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2022
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改性塑料增韌的原理何在?如何理解增韌必先增容?
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如今，改性塑料 在國民生活中扮演的角色越來越重要，尤其在汽車、家電等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。而對于門類眾多的 改性塑料 技術(shù)而言，塑料增韌技術(shù)一直被學(xué)術(shù)和工業(yè)界研究和關(guān)注，因?yàn)椴牧系捻g性往往對產(chǎn)品的應(yīng)用起著決定性的影響。本文將為大家解答有關(guān)塑料增韌方面的問題，如:韌性如何測試與評估?塑料增韌的原理何在?常用的增韌劑有哪些?塑料都有哪些增韌方法?如何理解增韌必先增容?
一、塑料韌性的性能表征
1、剛性越大材料越不容易發(fā)生形變，韌性越大則越容易發(fā)生形變
韌性與剛性相對，是反映物體形變難易程度的一個(gè)屬性，剛性越大材料越不容易發(fā)生形變，韌性越大則越容易發(fā)生形變。通常，剛性越大，材料的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量(楊氏模量)、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量均較大;反之，韌性越大，斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度就越大。沖擊強(qiáng)度表現(xiàn)為樣條或制件承受沖擊的強(qiáng)度，通常泛指樣條在產(chǎn)生破裂前所吸收的能量。沖擊強(qiáng)度隨樣條形態(tài)、試驗(yàn)方法及試樣條件表現(xiàn)不同的值，因此不能歸為材料的基本性質(zhì)。
2、不同的沖擊試驗(yàn)方法所得到的結(jié)果是不能進(jìn)行比較的
沖擊試驗(yàn)的方法很多，依據(jù)試驗(yàn)溫度分:有常溫沖擊、低溫沖擊和高溫沖擊三種;依據(jù)試樣受力狀態(tài)，可分為彎曲沖擊-簡支梁和懸臂梁沖擊、拉伸沖擊、扭轉(zhuǎn)沖擊和剪切沖擊;依據(jù)采用的能量和沖擊次數(shù)，可分為大能量的一次沖擊和小能量的多次沖擊試驗(yàn)。不同材料或不同用途可選擇不同的沖擊試驗(yàn)方法，并得到不同的結(jié)果，這些結(jié)果是不能進(jìn)行比較的。
二、塑料增韌機(jī)理及影響因素
1、銀紋-剪切帶理論
在橡膠增韌塑料的共混體系中，橡膠顆粒的作用主要有兩個(gè)方面:一方面，作為應(yīng)力集中的中心，誘發(fā)基體產(chǎn)生大量的銀紋和剪切帶;另一方面，控制銀紋的發(fā)展使銀紋及時(shí)終止而不致發(fā)展成破壞性的裂紋。
銀紋末端的應(yīng)力場可以誘發(fā)剪切帶而使銀紋終止。當(dāng)銀紋擴(kuò)展到剪切帶時(shí)也會(huì)阻止銀紋的發(fā)展。在材料受到應(yīng)力作用時(shí)大量的銀紋和剪切帶的產(chǎn)生和發(fā)展要消耗大量的能量，從而使得材料的韌性提高。銀紋化宏觀表現(xiàn)為應(yīng)力白發(fā)現(xiàn)象，而剪切帶則與細(xì)頸產(chǎn)生相關(guān)，其在不同塑料基體中表現(xiàn)不同。
例如，HIPS基體韌性較小，銀紋化，應(yīng)力發(fā)白，銀紋化體積增加，橫向尺寸基本不變，拉伸無細(xì)頸;增韌PVC，基體韌性大，屈服主要由剪切帶造成，有細(xì)頸，無應(yīng)力發(fā)白;HIPS/PPO，銀紋、剪切帶都占有相當(dāng)比例，細(xì)頸和應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象同時(shí)產(chǎn)生。
2、影響塑料增韌效果的因素主要有三點(diǎn)
(1)基體樹脂的特性
研究表明，提高基體樹脂的韌性有利于提高增韌塑料的增韌效果，提高基體樹脂的韌性可通過以下途徑實(shí)現(xiàn):
增大基體樹脂的分子量，使分子量分布變得窄小;通過控制是否結(jié)晶以及結(jié)晶度、晶體尺寸和晶型等提高韌性。例如，PP中加入成核劑提高結(jié)晶速率，細(xì)化晶粒，從而提高斷裂韌性。
(2)增韌劑的特性和用量
增韌劑分散相粒徑的影響--對于彈性體增韌塑料，基體樹脂的特性不同，彈性體分散相粒徑的值也不相同。例如，HIPS中橡膠粒徑值為0.8-1.3μm，ABS粒徑為0.3μm左右，PVC改性的ABS其粒徑為0.1μm左右。增韌劑用量的影響--增韌劑的加入量存在一個(gè)值，這與粒子間距參數(shù)有關(guān);增韌劑玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響--一般彈性體的玻璃化溫度越低，增韌效果越好;增韌劑與基體樹脂界面強(qiáng)度的影響--界面粘結(jié)強(qiáng)度對增韌效果的影響不同體系有所不同;彈性體增韌劑結(jié)構(gòu)的影響--與彈性體類型、交聯(lián)度等有關(guān)。
(3)兩相間的結(jié)合力
兩相間具備良好的結(jié)合力，可以使得應(yīng)力發(fā)生時(shí)可以在相間進(jìn)行有效的傳遞從而消耗更多的能量，宏觀上塑料的綜合性能就越好，其中尤以沖擊強(qiáng)度的改善顯著。通常這種結(jié)合力可以理解為兩相之間的相互作用力，接枝共聚和嵌段共聚就是典型的增加兩相結(jié)合力的方法，不同的是它們通過化學(xué)合成的方法形成了化學(xué)鍵，如接枝共聚物HIPS、ABS，嵌段共聚物SBS、聚氨酯。
對于增韌劑增韌塑料而言，屬于物理共混的方法，但是其原理是一樣的。理想的共混體系應(yīng)是兩組分既部分相容又各自成相，相間存在一界面層，在界面層中兩種聚合物的分子鏈相互擴(kuò)散，有明顯的濃度梯度，通過增大共混組分間的相容性，使其具備良好的結(jié)合力，進(jìn)而增強(qiáng)擴(kuò)散使界面彌散，加大界面層的厚度。而這，即是塑料增韌亦是制備高分子合金的關(guān)鍵技術(shù)之所在--高分子相容技術(shù)!
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