聚合物改性研究
聚合物材料的表面改性技术及应用
聚合物材料的表面改性技术及应用引言：聚合物材料在现代工业中起着重要的作用，然而，由于其表面性质的限制，其应用受到了一定程度的限制。
为了克服这一问题，科学家们开发了各种表面改性技术，使聚合物材料具有更广泛的应用领域。
本文将介绍一些常见的聚合物材料表面改性技术及其应用。
一、化学改性技术化学改性技术是通过在聚合物材料表面引入新的化学官能团，改变其表面性质的方法。
其中，最常用的方法是表面接枝聚合。
通过在聚合物表面引入具有特定官能团的单体，然后进行接枝聚合反应，可以改变聚合物表面的化学性质。
这种方法可以使聚合物表面具有更好的亲水性、抗菌性等特性，从而扩展其应用领域。
例如，将聚合物表面接枝亲水性单体，可以制备具有良好润湿性的聚合物薄膜，用于医疗器械、食品包装等领域。
二、物理改性技术物理改性技术是通过物理方法改变聚合物材料表面的性质。
其中，最常用的方法是表面涂覆。
通过在聚合物表面涂覆一层具有特定性质的材料，可以改变其表面的光学、电学、热学等性质。
例如，将聚合物表面涂覆一层导电性材料，可以制备具有导电性能的聚合物薄膜，用于电子器件等领域。
此外，还可以利用等离子体处理、激光照射等方法对聚合物表面进行改性，以提高其光学、机械性能等。
三、纳米改性技术纳米改性技术是利用纳米材料对聚合物表面进行改性的方法。
纳米材料具有较大的比表面积和独特的物理、化学性质，可以在聚合物表面形成纳米尺度的结构，从而改变其性质。
例如，将纳米颗粒添加到聚合物中，可以增强其力学性能和耐磨性。
此外，还可以利用纳米粒子自组装技术制备具有特定结构和功能的聚合物薄膜，用于传感器、光学器件等领域。
四、应用前景聚合物材料的表面改性技术为其应用领域的拓展提供了新的可能。
通过改变聚合物材料的表面性质，可以使其具有更好的耐磨性、抗菌性、润湿性等特性，从而适用于更广泛的领域。
例如，在医疗器械领域，利用聚合物材料的表面改性技术可以制备具有抗菌性能的医疗器械，从而降低感染风险。
聚合物材料的改性与应用
聚合物材料的改性与应用聚合物材料作为一类重要的材料，具有广泛的应用前景。
为了满足不同领域的需求，人们经过不断地研究与改良，开发出了许多改性方法以及相关的应用技术。
本文将介绍一些聚合物材料的改性方法，并探讨它们在不同领域中的应用。
一、改性方法1. 添加填料填料可以提高聚合物材料的性能，比如增加强度、改进耐热性、改善导电性等。
常见的填料包括纳米颗粒、纤维素、碳纤维等。
添加填料的改性方法可以通过挤出、共混等工艺实现。
2. 合金化改性聚合物可以通过与其他合适的材料进行合金化，改变聚合物的性质。
比如与金属合金化可以增加强度和刚度，与陶瓷合金化可以提高耐磨性和耐热性等。
3. 化学改性化学改性是通过引入功能基团或进行聚合反应来改变聚合物的特性。
比如，通过交联反应可以提高聚合物的热稳定性和耐化学性；通过接枝反应可以增加聚合物的附着力和耐老化性。
4. 表面修饰表面修饰可以通过改变聚合物材料的表面性质来得到所需的性能。
比如，通过等离子体处理可以增加聚合物的亲水性和粘附性；通过涂层技术可以提高聚合物的耐磨性和耐腐蚀性等。
二、应用领域1. 包装材料聚合物材料的优良特性使其成为广泛应用于包装领域的理想选择。
通过改性可以提高聚合物材料的耐撕裂性、耐渗透性、耐撞击性等，在食品包装、药品包装、电子产品包装等领域发挥重要作用。
2. 汽车工业改性后的聚合物材料在汽车工业中有着广泛的应用。
例如，通过纳米填料的添加可以显著提高塑料汽车零部件的强度和耐磨性，降低重量，提高燃油效率。
3. 医药领域聚合物材料在医药领域的应用也日益广泛。
通过改性可以提高聚合物的生物相容性、机械性能和药物释放性能等。
例如，改性后的聚合物可以用于制备人工骨骼、医疗器械和药物缓释系统等。
4. 纳米技术聚合物材料与纳米技术结合可以产生许多独特的性能和应用。
通过纳米颗粒的引入，可以改善聚合物的力学性能、导电性能和光学性能等。
这些改性后的聚合物材料在电子学、光电子学和纳米生物技术等领域有着广泛的应用。
聚合物的导电性改性研究
聚合物的导电性改性研究在现代材料科学领域，聚合物因其多样的性能和广泛的应用而备受关注。
然而，大多数常见的聚合物本质上是电绝缘体，这在某些特定的应用场景中限制了它们的使用。
为了满足诸如电子器件、传感器和能源存储等领域的需求，对聚合物进行导电性改性成为了一项重要的研究课题。
聚合物的导电性通常取决于其分子结构和电子状态。
在未改性的情况下，聚合物分子中的化学键和电子分布使得电荷难以自由移动，从而导致其导电性较差。
要实现导电性改性，需要从多个方面入手。
一种常见的方法是掺杂。
通过向聚合物中掺入具有良好导电性的物质，如金属粒子、导电聚合物或无机导电盐等，可以显著提高其导电性。
以金属粒子掺杂为例，将纳米级的金属颗粒均匀分散在聚合物基质中，能够形成导电通路，使电荷得以传输。
但掺杂过程中需要控制掺杂剂的含量和分布，以避免团聚等问题影响导电性的提升效果。
另一种有效的策略是对聚合物的分子结构进行设计和修饰。
通过化学合成方法引入共轭结构，增加分子中的π电子共轭程度，可以改善电子的传输性能。
例如，聚苯胺、聚噻吩等导电聚合物就具有这样的共轭结构，表现出相对较好的导电性。
此外，通过共聚的方式将具有导电性能的单体与普通聚合物单体结合，也能够在一定程度上赋予聚合物导电性。
聚合物的结晶度也会对其导电性产生影响。
较高的结晶度往往意味着更有序的分子排列，有利于电荷的传输。
因此，通过控制加工条件和添加成核剂等手段来提高聚合物的结晶度，是改善其导电性的一个途径。
在实际的研究中，还需要考虑到聚合物的物理形态和加工工艺。
例如，制备薄膜形态的聚合物时，薄膜的厚度、平整度和表面粗糙度都会影响电荷在其表面和内部的传输。
而在注塑成型等加工过程中，工艺参数的选择会影响聚合物的微观结构，进而影响导电性。
除了上述方法，复合改性也是一个重要的研究方向。
将聚合物与其他导电材料，如碳纳米管、石墨烯等复合，可以充分发挥两者的优势。
碳纳米管具有极高的长径比和良好的导电性，将其与聚合物复合能够构建有效的导电网络。
聚合物共混改性
可以实现分子级别的混合，且乳液稳定性 好，易于储存和运输。
缺点
应用范围
破乳过程可能产生大量废水，对环境造成 污染。
适用于含有亲水性基团的聚合物之间的共混 。
其他共混方法
熔融插层法
利用插层剂将两种或多种聚合物在熔融状态下插入到彼此的分子链之间，形成共 混物。这种方法可以实现分子级别的混合，但需要选择合适的插层剂和反应条件 。
弯曲强度
衡量材料在弯曲过程中所 能承受的应力，反映聚合 物的刚性和抗弯曲能力。
冲击强度
衡量材料在冲击载荷下的 抵抗能力，反映聚合物的 韧性和抗冲击性。
热学性能表征
热稳定性
01
衡量聚合物在高温下的稳定性，通过热失重分析（TGA）等方
法进行评估。
玻璃化转变温度（Tg）
02
反映聚合物的热性质和相变行为，影响聚合物的使用温度和范
界面作用原理
界面张力
聚合物共混体系中，不同组分间的界 面张力影响共混效果，界面张力越小 ，共混效果越好。
界面增容
通过添加增容剂、采用特殊加工技术 等手段，增强聚合物共混体系的界面 相容性和稳定性。
界面相互作用
聚合物共混体系中，组分间可能产生 化学键合、物理缠结等相互作用，增 强界面结合力，提高共混效果。
分类
根据混合方式和相容性的不同，聚合物共混改性可 分为机械共混、溶液共混、乳液共混和熔融共混等 。
发展历程及现状
发展历程
聚合物共混改性的研究始于20世纪50年代，随着高分子科学 的发展，其理论和应用不断得到完善。目前，聚合物共混改 性已成为高分子材料科学领域的一个重要研究方向。
现状
随着科技的进步和需求的增长，聚合物共混改性的研究不断 深入，新型共混材料和改性技术不断涌现。同时，聚合物共 混改性的应用领域也在不断扩展，涉及到汽车、电子、医疗 、建筑等多个领域。
聚合物材料的制备与改性
聚合物材料的制备与改性聚合物材料是一种由单体分子聚合而成的大分子材料，具有重要的应用前景。
聚合物材料广泛用于塑料、电子、医药、建材等领域中。
然而，传统的聚合物材料在应用中也存在着一些问题，如力学性能不足、耐热性不佳等。
因此，制备和改性聚合物材料成为了近年来的研究热点。
一、聚合物材料的制备方法聚合物材料的制备通常采用聚合反应的方法。
聚合反应是指单体分子的化学键在某些条件下发生自由基或离子的加成聚合或缩合反应，使得单体分子依次结合为聚合物分子，形成高分子材料。
根据聚合反应的机理，可以将聚合反应分为自由基聚合和离子聚合两大类。
自由基聚合是指在自由基的引发下进行的聚合反应。
它包括自由基链聚合、环状自由基聚合、自由基交联聚合等。
离子聚合是指在带负电荷或带正电荷的离子引发下进行的聚合反应。
它包括阳离子聚合、阴离子聚合、离子交联聚合等。
二、聚合物材料的改性方法聚合物材料的改性是指在聚合物材料中引入其它物质，从而改变其性能、结构、形态等材料特性的过程。
聚合物材料的改性通常包括以下几种方法：1. 添加剂法添加剂法是在聚合物体系中添加一系列吸附剂、扩链剂、交联剂、着色剂、抗氧剂、光稳定剂、提高成型性的加工助剂等，从而改变聚合物基体的性质和外观。
2. 合金法合金法是将两种或更多种不同的聚合物混合在一起，在保持各自性质的基础上形成互不溶解的混合物。
通过合金的形成，可以达到改变聚合物性能的目的。
3. 共混法共混法是指将两种或两种以上的聚合物混合在一起，并经过加热、振荡、剪切和混合等过程，使混合物中的不同组分形成均匀的分散态或互相溶解。
共混材料特性往往优于聚合物混合物和合金物。
4. 化学改性法化学改性法是指在聚合物分子内、分子间或分子外引入其它化学官能团，以改变聚合物的化学特性和物理性质。
化学改性法包括引入交联点、功能化剂引入等方法。
5. 物理改性法物理改性法是指通过物理手段来改变聚合物材料的性质和结构，如温度改性、辐射改性、拉伸改性、填充改性等。
聚合物表面改性及摩擦性能的研究
聚合物表面改性及摩擦性能的研究聚合物是一类重要的工程材料，广泛应用于各个领域。
然而，由于其在摩擦接触中的表面性能较差，限制了其在许多应用中的使用。
因此，对聚合物表面的改性以及摩擦性能的研究变得非常重要。
聚合物材料的表面性能直接决定了其在摩擦接触中的摩擦性能。
一般来说，聚合物表面有较高的摩擦系数和较低的耐磨性，这是由于聚合物表面的吸附能力较强，易于与其他材料接触。
为了改善聚合物表面的性能，我们可以通过不同方法进行表面改性。
一种常见的表面改性方法是物理改性。
物理改性是通过对聚合物表面进行物理处理，改变其表面形貌和化学性质，从而提高其摩擦性能。
例如，通过喷砂、电子束辐射、等离子体处理等方式，可以在聚合物表面形成微纳米级的纹理结构，从而增加其表面摩擦系数。
此外，也可以通过表面涂层的方式，将具有较好摩擦性能的材料涂覆在聚合物表面，以提高其摩擦性能。
除了物理改性外，化学改性也是一种常见的表面改性方法。
化学改性是通过在聚合物表面引入新的化学基团，从而改变其表面化学性质，提高其摩擦性能。
例如，通过聚合物表面与含有活性基团的化合物反应，可以在聚合物表面形成化学键，增加其表面摩擦系数。
此外，也可以通过在聚合物表面引入含有活性基团的交联剂，形成交联结构，从而增加其表面硬度和耐磨性。
除了表面改性外，还可以通过添加填料的方式改善聚合物的摩擦性能。
填料是一种具有较高硬度和摩擦系数的材料，当其与聚合物形成摩擦接触时，可以起到增加摩擦力和降低摩擦系数的作用。
常用的填料包括氧化铝、碳纳米管、石墨等。
将填料与聚合物进行复合，可以通过填料的优异性能来提高聚合物表面的摩擦性能。
在进行聚合物表面改性和摩擦性能研究时，需要考虑多种因素的影响。
首先，需要考虑到表面改性对聚合物本身性能的影响。
改性过程中，可能会导致聚合物性能的改变，例如导致强度和韧性的降低。
因此，需要综合考虑改性前后的性能变化，以确保改性后的聚合物依然符合应用需求。
同时，还需要考虑到改性方法的可行性和经济性。
聚合物改性(完整版)
聚合物改性的目的、意义；聚合物改性的定义、改性的方法（大分类和小分类）答：改性目的及意义：①改善材料的某些物理机械性能②改善材料的加工性能③降低成本④赋予材料某些特殊性能、获得新材料的低成本方法⑤提高产品技术含量，增加其附加值的最适宜的途径⑥调整塑料行业产品结构、增加企业经济效益最常采用的途径聚合物改性的定义：通过各种化学的、物理的或二者结合的方法改变聚合物的结构，从而获得具有所希望的新的性能和用途的改性聚合物的过程改性的方法：①化学改性：a、改变聚合物的分子链结构b、接枝、嵌段共聚、互穿聚合物网络、交联、氯化、氯磺化等②物理改性：a、改变聚合物的高次结构b、共混改性、填充改性、复合材料、表面改性等1.化学改性（改变分子链结构）和物理改性（高次结构）的本质区别答：化学改性—改变聚合物分子的链结构物理改性—改变聚合物分子的聚集状态2.共混物和合金的区别答：共混（指物理共混）的产物称聚合物共混物。
高分子合金：不能简单等同于聚合物共混物，高分子合金---指含多种组分的聚合物均相或多相体系，包括聚合物共混物、嵌段和接枝共聚物，而且一般言，高分子合金具有较高的力学性能。
工业上称：塑料合金。
3.共混改性的分类（熔融、溶液、乳液、釜内）答：分类一：化学方法：如接枝、嵌段等；--化学改性物理方法：机械混合、溶液混合、胶乳混合、粉末混合---混合物理-化学方法---反应共混分类二：熔融共混：机械共混的方法，最具工业价值，是共混改性的重点；溶液共混：用于基础研究领域，工业上用于涂料和黏合剂的制备；乳液共混：共混产品以乳液的形式应用；釜内共混：是两种或两种以上聚合物单体同在一个反应釜中完成其；聚合过程，在聚合的同时也完成了共混。
4.共混物形态研究的重要性5.共混物形态的三种基本类型（均相、海-岛、海-海）答：均相体系：一般本体聚合、溶液聚合才形成均相体系非均相体系：①海-岛结构：连续相+分散相（基体）②海-海结构：两相均连续，相互贯穿6.相容性对共混物形态结构的影响答：①在许多情况下，热力学相容性是聚合物之间均匀混合的主要推动力；良好的相容性是聚合物共混物获得良好性能的重要前提。
请列举一种改性方法
请列举一种改性方法改性是指通过对物质进行化学、物理和生物性质的改变，从而改变其原有性质和用途的技术过程。
改性方法在现代科技中广泛应用于材料、化工、生物等领域，以满足不同的性能和应用需求。
下面将列举一种改性方法——聚合物改性，并详细介绍其原理、应用和影响。
聚合物改性是指通过对聚合物进行改变，以改善其性能、调整其特性或增加新功能的方法。
聚合物是由重复单体基元组成的大分子化合物，其特点是具有高分子量、可塑性、可加工性、化学稳定性等。
在实际应用中，常常需要对聚合物进行改性以满足特定性能的要求。
聚合物改性的方法多种多样，主要包括物理改性、化学改性和生物改性等。
物理改性是将一些物理方法应用于聚合物材料中，从而改变聚合物的性能。
物理改性的方法有增塑、填料增强、纤维增强、自由基辐照、电子束辐照等。
通过这些方法，可以改变聚合物的硬度、韧性、刚度、耐热性、耐腐蚀性等。
化学改性是通过引入一些化学改性剂或在聚合物中引入新的官能团，从而改变聚合物的化学性质和结构。
常用的化学改性方法包括接枝共聚、交联改性、接枝共混、对接枝等。
通过这些方法，可以改变聚合物的熔点、玻璃化转变温度、抗氧化性能、降解性能、电子输运性能等。
生物改性是利用生物材料对聚合物进行改性，从而改变聚合物的特性和用途。
常见的生物改性方法包括生物降解性改性、生物医用改性、抗菌改性等。
生物改性能够赋予聚合物生物相容性、药物缓释性、组织工程性和抗菌性等新功能，扩展了聚合物的应用领域和用途。
聚合物改性的应用范围广泛，涉及到材料、化工、生物、医药、电子等领域。
在材料领域中，通过对聚合物的改性，可以制备出具有特定性能和用途的材料，如聚酰胺纤维、聚醚酮薄膜、聚二甲基硅氧烷弹性体等。
在化工领域中，聚合物改性可以用于生产高效的催化剂、吸附剂、离子交换树脂等。
在生物和医药领域中，聚合物改性可以制备出生物可降解的骨科材料、缓释药物载体、人工器官等。
在电子领域中，聚合物改性可以制备出具有导电性、光学性、磁性等特殊功能的聚合物材料。
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质的过程。共混的产物称为聚合物
共混物。
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聚合物共混概念的扩展
• 对这一聚合物共混的概念可以加以延伸，使聚 合物共混的概念扩展到附属于物理共混的物理/ 化学共混的范畴。 • 更广义的共混还包括以聚合物为基体的无机填 充共混物。此外，聚合物共混的涵盖范围还可 以进一步扩展到短纤维填充聚合物体系。
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高分子合金的概念
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均相的判定
在大多数情况下，可以用玻璃化转变温度（Tg）
作为判定的标准。
均相体系：两种聚合物共混后，形成的共混物具
有单一的Tg； 两相体系：两种聚合物共混后，形成的共混物具 有两个Tg。
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关于“海-岛结构”
• 在共混体系中，一个 为分散相，一个为连 续相的体系被形象地 成为“海岛结构”。 • 首先要了解：哪种聚 合物是连续相，哪种 聚合物是分散相。这 对决定共混物的性能 十分重要。
• 聚合物共混改性的研究是受到冶金行业中合 金制造的启示而发展起来的，但高分子合金 的概念并不等同于聚合物共混物。 • 高分子合金是指含多种组分的聚合物均相或 多相体系，包括聚合物共混物和嵌段、接枝 共聚物。
• 高分子合金材料通常应具有较高的力学性能， 可用作工程塑料。
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共混改性的基本方法
物理共混 化学共混
• 在聚合物共混中形成的均相体系，显然 不同于小分子混合时所可能达到的均相 体系。已有的研究结果表明，在高分子 领域，即使是在均聚物中，亦会有非均 相结构存在。在结晶聚合物中有晶区与 非晶区的差别。 • 对于聚合物共混物，更无法实现绝对的 “均相”。因此，只能为聚合物共混物 的均相体系确定一个较为现实的判定标 准。
4
• 本课程在聚合物共混改性部分只介绍物
理共混和附属于物理共混的物理 /化学共
混，而将在化学改性部分（第5章）介绍 聚合物互穿网络（IPN）等内容。
5ห้องสมุดไป่ตู้
聚合物共混的定义
如果将聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内，则可 对聚合物共混作出如下定义：
聚合物共混，是指两种或两种 以上聚合物经混合制成宏观均匀物
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连续相体现共混物的基 本性能，尤其是力学 性能。如： • 模量 • 弹性 • 强度等 塑料是连续相，共混物 类似塑料； 橡胶是连续相，共混物 类似橡胶。
分散相对： • 内耗生热 • 抗冲性能 • 气体扩散 • 传热 • 渗透 • 粘着 • 光学性能等 有重要影响。
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例：BR/PS体系
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共混工艺条件、配方
共混物形态
共混物性能
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共混物形态的划分
• 共混物的形态多种多样，可分为“两大体系三 种基本类型”： ①均相体系； ②非均相体系 “海 - 岛结构”，为一种两相体系，且一相为 连续相，一相为分散相 “海-海结构”， 也是两相体系，但两相皆为 连续相，相互贯穿。
19
示意图
20
物理/化学共混
9
按共混时物料的状态
熔融共混 溶液共混 乳液共混
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1．熔融共混
熔融共混是将聚合物组分加热到熔融状态 后进行共混 。 应用极为广泛的一种共混
方法。在工业上，熔融共混是采用密炼 机、开炼机、挤出机等加工机械进行的， 是一种机械共混的方法。通常所说的机 械共混，主要就是指熔融共混。熔融共 混是最具工业应用价值的共混方法。
• 在聚合物共混物的不同形态结构中，两 相体系（特别是以熔融共混法制备的 “海-岛结构”两相体系）比均相体系更 具重要性。这首先是因为均相体系与两 相体系在数量上的差异。研究结果表明， 能够形成均相体系的聚合物对是很少的， 只发现了100多种。而能够形成两相体系 的聚合物对却要多得多。这样，研究和 应用两相体系就比均相体系有更多的选 择余地。
• 易熔聚合物，若温度过高，设备制造困 难。 • 各组分熔融温度和热分解温度相近。 • 熔体粘度相近。 • 弹性模量值悬殊不大，否则会受力不均， 剪切力主要集中在弹性模量高的组分上。 • 初混、增加混炼次数有利。但应注意降 解。
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2．溶液共混
与熔融共混不同，溶液共混主要应用于基 础研究领域。溶液共混是将聚合物组分溶于溶 剂后，进行共混。该方法具有简便易行、用料 量少等特点，特别适合于在实验室中进行的某 些基础研究工作。在实验室研究中，通常是将 经溶液共混的物料浇铸成薄膜，测定其形态和 性能。
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• 更重要的是，均相体系共混物的性能往 往介于各组分单独存在时的性能之间； 而两相体系共混物的性能，则有可能超 出（甚至是大大超出）各组分单独存在 时的性能。 • 就总体而言，两相体系的实际应用价值 大大高于均相体系。因此，两相体系在 研究与应用中就比均相体系受到了更多 的关注与重视。
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共混物的“均相”概念
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3．乳液共混
乳液共混是将两种或两种以上的聚合物乳液进
行共混的方法。 如果共混产品可以以乳液的
形式应用（如用作乳液型涂料或粘合剂）， 则可以考虑采用乳液共混的方法。
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关于共混物形态的基本概念
聚合物共混物的形态是聚合物共混改性研究的 一个重要内容。这是因为： • 共混物的形态与共混物的性能有密切关系 • 共混物的 形态 又受到共混 工艺条件和共混物 组分配方的影响 • 于是，共混物的形态研究就成了研究共混工 艺条件和共混物组分配方与共混物性能的关 系的重要的中间环节。
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熔融共混过程示意
聚合物Ⅰ 初混 聚合物Ⅱ 直接成型为部件 熔融共混 粉碎 造粒 粉状共混料 粒状共混料
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熔融共混法的优点
• 原料准备操作简单。 • 熔融时，扩散对流作用激化，强剪切分 散作用，相畴较小。 • 强剪切及热的作用下，产生一定数量的 接枝或嵌段共聚物，促进体系相容性。
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选择熔融共混时，应注意
第二章 共混改性基本原理
1
2.1基本概念
2
聚合物共混的概念
按最宽泛的聚合物共混概念，共混 改性应包括 • 物理共混 • 化学共混 • 物理/化学共混
3
• 物理共混（blend）就是通常意义上的 “混合”，简单的机械共混。 • 物理/化学共混（就是通常所称的反应 共混）是在物理共混的过程中兼有化 学反应，可附属于物理共混； • 化学共混则包括了接枝、嵌段共聚及 聚合物互穿网络（IPN）等，已超出通 常意义上的“混合”的范畴，而应列 入聚合物化学改性的领域了。