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• 塑料增韌技術(shù)
• 發(fā)布時(shí)間：2018-06-08 瀏覽次數：15
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        如今，改性塑料在國民生活中扮演的角色越來(lái)越重要，尤其在汽車(chē)、家電等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。而對于門(mén)類(lèi)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，因為材料的韌性往往對產(chǎn)品的應用起著(zhù)決定性的影響。本文將為大家解答有關(guān)塑料增韌的幾個(gè)問(wèn)題：
        1、塑料的韌性如何測試與評估?
        2、塑料增韌的原理何在?
        3、常用的增韌劑有哪些?
        4、塑料都有哪些增韌方法?
        5、如何理解增韌必先增容?
        一、塑料韌性的性能表征
        ——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
        ——不同的沖擊試驗方法所得到的結果是不能進(jìn)行比較的
        沖擊試驗的方法很多，依據試驗溫度分：有常溫沖擊、低溫沖擊和高溫沖擊三種;依據試樣受力狀態(tài)，可分為彎曲沖擊-簡(jiǎn)支梁和懸臂梁沖擊、拉伸沖擊、扭轉沖擊和剪切沖擊;依據采用的能量和沖擊次數，可分為大能量的一次沖擊和小能量的多次沖擊試驗。不同材料或不同用途可選擇不同的沖擊試驗方法，并得到不同的結果，這些結果是不能進(jìn)行比較的。
        二、塑料增韌機理及影響因素
        (一)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。
        銀紋末端的應力場(chǎng)可以誘發(fā)剪切帶而使銀紋終止。當銀紋擴展到剪切帶時(shí)也會(huì )阻止銀紋的發(fā)展。在材料受到應力作用時(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(guān)表現為應力白發(fā)現象，而剪切帶則與細頸產(chǎn)生相關(guān)，其在不同塑料基體中表現不同。
        例如，HIPS基體韌性較小，銀紋化，應力發(fā)白，銀紋化體積增加，橫向尺寸基本不變，拉伸無(wú)細頸;增韌PVC，基體韌性大，屈服主要由剪切帶造成，有細頸，無(wú)應力發(fā)白;HIPS/PPO，銀紋、剪切帶都占有相當比例，細頸和應力發(fā)白現象同時(shí)產(chǎn)生。
        (二)影響塑料增韌效果的因素主要有三點(diǎn)
        1、基體樹(shù)脂的特性
        研究表明，提高基體樹(shù)脂的韌性有利于提高增韌塑料的增韌效果，提高基體樹(shù)脂的韌性可通過(guò)以下途徑實(shí)現：增大基體樹(shù)脂的分子量，使分子量分布變得窄小;通過(guò)控制是否結晶以及結晶度、晶體尺寸和晶型等提高韌性。例如，PP中加入成核劑提高結晶速率，細化晶粒，從而提高斷裂韌性。
        2、增韌劑的特性和用量
        A.增韌劑分散相粒徑的影響——對于彈性體增韌塑料，基體樹(shù)脂的特性不同，彈性體分散相粒徑的最佳值也不相同。例如，HIPS中橡膠粒徑最佳值為0.8-1.3μm，ABS最佳粒徑為0.3μm左右，PVC改性的ABS其最佳粒徑為0.1μm左右。
        B.增韌劑用量的影響——增韌劑的加入量存在一個(gè)最佳值，這與粒子間距參數有關(guān);
        C.增韌劑玻璃化轉變溫度的影響——一般彈性體的玻璃化溫度越低，增韌效果越好;
        D.增韌劑與基體樹(shù)脂界面強度的影響——界面粘結強度對增韌效果的影響不同體系有所不同;
        E.彈性體增韌劑結構的影響——與彈性體類(lèi)型、交聯(lián)度等有關(guān)。
        3、兩相間的結合力
        兩相間具備良好的結合力，可以使得應力發(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(guān)上塑料的綜合性能就越好，其中尤以沖擊強度的改善最為顯著(zhù)。通常這種結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合力的方法，不同的是它們通過(guò)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散，有明顯的濃度梯度，通過(guò)增大共混組分間的相容性，使其具備良好的結合力，進(jìn)而增強擴散使界面彌散，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)!
        三、塑料增韌劑有哪些？如何劃分？
        (一)塑料常用的增韌劑如何劃分
        1、橡膠彈性體增韌：EPR(二元乙丙)、EPDM(三元乙丙)、順丁橡膠(BR)、天然橡膠(NR)、異丁烯橡膠(IBR)、丁腈橡膠(NBR)等;適用于所用塑料樹(shù)脂的增韌改性;
        2、熱塑性彈性體增韌：SBS、SEBS、POE、TPO、TPV等;多用于聚烯烴或非極性樹(shù)脂增韌，用于聚酯類(lèi)、聚酰胺類(lèi)等含有極性官能團的聚合物增韌時(shí)需加入相容劑;
        3、核-殼共聚物及反應型三元共聚物增韌：ACR(丙烯酸酯類(lèi))、MBS(丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PTW(乙烯-丙烯酸丁酯—甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物)、E-MA-GMA(乙烯-丙烯酸甲酯—甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物)等;多用于工程塑料以及耐高溫高分子合金增韌;
        4、高韌性塑料共混增韌：PP/PA、PP/ABS、PA/ABS、HIPS/PPO、PPS/PA、PC/ABS、PC/PBT等;高分子合金技術(shù)是制備高韌性工程塑料的重要途徑;
        5、其它方式增韌：納米粒子增韌(如納米CaCO3)、沙林樹(shù)脂(杜邦金屬離聚物)增韌等;
        (二)在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，改性塑料的增韌大概分以下情況：
        1、合成樹(shù)脂本身韌性不足，需要提高韌性以滿(mǎn)足使用需求，如GPPS、均聚PP等;
        2、大幅度提高塑料的韌性，實(shí)現超韌化、低溫環(huán)境長(cháng)期使用的要求，如超韌尼龍;
        3、對樹(shù)脂進(jìn)行了填充、阻燃等改性后引起了材料的性能下降，此時(shí)必須進(jìn)行有效的增韌。通用塑料一般都是通過(guò)自由基加成聚合而得，分子主鏈及側鏈不含極性基團，增韌時(shí)添加橡膠粒子及彈性體粒子即可獲得較好的增韌效果;而工程塑料一般是由縮合聚合而得，分子鏈的側鏈或端基含有極性基團，增韌時(shí)可通過(guò)加入官能團化的橡膠或彈性體粒子較高的韌性。
        常用樹(shù)脂的增韌劑種類(lèi)
        塑料增韌關(guān)鍵在于增容——親，你怎么看?
        一般而言，塑料在受到外力作用時(shí)以界面脫黏、空洞化、基體剪切屈服的過(guò)程吸收、耗散能量，除了非極性塑料樹(shù)脂增韌時(shí)可以直接加入與其相容性好的彈性體粒子(相似相容原理)時(shí)，其它極性樹(shù)脂都需要有效的增容才能實(shí)現最終增韌的目的。前面提到的幾類(lèi)接枝共聚物作為增韌劑時(shí)，都會(huì )與基體產(chǎn)生強烈的相互作用，例如：
        (1) 帶環(huán)氧官能團型增韌機理：環(huán)氧基團開(kāi)環(huán)后與聚合物端羥基、羧基或胺基發(fā)生加成反應;
        (2) 核殼型增韌機理：外層官能團與組分充分相容，橡膠起到增韌效果;
        (3) 離聚體型增韌機理：借助金屬離子與高分子鏈的羧酸根之間的絡(luò )合作用形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，從而起到增韌的作用。實(shí)際上，如果把增韌劑看作一類(lèi)聚合物，就可以把這種增容原理延伸到所有的高分子共混物中。如下表，工業(yè)上制備有用的聚合物共混物時(shí)，反應性增容是我們必須要運用的技術(shù)，此時(shí)增韌劑就有了不一樣的意義，“增韌相容劑”，“界面乳化劑”的稱(chēng)謂就顯得格外形象!具有工業(yè)價(jià)值的聚合物共混物實(shí)例及其增容方式
        X——表示此類(lèi)共混物的文獻報道較少;無(wú)——表示不需要有效增容即可獲得有用的聚合物共混物;反應性2——表示共混物之間共混時(shí)可原位生成有用的接枝或嵌段共聚物提高組分間的相容性
        綜上，塑料增韌無(wú)論對于結晶性塑料還是無(wú)定形塑料同等重要，而從通用塑料、工程塑料到特種工程塑料其耐熱性逐漸提高，成本價(jià)格也不斷攀升，這樣就對增韌劑的耐熱性、耐老化性等提出了更高的要求，同時(shí)也是對塑料改性增韌技術(shù)一次大的考驗，而最重要的也是最關(guān)鍵的一條就是和基體及組分保持良好的相容性!
  

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