展成裂纹，那么它反而可延迟聚合物的破裂，提高聚合物的韧性。

影响银纹化的因素：

（a）分子量的影响

①分子量的大小对银纹的引发速率基本上无影响；

②对银纹强度影响甚大，分子量高时银纹强度大，不易破裂成裂纹；

③银纹的形态亦受分子量的影响。

（b）分子取向的影响

①分子取向后，在平行于取向方向施加应力时，银纹化受到抑制，银纹不易产生，有也密而细短；

②而在垂直于取向方向施加应力时，则易于产生银纹，且少而粗长；

③引发银纹的应力和取向方向与应力方向之间的夹角有关，在0～90º之间，此夹角越大，则引发应力越小，越易形成银纹。

④银纹的形态亦与取向有关，平行于取向方向的应力产生大量细而短的银纹，垂直于取问方向的应力产生少量长而粗的银纹。

（c）环境的影响

六．什么是填充改性？

简诉填充改性的意义。

1.填充改性就是在塑料成型加工过程中加入无机填料或有机填料，使塑料制品的原料成本降低达到增量目的，或使塑料制品的性能有明显改变，即在牺牲某些方面性能的同时，使人们所希望的另一些方面的性能得到明显的提高。

2.增强改性往往是通过使用玻璃纤维、碳纤维、金属纤维以及云母、硅灰石等具有特大长径比或径厚比的填料，这些填料加入到塑料中后对材料的力学性能和耐热性能有显著贡献。

意义：

1.填充及增强改性的意义:

填料不仅具有降低聚合物材料的成本的作用，更重要的是改善聚合物的某些性能，甚至赋予聚合物材料某些特殊功能，从而拓展聚合物的应用领域。

同时，某些填料的应用使聚合物材料的环保性增强。

2.填充增强改性的重要性:

①它是获得具有独特功能新型高分子化合物最便宜的途径。

②它是在保证使用性能要求的前提下降低塑料制品成本最有效的途径。

③它是提高产品技术含量，增加其附加值的最适宜的途径。

7．分析填料与界面之间的形成与破坏。

填料与树脂界面的形成：

（两个阶段）

1、树脂与填料的接触及浸润

无机填料多为高能表面物质，而有机聚合物树脂则为低能表面物质，前者所含各种基团将优先吸附那些能最大限度降低填料表面能的物质。

只有充分地吸附，填料才能被树脂良好地浸润。

2、树脂固化

对于热塑性树脂，该固化过程为物理变化，即树脂由熔融态被冷却到熔点以下而凝固；对于热固性树脂，因化过程除物理变化外，同时还有依靠其本身官能团之间或借助固化剂而进行的化学变化。

填充塑料界面的破坏机理：

1、内聚破坏（基体树脂破坏）当填充聚合物界面粘结强而填充剂强度高，树脂基体强度相对较低的场合，易发生此种破坏模式。

2、界面破坏（脱粘破坏）当填充聚合物界面粘结强度低于基体树脂的内聚强度以及填料的强度时，填充聚合物受到层间剪切或拉伸应力时，常出现此种破坏模式。

3、填料表层剥离或轴向劈裂的破坏当填充聚合物界面粘结强，基体树脂强度高而填充剂具有表芯结构或结晶层滑动结构就易出现此种破坏模式

八．什么是反应型增容剂？

说明改善橡胶-塑料共混体系的界面的方法。

反应型增容剂的作用原理：

这类增容剂与共混的聚合物组分之间形成了新的化学键，所以可称之为化学增容。

它属于—种强迫性增容。

特别适用于那些相容性很差且带有易反应官能团的聚合物之间共混的增容。

改善橡胶－塑料共混体系的界面的方法：

①采用物理方法提高橡胶共混物体系的界面作用力。

通常是将预制的弹性体嵌段共聚物（通常是苯乙烯作为硬段，二烯烃作为软段）与树脂基体（如PS、PPO）共混；或者让橡胶相与树脂基体之间发生化学偶联作用。

②采用核—壳结构的增韧剂。

一般以橡胶为核，外面包裹能与基体聚合物作用的聚合物。

③互穿网络（IPN）是由两种或两种以上的交联网状聚合物相互贯穿、编结而形成的聚合物混合物，其特点是一种材料无规则地贯穿到另一种材料中，使得IPN体系中两组分之间产生了协同效应，起着“强迫包容”作用，从而产生出比一般共混物更加优异的性能。