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Dept.Polym.Sci.&Eng.,第四章高分子合金第四章高分子合金的物理性能的物理性能4.1 高分子合金的性能与纯组分性能的一般关系高分子合金的性能与纯组分性能的一般关系4.2 高分子合金的力学性能高分子合金的力学性能4.3 高分子合金的其它性能高分子合金的其它性能5/6/20241第四章高分子合金的物理性能4.1 高分子合金的性能与纯组分Dept.Polym.Sci.&Eng.,4.1高分子合金的性能与纯组分性能的一般关系高分子合金的性能与纯组分性能的一般关系高分子合金性能高分子合金性能组分性能组分性能组分配比组分配比形态结构形态结构5/6/202424.1高分子合金的性能与纯组分性能的一般关系高分子合金性能Dept.Polym.Sci.&Eng.,(式式1)：共混物的性能只是组分：共混物的性能只是组分1和组分和组分2性能的性能的算术加和：平均值算术加和：平均值 1、2：分别为组分：分别为组分1和组分和组分2的浓度，可为体积的浓度，可为体积分数（分数（）、重量分数（、重量分数（w）、摩尔分数）、摩尔分数(n)等。等。P1，P2：分别为组分：分别为组分1和组分和组分2的相应性能的相应性能P：高分子合金的某指标性能：如：电性能，热性能，：高分子合金的某指标性能：如：电性能，热性能，力学性能、力学性能、Tg等。等。简单关系式（混合法则）简单关系式（混合法则）：不考虑形态结构的影响：不考虑形态结构的影响P=1P1+2 P2(式式1)5/6/20243(式1)：共混物的性能只是组分1和组分2性能的算术加和：平均Dept.Polym.Sci.&Eng.,1/P=1/P1+2/P2(式式2)可以推导：可以推导：P式式1 P式式2即：式即：式1给出高分子合金性能的上限值给出高分子合金性能的上限值式式2给出高分子合金性能的下限值给出高分子合金性能的下限值P式式2 P0：共混物性能与混合法则有正偏差：共混物性能与混合法则有正偏差I0：Dept.Polym.Sci.&Eng.,例例2：完全相容的两种聚合物的共混物完全相容的两种聚合物的共混物Tg=W1 Tg1+W2 Tg2+kW1W2Gardon-Taylor公式：公式：5/6/20247例2：完全相容的两种聚合物的共混物Tg=W1 Tg1+W2Dept.Polym.Sci.&Eng.,例例3：增塑体系增塑体系上限值：上限值：Tg=pTgp+dTgdFOX方程方程下标下标：p为聚合物，为聚合物，d为增塑剂为增塑剂下限值：下限值：5/6/20248例3：增塑体系上限值：Tg=pTgp+dTgDept.Polym.Sci.&Eng.,4.1.2 单相连续形态结构的共混体系单相连续形态结构的共混体系（海岛结构）（海岛结构）P1:连续相性能连续相性能 2：分散相体积分数：分散相体积分数A、B、：系数：系数5/6/202494.1.2 单相连续形态结构的共混体系（海岛结Dept.Polym.Sci.&Eng.,A=KE-1KE：爱因斯坦系数：爱因斯坦系数P2：分散相性能：分散相性能 p:分散相颗粒的最大堆砌系数分散相颗粒的最大堆砌系数5/6/202410A=KE-1KE：爱因斯坦系数8/1/202310Dept.Polym.Sci.&Eng.,KE：分散颗粒的形状，聚集态及界面粘结情况有关。：分散颗粒的形状，聚集态及界面粘结情况有关。对于共混物的不同性能有不同的爱因斯坦系数，如力学对于共混物的不同性能有不同的爱因斯坦系数，如力学性能爱因斯坦系数、电学性能爱因斯坦系数等，不完全性能爱因斯坦系数、电学性能爱因斯坦系数等，不完全相同，但采用力学性能的相同，但采用力学性能的KE一般不会产生很大误差。一般不会产生很大误差。5/6/202411 KE：分散颗粒的形状，聚集态及界面粘结情况有关。对于共混Dept.Polym.Sci.&Eng.,反映了分散相粒子的某一特定的存在状况反映了分散相粒子的某一特定的存在状况的空间特征，与分散相粒子的形状，粒子粒径的空间特征，与分散相粒子的形状，粒子粒径分布，粒子的排布方式等有关。分布，粒子的排布方式等有关。p的定义为：的定义为：5/6/202412 反映了分散相粒子的某一特定的存在状况的空间特征Dept.Polym.Sci.&Eng.,5/6/2024138/1/202313Dept.Polym.Sci.&Eng.,4.1.3 两相连续形态结构的共混体系两相连续形态结构的共混体系（海海结构）（海海结构）海海-海结构海结构结晶聚合物结晶聚合物 采用机械共混法，在一定条件下采用机械共混法，在一定条件下(如等粘点如等粘点)获得具有海海结构获得具有海海结构的两相体系的两相体系嵌段共聚物嵌段共聚物聚合物互穿网络（聚合物互穿网络（IPN）5/6/2024144.1.3 两相连续形态结构的共混体系（海海结Dept.Polym.Sci.&Eng.,Pn=P1n 1+P2n 2n:与体积分数有关的参数（与体积分数有关的参数（-1n1）对于结晶聚合物，一般都是由晶相与非晶相对于结晶聚合物，一般都是由晶相与非晶相组成，这两相都可看作是连续的，如组成，这两相都可看作是连续的，如PE、PP、PA等，其剪切模量可满足下式：取等，其剪切模量可满足下式：取n=0.2 G1/5=G11/5 1+G21/5 2另一常用表达式另一常用表达式:lgP=1 lgP1+2 lgP25/6/202415Pn=P1n 1+P2n 2n:与体积分数有关的参数（Dept.Polym.Sci.&Eng.,G：结晶聚合物样品的剪切模量：结晶聚合物样品的剪切模量G1：晶相的剪切模量：晶相的剪切模量G2：非晶相的剪切模量：非晶相的剪切模量 1、2：分别为晶相与非晶相的体积分数：分别为晶相与非晶相的体积分数 以上所述的是几个典型，实际体系要复杂以上所述的是几个典型，实际体系要复杂得多，上述关系式仅是基本的指导原则，并不得多，上述关系式仅是基本的指导原则，并不是各共混体系和各种特定性能的具体关系式。是各共混体系和各种特定性能的具体关系式。5/6/202416G：结晶聚合物样品的剪切模量 以上所述的是Dept.Polym.Sci.&Eng.,4.2高分子合金的力学性能高分子合金的力学性能4.2.1弹性模量弹性模量4.2.1.1高分子材料的弹性模量与泊松比高分子材料的弹性模量与泊松比三种类型弹性模量三种类型弹性模量杨氏模量（拉伸模量）：杨氏模量（拉伸模量）：E剪切模量：剪切模量：G体积模量：体积模量：B5/6/2024174.2高分子合金的力学性能4.2.1弹性模量4.2.1.Dept.Polym.Sci.&Eng.,单轴取向的高分子材料制品，有单轴取向的高分子材料制品，有5个独立个独立的弹性模量的弹性模量El：纵向杨氏模量：纵向杨氏模量Et：横向杨氏模量：横向杨氏模量Gtt：横向剪切模量：横向剪切模量Glt：纵向剪切模量：纵向剪切模量 （纵（纵-横剪切模量）横剪切模量）B：体积模量：体积模量5/6/202418单轴取向的高分子材料制品，有5个独立的弹性模量El：纵向杨氏Dept.Polym.Sci.&Eng.,单轴取向的高分子材料制品，有单轴取向的高分子材料制品，有2个泊松比个泊松比：对纵向力：对纵向力：lt=-t/l对横向力：对横向力：=-l/tG：反映材料或制品形状改变的特性，体积一般不变：反映材料或制品形状改变的特性，体积一般不变B：反映体积改变的特性：反映体积改变的特性E、：同时反映形状、尺寸变化的特性：同时反映形状、尺寸变化的特性E=3B(1-2 )=2G(1+)=(3B-2G)/(6B+2G)E、G、B、：只有两个是独立的：只有两个是独立的5/6/202419单轴取向的高分子材料制品，有2个泊松比：对纵向力：lt Dept.Polym.Sci.&Eng.,=0.5大多数材料在拉伸过程中发生体积膨胀，大多数材料在拉伸过程中发生体积膨胀，值在值在0.20.5之间，橡胶态聚合物之间，橡胶态聚合物 约为约为0.5，玻璃，玻璃态聚合物的态聚合物的 在在0.35左右。左右。当理想不可压缩体变形时，体积不变当理想不可压缩体变形时，体积不变BE=3G5/6/202420=0.5大多数材料在拉伸过程中发生体积膨胀，值在0Dept.Polym.Sci.&Eng.,4.2.1.2高分子合金的弹性模量估算高分子合金的弹性模量估算 一般而言：当一般而言：当模量较大模量较大的组分为的组分为连续相连续相，弹，弹性模量较小的组分为分散相时，高分子合金的弹性模量较小的组分为分散相时，高分子合金的弹性模量接近性模量接近上限值上限值，反之则接近下限值反之则接近下限值。按混合法则，上限值为：按混合法则，上限值为：Mc=1M1+2M2Mc:高分子合金的弹性模量（高分子合金的弹性模量（E、G、B）M1、M2：分别为组分：分别为组分1和和2的弹性模量的弹性模量下限值为：下限值为：1/Mc=1/M1+2/M25/6/2024214.2.1.2高分子合金的弹性模量估算 Dept.Polym.Sci.&Eng.,曲线曲线1：共混物弹性模量下限：共混物弹性模量下限曲线曲线2：实测值示意曲线：实测值示意曲线曲线曲线3：共混物弹性模量上限：共混物弹性模量上限AB区：弹性模量较小的组分区：弹性模量较小的组分为连续相，接近下限为连续相，接近下限BC区：共混物相反转区区：共混物相反转区CD区：弹性模量较大的组分区：弹性模量较大的组分为连续相，接近上限为连续相，接近上限用混合法则可对高分子合金的弹性模用混合法则可对高分子合金的弹性模量进行估算，但误差较大。量进行估算，但误差较大。5/6/202422曲线1：共混物弹性模量下限用混合法则可对高分子合金的弹性模量Dept.Polym.Sci.&Eng.,一、玻璃态聚合物的应力一、玻璃态聚合物的应力-应变曲线应变曲线-冷拉曲冷拉曲线线a4.2.2拉伸性能拉伸性能4.2.2.1 玻璃态聚合物的拉伸行为玻璃态聚合物的拉伸行为5/6/202423一、玻璃态聚合物的应力-应变曲线-冷拉曲线a4.Dept.Polym.Sci.&Eng.,直线直线a：脆性基体应力：脆性基体应力-应变曲线应变曲线有一定韧性的基体的应力有一定韧性的基体的应力-应变曲线应变曲线OA:直线，试样被均匀拉伸弹性形变（可恢复）直线，试样被均匀拉伸弹性形变（可恢复）B：屈服点，当应力达到屈服应力后，试样开始出现：屈服点，当应力达到屈服应力后，试样开始出现细颈，形变进入第二阶段细颈，形变进入第二阶段CD：细颈逐渐扩大，应力基本不变，直到：细颈逐渐扩大，应力基本不变，直到D点，试样点，试样被全部拉成细颈，进入第三阶段被全部拉成细颈，进入第三阶段E：断裂点：断裂点5/6/202424直线a：脆性基体应力-应变曲线8/1/202324Dept.Polym.Sci.&Eng.,玻璃态聚合物发生大形变的机理包含玻璃态聚合物发生大形变的机理包含两个可能的过程：两个可能的过程：剪切形变过程剪切形变过程、银纹银纹化过程化过程，这两种机理所占的比重与聚合物，这两种机理所占的比重与聚合物结构及实验条件有关。结构及实验条件有关。冷拉曲线的具体形状与聚合物结构、冷拉曲线的具体形状与聚合物结构、冷拉条件（冷拉条件（T、拉伸速度）有关。、拉伸速度）有关。5/6/202425 玻璃态聚合物发生大形变的机理包含两个可能的过程：剪切形Dept.Polym.Sci.&Eng.,剪切形变：剪切形变：在外力作用下，在一些平面上在外力作用下，在一些平面上高分子滑动发生高度取向，产生没有明显体高分子滑动发生高度取向，产生没有明显体积变化的形状扭曲形变。积变化的形状扭曲形变。银纹化：银纹化：在拉伸作用下，聚合物中某些薄在拉伸作用下，聚合物中某些薄弱部位，由于应力集中而产生的空洞化条纹弱部位，由于应力集中而产生的空洞化条纹状形变区，称为银纹，该过程银纹化。状形变区，称为银纹，该过程银纹化。5/6/202426 剪切形变：在外力作用下，在一些平面上高分子滑动发生高度Dept.Polym.Sci.&Eng.,1.剪切带的形成剪切带的形成试样横截面积上的应力：试样横截面积上的应力：0F/A0与横截面夹角为与横截面夹角为 的倾斜面：的倾斜面：A A0/Cos 作用于作用于A 上拉力上拉力F分解为：分解为：Fn：沿平面法线方向：沿平面法线方向Fs：沿平面切线方向：沿平面切线方向 Fn F Cos Fs F Sin 二、剪切形变二、剪切形变5/6/2024271.剪切带的形成试样横截面积上的应力：二、剪切形变8/1/2Dept.Polym.Sci.&Eng.,斜截面上的法向应力和切向应力：斜截面上的法向应力和切向应力：s nFn/A =0 Cos 2 s sFs/A =0 Sin Cos 0确定，确定，n、s只随截面只随截面倾斜角倾斜角 有关有关 0o时，时，n 0，s0 45o时，时，n s 0/2 90o时，时，n 0，s 05/6/202428斜截面上的法向应力和切向应力：nFn/A=0Dept.Polym.Sci.&Eng.,以以 an 和和 as对对 作图作图5/6/202429以 an 和 as对作图8/1/202329Dept.Polym.Sci.&Eng.,s：45o或或135o时最大；时最大；n：0o时最大（横截面）；时最大（横截面）；试样受到拉伸作用时，如果与横截面成试样受到拉伸作用时，如果与横截面成45o或或135o的的斜截面上的剪切应力首先达到斜截面上的剪切应力首先达到聚合物的剪切屈服强度，试样首先产生与聚合物的剪切屈服强度，试样首先产生与横横截面成截面成45o或或135o的剪切滑移变形带（剪切的剪切滑移变形带（剪切带），也就形成了细颈，并发生大形变。带），也就形成了细颈，并发生大形变。5/6/202430 s：45o或135o时最大；8/1/202Dept.Polym.Sci.&Eng.,5/6/2024318/1/202331Dept.Polym.Sci.&Eng.,2.剪切带的特征剪切带的特征5/6/2024322.剪切带的特征8/1/202332Dept.Polym.Sci.&Eng.,厚度：厚度：1 m；宽：；宽：550 m；剪切带内分子链有很大程度的取向，取向剪切带内分子链有很大程度的取向，取向方向为切应力与拉伸应力的合力方向；方向为切应力与拉伸应力的合力方向；剪切带的产生只引起试样形状改变，聚合剪切带的产生只引起试样形状改变，聚合物内聚能以及密度基本不受影响；物内聚能以及密度基本不受影响；剪切带与拉伸方向的夹角都接近剪切带与拉伸方向的夹角都接近45o。5/6/202433厚度：1 m；宽：550 m；8/1/202333Dept.Polym.Sci.&Eng.,3.剪切带的影响因素剪切带的影响因素T过低：过低：剪切屈服应力过高，试样不能产生剪切屈服应力过高，试样不能产生剪切屈服，而是在横截面处引发银纹，并迅剪切屈服，而是在横截面处引发银纹，并迅速发展成裂纹，试样呈脆性断裂；速发展成裂纹，试样呈脆性断裂；T过高：过高：整个容易发生均匀的塑性形变，只整个容易发生均匀的塑性形变，只产生弥散型的剪切形变而不会产生剪切带；产生弥散型的剪切形变而不会产生剪切带；加大形变速率的影响与降低加大形变速率的影响与降低T是等效的。是等效的。聚合物的结构聚合物的结构T形变速率形变速率5/6/2024343.剪切带的影响因素T过低：剪切屈服应力过高，试样不能产生剪Dept.Polym.Sci.&Eng.,1.银纹的产生银纹的产生银纹现象：银纹现象：玻璃态聚合物在应力作用下玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现象，也称应力发白现象。会产生发白现象，也称应力发白现象。银纹：银纹：高聚物材料在储存或使用过程中高聚物材料在储存或使用过程中出现许多肉眼可见的微细凹槽，当其出出现许多肉眼可见的微细凹槽，当其出现在透明塑料中，强烈地反射光线，看现在透明塑料中，强烈地反射光线，看上去银光闪闪，不同于裂纹。上去银光闪闪，不同于裂纹。形成银纹直接原因：形成银纹直接原因：结构的缺陷或结构结构的缺陷或结构的不均匀性而造成的应力集中。的不均匀性而造成的应力集中。三、银纹化三、银纹化5/6/2024351.银纹的产生银纹现象：玻璃态聚合物在应力作用下会产生发白现Dept.Polym.Sci.&Eng.,2.银纹的特征银纹的特征不同于裂纹不同于裂纹5/6/2024362.银纹的特征不同于裂纹8/1/202336Dept.Polym.Sci.&Eng.,银纹可进一步发展成裂纹，是聚合物破裂的开端。银纹可进一步发展成裂纹，是聚合物破裂的开端。在银纹之间有银纹质（高度取向的微丝束）和空洞，在银纹之间有银纹质（高度取向的微丝束）和空洞，裂纹体中是空的；裂纹体中是空的；银纹具有一定的强度；银纹具有一定的强度；在恒定拉伸载荷下，银纹恒速发展，裂纹加速发展；在恒定拉伸载荷下，银纹恒速发展，裂纹加速发展；材料的弹性模量：银纹出现，弹性模量有所下降；裂材料的弹性模量：银纹出现，弹性模量有所下降；裂纹出现，弹性模量明显下降；纹出现，弹性模量明显下降；5/6/202437银纹可进一步发展成裂纹，是聚合物破裂的开端。在银纹之间有银纹Dept.Polym.Sci.&Eng.,在塑料样品因银纹化而产生屈服时，银纹在塑料样品因银纹化而产生屈服时，银纹区域内的大分子会产生大的塑性形变及粘弹形区域内的大分子会产生大的塑性形变及粘弹形变，形成变，形成“细丝细丝”，这使外力作用于样品的能，这使外力作用于样品的能量被消耗掉。因此，形成银纹要消耗大量能量，量被消耗掉。因此，形成银纹要消耗大量能量，因此能适当地终止而不致发展成裂纹，可延迟因此能适当地终止而不致发展成裂纹，可延迟聚合物的破裂，提高聚合物的韧性。聚合物的破裂，提高聚合物的韧性。5/6/202438在塑料样品因银纹化而产生屈服时，银纹区域内的大分子会产生Dept.Polym.Sci.&Eng.,4.2.2.2 高分子合金的拉伸性能高分子合金的拉伸性能影响不同影响不同剪切形变：剪切形变：剪切带的力学性能接近未形变的聚合剪切带的力学性能接近未形变的聚合物材料，应力损伤的程度很小；物材料，应力损伤的程度很小；银纹化：银纹化：银纹多孔，靠连接两银纹面间的纤维持银纹多孔，靠连接两银纹面间的纤维持强度，银纹体的模量低，产生大量银纹会导致高分强度，银纹体的模量低，产生大量银纹会导致高分子合金的弹性模量下降。子合金的弹性模量下降。拉伸性能拉伸性能剪切屈服剪切屈服银纹化银纹化5/6/2024394.2.2.2 高分子合金的拉伸性能影响不同剪切形变：剪切带Dept.Polym.Sci.&Eng.,影响银纹化和剪切屈服的比例因素影响银纹化和剪切屈服的比例因素基体的性质基体的性质银纹化和剪切屈服的比例在很大程度上取决银纹化和剪切屈服的比例在很大程度上取决于连续相的性质，连续相的韧性越大，则剪切屈于连续相的性质，连续相的韧性越大，则剪切屈服的成分占的比例越大；服的成分占的比例越大；应力应力随着施加的拉伸应力增大，银纹成分增大。随着施加的拉伸应力增大，银纹成分增大。如如ABS，拉应力为，拉应力为26.5MPa，剪切形变几乎，剪切形变几乎占占100%，拉应力为，拉应力为34.5MPa，银纹占，银纹占85%。5/6/202440影响银纹化和剪切屈服的比例因素基体的性质8/1/202340Dept.Polym.Sci.&Eng.,弹性体含量增加，若分散相较好，弹性体颗粒弹性体含量增加，若分散相较好，弹性体颗粒数目增多，银纹引发中心数目增多，但银纹被终止数目增多，银纹引发中心数目增多，但银纹被终止的速率也提高，总的结果：银纹化所占比例提高。的速率也提高，总的结果：银纹化所占比例提高。高分子取向高分子取向 受到拉伸作用时，基体大分子发生一定程度受到拉伸作用时，基体大分子发生一定程度的取向，取向使材料结构均匀化，强度提高，使的取向，取向使材料结构均匀化，强度提高，使银纹及剪切带引发和增长速率减小，总的效应为：银纹及剪切带引发和增长速率减小，总的效应为：剪切形变上升，银纹化下降。剪切形变上升，银纹化下降。弹性体的含量弹性体的含量5/6/202441弹性体含量增加，若分散相较好，弹性体颗粒数目增多，银纹引Dept.Polym.Sci.&Eng.,高分子合金性能高分子合金性能组分性能（化学结构）组分性能（化学结构）组分配比组分配比形态结构形态结构（成型方法、工艺条件、相容性）（成型方法、工艺条件、相容性）高分子合金的屈服应力、拉伸强度及其它高分子合金的屈服应力、拉伸强度及其它力学强度难以进行定量处理。力学强度难以进行定量处理。5/6/202442高分子合金性能组分性能（化学结构）组分配比形态结构（成型方法Dept.Polym.Sci.&Eng.,1.冲击性能表征方法冲击性能表征方法 冲击强度冲击强度：衡量材料韧性衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷的能力。抵抗冲击载荷的能力。4.2.3高分子合金的冲击性能高分子合金的冲击性能 通常采用冲击试验测通常采用冲击试验测定样品的韧性，故韧性又定样品的韧性，故韧性又称抗冲击性能。称抗冲击性能。5/6/2024431.冲击性能表征方法 冲击强度：衡量材料韧性的一种强度Dept.Polym.Sci.&Eng.,定义：定义：试样受冲击载荷而折断时单位面积所试样受冲击载荷而折断时单位面积所吸收的能量。吸收的能量。W:冲断试样所消耗的功冲断试样所消耗的功b:宽度宽度d:厚度厚度I=W/（b*d）塑料基体分为塑料基体分为脆性基体：脆性基体：韧性基体：韧性基体：增韧改性：弹性体增韧最为有效增韧改性：弹性体增韧最为有效PS、PMMAPE、PC、PA5/6/202444 定义：试样受冲击载荷而折断时单位面积所吸收的能量。WDept.Polym.Sci.&Eng.,NBR、PB、EPDM、EPR、CPE、EVA、ACR、SBR、POE、SBS、TPU等。等。PVC：PP：PS：分析增韧机理就是分析冲击性能提高的原因分析增韧机理就是分析冲击性能提高的原因弹性体弹性体：EVA、CPE（氯含量（氯含量35%最佳）、最佳）、NBREPDM、EPR、POEABS、HIPS、SBR5/6/202445 NBR、PB、EPDM、EPR、CPE、EVA、ACDept.Polym.Sci.&Eng.,2.弹性体增韧机理（银纹剪切带理论）弹性体增韧机理（银纹剪切带理论）Bucknall提出提出 当试样受到冲击进会当试样受到冲击进会产生银纹，这时橡胶颗粒产生银纹，这时橡胶颗粒跨跃银纹两岸，银纹要发跨跃银纹两岸，银纹要发展就必须拉伸橡胶颗粒，展就必须拉伸橡胶颗粒，因而吸收大量能量，从而因而吸收大量能量，从而提高了材料的冲击强度。提高了材料的冲击强度。5/6/2024462.弹性体增韧机理（银纹剪切带理论）BucknallDept.Polym.Sci.&Eng.,理论要点理论要点 橡胶颗粒在增韧塑料中发挥两个重要作用：橡胶颗粒在增韧塑料中发挥两个重要作用：作为应力集中中心诱发大量银纹与剪切带，耗作为应力集中中心诱发大量银纹与剪切带，耗散大量能量，显著提高塑料的韧性；散大量能量，显著提高塑料的韧性；控制银纹的发展并使银纹及时终止而不至于发控制银纹的发展并使银纹及时终止而不至于发展破坏性的裂纹；展破坏性的裂纹；银纹与剪切带所占比例与基体树脂有关，基体银纹与剪切带所占比例与基体树脂有关，基体的韧性越高，剪切带所占的比例越大；同时的韧性越高，剪切带所占的比例越大；同时还与形变速率有关，形变速率越大，银纹所还与形变速率有关，形变速率越大，银纹所占的比例越高。占的比例越高。5/6/202447理论要点 橡胶颗粒在增韧塑料中发挥两个重要作用：8/1/Dept.Polym.Sci.&Eng.,理论特点理论特点既考虑了橡胶颗粒的作用，又考虑了树脂连既考虑了橡胶颗粒的作用，又考虑了树脂连续相的影响；续相的影响；既考虑了橡胶颗粒引发银纹与剪切带的作用，既考虑了橡胶颗粒引发银纹与剪切带的作用，又考虑了它终止银纹的效能；又考虑了它终止银纹的效能；明确了银纹的双重功能，既银纹的产生和发明确了银纹的双重功能，既银纹的产生和发展消耗大量能量，从而提高塑料的韧性；另展消耗大量能量，从而提高塑料的韧性；另一方面，银纹又是产生裂纹并导致增韧塑料一方面，银纹又是产生裂纹并导致增韧塑料破坏的先导。破坏的先导。能成功解释一系列实验事实，被广泛接受。能成功解释一系列实验事实，被广泛接受。5/6/202448理论特点既考虑了橡胶颗粒的作用，又考虑了树脂连续相的影响；8Dept.Polym.Sci.&Eng.,3.影响增韧效果的因素影响增韧效果的因素途径：途径：增大分子量，分子量分布窄一些，但基体树增大分子量，分子量分布窄一些，但基体树脂的分子量不能太大，成型加工性能下降。脂的分子量不能太大，成型加工性能下降。v基体树脂的特性基体树脂的特性a:分子量及其分布分子量及其分布 提高基体树脂韧性提高基体树脂韧性有利于提高增韧效果。有利于提高增韧效果。5/6/2024493.影响增韧效果的因素途径：增大分子量，分子量分布窄一些Dept.Polym.Sci.&Eng.,结晶与否、结晶度、晶体尺寸、晶型等影响韧性结晶与否、结晶度、晶体尺寸、晶型等影响韧性如：如：PP，快速冷却，快速冷却结晶度结晶度 ，晶体尺寸，晶体尺寸 晶粒间连接链密度上升，晶粒间连接链密度上升，增大银纹形成的趋势增大银纹形成的趋势韧性韧性 加入成核剂加入成核剂晶体尺寸细化晶体尺寸细化韧性韧性 b:对于结晶性聚合物对于结晶性聚合物5/6/202450结晶与否、结晶度、晶体尺寸、晶型等影响韧性如：PP，快速冷却Dept.Polym.Sci.&Eng.,加入加入成核剂成核剂形成形成晶晶韧性韧性 等规聚丙烯有多种晶型，即等规聚丙烯有多种晶型，即、和和拟六方晶。其中以拟六方晶。其中以晶型最为常见，其它晶型只晶型最为常见，其它晶型只能在特殊的情况下得到，如剪切、压力、成核剂能在特殊的情况下得到，如剪切、压力、成核剂等。与传统的等。与传统的晶型等规聚丙烯相比，晶型等规聚丙烯相比，晶型等规晶型等规聚丙烯室温和低温冲击强度较好，热变形温度高，聚丙烯室温和低温冲击强度较好，热变形温度高，在高速拉伸下表现出较高的韧性和延展性，不易在高速拉伸下表现出较高的韧性和延展性，不易脆裂，这些特点大大拓展了聚丙烯的应用领域。脆裂，这些特点大大拓展了聚丙烯的应用领域。5/6/202451加入成核剂形成晶韧性 等规聚丙烯有Dept.Polym.Sci.&Eng.,晶型等规聚丙烯的形成主要有温度法、剪晶型等规聚丙烯的形成主要有温度法、剪切取向法和添加成核剂三种方法，其中在聚丙烯切取向法和添加成核剂三种方法，其中在聚丙烯中添加中添加晶成核剂，已经成为得到高晶成核剂，已经成为得到高晶型含量晶型含量的聚丙烯的一种实用有效的方法。的聚丙烯的一种实用有效的方法。晶成核剂种类较多，成核体系也较为分散，晶成核剂种类较多，成核体系也较为分散，大致可分为有机类和无机类，根据分子结构也可大致可分为有机类和无机类，根据分子结构也可分为具有准平面结构的稠环化合物、第分为具有准平面结构的稠环化合物、第A族金族金属元素的某些盐类及二元羧酸的复合物和某些金属元素的某些盐类及二元羧酸的复合物和某些金属氧化物三类。属氧化物三类。喹吖啶酮红颜料、庚二酸盐和芳基二羧酸酰胺2,6-萘二甲酸环己酰胺二苯基己二酰二胺5/6/202452 晶型等规聚丙烯的形成主要有温度法、剪切取向法和添加成Dept.Polym.Sci.&Eng.,聚丙烯聚丙烯成核剂种类很多。现已商品化成核剂种类很多。现已商品化成核剂主要有无机物（如滑石粉、云母成核剂主要有无机物（如滑石粉、云母）、）、有机羧酸和羧酸盐类、山梨糖醇衍生物类、有机羧酸和羧酸盐类、山梨糖醇衍生物类、有机磷酸盐类、松香酸及其盐类等。有机磷酸盐类、松香酸及其盐类等。二(3,4-二甲基苯亚甲基)山梨醇亚甲基双(2,4-二叔丁基苯基)磷酸酯羟基铝盐苯甲酸碱金属盐或铝盐、对叔丁基苯甲酸铝盐脱氢松香酸钾5/6/202453 聚丙烯成核剂种类很多。现已商品化成核剂主要有无Dept.Polym.Sci.&Eng.,c:采取预增韧措施提高基体树脂的韧性采取预增韧措施提高基体树脂的韧性PVC/CPE/PS，加入加入4%PS，PVC韧性韧性 450%基体预增韧基体预增韧PVC/PS，加入，加入4%PS，PVC韧性韧性 80%5/6/202454c:采取预增韧措施提高基体树脂的韧性PVC/CPE/PS，加Dept.Polym.Sci.&Eng.,v增韧剂增韧剂橡胶含量橡胶含量 银纹的引发、支化及终止速率银纹的引发、支化及终止速率 冲击强度冲击强度 拉伸强度、弯曲强度、拉伸强度、弯曲强度、表面硬度表面硬度 ，加工性能变坏，加工性能变坏橡胶用量要考虑综合平衡各种性能橡胶用量要考虑综合平衡各种性能a：橡胶含量：橡胶含量5/6/202455增韧剂橡胶含量银纹的引发、支化及终止速率冲击强度拉伸Dept.Polym.Sci.&Eng.,b：橡胶粒径：橡胶粒径在橡胶增韧塑料中，大粒径的橡胶粒子对诱发银纹在橡胶增韧塑料中，大粒径的橡胶粒子对诱发银纹有利，小粒径颗粒对诱发剪切带有利。如在有利，小粒径颗粒对诱发剪切带有利。如在ABS中，采中，采用大小不同的颗粒以适当比例混合的效果较好。用大小不同的颗粒以适当比例混合的效果较好。本体悬浮法本体悬浮法ABS（110m）（重量分数）（重量分数）1007550250乳液接枝法乳液接枝法ABS（0.050.3m）（重量分数）（重量分数）0255075100缺口冲击强度（缺口冲击强度（J/m）5.811.2 11.9 10.86.9熔融指数熔融指数(g/10min)0.61.02.12.90.8HIPS：橡胶粒径最佳值：橡胶粒径最佳值0.81.3mABS：橡胶粒径最佳值：橡胶粒径最佳值0.3m左右左右5/6/202456b：橡胶粒径在橡胶增韧塑料中，大粒径的橡胶粒子对诱发银Dept.Polym.Sci.&Eng.,c：橡胶相玻璃化转变温度（以：橡胶相玻璃化转变温度（以ABS为例）为例）橡胶相的橡胶相的Tg越低，增韧效果越好。由于在冲越低，增韧效果越好。由于在冲击试验中高速负载的条件下，橡胶相的击试验中高速负载的条件下，橡胶相的Tg显著提显著提高，橡胶相的高，橡胶相的Tg要比室温低要比室温低4060 oC才能有显著的才能有显著的增韧效果，一般增韧效果，一般Tg在在-40 oC以下为好。以下为好。样品号橡胶组成橡胶相Tg（oC）简支梁冲击强度(kJ/m2)丁二烯苯乙烯13565400.7325545-2017.636535-3529.441000-8539.25/6/202457c：橡胶相玻璃化转变温度（以ABS为例）橡胶相的Tg越Dept.Polym.Sci.&Eng.,d：橡胶与基体树脂的相容性：橡胶与基体树脂的相容性 PVC/NBR合金合金NBR：AN=0，即，即PB，PVC与与PB不相容，不相容，冲击强度低；冲击强度低；AN ，PVC与与NBR相相容性容性，冲击强度先冲击强度先 后后，有极大值。，有极大值。5/6/202458d：橡胶与基体树脂的相容性 PVC/NBR合金8/1/Dept.Polym.Sci.&Eng.,AN=0%AN=40%AN=20%相容性太差时，两相粘接力不足；相容性太差时，两相粘接力不足；相容性太好时，橡胶粒太小，甚至形成均相相容性太好时，橡胶粒太小，甚至形成均相体系，也不会产生好的增韧效果。体系，也不会产生好的增韧效果。两者相容性太好或太差都不好两者相容性太好或太差都不好5/6/202459AN=0%AN=40%AN=20%相容性太差时，两相粘接力不Dept.Polym.Sci.&Eng.,PVC的的 为为9.7(cal/cm3)1/2，NBR的的 与丙烯腈的含量有关，见下表：与丙烯腈的含量有关，见下表：AN%(重量重量)51 41 33 29 21 0(cal/cm3)1/210.2 9.6 9.4 9.1 8.6 8.2 5/6/202460PVC的 为9.7(cal/cm3)1/2，NBRDept.Polym.Sci.&Eng.,4.3高分子合金的其它性能高分子合金的其它性能对于共混过程的设计和工艺条件的对于共混过程的设计和工艺条件的选择和优化都具有重要的意义。选择和优化都具有重要的意义。4.3.1流变性能流变性能5/6/2024614.3高分子合金的其它性能对于共混过程的设计和工艺条Dept.Polym.Sci.&Eng.,1.高分子合金熔体粘度与剪切速率的关系高分子合金熔体粘度与剪切速率的关系：剪切速率：剪切速率 n:非牛顿系数非牛顿系数 K：稠度系数：稠度系数 （n PE2050 s-15/6/202474 PA：以层状结构分布于PE基体之中，当溶剂分子透过层Dept.Polym.Sci.&Eng.,5/6/2024758/1/202375Dept.Polym.Sci.&Eng.,4.3.5透气性能透气性能 气体对于高分子膜有选择透过性（决定于气体对于高分子膜有选择透过性（决定于气体的自身特性和高聚物的自由体积），可用气体的自身特性和高聚物的自由体积），可用于果蔬保鲜、废气处理等方面。于果蔬保鲜、废气处理等方面。通过选用不同聚合物共混，可以调节聚合物的通过选用不同聚合物共混，可以调节聚合物的自由体积，实现对不同气体的选择透过性。自由体积，实现对不同气体的选择透过性。如如SBS：良好的透气性、透湿性：良好的透气性、透湿性PE：结晶聚合物，透气性、透湿性差：结晶聚合物，透气性、透湿性差PE/SBS保鲜膜：透气、透湿保鲜膜：透气、透湿PE结晶度结晶度 ，大分子取向度，大分子取向度，有利于，有利于透气、透湿透气、透湿5/6/2024764.3.5透气性能 气体对于高分子膜有选Dept.Polym.Sci.&Eng.,本章重点本章重点玻璃态聚合物发生大形变的机理；玻璃态聚合物发生大形变的机理；影响银纹化和剪切屈服的比例因素；影响银纹化和剪切屈服的比例因素；弹性体增韧机理及影响增韧效果的因素。弹性体增韧机理及影响增韧效果的因素。5/6/202477本章重点玻璃态聚合物发生大形变的机理；8/1/202377Dept.Polym.Sci.&Eng.,Quiz影响增韧效果的因素影响增韧效果的因素?5/6/202478Quiz影响增韧效果的因素?8/1/202378
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