第4章聚合物共混物的微觀形態(tài)

1、1第第4章章 聚合物共混物的微觀形態(tài)聚合物共混物的微觀形態(tài) 介紹共混物形態(tài)的觀測(cè)、形態(tài)學(xué)要素的介紹共混物形態(tài)的觀測(cè)、形態(tài)學(xué)要素的表征，全面探討影響共混物形態(tài)的諸因素，表征，全面探討影響共混物形態(tài)的諸因素，并介紹共混物形態(tài)研究方法的進(jìn)展并介紹共混物形態(tài)研究方法的進(jìn)展。 24.1 共混物微觀形態(tài)研究的基本目的和主要研究?jī)?nèi)容4.1.1 共混物組成、共混過程、共混物性能與共混物形態(tài)的基本關(guān)系3ab44.1.2 4.1.2 形態(tài)研究指導(dǎo)聚合物共混材料的開發(fā)形態(tài)研究指導(dǎo)聚合物共混材料的開發(fā) 共混物的共混物的形態(tài)與共混物的性能有密切關(guān)系形態(tài)與共混物的性能有密切關(guān)系。性性能缺陷的原因往往可以從共混物的形態(tài)學(xué)研

2、究能缺陷的原因往往可以從共混物的形態(tài)學(xué)研究中找到原因。通過形態(tài)的觀測(cè)，可以揭示形態(tài)中找到原因。通過形態(tài)的觀測(cè)，可以揭示形態(tài)與性能的關(guān)系；從而通過改善共混物的形態(tài)，與性能的關(guān)系；從而通過改善共混物的形態(tài)，達(dá)到提高共混物性能的目的達(dá)到提高共混物性能的目的。例如，用橡膠增。例如，用橡膠增韌塑料的共混體系，橡膠為分散相，塑料為連韌塑料的共混體系，橡膠為分散相，塑料為連續(xù)相；橡膠分散相粒子的粒徑對(duì)增韌效果有重續(xù)相；橡膠分散相粒子的粒徑對(duì)增韌效果有重要影響。對(duì)分散相粒子的粒徑進(jìn)行調(diào)控，可以要影響。對(duì)分散相粒子的粒徑進(jìn)行調(diào)控，可以有效地提高增韌效果。有效地提高增韌效果。 共混物共混物配方、共混工藝條件和設(shè)備

3、的結(jié)構(gòu)配方、共混工藝條件和設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素，因素，都可以影響共混物的形態(tài)，進(jìn)而影響共混物的都可以影響共混物的形態(tài)，進(jìn)而影響共混物的性能。對(duì)于共混物形態(tài)的觀測(cè)，可以指導(dǎo)共混性能。對(duì)于共混物形態(tài)的觀測(cè)，可以指導(dǎo)共混物物配方配方、共混工藝條件共混工藝條件等因素的調(diào)節(jié)。等因素的調(diào)節(jié)。54.1.3 共混物形態(tài)在機(jī)理研究中起重要作用共混物形態(tài)在機(jī)理研究中起重要作用 共混物形態(tài)的研究，對(duì)于揭示共混改性的機(jī)共混物形態(tài)的研究，對(duì)于揭示共混改性的機(jī)理，可以發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。理，可以發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。 例如，在共混改性機(jī)理研究中，塑料增韌體例如，在共混改性機(jī)理研究中，塑料增韌體系的增韌機(jī)理研究是最為受到關(guān)注的。而在系

4、的增韌機(jī)理研究是最為受到關(guān)注的。而在增韌機(jī)理增韌機(jī)理研究中，形態(tài)學(xué)研究發(fā)揮了重要作研究中，形態(tài)學(xué)研究發(fā)揮了重要作用。諸多增韌機(jī)理的提出，都是以形態(tài)學(xué)研用。諸多增韌機(jī)理的提出，都是以形態(tài)學(xué)研究結(jié)果為依據(jù)的究結(jié)果為依據(jù)的(參見第參見第6章章)。 64.1.4 共混物形態(tài)研究的主要內(nèi)容共混物形態(tài)研究的主要內(nèi)容 共混物形態(tài)研究涉及的主要內(nèi)容包括：共混物形態(tài)研究涉及的主要內(nèi)容包括：連續(xù)相和分散連續(xù)相和分散相組分的確定相組分的確定、分散相組分的分散狀況分散相組分的分散狀況、分散相粒分散相粒子的形貌，以及相界面子的形貌，以及相界面。(1)連續(xù)相和分散相組分的確定連續(xù)相和分散相組分的確定：“海海-島島”結(jié)構(gòu)兩

5、相體結(jié)構(gòu)兩相體系和系和“海海-海海”結(jié)構(gòu)兩相體系。結(jié)構(gòu)兩相體系。(2)分散相分散狀況的表征分散相分散狀況的表征 ：其一是分散相顆粒的平均：其一是分散相顆粒的平均粒徑粒徑(又稱為分散度又稱為分散度)；其二是分散相顆粒在連續(xù)相中；其二是分散相顆粒在連續(xù)相中分布的均勻程度分布的均勻程度(又稱為總體均勻性又稱為總體均勻性) 。(3)兩相體系的形貌兩相體系的形貌：“海海-島島結(jié)構(gòu)兩相體系的分散相結(jié)構(gòu)兩相體系的分散相粒子可以有不同的形貌，如球狀、不規(guī)則顆粒狀、粒子可以有不同的形貌，如球狀、不規(guī)則顆粒狀、棒狀、纖維狀等。棒狀、纖維狀等。 (4)相界面相界面 ：相界面是分散相與連續(xù)相之間的交界面。：相界面是分

6、散相與連續(xù)相之間的交界面。共混物兩相之間有較好的相容性時(shí)，可形成一定厚共混物兩相之間有較好的相容性時(shí)，可形成一定厚度的界面層度的界面層 。74.2 共混物形態(tài)的觀測(cè)研究方法共混物形態(tài)的觀測(cè)研究方法其一是直接觀測(cè)形態(tài)的方法，如電子顯微鏡法；其一是直接觀測(cè)形態(tài)的方法，如電子顯微鏡法；其二是間接測(cè)定的方法，如動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)定其二是間接測(cè)定的方法，如動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)定法。法。4.2.1 電子顯微鏡觀測(cè)及其制樣方法電子顯微鏡觀測(cè)及其制樣方法4.2.1.1染色法染色法 四氧化鋨四氧化鋨(OsO4)染色法，可適用于共混組分之染色法，可適用于共混組分之一為含一為含雙鍵雙鍵的體系。的體系。4.2.1.2刻蝕法刻蝕

7、法4.2.1.3 斷面法斷面法 (1)低溫折斷法低溫折斷法, (2)沖擊斷面沖擊斷面 4.2.1.4 其它試樣其它試樣4.2.2 光學(xué)顯微鏡觀測(cè)及其制樣方法光學(xué)顯微鏡觀測(cè)及其制樣方法84.2.3 形態(tài)觀測(cè)中應(yīng)注意的問題形態(tài)觀測(cè)中應(yīng)注意的問題取樣時(shí)，應(yīng)注意取樣的全面性和代表性。取樣時(shí)，應(yīng)注意取樣的全面性和代表性。 制樣時(shí)，要防止制樣過程對(duì)試樣結(jié)構(gòu)形態(tài)的制樣時(shí)，要防止制樣過程對(duì)試樣結(jié)構(gòu)形態(tài)的改變和破壞。改變和破壞。 觀測(cè)時(shí)的取點(diǎn)也很重要。聚合物共混物的觀測(cè)時(shí)的取點(diǎn)也很重要。聚合物共混物的微觀形態(tài)是富于變化的，應(yīng)選取有代表性的微觀形態(tài)是富于變化的，應(yīng)選取有代表性的點(diǎn)，拍攝顯微照片。點(diǎn)，拍攝顯微照片。

8、 觀測(cè)結(jié)果的分析，要結(jié)合聚合物共混物的觀測(cè)結(jié)果的分析，要結(jié)合聚合物共混物的制備過程以及共混物的性能等，綜合進(jìn)行分制備過程以及共混物的性能等，綜合進(jìn)行分析。析。 94.3 共混物形態(tài)的表征與研究共混物形態(tài)的表征與研究4.3.1 連續(xù)相和分散相的區(qū)分連續(xù)相和分散相的區(qū)分(1)二元共混體系二元共混體系 對(duì)于一些不易區(qū)分的體系，可以通過改變組對(duì)于一些不易區(qū)分的體系，可以通過改變組分含量，對(duì)于不同組分含量的系列樣品進(jìn)行分含量，對(duì)于不同組分含量的系列樣品進(jìn)行觀測(cè)，以確定連續(xù)相和分散相聚合物。經(jīng)過觀測(cè)，以確定連續(xù)相和分散相聚合物。經(jīng)過染色的聚合物顏色較深，也可區(qū)分。染色的聚合物顏色較深，也可區(qū)分。 (2)三

9、種或三種以上聚合物的多元共混體系三種或三種以上聚合物的多元共混體系 (3)含填充劑的共混體系含填充劑的共混體系 填充劑在聚合物基體中總是分散相。填充劑在聚合物基體中總是分散相。104.3.2 分散相分散狀況的定量表征分散相分散狀況的定量表征 聚合物共混兩相體系中分散相的分散狀況，可以用聚合物共混兩相體系中分散相的分散狀況，可以用“總體均勻性總體均勻性”和和“分散度分散度”來表征。來表征?？傮w均勻性是總體均勻性是指分散相顆粒在連續(xù)相中分布的均勻性，即分散相濃指分散相顆粒在連續(xù)相中分布的均勻性，即分散相濃度的起伏大小度的起伏大?。环稚⒍葎t是指分散相顆粒的破碎程度分散度則是指分散相顆粒的破碎程度。對(duì)

10、于總體均勻性，可采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行定量表對(duì)于總體均勻性，可采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行定量表征；分散度則以分散相平均粒徑來表征。征；分散度則以分散相平均粒徑來表征。 總體均勻性和分散度還可分別用來表征分布混合和分總體均勻性和分散度還可分別用來表征分布混合和分散混合的效果。散混合的效果?？傮w均勻性可體現(xiàn)分布混合的效果總體均勻性可體現(xiàn)分布混合的效果，分散度則可體現(xiàn)分散混合的效果分散度則可體現(xiàn)分散混合的效果。11124.3.2.1 總體均勻性的表征總體均勻性的表征 在在“海海-島島”結(jié)構(gòu)兩相體系共混物中，分散相結(jié)構(gòu)兩相體系共混物中，分散相分布的總體均勻性可用分布的總體均勻性可用混合指數(shù)混合指數(shù)I來表征

11、。按來表征。按照統(tǒng)計(jì)理論，采用共混的方法，分散相濃度照統(tǒng)計(jì)理論，采用共混的方法，分散相濃度所能夠達(dá)到的最所能夠達(dá)到的最“均勻均勻”的分布是的分布是二項(xiàng)分布二項(xiàng)分布；在共混過程中，分散相濃度的分布會(huì)逐漸趨在共混過程中，分散相濃度的分布會(huì)逐漸趨向于二項(xiàng)分布，由此引入混合指數(shù)向于二項(xiàng)分布，由此引入混合指數(shù)I： 13 將共混物的樣本假想為由若干小粒子組成將共混物的樣本假想為由若干小粒子組成(粒子的大粒子的大小與分散相顆粒的平均尺度相當(dāng)小與分散相顆粒的平均尺度相當(dāng))，則可用如下方法，則可用如下方法計(jì)算計(jì)算 2： 樣本方差樣本方差S 2的計(jì)算方法如下：的計(jì)算方法如下： 分散相平均濃度分散相平均濃度 : 1

12、4 混合指數(shù)混合指數(shù)I可以反映共混樣品中分散相組分可以反映共混樣品中分散相組分分布的總體均勻性。若在共混過程中取樣，分布的總體均勻性。若在共混過程中取樣，還可看出混合指數(shù)隨混合時(shí)間的變化規(guī)律。還可看出混合指數(shù)隨混合時(shí)間的變化規(guī)律。隨著共混過程的進(jìn)行，分散相濃度的分布隨著共混過程的進(jìn)行，分散相濃度的分布趨向于二項(xiàng)分布，趨向于二項(xiàng)分布，S 2 會(huì)逐漸趨近于會(huì)逐漸趨近于 2 ，相應(yīng)地混合指數(shù)相應(yīng)地混合指數(shù)I趨近于趨近于1；因而可將；因而可將混合混合指數(shù)指數(shù)I趨近于趨近于1作為達(dá)到理想的均勻性的判作為達(dá)到理想的均勻性的判據(jù)據(jù)。15 也可采用不均一系數(shù)也可采用不均一系數(shù)Kc來判定分散相組分來判定分散相組

13、分分散的總體均勻性：分散的總體均勻性： 不均一系數(shù)不均一系數(shù)Kc愈小愈小，就表示分散相分散的，就表示分散相分散的均勻性愈高均勻性愈高。 164.3.2.2 分散度的表征分散度的表征 分散度以分散相的平均粒徑表征。分散相顆粒平均分散度以分散相的平均粒徑表征。分散相顆粒平均粒徑的表征方法有粒徑的表征方法有數(shù)量平均直徑數(shù)量平均直徑與與體積平均直徑體積平均直徑ndVd174.3.3 4.3.3 分散相粒子的形貌分散相粒子的形貌4.3.3.1 4.3.3.1 聚合物聚合物- -聚合物共混體系的分散相形貌聚合物共混體系的分散相形貌 “海海- -島島”結(jié)構(gòu)，分散相聚合物的形貌可以呈球形、結(jié)構(gòu)，分散相聚合物的

14、形貌可以呈球形、條形、層片狀、纖維狀等形狀。熔融法制備的共混條形、層片狀、纖維狀等形狀。熔融法制備的共混體系，大多數(shù)為體系，大多數(shù)為“海海- -島島”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。圖圖4-64-6 “ “海海- -海?！苯Y(jié)構(gòu)兩相連續(xù)的共混體系在熔融法共混結(jié)構(gòu)兩相連續(xù)的共混體系在熔融法共混中并不多見。中并不多見。4.3.3.2 4.3.3.2 聚合物填充體系的分散相形貌聚合物填充體系的分散相形貌 填充劑粒子在聚合物基體中有填充劑粒子在聚合物基體中有可能發(fā)生團(tuán)聚可能發(fā)生團(tuán)聚。特。特別是無(wú)機(jī)納米顆粒，由于納米粒子具有巨大的比表別是無(wú)機(jī)納米顆粒，由于納米粒子具有巨大的比表面積，相應(yīng)的表面能也較高，因而易于發(fā)生團(tuán)聚。面積

15、，相應(yīng)的表面能也較高，因而易于發(fā)生團(tuán)聚。棒狀、針狀、纖維狀等各向異性的填料，會(huì)在成型棒狀、針狀、纖維狀等各向異性的填料，會(huì)在成型加工的過程中，沿剪切力的方向取向。此外，填充加工的過程中，沿剪切力的方向取向。此外，填充劑還會(huì)在各種不同情況下，形成一些特異的個(gè)體性劑還會(huì)在各種不同情況下，形成一些特異的個(gè)體性或群體性的形貌。或群體性的形貌。18CaCO3切力變稀切力變稀194.3.4 形態(tài)學(xué)要素與共混物性能的關(guān)系形態(tài)學(xué)要素與共混物性能的關(guān)系從從分散相分散相的角度，主要考慮的角度，主要考慮分散相粒徑及粒徑分布分散相粒徑及粒徑分布的的影響；從影響；從連續(xù)相連續(xù)相的角度，主要考慮的角度，主要考慮分散相顆粒

16、之間的分散相顆粒之間的基體層厚度基體層厚度的影響。此外，的影響。此外，分散相顆粒的形貌分散相顆粒的形貌對(duì)性能對(duì)性能也有重要影響。也有重要影響。4.3.4.1從分散相的角度探討共混物形態(tài)與性能的關(guān)系從分散相的角度探討共混物形態(tài)與性能的關(guān)系 分散相粒徑及粒徑分布是影響共混物性能的最重要的分散相粒徑及粒徑分布是影響共混物性能的最重要的形態(tài)學(xué)要素之一。分散相的平均粒徑通常應(yīng)控制在某形態(tài)學(xué)要素之一。分散相的平均粒徑通常應(yīng)控制在某一一最佳值附近最佳值附近。 以以彈性體增韌塑料彈性體增韌塑料體系為例。彈性體顆粒過大或過體系為例。彈性體顆粒過大或過小都對(duì)增韌改性不利。應(yīng)將分散相粒徑分布控制在一小都對(duì)增韌改性不

17、利。應(yīng)將分散相粒徑分布控制在一定的范圍之內(nèi)。定的范圍之內(nèi)。 圖圖4-7超韌尼龍超韌尼龍中橡膠顆粒的粒徑分布是不寬的，粒中橡膠顆粒的粒徑分布是不寬的，粒徑為徑為0.21.0 m。204.3.4.2從連續(xù)相的角度探討共混物形態(tài)與性從連續(xù)相的角度探討共混物形態(tài)與性能的關(guān)系能的關(guān)系 Wu指出，當(dāng)基體層厚度低于某一臨界值，指出，當(dāng)基體層厚度低于某一臨界值，共混材料會(huì)實(shí)現(xiàn)共混材料會(huì)實(shí)現(xiàn)脆脆-韌轉(zhuǎn)變韌轉(zhuǎn)變。 而塑料基體層的厚度，與彈性體而塑料基體層的厚度，與彈性體(分散相分散相)粒粒徑的大小是密切相關(guān)的。在彈性體的添加量徑的大小是密切相關(guān)的。在彈性體的添加量不變時(shí)，如果粒徑減小，粒子的數(shù)目就會(huì)相不變時(shí)，如果

18、粒徑減小，粒子的數(shù)目就會(huì)相應(yīng)增多，應(yīng)增多，基體層的厚度基體層的厚度就隨之降低。而在分就隨之降低。而在分散相粒徑不變時(shí)，分散相體積分?jǐn)?shù)增大，基散相粒徑不變時(shí)，分散相體積分?jǐn)?shù)增大，基體層的厚度也會(huì)降低。體層的厚度也會(huì)降低。 21轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變點(diǎn)點(diǎn)224.3.4.3 分散相粒子形貌與性能的關(guān)系分散相粒子形貌與性能的關(guān)系 分散相顆粒呈分散相顆粒呈條狀條狀時(shí)時(shí)(圖圖4-6)，共混物具有較高的抗，共混物具有較高的抗沖擊性能。沖擊性能。 PA以以層片層片狀分布在狀分布在PE基體中，共混物具有較好的阻基體中，共混物具有較好的阻隔性能隔性能(見第見第7章章)。 液晶聚合物在共混過程中液晶聚合物在共混過程中原位地生成纖

19、維狀原位地生成纖維狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，分布于基體聚合物中，發(fā)揮其增強(qiáng)作用。分布于基體聚合物中，發(fā)揮其增強(qiáng)作用。 圖圖4-9中黑色粒子為納米中黑色粒子為納米CaCO3粒子，團(tuán)聚在粒子，團(tuán)聚在PVC糊糊樹脂顆粒間的三角形空隙間。具有樹脂顆粒間的三角形空隙間。具有切力變稀切力變稀特性的特性的流體，在流體，在高剪切力高剪切力的作用下，具有的作用下，具有低的黏度低的黏度；而在；而在低剪切力的作用下，具有高的黏度。低剪切力的作用下，具有高的黏度。234.4 聚合物共混物形態(tài)的影響因素聚合物共混物形態(tài)的影響因素4.4.1 影響連續(xù)相、分散相形成的因素影響連續(xù)相、分散相形成的因素 連續(xù)相和分散相對(duì)共混物性能的貢獻(xiàn)是

20、不同連續(xù)相和分散相對(duì)共混物性能的貢獻(xiàn)是不同的。在兩相體系中，的。在兩相體系中，連續(xù)相連續(xù)相主要與共混材料主要與共混材料的的力學(xué)強(qiáng)度、模量、彈性相關(guān)力學(xué)強(qiáng)度、模量、彈性相關(guān)；而；而分散相分散相則則主要與主要與抗沖擊性能抗沖擊性能(在增韌體系中在增韌體系中)、光學(xué)性能、光學(xué)性能、傳熱以及抗?jié)B透?jìng)鳠嵋约翱節(jié)B透(在相關(guān)體系中在相關(guān)體系中)相關(guān)。相關(guān)。 兩種聚合物共混，哪一種聚合物會(huì)成為連續(xù)兩種聚合物共混，哪一種聚合物會(huì)成為連續(xù)相，哪一種聚合物會(huì)成為分散相，這與兩種相，哪一種聚合物會(huì)成為分散相，這與兩種聚合物的聚合物的配比配比、共混過程中共混組分的、共混過程中共混組分的熔體熔體黏度黏度等因素有關(guān)。等因素

21、有關(guān)。244.4.1.1 共混組分配比的影響共混組分配比的影響 由于影響共混物形態(tài)的因素的復(fù)雜性，使得由于影響共混物形態(tài)的因素的復(fù)雜性，使得在實(shí)際共混物中，組分含量多的一相未必就在實(shí)際共混物中，組分含量多的一相未必就一定是連續(xù)相；組分含量少的一相未必就一一定是連續(xù)相；組分含量少的一相未必就一定是分散相。定是分散相。 通過理論推導(dǎo)，可以求出連續(xù)相通過理論推導(dǎo)，可以求出連續(xù)相(或分散相或分散相)組分的理論臨界含量。組分的理論臨界含量。“六方緊密填充六方緊密填充”的的方式排布方式排布(圖圖4-11)，在此情況下，其最大填，在此情況下，其最大填充分?jǐn)?shù)充分?jǐn)?shù)(體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù))為為74。 25264.4

22、.1.2 熔體黏度的影響熔體黏度的影響 黏度低的一相傾向于生成連續(xù)相，而黏度黏度低的一相傾向于生成連續(xù)相，而黏度高的一相則傾向于生成分散相。高的一相則傾向于生成分散相。 黏度低的一相傾向于生成連續(xù)相，并不意黏度低的一相傾向于生成連續(xù)相，并不意味著它就一定能成為連續(xù)相；黏度高的一味著它就一定能成為連續(xù)相；黏度高的一相傾向于生成分散相，也并不意味著它就相傾向于生成分散相，也并不意味著它就一定能成為分散相。因?yàn)楣不煳锏男螒B(tài)還一定能成為分散相。因?yàn)楣不煳锏男螒B(tài)還要受組分配比的制約。要受組分配比的制約。 274.4.1.3 組分組分配比配比與熔與熔體黏體黏度的度的綜合綜合影響影響A連續(xù)相連續(xù)相B連續(xù)相連

23、續(xù)相雙連雙連續(xù)續(xù)284.4.1.4 熔體彈性和界面張力的影響熔體彈性和界面張力的影響 聚合物熔體都不是純黏性的流體，而是具聚合物熔體都不是純黏性的流體，而是具有黏彈性行為的流體。具有較高熔體彈性的有黏彈性行為的流體。具有較高熔體彈性的分散相，不易破碎。當(dāng)分散相熔體的彈性較分散相，不易破碎。當(dāng)分散相熔體的彈性較高時(shí)，會(huì)在更高的體積分?jǐn)?shù)成為分散相。高時(shí)，會(huì)在更高的體積分?jǐn)?shù)成為分散相。 界面張力也影響分散相破碎。界面張力也影響分散相破碎。294.4.2 影響分散相粒徑的因素影響分散相粒徑的因素4.4.2.1 黏度比及剪切應(yīng)力、界面張力的影響?zhàn)ざ缺燃凹羟袘?yīng)力、界面張力的影響(1)基于平衡粒徑基于平衡粒

24、徑(R* )表達(dá)式的研究（表達(dá)式的研究（3-29式）式）(a)剪切應(yīng)力、界面張力的影響剪切應(yīng)力、界面張力的影響 提高剪切速率，可以降低提高剪切速率，可以降低R*，提高剪切應(yīng)力可以降低，提高剪切應(yīng)力可以降低R*，降低兩相間的界面張力，也可以降低，降低兩相間的界面張力，也可以降低R*。(b)熔體黏度因素的影響熔體黏度因素的影響 提高熔體黏度或降低宏觀破碎能提高熔體黏度或降低宏觀破碎能 Edk可以降低可以降低R* 。P(有效碰撞幾率有效碰撞幾率)和和Edk都難以實(shí)驗(yàn)測(cè)定。都難以實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 30(2)基于基于“液滴液滴”模型的研究模型的研究(a)第一種研究方式第一種研究方式 當(dāng)體系的當(dāng)體系的Ca值小于

25、臨界值值小于臨界值Cacrit時(shí)，液滴是穩(wěn)定的；若時(shí)，液滴是穩(wěn)定的；若Ca值大于臨界值，液滴就會(huì)變得不穩(wěn)定，進(jìn)而發(fā)生破值大于臨界值，液滴就會(huì)變得不穩(wěn)定，進(jìn)而發(fā)生破裂。裂。 當(dāng)當(dāng)牛頓流體體系的兩相黏度比牛頓流體體系的兩相黏度比 值在值在0.11.0之間時(shí)之間時(shí)(特特別在別在0.251.0之間時(shí)之間時(shí))， Cacrit值最低，液滴的破裂最值最低，液滴的破裂最容易發(fā)生容易發(fā)生 。這一規(guī)律，這一規(guī)律，與聚合物熔融共混體系兩相熔與聚合物熔融共混體系兩相熔體黏度接近時(shí)分散相易于分散的規(guī)律，是很相似的。體黏度接近時(shí)分散相易于分散的規(guī)律，是很相似的。 Taylor觀察到，當(dāng)觀察到，當(dāng) 大于大于3.8時(shí)，拉伸流

26、動(dòng)比剪切流動(dòng)時(shí)，拉伸流動(dòng)比剪切流動(dòng)更能有效地促使液滴破裂。更能有效地促使液滴破裂。3132(b)第二種研究方式第二種研究方式這是直接以聚合物這是直接以聚合物-聚合物熔融共混體系為對(duì)象的研究。聚合物熔融共混體系為對(duì)象的研究。 需指出，以上參數(shù)與牛頓流體體系的需指出，以上參數(shù)與牛頓流體體系的“液滴模型液滴模型”相相關(guān)，被應(yīng)用于聚合物熔融共混體系，但其獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)關(guān)，被應(yīng)用于聚合物熔融共混體系，但其獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的途徑是對(duì)聚合物據(jù)的途徑是對(duì)聚合物-聚合物體系熔融共混過程的研究。聚合物體系熔融共混過程的研究。共混物熔體是黏彈性流體，其混合過程要比牛頓流體共混物熔體是黏彈性流體，其混合過程要比牛頓流體復(fù)雜。

27、盡管，復(fù)雜。盡管， 與與We表達(dá)式相同表達(dá)式相同，但因?qū)儆诓煌捏w但因?qū)儆诓煌捏w系，物理意義是有區(qū)別的系，物理意義是有區(qū)別的。 33 (3)采用采用 和和 參數(shù)對(duì)聚合物參數(shù)對(duì)聚合物-聚合物共混體系的研聚合物共混體系的研究結(jié)果究結(jié)果(a)黏度比黏度比 與參數(shù)與參數(shù) 臨界值的關(guān)系臨界值的關(guān)系 當(dāng)提高當(dāng)提高 (或降低或降低 )而使而使 crit時(shí)，分散相粒徑時(shí)，分散相粒徑d會(huì)趨于降低。會(huì)趨于降低。 Wu采用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行共混，研究了采用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行共混，研究了 PET乙丙橡膠、尼龍乙丙橡膠等共混體系乙丙橡膠、尼龍乙丙橡膠等共混體系的熔體黏度比的熔體黏度比 與與 crit的結(jié)果表明，的結(jié)果表明

28、，當(dāng)當(dāng) 值接近值接近于于1時(shí)，即當(dāng)分散相黏度與連續(xù)相黏度接近于時(shí)，即當(dāng)分散相黏度與連續(xù)相黏度接近于相等時(shí)，相等時(shí)， crit可達(dá)到一極小值可達(dá)到一極小值，如圖，如圖4-14。3435(b)黏度比黏度比 與分散相粒徑的關(guān)系與分散相粒徑的關(guān)系 對(duì)于這些聚合物共混體系，對(duì)于這些聚合物共混體系， 值接近于值接近于1對(duì)對(duì)應(yīng)著應(yīng)著 crit最低的點(diǎn)，亦是分散相粒徑最低的點(diǎn)，亦是分散相粒徑d取得取得最小值的點(diǎn)。這里的最小值的點(diǎn)。這里的 值接近于值接近于1，就相當(dāng)，就相當(dāng)于前面所述的于前面所述的“等黏點(diǎn)等黏點(diǎn)” 36(c)剪切應(yīng)力及界面張力的影響剪切應(yīng)力及界面張力的影響 提高剪切應(yīng)力提高剪切應(yīng)力 或降低兩相間

29、的界面張力或降低兩相間的界面張力 ，都可以使參數(shù)都可以使參數(shù) 增大；增大； 大于大于 crit后，分散后，分散相粒徑就會(huì)相粒徑就會(huì)趨于趨于降低。降低。 趨于：就是趨于：就是分散相分散相趨向于要破裂之意，從趨向于要破裂之意，從而分散成為更的小粒徑。而分散成為更的小粒徑。 界面張力降低實(shí)際上反映了相容性的改善。界面張力降低實(shí)際上反映了相容性的改善。 374.4.2.2 組分配比的影響組分配比的影響 分散相的含量增大，使得分散相粒子相互團(tuán)聚分散相的含量增大，使得分散相粒子相互團(tuán)聚的可能性增大，作為分散過程逆過程的集聚過的可能性增大，作為分散過程逆過程的集聚過程速度增大，因而在其它因素不變的條件下，程

30、速度增大，因而在其它因素不變的條件下，可以使分散相粒徑增大?？梢允狗稚⑾嗔皆龃蟆?小小大大38小小大大小小394.4.2.3 相容性的影響相容性的影響 完全相容的聚合物對(duì)，可形成均相共混體系；完全相容的聚合物對(duì)，可形成均相共混體系；部分相容的聚合物對(duì)，則可形成兩相體系。部分相容的聚合物對(duì)，則可形成兩相體系。相容性較好的聚合物對(duì)，易于形成分散相分相容性較好的聚合物對(duì)，易于形成分散相分散較好的共混物。散較好的共混物。 對(duì)于相容性不甚好的聚合物對(duì)，可以采取措對(duì)于相容性不甚好的聚合物對(duì)，可以采取措施使之相容化。常用的改善相容性的方法施使之相容化。常用的改善相容性的方法是添加相容劑。是添加相容劑。40

31、414.4.2.4 “核核-殼殼”結(jié)構(gòu)彈性體的采用結(jié)構(gòu)彈性體的采用 這種這種“核核-殼殼”結(jié)構(gòu)彈性體，是通過共聚的方結(jié)構(gòu)彈性體，是通過共聚的方法制備的，是以微小的彈性體粒子為核，以塑法制備的，是以微小的彈性體粒子為核，以塑料料(如如PMMA)為殼的顆粒。由于彈性體粒子的為殼的顆粒。由于彈性體粒子的粒徑在聚合中已控制在適宜的范圍內(nèi)，因而可粒徑在聚合中已控制在適宜的范圍內(nèi)，因而可以較少受共混工藝的影響。采用這種以較少受共混工藝的影響。采用這種“核核-殼殼”結(jié)構(gòu)彈性體，可以較方便地獲得所需彈性體分結(jié)構(gòu)彈性體，可以較方便地獲得所需彈性體分散相的粒徑，有利于獲得較好的增韌效果。散相的粒徑，有利于獲得較好

32、的增韌效果。 由于由于“核核-殼殼”結(jié)構(gòu)彈性體的商業(yè)化品種有限結(jié)構(gòu)彈性體的商業(yè)化品種有限 。424.4.3 影響分散相粒子形貌的因素影響分散相粒子形貌的因素4.4.3.1 分散機(jī)理的影響分散機(jī)理的影響 “液滴分裂液滴分裂機(jī)理機(jī)理”和和“細(xì)流線破裂細(xì)流線破裂機(jī)理機(jī)理”l 4.4.3.2流動(dòng)場(chǎng)形式和加工工藝的影響流動(dòng)場(chǎng)形式和加工工藝的影響剪切剪切流動(dòng)，流動(dòng)，拉伸拉伸流動(dòng)流動(dòng) 4.4.3.3 熔體黏度的影響熔體黏度的影響熔體黏度比熔體黏度比 聚合物聚合物熔體的彈性熔體的彈性，也影響分散相粒子的變，也影響分散相粒子的變形和破碎，因而影響分散相形貌。形和破碎，因而影響分散相形貌。434.5 多組分共混體

33、系的形態(tài)多組分共混體系的形態(tài) 三種三種(或三種以上或三種以上)聚合物的共混，是近年來聚合物的共混，是近年來研究較多的體系。研究較多的體系。 通常有一種通常有一種含量較多，為連續(xù)相；另外兩種含量較多，為連續(xù)相；另外兩種聚合物為分散相聚合物為分散相。 第三組分第三組分一般是指各種助劑，包括塑料的穩(wěn)一般是指各種助劑，包括塑料的穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑；橡膠的硫化劑和硫化助劑、定劑、潤(rùn)滑劑；橡膠的硫化劑和硫化助劑、補(bǔ)強(qiáng)劑，以及填充劑，等等。補(bǔ)強(qiáng)劑，以及填充劑，等等。 “熔體黏度較低的一相易于包覆在熔體黏度熔體黏度較低的一相易于包覆在熔體黏度較高的一相之外較高的一相之外”的規(guī)律的規(guī)律 。同學(xué)們參考相應(yīng)的書和論文，自學(xué)同學(xué)們參考相應(yīng)的書和論文，自學(xué)。 444.6 共混物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)共混物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)4.6.1 結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基本類型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基本類型(1)結(jié)晶聚合物非結(jié)晶聚合物共混體系結(jié)晶聚合物非結(jié)晶聚合物共混體系 C/A45 (2)結(jié)晶聚合物結(jié)晶聚合物共混體系結(jié)晶聚合物結(jié)晶聚合物共混體系 C/C464.6.2 結(jié)晶結(jié)構(gòu)研究在共混研究中的意義 (1)結(jié)晶溫度 (2)結(jié)晶速度 (3)結(jié)晶共混物的結(jié)構(gòu)形態(tài) 474.6.3 共混物結(jié)晶結(jié)構(gòu)研究實(shí)例共混物結(jié)晶結(jié)構(gòu)研究實(shí)例 吳彤等研究了吳彤等研究了