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1、共混改性的基本原理高分子新材料的研发途径：高分子新材料的研发途径：（1）合成新的高分子材料（早期的主要手段）合成新的高分子材料（早期的主要手段）（2）优化现有的高分子材料（即高分子材料的改性）优化现有的高分子材料（即高分子材料的改性）改性的手段改性的手段共混、填充共混、填充 根据高分子材料的结构根据高分子材料的结构-形态形态-加工加工-性能之间的性能之间的关系，综合运用各种化学或物理方法，设计和控制关系，综合运用各种化学或物理方法，设计和控制多相和多组分的高分子共混材料。多相和多组分的高分子共混材料。概述概述共混改性的概念：指将两种或两种以上聚合物通共混改性的概念：指将两种或两种以上聚合物通过
2、共同混合而形成宏观上均匀、连续的高分子材过共同混合而形成宏观上均匀、连续的高分子材料的过程。料的过程。历史：历史：18461846年，年，Hancock（天然橡胶（天然橡胶+古塔波胶古塔波胶雨衣；提出两种聚合物混合以改进制品性能的思雨衣；提出两种聚合物混合以改进制品性能的思想）。想）。主要产自巴西的三叶橡胶树，主要产自巴西的三叶橡胶树，具有顺聚异戊二烯结构。具有顺聚异戊二烯结构。主要产自野生橡胶树，具主要产自野生橡胶树，具 有反聚异戊二烯结构。有反聚异戊二烯结构。高分子材料共混改性的目的：高分子材料共混改性的目的：（1 1）改善高分子材料的某些物理机械性能）改善高分子材料的某些物理机械性能 改
3、善韧性（提高抗冲击性）改善韧性（提高抗冲击性）改善耐热性改善耐热性 提高尺寸稳定性提高尺寸稳定性 提高耐磨性提高耐磨性 改善耐化学药品性改善耐化学药品性（耐溶剂性）（耐溶剂性）其它物理机械性能，如气密性、耐候其它物理机械性能，如气密性、耐候性、阻燃性、阻尼性、粘结性、抗静电性、生物相容性、阻燃性、阻尼性、粘结性、抗静电性、生物相容性等。性等。（2 2）改善高分子材料的加工性能）改善高分子材料的加工性能 改善熔体流动性改善熔体流动性 控制结晶聚合物的结晶。控制结晶聚合物的结晶。（3 3）降低成本）降低成本 在在保保证证材材料料使使用用性性能能的的前前提提下下，填填充充价价格格低低的的组分来降低材
4、料的成本。组分来降低材料的成本。（4 4）赋予高分子材料某些特殊性能）赋予高分子材料某些特殊性能 某某些些应应用用场场合合需需要要高高分分子子材材料料具具有有某某些些特特殊殊性性能能，如如阻阻燃燃性性、导导电电性性等等，可可以以通通过过添添加加具具有有相相应应特性的组分使材料具有该特性。特性的组分使材料具有该特性。SS*S混合熵，链段间排列混合熵，链段间排列方式变化而产生方式变化而产生相互作用熵，结构单相互作用熵，结构单元周围环境变化引起元周围环境变化引起S*R(n1In 1+n2In 2)共混过程，熵值增加，共混过程，熵值增加，S0。但是聚合物分子。但是聚合物分子量很大，熵值变化很小，量很大
5、，熵值变化很小，S的值是很小的，接近的值是很小的，接近0。此时只需此时只需H0，或接近于，或接近于0就可以。就可以。根据根据Flory-Huggins理论理论混合过程一般为吸热（混合过程一般为吸热（H0）H 为正值为正值根据根据Hidebrand理论理论内聚能内聚能内聚能内聚能密度密度溶解度参数，溶解度参数，表示表示Hm=Vm(1-2)2 12 1与与2相等时，相等时，Hm为为0。1与与2差别越大，溶解过程吸热越差别越大，溶解过程吸热越多，越不利于溶解。可根据多，越不利于溶解。可根据来预测聚合物之间的相容性。来预测聚合物之间的相容性。高聚物共混材料的相容性决定着两相的分散程度。高聚物共混材料的
6、相容性决定着两相的分散程度。相容性太差，两种高分子混合程度很差，材料呈现相容性太差，两种高分子混合程度很差，材料呈现宏观的相分离，出现分层现象，很少有实用价值；宏观的相分离，出现分层现象，很少有实用价值；分子水平的相容，只用一个分子水平的相容，只用一个Tg，意义不大。意义不大。而部分相容（相容性适中）的共混高而部分相容（相容性适中）的共混高 聚物往往能体现均聚物各自的特点。聚物往往能体现均聚物各自的特点。绝大多数高聚物共混物难以达到分子水平的相容（完绝大多数高聚物共混物难以达到分子水平的相容（完全相容），而得到非均相结构（两相结构）。全相容），而得到非均相结构（两相结构）。相容性适中的共混高聚
7、物相容性适中的共混高聚物具有较大的实用价值具有较大的实用价值 在外观上是均匀的（肉眼或光学显微镜观察不到在外观上是均匀的（肉眼或光学显微镜观察不到两相的存在）；两相的存在）；呈现微观的相分离（电子显微镜可以观察到两相呈现微观的相分离（电子显微镜可以观察到两相结构的存在）；结构的存在）；材料此时具有两个材料此时具有两个TgTg，两相均具有各自的独立性两相均具有各自的独立性2.5.2 提高相容性的方法提高相容性的方法 增容有两方面含义：一是使聚合物之间易于相增容有两方面含义：一是使聚合物之间易于相互分散以得到宏观上均匀的共混物；二是改善聚合互分散以得到宏观上均匀的共混物；二是改善聚合物之间相界面的
8、性能，增加相间的黏合力，从而使物之间相界面的性能，增加相间的黏合力，从而使共混物具有长期稳定的优良性能。共混物具有长期稳定的优良性能。能够具有良好的相容性并可以直接共混的体系能够具有良好的相容性并可以直接共混的体系是相当少的。大多数共混体系的相容性不理想，需是相当少的。大多数共混体系的相容性不理想，需要加入相容促进剂（增容剂），提高相容性。要加入相容促进剂（增容剂），提高相容性。增容剂已成为高聚物材料研究开发的关增容剂已成为高聚物材料研究开发的关键技术键技术,增容剂的研制和生产成为高聚物材料增容剂的研制和生产成为高聚物材料研究的新亮点。研究的新亮点。2.5.3 增容剂的分类：增容剂的分类：非反
9、应性共聚物非反应性共聚物 在聚合物在聚合物A与聚合物与聚合物B的共混体系中，加入的共混体系中，加入A-B型接枝或嵌段共聚物作为增容剂。型接枝或嵌段共聚物作为增容剂。界面界面聚合物聚合物BA嵌段嵌段聚合物聚合物AB嵌段嵌段A主链主链B接枝接枝非反应性共聚物非反应性共聚物 在聚合物在聚合物A与聚合物与聚合物B的共混体系中，加入的共混体系中，加入A-C型反应型共聚物作为增容剂，型反应型共聚物作为增容剂，C部分可与聚合物部分可与聚合物B发发生化学反应。生化学反应。例子：在例子：在PP与与PA的共混体系中加入的共混体系中加入PP-MA接枝共接枝共聚物，改善相容性。聚物，改善相容性。原位聚合方法原位聚合方
10、法 增容剂不是预先合成的，而是加工过程中产生增容剂不是预先合成的，而是加工过程中产生的。增容剂的生成和共混是同时进行的。的。增容剂的生成和共混是同时进行的。例子：在例子：在PP与与PA的共混体系中加入的共混体系中加入MAH，三者共，三者共混。在共混过程中混。在共混过程中PP与与MAH生成接枝共聚物，改生成接枝共聚物，改善了善了PP与与PA的相容性。的相容性。2.5.4 相容性的测定相容性的测定电镜法：电镜法：两相间界面模糊，相容性好，反之则不好。两相间界面模糊，相容性好，反之则不好。浊点法：浊点法：两种聚合物形成共混物，往往不能以任意配比彼两种聚合物形成共混物，往往不能以任意配比彼此相容，存在
11、一个配比的问题。另外，温度也会影响此相容，存在一个配比的问题。另外，温度也会影响相容性，把配比和温度画在一张图中。图相容性，把配比和温度画在一张图中。图2 22929最高临界最高临界相容温度相容温度UCST01TLCST 共混物由均相体系变成两相体系，透光率会发生共混物由均相体系变成两相体系，透光率会发生变化，这一相的转变点称变化，这一相的转变点称“浊点浊点”。可以通过测定浊点。可以通过测定浊点间接了解相容情况。间接了解相容情况。Tg法：法：测定共混物的测定共混物的Tg，与单一组分的，与单一组分的Tg进行对比，进行对比，这是最常用的方法。图这是最常用的方法。图21所示。所示。IR法：法：有一定
12、相容性的共混体系，个组分（链段）间相有一定相容性的共混体系，个组分（链段）间相互作用，使共混物的互作用，使共混物的IR谱带与单一组分相比发生偏谱带与单一组分相比发生偏移，根据偏移程度判断相容性。移，根据偏移程度判断相容性。2.2 2.2 共混物的形态共混物的形态分子水平上的互混相容分子水平上的互混相容均相体系均相体系应用价值不大应用价值不大基基本本形形态态二个组分各自成相二个组分各自成相非均相体系非均相体系 海岛结构和海海结构海岛结构和海海结构极具应用极具应用 价值价值海岛结构海岛结构-非均相体系非均相体系 绝大多数高聚物之间的混合物不能达到分子水平绝大多数高聚物之间的混合物不能达到分子水平的
13、混合，也就是说不是均相混合物，而是非均相混合的混合，也就是说不是均相混合物，而是非均相混合物，俗称物，俗称“两相结构两相结构”或或“海岛结构海岛结构”特点：在宏观上不发生相分离，但微观上观察到特点：在宏观上不发生相分离，但微观上观察到相分离结构。相分离结构。例子：用例子：用5顺丁橡胶的顺丁橡胶的PS溶液在搅拌下聚合而成的溶液在搅拌下聚合而成的高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，颗粒状的，颗粒状的“岛岛”是橡胶相，分是橡胶相，分 散在连续的聚苯乙烯塑料相之散在连续的聚苯乙烯塑料相之“海海”中。从较大的橡胶中。从较大的橡胶颗粒内部，还可能观察到包藏着许多聚苯乙烯。颗粒内部，还可能观察到包藏着
14、许多聚苯乙烯。一般含量少的组分形成分散相，而含量多的组分形成连续相；一般含量少的组分形成分散相，而含量多的组分形成连续相；随着分散相含量的逐渐增加，分散相从球状分散变成棒状分散；随着分散相含量的逐渐增加，分散相从球状分散变成棒状分散；到两组分含量相近，则形成层状结构，两个组分都呈连续相到两组分含量相近，则形成层状结构，两个组分都呈连续相。A球球B球球B棒棒AB层层A棒棒组分组分A增加，组分增加，组分B减少减少 海称为海称为“连续相连续相”，岛称为，岛称为“分散相分散相”。连续相与分。连续相与分散相的如何确定？散相的如何确定？左边是垂直于薄膜表面的切片，左边是垂直于薄膜表面的切片，右边是平行于薄
15、膜的切片。右边是平行于薄膜的切片。SBS嵌段共聚物，嵌段共聚物，S/B=80/20，PB形成球状分散形成球状分散SBS嵌段共聚物，嵌段共聚物，S/B=60/40，PB以圆棒状分散在以圆棒状分散在PS中中SBS嵌段共聚物，嵌段共聚物，S/B=40/60，层状交替排列，层状交替排列以以SBS嵌嵌段段共共聚聚物物为为例例分散相分散相的分散的分散情况决情况决定共混定共混物性能物性能1.分散度分散度2.均一性均一性3.相界面相界面2.3 2.3 共混物的性能共混物的性能1)特征性能特征性能（是属于共混物本身所固有的性质是属于共混物本身所固有的性质）力学性能，力学性能，电学性能，电学性能，磁学性能磁学性能
16、热学性能，热学性能，光学性能，光学性能，化学性能化学性能2)功能性能功能性能（效应性能）（效应性能）指在一定条件下和一定限度内对材料施加某种作用时，通指在一定条件下和一定限度内对材料施加某种作用时，通过材料将这种作用转换为另一形式功能的性质。过材料将这种作用转换为另一形式功能的性质。如：热电转换性能，光热转换性能，光电转换性能，力电如：热电转换性能，光热转换性能，光电转换性能，力电转换性能，磁光转换性能，电光转换性能，声光转换性能等。转换性能，磁光转换性能，电光转换性能，声光转换性能等。注塑成型前需了解的性能注塑成型前需了解的性能(以塑料为例以塑料为例)1.比重比重(密度密度)：塑料的比重是在
17、一定的温度下，称量试样的重量与同体积：塑料的比重是在一定的温度下，称量试样的重量与同体积水的重量之比值，单位为水的重量之比值，单位为g/cm3。2.吸水性：塑料的吸水性是指规定尺寸的试样浸入一定温度吸水性：塑料的吸水性是指规定尺寸的试样浸入一定温度25的蒸馏水的蒸馏水中，经过中，经过24小时后所吸收的水份量。常以表示。小时后所吸收的水份量。常以表示。3.透气性：透气性是指一定厚度的塑料薄膜在一个大气压力下，一平方米透气性：透气性是指一定厚度的塑料薄膜在一个大气压力下，一平方米的面积中，在的面积中，在24小时内所透过气体的体积小时内所透过气体的体积(cm3)值。值。4.透湿性：透湿性是指水蒸气对
18、塑料薄膜的透过情况。透湿性：透湿性是指水蒸气对塑料薄膜的透过情况。5.透明度：透过物体的光通量和射到物体上的光通量之比。透明度：透过物体的光通量和射到物体上的光通量之比。6.拉伸强度：拉伸强度：7.压缩强度：压缩强度：8.弯曲强度：弯曲强度：9.冲击强度：冲击强度：10.摩擦系数：摩擦系数是指摩擦力与正压力之比值。在试样上加一个正摩擦系数：摩擦系数是指摩擦力与正压力之比值。在试样上加一个正压力，测定试样刚性运动时的动和静比值。压力，测定试样刚性运动时的动和静比值。11.磨耗：磨耗是指塑料在摩擦过程中，微粒从摩擦表面不断分离，引起磨耗：磨耗是指塑料在摩擦过程中，微粒从摩擦表面不断分离，引起摩擦件
19、尺寸不断地改变的机械性破坏过程，也有称为磨损或磨蚀摩擦件尺寸不断地改变的机械性破坏过程，也有称为磨损或磨蚀.。12.硬度：硬度：13.疲劳强度：疲劳强度：14.蠕变：蠕变：15.持久强度：持久强度是指塑料长时间经受静载荷的能力由高而降低的时持久强度：持久强度是指塑料长时间经受静载荷的能力由高而降低的时间函数。例如：未经载荷前的塑料强度是间函数。例如：未经载荷前的塑料强度是1000小时，而载荷后可能只有其小时，而载荷后可能只有其50%至至70%之间。之间。16.线膨胀系数：线膨胀系数是指温度升高线膨胀系数：线膨胀系数是指温度升高1摄氏度时，每一厘米的塑料伸长摄氏度时，每一厘米的塑料伸长的厘米数。
20、的厘米数。17.比热：比热是指比热：比热是指1克塑料升高难克塑料升高难1摄氏度时，所需要的热量单位。摄氏度时，所需要的热量单位。18.导热系数：导热系数是指某一单位面积和厚度之塑料所能通过的热量单导热系数：导热系数是指某一单位面积和厚度之塑料所能通过的热量单位。塑料的导热系数很小，是良好的绝热材料。位。塑料的导热系数很小，是良好的绝热材料。19.耐热性：塑料耐热性是反映塑件温度与变形量之间关系的特性。耐热性：塑料耐热性是反映塑件温度与变形量之间关系的特性。20.20.玻璃化温度：玻璃化温度：21.21.脆化温度：脆化温度：22.22.分解温度：分解温度：23.23.熔融指数：熔融指数：24.2
21、4.耐燃烧性：塑料的耐燃烧性是用燃烧速率耐燃烧性：塑料的耐燃烧性是用燃烧速率(燃烧时间内试样的燃烧长燃烧时间内试样的燃烧长度度)和燃烧失重率和燃烧失重率(燃烧前后重量之差的百分率燃烧前后重量之差的百分率)之比来表示的。之比来表示的。25.25.耐电压：迅速将电压升高到某一极限值，停留一段时间，塑料试样被耐电压：迅速将电压升高到某一极限值，停留一段时间，塑料试样被击穿，称此时的电压值为试样能经受的耐电压。击穿，称此时的电压值为试样能经受的耐电压。26.26.耐老化性：耐老化性：27.27.耐化学性：耐化学性：28.28.成型收缩率：成型收缩率：1 强度2 硬度3 韧性 4 老化性能5 耐磨性 6
22、 疲劳特性2.3.1 共混物的力学性能共混物的力学性能 共混物在力的作用下所表现出来的特性即为共混物在力的作用下所表现出来的特性即为力学性能。力学性能。主要指主要指标包括标包括1.强度强度在外力作用下共混物抵抗变形和断裂的能力在外力作用下共混物抵抗变形和断裂的能力A0l0lD D lAFF简单拉伸原理简单拉伸原理厚度厚度d宽度宽度bPP拉伸实验原理拉伸实验原理A0简单压缩原理简单压缩原理Pdbl0/2l0/2抗弯强度测定原理抗弯强度测定原理 当当共共混混物物所所受受的的外外力力超超过过它它的的承承受受能能力力时时，它它就就发发生生破破坏坏。强强度度是是衡衡量量共共混混物物抵抵抗抗外外力力破破坏
23、坏的的能能力力，是是 指指 在在 一一 定定 条条 件件 下下 共共 混混 物物 所所 能能 承承 受受 的的 最最 大大 应应 力力。是衡量共混物软硬程度的指标，反映共混物表面是衡量共混物软硬程度的指标，反映共混物表面抵抗微区塑性变形的能力。抵抗微区塑性变形的能力。工程上常用布氏硬度工程上常用布氏硬度HB、洛氏硬度、洛氏硬度HR、维氏硬度、维氏硬度HV、肖氏硬度、肖氏硬度HS和和赵氏、邵氏硬度（邵赵氏、邵氏硬度（邵A）等。）等。2.硬度硬度韧性与脆性是两个意义上完全相反的概韧性与脆性是两个意义上完全相反的概念。韧性好，脆性就差。反之亦然。念。韧性好，脆性就差。反之亦然。度量指标度量指标冲击韧
24、性冲击韧性断裂韧性断裂韧性3.韧性韧性指共混物抵抗裂纹萌生与发展的能力。指共混物抵抗裂纹萌生与发展的能力。用共混物受冲击而破坏的过程所吸收的冲击功来表征用共混物受冲击而破坏的过程所吸收的冲击功来表征用共混物裂纹尖端应力强度因子的临界值用共混物裂纹尖端应力强度因子的临界值Kic来表征来表征 提高聚合物的冲击韧性提高聚合物的冲击韧性(又称为增韧改性又称为增韧改性)，在塑，在塑料共混改性中占有举足轻重的地位，这里重点介绍给料共混改性中占有举足轻重的地位，这里重点介绍给大家。大家。塑料塑料增韧增韧改性改性弹性体增韧塑料体系弹性体增韧塑料体系非弹性体增韧塑料体系非弹性体增韧塑料体系4.老化性能老化性能
25、在外界作用下，共混物发生性质及性能在外界作用下，共混物发生性质及性能变化（不利于使用）的现象称为老化。变化（不利于使用）的现象称为老化。老化的原因老化的原因内因聚合物自身的结构状态及加工时引入的杂质内因聚合物自身的结构状态及加工时引入的杂质外因外因热、光、力、辐射、化学介质、霉和空气中氧及臭氧热、光、力、辐射、化学介质、霉和空气中氧及臭氧的作用而发生氧化、降解及交联反应，破坏了原有的化学结构的作用而发生氧化、降解及交联反应，破坏了原有的化学结构所致。其中最主要的是热氧和光氧作用所致。其中最主要的是热氧和光氧作用光光氧老化氧老化聚合物在户外的老化，光氧老化是主要原因聚合物在户外的老化，光氧老化是
26、主要原因机理机理 太阳光的波长为太阳光的波长为120nm1200nm。其中能量最大的远紫外。其中能量最大的远紫外(120nm280nm)部分多为臭氧吸收，仅有部分部分多为臭氧吸收，仅有部分300nm400nm的近紫的近紫外部分射入地面。其能量仍很大外部分射入地面。其能量仍很大(300kJmol-1 400kJmol-1)，足以，足以使大多数化学键断裂使大多数化学键断裂(键能键能250kJmol-1 420kJmol-1)。故太阳光中。故太阳光中的紫外线是聚合物老化的主要因素的紫外线是聚合物老化的主要因素 除少数聚合物能吸收紫外光交联或降解外，多数饱和的烯烃除少数聚合物能吸收紫外光交联或降解外，
27、多数饱和的烯烃聚合物并不吸收紫外光，之所以发生光氧化降解，是因为聚合物在聚合物并不吸收紫外光，之所以发生光氧化降解，是因为聚合物在合成或加工时，含有微量过渡元素或自由基残基，或少量羰基、过合成或加工时，含有微量过渡元素或自由基残基，或少量羰基、过氧化氢等氧化氢等“基团基团”强烈吸收紫外光，引起聚合物光氧化降解。强烈吸收紫外光，引起聚合物光氧化降解。热氧老化热氧老化多为自由基的链引发、传递和终止的三步老化机理多为自由基的链引发、传递和终止的三步老化机理链引发受热或氧的作用，链引发受热或氧的作用，首先在首先在“弱点弱点”处产生自由基处产生自由基PHP H PHO2P HOO 链增长链引发一旦发生，
28、高分子自由基链增长链引发一旦发生，高分子自由基P 立即与氧作用生成立即与氧作用生成过氧化自由基过氧化自由基POO ，再与高分子链作用，摘取氢生成另一自由基，再与高分子链作用，摘取氢生成另一自由基P O2POO POO PH POOHP 反应重复进行，使更多聚合物被氧化，且生成的氢过氧化物可分解反应重复进行，使更多聚合物被氧化，且生成的氢过氧化物可分解生成新的自由基，可再与聚合物作用，故有自催化作用生成新的自由基，可再与聚合物作用，故有自催化作用POOH PO HO PO PH POHP HO PH H2OP 链终止自由基浓度达一定程度时，可发生一定的终止反应链终止自由基浓度达一定程度时，可发生
29、一定的终止反应 聚合物共混物的老化性能可通过紫外加速老化聚合物共混物的老化性能可通过紫外加速老化实验机或湿热加速老化实验机进行研究。实验机或湿热加速老化实验机进行研究。5.耐磨性耐磨性 一个零件相对另一个零件摩擦的结果，引起摩擦一个零件相对另一个零件摩擦的结果，引起摩擦表面有微小颗粒分离出来，使接触面尺寸变化、重量表面有微小颗粒分离出来，使接触面尺寸变化、重量损失及其他性能下降的这种现象称为磨损。损失及其他性能下降的这种现象称为磨损。磨损的种类磨损的种类：包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、磨粒磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲劳磨损等，磨粒磨损、卷曲磨损、冲击磨损、
30、表面疲劳磨损等，材料磨损多是数种磨损共同作用的结果。材料磨损多是数种磨损共同作用的结果。聚合物共混物耐磨性可通过磨耗机进行测定、研聚合物共混物耐磨性可通过磨耗机进行测定、研究。究。6.疲劳特性疲劳特性 如果共混物所受的应力是重复出现的，那么即使如果共混物所受的应力是重复出现的，那么即使这个应力低于它的屈服强度，它也有可能发生破坏。这个应力低于它的屈服强度，它也有可能发生破坏。这种现象称为疲劳。这种现象称为疲劳。重复出现的应力是指应力（载荷）的大小和方向重复出现的应力是指应力（载荷）的大小和方向按照一定规律呈周期性变化或无规则随机变化的载荷。按照一定规律呈周期性变化或无规则随机变化的载荷。疲劳破
31、坏的特征：疲劳破坏的特征：它是一种它是一种“潜在潜在”的失效方式，断裂常常是突然发的失效方式，断裂常常是突然发生的。构件上不可避免存在一些缺陷（缺口、沟槽等）生的。构件上不可避免存在一些缺陷（缺口、沟槽等）因而可能在应力不高的情况下，由于局部应力集中形因而可能在应力不高的情况下，由于局部应力集中形成裂纹。随着加载循环次数的增加，裂纹不断扩展，成裂纹。随着加载循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至剩余截面积小到不足以承受载荷时，构件将发生直至剩余截面积小到不足以承受载荷时，构件将发生断裂。断裂。因此，实际构件的疲劳破坏过程总可以明显分出因此，实际构件的疲劳破坏过程总可以明显分出三个阶段：裂纹产生、扩
32、展及断裂阶段。三个阶段：裂纹产生、扩展及断裂阶段。疲劳破坏的三个阶段：疲劳破坏的三个阶段：裂纹产生阶段：在构件的表面出现一个非常小的裂裂纹产生阶段：在构件的表面出现一个非常小的裂纹。这个小裂纹常常是在加载后不久就出现的；纹。这个小裂纹常常是在加载后不久就出现的；裂纹扩展阶段：随着载荷周而复始的作用，这个小裂纹扩展阶段：随着载荷周而复始的作用，这个小裂纹将慢慢地扩展。裂纹将慢慢地扩展。断裂阶段：当共混物构件所剩余截面积小到不足以断裂阶段：当共混物构件所剩余截面积小到不足以承受载荷时，共混物构件将发生断裂。承受载荷时，共混物构件将发生断裂。研究某一共混物的疲劳特性，最好是对它进行疲研究某一共混物的
33、疲劳特性，最好是对它进行疲劳试验。标准试样的疲劳试验一般是在控制载荷或应劳试验。标准试样的疲劳试验一般是在控制载荷或应力的试验条件下，用旋转弯曲疲劳试验机和高频拉力的试验条件下，用旋转弯曲疲劳试验机和高频拉压疲劳试验机来做。试验中记录试样在某一循环应力压疲劳试验机来做。试验中记录试样在某一循环应力作用下到达断裂时的循环数作用下到达断裂时的循环数N。对一组试样施加不同应力的循环载荷就得到一组对一组试样施加不同应力的循环载荷就得到一组循环断裂数。以循环应力中的最大应力循环断裂数。以循环应力中的最大应力为纵坐标，为纵坐标，断裂循环数断裂循环数N为横坐标，绘制为横坐标，绘制N图。图。上图为某种聚合物共
34、混物疲劳试验得到的上图为某种聚合物共混物疲劳试验得到的-N曲曲线。这种共混物可以经得起无限次的外加应力循环，线。这种共混物可以经得起无限次的外加应力循环，只要外加应力低于一个极限应力即可。这个极限应力只要外加应力低于一个极限应力即可。这个极限应力称为疲劳极限。称为疲劳极限。PP的性能的性能:PP为结晶型高聚物，密度仅为为结晶型高聚物，密度仅为0.91g/cm3(比水小比水小)，常用塑料中，常用塑料中PP最轻。通用塑料中，最轻。通用塑料中，PP的耐热性最的耐热性最好，其热变形温度为好，其热变形温度为80100，能在沸水中煮。，能在沸水中煮。PP具有良好的耐应力开裂性能，有很高的弯曲疲劳寿命，具有
35、良好的耐应力开裂性能，有很高的弯曲疲劳寿命，俗称俗称“百折胶百折胶”。PP的缺点的缺点:尺寸精度低、刚性不足、尺寸精度低、刚性不足、耐候性差，它具有后收缩现象，制品易老化、变脆和耐候性差，它具有后收缩现象，制品易老化、变脆和变形。变形。PA的性能的性能:PA也是结晶型塑料，俗称尼龙，密度为也是结晶型塑料，俗称尼龙，密度为1.13g/cm3左右，品种很多，应用于注塑加工的常有左右，品种很多，应用于注塑加工的常有尼龙尼龙6、尼龙、尼龙1010、尼龙、尼龙610等。尼龙具有机械强度高、等。尼龙具有机械强度高、韧性好、耐疲劳、表面光滑、有自润滑性，摩擦系数韧性好、耐疲劳、表面光滑、有自润滑性，摩擦系数
36、小、耐磨、耐热小、耐磨、耐热(100内可长期使用内可长期使用)、耐腐蚀、制件、耐腐蚀、制件重量轻、易染色、易成型等优点。重量轻、易染色、易成型等优点。PA因其结晶度高，因其结晶度高，故其刚性、耐热性都较高故其刚性、耐热性都较高.2.2.1 分散度：指分散相的平均粒径。分散度：指分散相的平均粒径。表示方法：数量平均直径表示方法：数量平均直径 大量的研究结果表明，为使大量的研究结果表明，为使“海岛结构海岛结构”两相体两相体系共混物具有预期的性能，其分散相的平均粒径应控系共混物具有预期的性能，其分散相的平均粒径应控制在一定范围之内。制在一定范围之内。粒径的分布对共混物的性能也有重要的影响。以粒径的分
37、布对共混物的性能也有重要的影响。以顺丁橡胶增韧顺丁橡胶增韧PS为例，若橡胶颗粒粒径分布过宽，体为例，若橡胶颗粒粒径分布过宽，体系中存在许多过大或过小的颗粒。过小的颗粒几乎不系中存在许多过大或过小的颗粒。过小的颗粒几乎不起起增韧增韧作用，过大的颗粒会对力学性能产生有害影响。作用，过大的颗粒会对力学性能产生有害影响。因此，分散相的粒径分布要控制在一个适当的范围内。因此，分散相的粒径分布要控制在一个适当的范围内。在实际应用中，在共混物形态方面出的问题，往在实际应用中，在共混物形态方面出的问题，往往是分散相的粒径过大，以及粒径分布过宽。往是分散相的粒径过大，以及粒径分布过宽。2.2.2 均一性均一性
38、指分散相分布的均匀程度，即分散相浓度的起指分散相分布的均匀程度，即分散相浓度的起伏大小。如图伏大小。如图22：a的均一性不如的均一性不如b好好表示方法：表示方法：注：方差用来度量分布变量与其数学期望值之间的偏离程度，注：方差用来度量分布变量与其数学期望值之间的偏离程度，是实际值与期望值之差的平方。是实际值与期望值之差的平方。混合指数混合指数根据二项分布计算的方差根据二项分布计算的方差样品方差样品方差 随着共混过程的进行，分散相浓度分布趋向于随着共混过程的进行，分散相浓度分布趋向于取得最可几分布（最多的一种分布状态），取得最可几分布（最多的一种分布状态），2趋近趋近于于S2，这时，这时I1，这是
39、一种最理想的均一状态。，这是一种最理想的均一状态。2.2.3 相界面相界面相界面的形成：聚合物共混物界面层的形成可分为相界面的形成：聚合物共混物界面层的形成可分为 两个步骤：第一步是分别由两种聚合物组分所构成两个步骤：第一步是分别由两种聚合物组分所构成 的的两个相之间的接触；第二步是两种聚合物大分子两个相之间的接触；第二步是两种聚合物大分子 链段链段之间的相互扩散。之间的相互扩散。两种大分子链段之间的相互两种大分子链段之间的相互 扩散的程度主要取决扩散的程度主要取决于两种聚合物之间的相容性（前已叙及）。正是这种于两种聚合物之间的相容性（前已叙及）。正是这种相互扩散的程度决定了共混物两相之间的粘
40、合强度。相互扩散的程度决定了共混物两相之间的粘合强度。当两种聚合物相互接触时，在相界面处两种聚合当两种聚合物相互接触时，在相界面处两种聚合物大分子链段之间有明显的相互扩散。若两相中聚合物大分子链段之间有明显的相互扩散。若两相中聚合物大分子有相近的活动性，则两种大分子的链段就以物大分子有相近的活动性，则两种大分子的链段就以相近的速度相互扩散，若两相中聚合物大分子链段的相近的速度相互扩散，若两相中聚合物大分子链段的活动性差别很大，则发生单项的扩散。这种扩散作用活动性差别很大，则发生单项的扩散。这种扩散作用的推动力是混合熵，即链段的热运动。的推动力是混合熵，即链段的热运动。两种大分子的链段相互扩散示
41、意图如下两种大分子的链段相互扩散示意图如下 扩散的结果，使得两种聚合物在相的界面两边分别扩散的结果，使得两种聚合物在相的界面两边分别产生了明显的浓度梯度，如下图。产生了明显的浓度梯度，如下图。相的界面以及相的界面两边具有明显的浓度梯度相的界面以及相的界面两边具有明显的浓度梯度的区域构成了两相之间的总的界面层。的区域构成了两相之间的总的界面层。相界面的大小：用分散相颗粒的相界面的大小：用分散相颗粒的比表面积比表面积来表征来表征相界面的结合情况：相界面的结合情况：单位质量或单位体积单位质量或单位体积颗粒具有的表面积颗粒具有的表面积相界面的作用：相界面的作用：结合的好：一个过渡层，如结合的好：一个过
42、渡层，如2-3b。结合的不好：无过渡层，如结合的不好：无过渡层，如2-3a。力的传递作用力的传递作用光学效应光学效应诱导结晶诱导结晶(链段相互扩散链段相互扩散)相界面的能量：相界面自由能（表面张力）相界面的能量：相界面自由能（表面张力）液体有表面张力，表面收缩。固体也有表面张力，液体有表面张力，表面收缩。固体也有表面张力，只是比较小。如果一块固体变成固体颗粒，总表面张只是比较小。如果一块固体变成固体颗粒，总表面张力变得很大分散相颗粒容易集聚。力变得很大分散相颗粒容易集聚。直接研究两种聚合物之间相界面自由能比较困难，直接研究两种聚合物之间相界面自由能比较困难，现在通常采用研究单一聚合物的表面能，
43、再进行比较现在通常采用研究单一聚合物的表面能，再进行比较的方法。的方法。单一聚合物表面自由能的测定：接触角法单一聚合物表面自由能的测定：接触角法 图图2-6Lcos=S-SL所选用液体所选用液体的表面张力的表面张力聚合物的聚合物的表面张力表面张力液固两相间液固两相间的界面张力的界面张力 利用界面张力与表面张力之间的近似关系，可利用界面张力与表面张力之间的近似关系，可得如下公式：得如下公式：1cos =2 +(Sd)1/2(Ld)1/2L(Sp)1/2(Lp)1/2L色散分量色散分量极性分量极性分量且有：且有：dp 选用两种已知选用两种已知L、Ld、Lp的液体，分别与聚合的液体，分别与聚合物试样
44、测定物试样测定角，就可以由上两式计算出该聚合物试角，就可以由上两式计算出该聚合物试样的样的S、Sd、Sp，得到聚合物试样的表面张力数据。，得到聚合物试样的表面张力数据。两种聚合物若表面张力接近时，在共混过程中，两种聚合物若表面张力接近时，在共混过程中，两种聚合物熔体之间就易于形成一种类似于相互浸润两种聚合物熔体之间就易于形成一种类似于相互浸润的情况，这不仅有利于一种聚合物在另一种聚合物中的情况，这不仅有利于一种聚合物在另一种聚合物中的分散，而且可使共混聚合物具有良好的界面结合。的分散，而且可使共混聚合物具有良好的界面结合。布氏硬度：布氏硬度：1900年瑞典工程师年瑞典工程师Brinell提出的
45、，应用最广泛的提出的，应用最广泛的一种方法。一种方法。测定原理是：用一定载荷测定原理是：用一定载荷P，将直径为，将直径为D(mm)的球体压入的球体压入试样表面，去除载荷后，试样表面留下压痕。试样表面，去除载荷后，试样表面留下压痕。布氏硬度值的表示方法一般记为布氏硬度值的表示方法一般记为“数字硬度符号数字数字硬度符号数字/数字数字/数字数字”的形式。第一个硬度表示硬度值，硬度符号有两种，的形式。第一个硬度表示硬度值，硬度符号有两种，压头为硬质合金球压头为硬质合金球 HBW 范围在范围在450-650，压头为淬火钢球，压头为淬火钢球 HBS 范围小于范围小于450。后面的三个数字分别表示球直径，载
46、荷，。后面的三个数字分别表示球直径，载荷，载荷保持时间。载荷保持时间。例如，使用例如，使用10mm的淬火钢球，在的淬火钢球，在3000Kgf载荷下保持载荷下保持30s测得硬度值为测得硬度值为280，则记为，则记为280HBS10/3000/30。洛氏硬度：鉴于布氏硬度存在的缺点，洛氏硬度：鉴于布氏硬度存在的缺点，1919年美国的年美国的Rockwell提出了直接用压痕深度大小作为标志硬度高低的洛氏提出了直接用压痕深度大小作为标志硬度高低的洛氏硬度试验。硬度试验。测定原理：以一定的压力将压头压入试样表面，以残留于测定原理：以一定的压力将压头压入试样表面，以残留于表面的压痕深度来表示材料的硬度。表
47、面的压痕深度来表示材料的硬度。洛氏的压头有两种：一种是金刚石圆锥体，顶角为洛氏的压头有两种：一种是金刚石圆锥体，顶角为120度，度，用于测定较硬材料。另一种是钢球，直径在用于测定较硬材料。另一种是钢球，直径在1.587512.7mm之之间，用于测定较软材料的硬度。间，用于测定较软材料的硬度。维氏硬度：维氏硬度：1929年，英国人年，英国人Smith提出的。第一台按照此方提出的。第一台按照此方法制作的硬度计是由英国法制作的硬度计是由英国Bickers公司研制的。于是称维氏硬度公司研制的。于是称维氏硬度试验法。试验法。测定原理：采用锥面夹角为测定原理：采用锥面夹角为136度的四方金刚石锥体压头。度
48、的四方金刚石锥体压头。采用四方角锥压头，当载荷改变时压入角不变，因此载荷可任采用四方角锥压头，当载荷改变时压入角不变，因此载荷可任意选择。这是维氏硬度试验最主要的特点。意选择。这是维氏硬度试验最主要的特点。一种共混物可能具有很高的抗拉强度，但是在冲一种共混物可能具有很高的抗拉强度，但是在冲击载荷下却可能无法应用。当然，生产中也经常利用击载荷下却可能无法应用。当然，生产中也经常利用冲击载荷来实现静载荷难以实现的结果。如凿岩机，冲击载荷来实现静载荷难以实现的结果。如凿岩机，活塞以活塞以6-8m/s的速度用钎头冲击岩石，使岩石破碎。的速度用钎头冲击岩石，使岩石破碎。穿甲弹以穿甲弹以1.5-2.0km
49、/s的速度着靶后对装甲产生冲击载的速度着靶后对装甲产生冲击载荷实现穿孔。荷实现穿孔。冲击载荷与静载荷的区别在于加载速率不同。加冲击载荷与静载荷的区别在于加载速率不同。加载速率指载荷施加于试样的速率，用单位时间内应力载速率指载荷施加于试样的速率，用单位时间内应力增加的数值表示。增加的数值表示。冲击头，以一定速冲击头，以一定速度对试样实施冲击度对试样实施冲击Pbl0/2l0/2d 在冲击载荷下，载荷作用时间及载荷在作用瞬间的在冲击载荷下，载荷作用时间及载荷在作用瞬间的速率变化情况是不确定的，很难测量。速率变化情况是不确定的，很难测量。在作用时间在作用时间 t内，作用力内，作用力P一直在变化。因此把
50、冲一直在变化。因此把冲击载荷作为能量而不是力来处理。击载荷作为能量而不是力来处理。冲击韧性是指共混物在冲击载荷下吸收塑性变冲击韧性是指共混物在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。衡量共混物抵抗冲击的能力。形功和断裂功的能力。衡量共混物抵抗冲击的能力。常用常用AK表示，称冲击吸收功。表示，称冲击吸收功。对于一些特殊零件（甲板、坦克装甲等）承受较对于一些特殊零件（甲板、坦克装甲等）承受较大能量的冲击，这时大能量的冲击，这时AK值就是一个重要的抗力指标。值就是一个重要的抗力指标。AK可作为一个结构性能指标以防止发生断裂。可作为一个结构性能指标以防止发生断裂。断裂是共混物构件最危险的一种失效方式，