当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

无机刚性粒子增韧增强PP及其他塑料材料





















,

卜《
,

无 机 刚性粒 子增 韧 增 强
史 学涛

,

研 究进展
,

张 广成

,


,



刘铁 民

西 北 工 业 大 学理学 院应 用 化学 系 陕西 西 安
摘 要 综述 了 近 些 年来 无 机 刚性粒 子增 韧 聚 丙 烯 的机 理

,

的 结构设 计 刚性 粒 子粒 径 及 其分 布 改 性 剂 种 类及 用 量对






增韧增 强 效 果 的影 响 以 及无机 刚性粒 子增韧

大 量 的研 究 表 明 在 刚性 粒 子 增 韧
, ,

中 弹性 体 包 覆 刚 性
,

粒 子 的壳 一 核 结构 设 计 真有优 异 的增 韧 效果
,

在定 量 分 析

增 韧 机 理 方 面 介 绍 了 脆 韧转 变分 析 中界 面 薪 结 判 据
的研究 进 展


和 粒 间距判 据 以 及有 限元方法 在 此 领 域的应 用 刚性 粒 子 增 韧 机 理 主要 为界 面 脱 赫 到 空 洞 阵民 化损伤 和 空 洞 剪 纹

切 屈 服损 伤的 转变




此外 还 介绍 了 目前 刚性 粒 子 与 橡 胶 混 杂增韧






无 机 刚性 粒 子 聚丙烯 脆 韧转 变 空 洞 化机 理 乃
文 献标识 码

中 图分 类号

文 章编 号







,



,

,





。、



,

〕〕

,

,



,








,




,


, ,


,





,



纽 长

斌眼 皿



下〕







聚 合 物 的强 度 和 韧 性 是 两 个 重 要 力 学 指 标 因 此
,

性 解决 了 传 统 工 艺 上 出现 的 难 题
, ,

而价 格 低 廉 种 类



聚 合 物 的增 韧 增 强 一 直 是 高 分 子 材 料 科 学 领 域 的 重 要

繁 多 的各 种无 机 刚 性 粒 子 用 于 增 韧 聚 合物 引起 了 广 泛 关 注 近些 年 来 关 于 无 机 刚 性 粒 子 增 韧 研 究 受 到 高 度
重 视 取 得 了 实 质 性 的进 展 并 且 在 脆 韧 转 变 界 面 效
,
,


研究课 题



传统意 义上 的 聚合 物 增 韧 主 要 是 指添 加 橡
,


胶 弹 性 体作 为 增 韧 剂 以 达 到 增 韧 目 的 但 同时 却 以 降
低 聚 合物 强 度 和模 量 作 为 代 价 年
,

,

应 力 学 分 析 〔 一 等领域 已 经 有 深 人 研究
,






‘ 发 等 「 」 现 一些 聚 合 物 复 合 体 系 中 刚性 的 聚 合 物 粒 子

是 五 大 通 用 塑 料 之 一 具 有 相 对 密度 低 来 源 丰富 价 格 低 廉 性 能 优 良 用 途 广 泛 等 一 系 列 优 点





对 刚性 的 聚 合 物 基 体 具 有 增 韧 效 果 针 对 刚 性 粒 子 增
,



韧现象 提 出 了 冷 拉 增 韧 机 理 增韧 的理 论 渊 源




” ,

这 被认 为是 刚性 粒子


但是

,

存在 着 低 温 脆 性 大 刚性 低 收缩 率 大 和 容 易
,
,





自此这 种 非 弹 性 增 韧 在 提 高 聚 合 物

老 化 等 严 重 缺 点 从 而 限 制 了其 应 用 为 此 国 内外 对

基 体 韧性 的 同 时 又 提 高 了 材 料 的强 度 模 量 以 及 耐 热
收 稿 日期
一 一

增韧 改 性 进 行 了 广 泛 而 且 深 入 的 研 究
了冈 性 粒子 增 韧 增 强

,




本 文讨论

的结构 设 计 无 机 刚性 粒 子 形


态 以 及 粒径 分布 偶 联 剂 种 类 及 用 量 等 对 增 韧 效 果 的

陕 西 省 自然 科 学 研 究 项 目资助

影 响 并对 增 韧 机 理进 行 了 分析












,

刚性粒 子增 韧

结构 设计

粒 子 与 聚 合 物基 体 间 的界 面 状 况 〔
子增 韧
,





对于
”」


的界
,





〕王 贵 恒 等 〔 〕 为 复 合 材 料 需 要 强 认
,

目前 增 韧 增 强 效 果 良好 的 复 合 材 料 在 微 观 结 构 上

面 戮结 以 利 于 应 力 传 递






,

认为 随

具备 下 述 特 点 一 是 刚 性 粒 子 在 聚 合 物 基 体 中 均 匀 分 散 二 是 刚性 粒 子 与 聚 合 物 基 体 存 在 弹性 界 面 相
,

着 界 面 强 度 的增 大

,

飞 复合 材 料 的 屈 服 应 力增





加 不 利 于增 韧
不 利于
,

,



朱 晓光 等 「 〕
,

证 实 适 当地 增 强 界 面 薪


是 由于 这 种 界 面 相 的 存 在 提 供 了 良好 的 具 有 一 定 形 变 能 力 的 刚性 粒 子 与 聚 合 物 基 体 的 界 面 结 合 这 种 结 构
也 就 是 刚 性 粒 子 增 韧增 强 的关 键所 在 欧玉 春等
〕 “ 以


结有利 于 填 料 的 分散 利 于 增 韧

但是界 面强 度过 大


,

拓 灰 印 〕 呈 石 复 合 材 料 的脆 韧 转 变
,

由 于 界 面 赫结是决 定 聚 合 物 复 合 体 系 力 学 性 能 的
,






壳 结 构 为研 究基 础 采用 一




重 要 因 素 吕素 平 等
,



定量 分 析 了界 面 勃结对 韧 性 对符合体系
,

种 新 的 填充 母 粒 法制 备 核

壳 粒子





实 验 中选 择 三

,

元 乙 丙橡胶
树脂基 体 为
,



和 乙 烯 辛 烯 共 聚 物 弹性 体
,

的影 响 规 律 引 入 了 界 面 相 互 作 用 参 数 的 界 面 豁 结状 况 进行 了 定 量 分 析 根 据



‘ ’‘

,



作 为 弹性 体 即 软壳 结 构 刚 性 粒 子 选 用 滑 石 粉 即硬 核

,

单 参 数方 程


方程



母 粒 填 充 后 共混 体 系 的 电镜 照 片显 式中

二 二






示 滑 石 粉 的 轮 廓 由先前 的 片 状 结 构 变 得 不 清 晰 表 面 有包覆物 与
,

基 体 间 的 界 面 模 糊 在 基 体 中形 成 了
,

均匀 的 核





壳 结构
,





结 果 表 明 该 方 法 制备 出 的复


,

合 材料 加 工 性 能优 良 达 到 了 较 好 的 增 韧 效 果

黄锐 等
纳米
,

“习

在采 用 熔 融 共 混 法 制 备 纳 米 无 机粒 子
,

—基体 屈 服 强 度 — 体 积 分数 填料 — 面 相 互 作 用 参数 界 —验 参量 其 物理 意 义 为 是半 经

,

复 合体 系 屈 服 强 度

弹性 体 中 三 元 复 合 体 系 时 比 较 了


种 工 艺方 法 ① 中


冲 式中

、 。





同时分散在 中 ③纳 米





②纳 米

分散 在
中 即纳米


基本 分散在
中间
,

飞 或其 团聚体被包 裹 在 工艺 ②
。 。

形成一 种 沙 袋 结 构

种 工 艺 条 件 下 的复 合 体 系 的

冲击 强 度 为 工 艺 ③
纳米 到
,

工艺 ① 结果显示 出


,

— 料 的表 面 自由能 填 —填 料 的 密 度 —填料 的 比 表 面 积 — 在此基础 上 采用 了临界 界 面 勃 结 条 件
尸、
, ,

常数




,

几 粒子和

,

形成 了 沙袋 结 构 后 两 者 当纳米




时 复 合 材料 的 冲击 强 度 急 剧 下 降 增 韧 效 果 差 当


之 间 表 现 出 显 著 的 协 同效 应
产 相对 于
口 冲击 强 度




的含 量 达


时 复 合 材 料 的 冲击 强 度 急 剧 增 加 获 得
,

,

复合体系 的缺
纳米
早提 高 了 早 提高 了
,

冲击 强 度达 到 了
二 元 体 系 的最 大缺

了超 高 韧 性 其 中

,

是 获 得 良好 分 散 所需 要 的 界 面
,

豁结 强 度

由此 可 知 满 足 一 定 的 界 面 强 度 要 求 是 实


倍 相对于

,



现 增 韧 增 强 的 重要 因 素 之 一

的最 大值



在纳 米粒子 增 韧 聚 合 物 制 备 过 程 中 会 不 可 避 免
地 出现 纳 米 粒 子 团 聚 现 象 影 响 其 作 用 的 发 挥
用 要 使其 保 持 原 生 粒 子 状 的 分 散 是 很 困难 的
,
,

无 机 刚 性 粒 子 的粒 径 及 其 分 布 对 增 韧



这是

效 果 的影 响
填 充 选 用 的 无机 刚 性 粒 子 主 要 为碳 酸 钙 硫 酸
钡 滑石粉 云母 高龄 土 以 及 硅 灰 石 等
, ,


由 于 纳 米 粒 子 自身 的 聚 集 体 内 表 现 出 极 强 的 引 力 作




解决







近 期 的研究


的办法 主 要 是 增 加 混 合 塑 化 过 程 的 剪 切 力 或 是 进 行

主 要 集 中在对 纳 米级 粒 子 的 选 用 上 纳 米 粒 子 粒 径 小
,

表 面 处 理 使 之均 匀 分散
,



“ 黄 锐 等 〔 〕 高 速 混合 机 的 混 从

比 表 面 积大 具 有 优 异 的 表 面 和 体积效 应 纳 米 复 合 材

合 原 理 出发 认 为 采 用 特 殊 设 计 的 新 型 超 高 速 混 合 机
可 以对纳米 无 机 粒子 进 行 有 效 的分 散 处 理 以 达 到 在
,

料 是 实 现增 韧 增 强 聚 合 物 的一 个 重 要 途 径 粒 径 选 择对 于
,



增 韧效果 有 着 明 显 的影 响 选 择
, ,

聚 合物 中可 大 量 添 加 又 能 分 散 均 匀 的 目的 并 先 后 研

,

大粒 径 粒 子 易 在 基 体 内形 成 缺 陷 虽 然 体 系 硬 度 和 刚 度 有 一 定 程 度 的 提 高 但 是 在 基 体 中作 为 应 力 集 中 点
即 脆 性 裂 纹 的 引 发 点 损 害 了强 度 和 韧 性
, ,

制了 速高达




的试 验 用 超 高 速 混 合 机 其 共 混 时 的 转


,

混 合 后 材 料 的 微 观 结 构 和 性 能发
,



随着粒子粒
,
,

生 了 较 大改 变

径减 小 粒 子 的 比 表 面 能 增 大 非 配 对 原 子 增 多 与 基

在研 究 无 机 刚 性 粒 子 增 韧 增 强 聚 合 物 的 初 期 主
要 目的 是 获 取 高 韧 性 和 高 强 度 其 关 键 问 题 在 于 刚 性
,

体 树脂 发 生 物 理 和 化 学 结 合 的 可 能 性 增 大 粒 子 与 基 体 之 间 接触 界 面 增 大 材 料 在 受 到 冲 击 时 能 够 产 生 更
,

无 机刚性 粒 子 增韧 增 强

研究 进 展
,

多的 微 裂 纹 和 塑 性 变 形 从 而 吸 收 更 多 的 冲击 能 具 有
,

,

人 了 粒 径 分 布指数 占 其定义 式 为
「 、
,
,

增 韧增 强 的 可 能
,



但粒 经 过 小 颗 粒 间 作 用 过 强 无 机
, ,

,


,







,



,





乙曰

,


,



」 乙“



斗 气

粒子容 易 出现 团 聚 现 象 造 成 粒 子 在 聚 合 物 中不 均 匀
分 散 不利 于 增 韧 效 果 的 提 高
,



式中



— —


粒 子尺 寸 满 足 下 列 条件
一 一

许 多 研 究表 明 刚 性 粒 子 的用 量 在 一 定 范 围 内可
以 达 到最佳 效 果




丫 石兀

后不
,

矛。

填 充 量 较 小 时 粒 子 在 树 脂 基体 中
,

,



平 均 粒 子 尺 寸 定义 式 为

的分 散 浓 度过低 基体 仍 然 是 载荷 的 主 要 承 受 者 增韧 。 效 果 不 是 很 明显 随 着 粒 子含量 的 增 大 体 系 的 冲击 强
, ,

间 习



,

,

王 泛







口 度逐 渐增 力 但是 粒 子 含量 过 大 以 后 粒 子 在体 系 中的相
, ,

得 到 的 粒 间距 为


对 密度过 大 材料受 到 冲击 时 产 生 微 裂 纹 和塑 性 变形 太
大 几乎为 宏 观应 力 开 裂 冲击性 能 反 而 下 降
,
,

,


















等〔 口 对
〕 进 行讨论
,



飞 增韧

的研 究 中

,

在引 人 了
,

占之后
,

,

与 冲 击 强 度 能够 很 好 地 符合


选 择 了 平均 粒 径 分 别 为



即为











临 界 粒 间距 的 理 论 即

时 体 系 为脆性
,

,

体系缺 口 冲


时 发 生 了脆 韧 转 变 为临 界 粒 间 距
,



时 体 系 为韧 性




其中
,

击强 度与

粒 子 体积含 量 的 关 系



占 增 大相

当于 粒 径 分布 增 大 则 体 系


的 韧 性 降低 增 韧效 果 变 差
,

作 为 刚性 粒 子 增 韧 聚

之 口 日 票 塔 剑 全 拍

合 物 的又 一 判 据 影 响增 韧 效 果



改 性 剂 种 类及 用 量 对增 韧 效 果 的 影 响
由于 无 机 粒 子 均 为 表 面 能 较 高 的 高 极 性 物 质 而 聚 合物 多 为 低 表 面 能 的 非 极 性 物 质 无 机粒 子 与
, ,
,




体 之 间 的相 容 性 较 差 通 常 需 对 无 机 粒 子 进 行 表 面 处


粒 子 体 积 含量






处 理无 机 粒 子 的 方 法 很 多 如 氧 化 处 理 热 处 理
, ,




粒径 如





兔 飞 体 系 缺 口 冲击 强 度 与 氏 〔 见





一 未填充

等离 子 体处 理 以 及 用 表 面 改 性 剂涂 覆 等 其 中最 有 效
技术

,



便 于 操 作 也 是最 广 为 应 用 的 是 利 用 表 面 改 性 剂 徐 覆
目前报 道 的 表 面 改 性 剂 很 多 如 价 格 低 廉 的 脂
,

粒子 体积含 量 关 系




之 」。





肪 酸 及 其 衍 生 物 和 表 面 活 性 剂 硅 烷 类 钦 酸 醋类 和 铝
酸 酷类 偶 联 剂 以 及 近 来 出 现 的 错 酸 酿 类 磷 酸 醋 类
,




,
,





从图

可 以 直观 地 看 出 在 含 量 相 同 的 情 况 下 粒


硼 酸 酷 类 锡 酸 醋 类 异 氰 酸 醋 类偶 联 剂 等








径为


,

口飞 对


具 有 最 佳 的增 韧 效 果 且
的 相 对 于粒径 为


,

等 〔 」 究 了 不 同偶 联 剂 处 理 过 研

〕添加到


随着 含 量 的 增 加

四和
,
,



的 粒 子 对 缺 口 冲击 强 度 的 提 高 更
,

形 态 行 为 的影 响

〕 混 物后 对 力 学性能 以 及 共 中 钦酸盐 偶 联 剂有 错 酸 盐 类
,


大 符合 上 述 的 对粒 子 粒 径 大 小 以 及 含 量 的理 论 说 明
另 外 在 定 量 分析 过 程 中
““






,

以及将




,

,

,从 实 验

出发

质 量 比棍 合 的 复 合 偶 联 剂


在相 同尺 寸

,

提 出 了粒 间距 公 式


粒 子 质量 分数 同样 为


的 条件 下 讨 论 了 质 量 分 数



「 命















时的
结果表 明

,

分散情 况 以 及 共 混 形态 的 影 响
,

偶联
含量在

式中

—径 粒 — 相 的体 积 分数 分散 — 以看 出 复 合体 系 的脆 韧 转 变 与 粒 径 分 可 由式

, ,

粒 间距

剂 时 力学 性 能有 着 最 明 显 的 提 高
,

选 用不 同 的偶 联 剂

时 各 种 力 学 性 能有 着 不 同 的变 化 情 况

时 体 系 弹 性 模 量 和 断裂 伸 长 率 增 加




联 剂提高 了共 混 物 的 断裂 伸 长 率
合偶 联 剂 提 高 了 共 混 体 系 的 冲击 强 度
,




‘ 布无 关 但 是 漆 宗 能 等 「“ 〕 断 裂 力 学 的 基 础 上 对 复合 在

体 系 的脆 韧 转 变 过程 中粒 径 分 布 的影 响 进 行 了 讨 论
,



在 讨 论 偶联 剂 含 量 时 不 同 的 研 究 者 多 选 择 质 量

假 定 粒 子 在 聚 合 物 基 体 中粒 径 分 布 服 从 正 态 分 布 引

分数 为



进行研 究



‘ 等仁 」 研究 在




,








,

云 母 复合 体 系 时 对 选 用 的 偶 联 剂 质 量 分数分 别 为



受 到 了研 究 者 的 关 注 其 主 要 理 论 为 在 裂 尖 损 伤 区 域

时 的情 况 进 行 讨 论
,



结果表 明 偶

,

,

内 分散 相 承 受 了 主 要 的 三 维 张 应 力 当刚性 粒 子 从 基
,

,

联剂 含 量 为

‘ 〔 〕 在

时 力 学性 能有 着最 大 的提 高

体 中脱茹 后 即 形 成 了空 洞 化 的 损 伤 释 放 了 裂 尖 前 端
, ,

研究

复合 材 料 时 发 现

的三维 张力 解 除 了 平 面 应 变 约 束 从 而 使 基 体 产 生 了
,

,

选择

有 利 于 刚性 粒 子 的 分 散 和 力 学 性


剪 切 屈 服 形 变 复 合 材料得 到 了 增 韧
,
,



能 的提 高

由于 刚性 粒 子 增 韧 聚 合 物 机 理 到 目前 为 止 并 没 有
,

大 量 的实 验 表 明 添 加 偶 联 剂 在 一 定 程 度 上 改 善
了刚性 粒 子 与

一种 定 论 有 各 种 理 论 模 型 以 及 增 韧 机 理 些 研究 进 展 如



最 新 的一

基体 的 相 容 性 进 而 影 响 到 了 刚性 粒
,

,

在 等〔 〕 研究

子 在基 体 中 的 分 散 状 况 以 及 复合 体 系 的 微 观 形 态 宏 观 上 影 响 了 体 系 的力 学 性 能 特 别 是 强 度 和 韧 性
,

填充

时 对 于 刚性 粒 子 增 韧


,

选 用 了 一 种 新 的理





论 概念 类 似 橡 胶 弹 性 体 空 洞 化 增 韧 机 理 的 微 观 结 构
增韧 机 理 所示

,

了选 用 偶 联 剂 外 在 研 究 中 出 现 了 各 种 改 性 剂
,

,

增 韧 效 果 的模 型 如 图


,

在 研 究 无 机 刚性 粒 子
,

增 韧增 强

时 在 熔 融 挤 出 的 过程 中添加 了 一 种 非离 子性 物 质
聚 氧 乙 烯 壬基 酚
,

正 是 由于



中 所 含 有 的经 基 粒子 在


端基 和 较 长 烷基链 段 大大改 善 了
的分 散 效 果 降 低 了
,


,

分子链运 动所需要 的活化 能
。几 粒 子 尺 寸 由

提 高 了 结 晶 速率


,



哪 降低 为
,

单独 添 加
,

粒 子 时 复合体 系 屈 服

强 度 逐渐 下 降 仅 仅是 弹性 模 量 有 一 定 的 提 高 而 添 加

的非 离 子 性 物 质 后 复 合 体 系 的 拉 伸 强 度 和 弹 性 模 量 没 有 明显 变 化 但 是 缺 口 冲 击 强 度 却 有 着 明显
,

应 力集 中

剥离

剪 切屈 服

的增 加
,




,

微 观 结 构增 韧 机理 理论模 型

川 等〔 研 究 了 刚性 粒 子 对
强 刚性 粒子 为 聚 苯 醚

的增 韧 增
,






应 力集 中
,

和 高抗 冲聚 苯 乙 烯
,

该 理 论包 括
剥离
,

部分



与树 脂 基 体 相

的 共混 物 牌 号 为

,

实验过 程 中 所形成

比 填料 由于 不 同 的塑 性 能 力 首 先 产 生 了 应 力 集 中点


采用 了添 加 增 容 剂 的 方 法 改 善 刚 性 粒 子
的尺 寸 为 苯 乙烯
,

随 着 载 荷 方 向 刚 性 粒 子 周 围 的 应 力 集 中变 剪切 屈 服









的 团聚 现 象
,



复 合体 系 中添 加 了
刚性 粒 子 的 尺 寸


大 直至粒子 和 基体剥 离开来 产 生 的空 洞 吸 收 了 主 要 的 应 力 少 降低 了 裂 纹 敏 感 性
吸 收 了 大 量 的 断裂 能
。 。



剥 离后
,



乙烯

丙 烯共 聚 物 后

进 而 单位体 积 应 变 减

减小 基 体 和 粒 子 之 间 的豁 结 能力 提 高
裂 引发 能 和 断 裂 扩 张 能都 相 应 减 少 了


结果 表 明 断

,

此后 剪切 屈 服 变得 明显 从 而



的 结果 从 添加
,

等 的研 究

,

】 发 现 了类 似这 种 模 型 中

无 机 刚 性 粒 子增 韧
们主 要 研 究 了 聚 碳 酸 醋 丙 烯 睛
沟、

的机理
等 他

,

拉 伸试 样 电 镜 照 片 图
,

最初 提 出 非 弹性 体 增 韧 机 理 的 是


可 以 很 清 晰 地 看 出 刚 性 粒 子 作 为 应 力 集 中点 随 着 拉

丁二烯


苯乙烯

伸 应 力 的 施 加 与基 体 发 生 脱 勃 同时粒 子 周 围 的 基 体

,

和 聚 酞胺 丙 烯睛
,
,



苯乙烯

,

共混物
其 冷拉 机理


的力 学 性 能 以 及 共 混 物 的 能 量 吸 收
,

理论认 为 对 于 含 有 分散 粒子 的复合 物 在 拉 伸 过 程 中 由于 分散 相 的 刚 性 球 端 和 基 体 的 弹 性 模 量 和 泊 松
比 之 间 的 差 别 在 分散 相 的赤 道 面 上 产 生 了 一 种 较 高 的

静压 强 当作 为 分 散 相 的 刚 性 颗 粒 受 到 的 静 压 强 大 到
一定 数 值 时 其 屈 服 而 产 生 冷 拉 发 生 塑 性 转 变 从 而
, , ,

,

吸 收 大 量 的 冲击 能 量 使 材 料 的 韧 性 得 以 提 高 这 就 是
,

,





飞 拉伸试样 的 电镜 照 片


斌 毛体积 含量为

非 弹性 体 增 韧 的 冷拉 机 理 此 外 刚 性 粒 子增 韧 聚 合 物 的 空 洞 化 理 论
,



” 。





〕 也

见诚

无 机 刚性 粒 子增 韧 增 强

研究进 展


具 有 明 显 的 剪切 屈 服 现 象 显 示 出 良好 的增 韧 效 果
,



较 有 限元 方 法 简 单并 且 与 实 验 结 果 更加 吻 合
,
,

研究 发
,


,

等仁 对
,

硫 酸 钡 复合 材 料 的 研 究
,

现 增韧效 果 除 了 与橡 胶 粒 子 的 体 积 分数 有 关 外 同样

中 对 刚 性 粒 子增 韧 机理 进 行 的 讨 论 发 现 在 三 维 应 力
区 域 内 复合 材 料 有 可 能 发 生 裂 缝 或 者 是 空 穴 这 主 要

依赖 于 基 体 的 模 量 比 这 有 助 于 更 加 深 人 地 研 究 粒 子
的 空 洞 化 理论


但 是在 刚性 粒 子 增 韧 聚 合 物 的 研 究 过
,

取决 于 裂 纹 引 发能 的大小 以 及 基体 树 脂 和 粒 子 乳结 强

程 中还 没 有 采 用 有 限 元 分 析 方 法 的报 道 对 于 这 种 新

度 的 大小 脆性 断裂
,



如 果 裂 纹所 需 的 能 量 较小 在 裂 纹 前 端将
,

,

的增 韧 机 理 定 量 研究 需 要 有 新 的理 论 模 型 以 及 分 析 过 程 在此 基 础 上 帮 助 人 们 更 加 深 入 地 了 解 这 种 强 增 韧
,

会 产 生 裂 缝 在 继 续 施 加 的 载荷作 用 下 裂 纹 扩 展 引 发


但是若脱薪形成 空 洞 发 生在 裂 纹 之前 裂
,

,

的新 型 方 法
,



纹不 会 产 生 并 且 平 面 的 应 力 约 束 随着 空 洞 的形 成 而
释放 尔后基 体 的 塑性 形 变 一 同 与 空 洞 吸 收 了 大 量 断

目前 刚性 粒 子 和 橡 胶 混 杂 填 充 增 韧 增 强 聚 合 物 ” 也 引 起 了 广大研 究 者 ” 一 ” 〕 兴 趣 但 是 由 于 多 相 结 构 的
,

裂能量 体 系 的韧性 大 大 提 高

,



比较 复杂 一 般都存 在 壳
,
,



核 结 构 即 弹 性 体包覆 刚 性
,

与橡 胶 弹 性 体 增 韧 聚 合 物 比 较 刚性 粒 子 增 韧 的 机 理 〔 一 州 基本 上 都 是 由界 面 脱 勃 到形 成 了空 洞 眼 纹 损 伤 以 及 引 起 了基 体 的剪 切 屈 服 损 伤机 制
子 增韧
,

粒子 结构 胶 囊 结 构 仁
,



州 作 为 分散 相 均匀 地 分 散 在基

体树 脂 中



卢锡 年 等



采 用 有 限 元 方 法 指 出 在 橡胶 时 仍 能 有效 地 改
,



刚性 粒

相 的厚 度减 小 到 刚性 粒 子 直 径 变 刚性 粒子 引 起 的应 力 状态
,



无 疑 是 研 究 刚 性 粒 子 增 韧 聚 合 物 的典 型 代
,

这 种 三 元 复合 体 系 不 仅
,

表 也 是橡 胶 增 韧 理 论 的 深人 发 展 两 种 增 韧 机 理 之 间
有 着 必 然 的 某种 联 系
,

具备 了 橡 胶 相 的 增 韧 特 点 同 时 保 留 了 刚性 粒 子 增 强
的 特性 复 合 体 系 的 弹 性 模 量 大 于 基 体 的 弹 性 模 量 实
,



在 对 聚 合 物增 韧 研 究 中最 常 用 的 手 段 是 电子 显 微

现 了 同时增 韧 和 增 强 此 外 由于 包 覆 结 构 的 优异 性 能
,

镜 对 超 薄切 片 的 观 察 和 拍 照 结 果 是 直 观 的 微 观 的 和
定性 的




对 其 结构设 计 以 及 实 现 这 种 复 合 分 散 结 构 是 增 韧 增 强
聚 合 物 的 关键


目前 增 韧 机 理 在 向定 量 化 发 展 试 图 将 微 观


,

的现 象 与 宏 观 的 结 果 联 系 起 来


在增 韧过程 中 由于
,

结语
刚性粒 子 增 韧 增 强
,

剪切屈 服 银纹 化 以 及 空 穴 化 的 引发 和 生 长 都 与 粒 子 周 围 的应 力 场 及 其分 布 有 着 密 切 的 关 系


分析粒子周


为 获 得 低 成 本 高性 能塑 料
,



围的应 力场 对 于 定 量 化 研 究 增 韧 机 理 也 有 重 要 意 义
,

提 供 了 新 的 途 径 目前 已 制备 出 了 超韧 高 刚 度 刚性 粒 子填充
,

有 限 元 分 析 方 法 是 弹 性 力 学 问 题 数 值解 法 中 的 有 效 手

复合 材 料



通过 采用 有 限元定 量 分析 方 法

段 近 年 来 被 应 用 在高分 子 的 增 韧 机 理 中 并 取 得 了 一
,

以 及 对 其 复 合 体 系脆 韧转 变 提 出 的 形 态 参 数 以 及 界 面

定 的成 功



条件判 据 揭 示 了 刚 性 粒 子 增 韧 聚 合 物 的 机 理 属 于 界
,

有 限单 元 法 是 以 虚 功 原 理 为 理 论 基 础 将 连 续 弹

面 脱 豁 形 成 了空 洞 作良 化 损 伤 和 空 洞 剪切 屈 服 损 伤 纹



性 体 看 作 有 限 个单 元 的 集 合 这 些 单 元 仅 在 有 限个 结
,

机 制 的转 变



但是 对 于 强 韧 化复 合 材 料 的 界 面 性 能
,



点 上 相 连接 以这些 结点 作 为 基 本 未 知 量 进 而 求 得 单
, ,

界 面 设 计 以 及 相 应 的 制 备 方 法报 道 还 是 很 少 进 行 产
品 的 开 发 和 实 际 的应 用 条件 还 不是很 成熟
,



元 的应 力 和 应 变



采 用 有 限 单 元 法 可 以 计算 出 粒 子 周
,
,

随着 研 究


围 的应 力 场 大 小 和 分 布 以 及 应 力 集 中程 度 并 能 得 到

的深 人 这 一 种 新 的 改 性 方 法 必 会 得 到 广泛 的 应 用

其 中屈 服 区 域 的 大 小 达 到 了 定 量 分 析 的 目 的
,



采用 参考文 献
划 仁

,

此 种 方法 不 仅 可 以 对 孤 立 粒 子 周 围的 应 力 场进 行 分 析 还 可 以 对界 面 性能 以及 粒 子 尺 寸 的 影 响 进 行 研 究




,

,






州 仁

,

了 狂




,

段 贝

,

,

对 增 韧 机理研 究是一 种 有力 的 手 段 在研 究 等 〕 中 准 胶 三 元 体 系 时建
立 了 一 个 含 有 多 个 橡 胶 粒 子 的 有 限元 模 型







计算表




,
,



明 该 模 型 在单轴拉 伸 下 橡 胶粒 子 引 起 了
,

,

的屈 服 这 一结 果 与 实 验 结果 相 一 致 证 实 了橡 胶 颗 粒
, ,

一 仁」 ” 咚 〕 乔 放 朱 晓光 关 淑 敏 漆 宗 能 蔡 忠 龙 硅灰 石 增韧 聚 合 物 的界 面 粘 接判 据 」 分 子 材 料 科学 与工 程 高
,

,

,

,

,

,

发 生 了空 化并 导 致 了
获得增 韧 的 主 要 原 因





相 的屈 服 是 复 合体 系
,




,

” 口
,

对橡胶 增 韧

吕 素 平 朱 晓光 漆宗 能 聚 合 物 共 混 体 脆韧转 变 的 损 伤 竞
,

争理论
, ,

聚 合 物 的增 韧 机 理 进 行 定 量 研 究 过 程 中 在 有 限 元 方 法 基 础 上 对 一 种 圆柱 状模 型 进 行 分 析 此 种 改 进 方 法
,

基 体性 能对 脆 韧 转 变 的影 响 〔 〕 高分子材 料 科
, ,
,

一 学 与工程 马 欧 玉 春 方 晓萍 郭庭 泰 冯 宇 鹏 高性 能 聚 合物 网 巧 粒 子 性


相关文章:
增韧增强机理
利用无机刚性粒子增韧聚合物的机理主要包含 3 个阶段:Ⅰ) 应力集中。由于无机 ...粒子种类、形状、尺寸和粒径分布是影响其增韧增强 PP 效果的重要因素。球形填 ...
塑料的增韧、增强与增刚
EVA 作为 PP 的增韧改性剂,研究了原料配比、工艺条件微观结构对体系性能的...无机刚性粒子增韧聚合物的研究起步较晚,理论研究尚不成熟。我们等对微米级和纳米...
聚丙烯增韧
史大刚[6]等通过对纳米碳酸 钙增韧 pp 及复合材料...3 无机刚性粒子 刚性粒子增韧聚丙烯 ,能在提高材料...以弹性微粒状分散结构增韧塑料,是增韧效果较为明显...
pp增韧及pp、pe共混
共混 增韧改性是指用其他塑料或弹性体等作为改性剂与PP共混,以此改善PP的韧性。常用的改性 材料主要分为塑料、橡胶或弹性体以及无机刚性粒子等几类。 1.塑料...
pp增韧改性
聚丙烯;增韧 1 前言聚丙烯(PP)作为五大通用塑料之一...吸收分散 了大量的应力集中点冲击能, 当材料...3.4 无机刚性粒子增韧 PP 体系 常用于增韧 PP 的...
聚合物的增韧
增韧塑料其韧性、冲击性能提高,但材 料的强度和刚度...材料,如研究的聚丙烯体系有:PP/弹性体/云母、PP/...纳米级无机刚性粒子 (如SiC/SiN)在一定范围 内,...
申报
易老化等缺点,在工程塑料中应用受到限制,因此, 需要对 PP 材料进行增强增韧改...对无机刚性粒子改性 PP 体系来说,基体、无机粒子无机粒子与基体间的界面相是...
共混改性资料_材料科学_工程科技_专业资料
(PP)体系、橡胶或热塑性弹性体增韧 PP 体系、PP/弹性体/塑料三 元共混体系以及无机刚性粒子增韧 PP 体系 4 个方面详细论述了国内外 PP 共混增韧改性的 研究...
聚丙烯的增韧增强
性能检测所需要的材料和器材 2.2.1 材料 2.2.2...4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。...对于利用无机刚性粒子代替橡胶来增韧增强 PP, 日益...
增韧理论
塑料的韧性, 使其满足 使用场合和环境对材料韧性的...粒子赤道附近的 PP 基体也受到来自粒子的 反作用力,...纳米无机粒子的出现,无机刚性粒子增韧增强塑 料的...
更多相关标签:
刚性粒子增韧 | 增强增韧 | 增强增韧改性塑料 | 无机纳米粒子 | 无机纳米粒子包覆 | 刚性粒子 | 财政支出刚性增强 | 无机透水保水增强剂 |