共混物相界面
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第5章 共混物的相界面
聚合物表面张力的测定
接触角法
接触角θ 的大小，可反映固体与液体相互浸 润的情况。若θ ＜90°，则表明浸润良好， 若θ ＞90°，则表示浸润不良。
除接触角外，聚合物表面张力还有以下方法
熔体外推法 相对分子量外推法 内聚能密度估算法 等张比体积加和法
聚合物表面张力的相关因素
聚合物的表面张力与温度的关系
第五章 聚合物共混物的相界 面
主要内容
聚合物共混物的界面 共混物界面上的扩散与界面层结构 改善界面层的方法 不相容聚合物共混物的增容
概述
界面对高聚物共混体系和高聚物基复合材料的力学性能起 到非常关键的作用；
界面能提供应力的传递，又能阻断裂纹的扩展以及在一定 的情况下将以脱粘和滑动摩擦等形式来吸收在承受外力时
诱导效应
诱导结晶，可形成微小的晶体，避免形成大的球晶， 对提高材料的性能具有重要作用。
声学、电学、热学效应等
界面层对性能的重要性
聚合物共混物中界面相的组成、结构与独立的相区有所不 同，它对聚合物共混物的性能，特别是力学性能有着重要 的影响。 聚合物共混物中两相之间的界面如果分得非常清楚，两相 中的分子或链段互不渗透，相间的作用力必然很弱，这样 的体系必然不会有好的强度。 力学相容的共混物在界面层内两相的分子链共存，两种聚 合物分子链段在这里互相扩散、渗透，形成相间的过渡区， 它对稳定两相结构的形态，提高相间界面粘结力，进而提 高共混物材料的力学性能起着很大作用。
共混物中两种聚合物之间相互扩散的示意图
界面层的结构组成和独立相区的差别
① 两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一 浓度梯度；
② 分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚 合物的平均密度；
高分子的共混物的形态结构
利用可见光和透镜系统观察共混 物中各组分的分散状态和相结构。
电子显微镜
利用电子束代替可见光，提供更 高的分辨率和更深入的内部结构
信息。
原子力显微镜
通过测量探针与样品表面原子间 的相互作用力，获得样品表面的
三维形貌和纳米级结构信息。
散射技术
光散射
01
测量共混物中光子的散射强度、角度和偏振状态，推断出共混
力学性能
拉伸强度
高分子共混物的拉伸强度取决于各组分的力学性能和相互 作用。当共混物中各组分的相容性好、分散均匀时，拉伸 强度通常较高。
冲击韧性
冲击韧性是指材料在受到冲击时吸收能量并抵抗破坏的能 力。高分子共混物的冲击韧性受到各组分的韧性、界面结 合力等因素的影响。
硬度
硬度是指材料抵抗局部压力产生形变的能力。高分子共混 物的硬度取决于各组分的硬度以及它们之间的相互作用。
耐氧化性能
高分子共混物在长时间使用过程中可能会受到氧 化的影响，导致性能下降。耐氧化性能取决于各 组分的化学稳定性以及它们之间的相互作用。
耐化学腐蚀性能
高分子共混物在接触化学介质时可能会发生腐蚀 或溶胀现象。耐化学腐蚀性能取决于各组分的化 学稳定性以及它们之间的相互作用。
06 高分子共混物的形态结构 调控与应用
利于形成稳定的形态结构。
02
填料与增强剂
填料和增强剂的加入可以改变高分子共混物的力学性能和形态结构，如
提高强度、增加刚性等。
03
其他添加剂
如抗氧剂、光稳定剂等添加剂的加入也会影响高分子共混物的形态结构，
这些添加剂可能会与高分子链发生相互作用，从而影响其聚集态和相态
行为。
05 高分子共混物的形态结构 与性能关系
热学性能
电子显微镜
利用电子束代替可见光，提供更 高的分辨率和更深入的内部结构
信息。
原子力显微镜
通过测量探针与样品表面原子间 的相互作用力，获得样品表面的
三维形貌和纳米级结构信息。
散射技术
光散射
01
测量共混物中光子的散射强度、角度和偏振状态，推断出共混
力学性能
拉伸强度
高分子共混物的拉伸强度取决于各组分的力学性能和相互 作用。当共混物中各组分的相容性好、分散均匀时，拉伸 强度通常较高。
冲击韧性
冲击韧性是指材料在受到冲击时吸收能量并抵抗破坏的能 力。高分子共混物的冲击韧性受到各组分的韧性、界面结 合力等因素的影响。
硬度
硬度是指材料抵抗局部压力产生形变的能力。高分子共混 物的硬度取决于各组分的硬度以及它们之间的相互作用。
耐氧化性能
高分子共混物在长时间使用过程中可能会受到氧 化的影响，导致性能下降。耐氧化性能取决于各 组分的化学稳定性以及它们之间的相互作用。
耐化学腐蚀性能
高分子共混物在接触化学介质时可能会发生腐蚀 或溶胀现象。耐化学腐蚀性能取决于各组分的化 学稳定性以及它们之间的相互作用。
06 高分子共混物的形态结构 调控与应用
利于形成稳定的形态结构。
02
填料与增强剂
填料和增强剂的加入可以改变高分子共混物的力学性能和形态结构，如
提高强度、增加刚性等。
03
其他添加剂
如抗氧剂、光稳定剂等添加剂的加入也会影响高分子共混物的形态结构，
这些添加剂可能会与高分子链发生相互作用，从而影响其聚集态和相态
行为。
05 高分子共混物的形态结构 与性能关系
热学性能
第2章 聚合物共混改性原理
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2.1.5 聚合物共混物的分类 2.1.5.1 按共混物形态分类
均相体系和两相体系，其中，两相体系又可分为 “海-岛结构” 两相体系和“海-海结构”两相体系。 “海-岛结构”两相体系在聚合物共混物中是普遍存在 的。工业应用的绝大多数聚合物共混物都属“海-岛结 构”两相体系。 “海-海结构”两相体系，可见诸于聚合物互穿网络 （IPN）之中。此外，机械共混亦可得到具有“海-海 结构”的共混物。
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2.1.4 关于相容性的基本概念
2.1.4.1 完全相容，部分相容与不相容
相容性，是指共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观 均匀材料的能力。不同聚合物对之间相互容纳的能力， 是有着很悬殊的差别的。某些聚合物对之间，可以具 有极好的相容性；而另一些聚合物对之间则只有有限 的相容性；还有一些聚合物对之间几乎没有相容性。 由此，可按相容的程度划分为完全相容、部分相容和 不相容。相应的聚合物对，可分别称为完全相容体系、 部分相容体系和不相容体系。
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2.2.4.4 黏度比、剪切应力及界面张力的综合影响
(1) 黏度比λ与分散相粒径的关系
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2.2.4.5 其它因素的影响
如前所述，共混组分的熔体黏度及两相间的黏度 比对共混物的形态有重要影响。而聚合物的熔体黏度 是受到熔融温度的影响的，这就使得共混过程中的加 工温度可以通过影响熔体黏度，进而影响聚合物共混 物的形态。共混物的形态，还与共混组分之间的相容 性密切相关。完全相容的聚合物对，可形成均相共混 体系；部分相容的聚合物对，则可形成两相体系。
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6 第三章 聚合物共混物的相容性
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第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
二、测定方法 2. 光学显微镜法
光学显微镜包括透射光显微镜、反射光显微镜、暗场显微镜、 偏光显微镜、相差显微镜和干涉显微镜。光学显微镜可以直接 观察大块试样，但分辨率受光波衍射的限制，仅能提供微米数 量级的形貌细节（～200nm）。 透射光显微镜：可观察不透明的，有色的试样，要求试样制得 很薄。但对于透明物，由于反差太低，观察不清。 反射光显微镜：试样不透明，比较厚，可以观察表面结构。 暗场显微镜（或超显微镜）：利用粒子对光的散射来推断两相 结构。高强度的光垂直于光轴可以观察到远远小于显微分辨能 力的散射光的粒子。但一般不常用于聚合物－聚合物体系的研 究。
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第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
各种分子量聚异丁烯—聚苯乙烯混合物的浊点（C.P.）曲线
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第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
二、测定方法 1. 目测法（浊度法）
这种方法的优点是实验仪器和实验过程较为简单。 但在机理上也存在着一定的缺陷。 如果出现以下情况，即使共混物中各相分离，其试 样也是光学透明的：（1）共混物中各相的折射率 相近；（2）共混物中各相的粒子尺寸远小于可见 光的波长；（3）试样太薄；（4）共混物的分散相 的含量太小。同时，人的视觉差异等因素也会影响 测试结果。
聚合物共混改性
材料科学与工程学院
戴亚辉
第三章 聚合物共混的相容性
第三章 聚合物共混物的相容性
1 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 聚合物共混物相容性的基本概念 聚合物共混物相容热力学理论 聚合物共混物相分离机理 影响聚合物共混物相容性的因素 聚合物相容性的判据及测定方法 聚合物共混物的相界面
第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
二、测定方法 2. 光学显微镜法
光学显微镜包括透射光显微镜、反射光显微镜、暗场显微镜、 偏光显微镜、相差显微镜和干涉显微镜。光学显微镜可以直接 观察大块试样，但分辨率受光波衍射的限制，仅能提供微米数 量级的形貌细节（～200nm）。 透射光显微镜：可观察不透明的，有色的试样，要求试样制得 很薄。但对于透明物，由于反差太低，观察不清。 反射光显微镜：试样不透明，比较厚，可以观察表面结构。 暗场显微镜（或超显微镜）：利用粒子对光的散射来推断两相 结构。高强度的光垂直于光轴可以观察到远远小于显微分辨能 力的散射光的粒子。但一般不常用于聚合物－聚合物体系的研 究。
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第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
各种分子量聚异丁烯—聚苯乙烯混合物的浊点（C.P.）曲线
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第五节 聚合物相容性的判据及测定方法
二、测定方法 1. 目测法（浊度法）
这种方法的优点是实验仪器和实验过程较为简单。 但在机理上也存在着一定的缺陷。 如果出现以下情况，即使共混物中各相分离，其试 样也是光学透明的：（1）共混物中各相的折射率 相近；（2）共混物中各相的粒子尺寸远小于可见 光的波长；（3）试样太薄；（4）共混物的分散相 的含量太小。同时，人的视觉差异等因素也会影响 测试结果。
聚合物共混改性
材料科学与工程学院
戴亚辉
第三章 聚合物共混的相容性
第三章 聚合物共混物的相容性
1 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 聚合物共混物相容性的基本概念 聚合物共混物相容热力学理论 聚合物共混物相分离机理 影响聚合物共混物相容性的因素 聚合物相容性的判据及测定方法 聚合物共混物的相界面
6 第三章 聚合物共混物的相容性
聚合物共混改性
材料科学与工程学院
戴亚辉
第三章 聚合物共混的相容性
第三章 聚合物共混物的相容性
1 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 聚合物共混物相容性的基本概念 聚合物共混物相容热力学理论 聚合物共混物相分离机理 影响聚合物共混物相容性的因素 聚合物相容性的判据及测定方法 聚合物共混物的相界面
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第四节 影响聚合物共混物相容性的因素
三、聚合物的极性
高分子的极性愈相近，其相容性愈好。极性越大，分子间 作用力越大。 由光谱和量热分析表明，分子间作用力是高分子相容的重 要因素。因此，极性高分子共混时相容性一般较好。 如在一定AN含量范围内PVC/NBR。
PVC与PCL（聚ε-己内酯）。
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第四节 影响聚合物共混物相容性的因素
二、共聚物的组成
对均聚物/共聚物体系，相容性与共聚物的组成有关。 PVC/NBR体系相容性与AN的含量有关，AN含量20~40% 时PVC/NBR的相容性不断增加。由电镜和Tg表明，AN含量 为18%和26%的NBR-18、NBR-26与PVC只是有限相容， 两相界面模糊，仅AN含量40%的NBR-40与PVC共混时才 是均相，只有一个Tg。 在PVC/EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）中相容性随醋酸乙烯 （VAc）含量的增加而增加，VAc含量为65~70%时共混物 为单相，45%时为两相。 PMMA/SAN(苯乙烯-丙烯腈无规共聚物）共混体系，AN含 量在9~27%范围内时，电镜和力学性能表明二者相容。 根据前述‘相容窗’理论，分子内的相互作用，与分子间 的相互作用，是影响共混物相容性的重要因素。
从光学显微镜法（形态法）的实验过程来看，各个 环节的干扰因素较多，观察到的微观结构尺寸较大 ，观察到的形态变化不连续，这些都限制了本方法 的更深入的应用。
材料科学与工程学院
戴亚辉
第三章 聚合物共混的相容性
第三章 聚合物共混物的相容性
1 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 聚合物共混物相容性的基本概念 聚合物共混物相容热力学理论 聚合物共混物相分离机理 影响聚合物共混物相容性的因素 聚合物相容性的判据及测定方法 聚合物共混物的相界面
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第四节 影响聚合物共混物相容性的因素
三、聚合物的极性
高分子的极性愈相近，其相容性愈好。极性越大，分子间 作用力越大。 由光谱和量热分析表明，分子间作用力是高分子相容的重 要因素。因此，极性高分子共混时相容性一般较好。 如在一定AN含量范围内PVC/NBR。
PVC与PCL（聚ε-己内酯）。
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第四节 影响聚合物共混物相容性的因素
二、共聚物的组成
对均聚物/共聚物体系，相容性与共聚物的组成有关。 PVC/NBR体系相容性与AN的含量有关，AN含量20~40% 时PVC/NBR的相容性不断增加。由电镜和Tg表明，AN含量 为18%和26%的NBR-18、NBR-26与PVC只是有限相容， 两相界面模糊，仅AN含量40%的NBR-40与PVC共混时才 是均相，只有一个Tg。 在PVC/EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）中相容性随醋酸乙烯 （VAc）含量的增加而增加，VAc含量为65~70%时共混物 为单相，45%时为两相。 PMMA/SAN(苯乙烯-丙烯腈无规共聚物）共混体系，AN含 量在9~27%范围内时，电镜和力学性能表明二者相容。 根据前述‘相容窗’理论，分子内的相互作用，与分子间 的相互作用，是影响共混物相容性的重要因素。
从光学显微镜法（形态法）的实验过程来看，各个 环节的干扰因素较多，观察到的微观结构尺寸较大 ，观察到的形态变化不连续，这些都限制了本方法 的更深入的应用。
聚合物多相体系
聚合物共混多相体系相界面研究摘要：本文着重总结了聚合物共混多想体系相界面的研究情况，分析了影响相界面性质的因素，阐述了相界面形成的原因，并对聚合物多相体系相界面研究的未来进行展望。
随着多种聚合物的研究和生产，单一的聚合物早已不能满足人类发展的需要，通过共混产生的多相聚合物应运而生。
多相聚合物的研究的基础之一，是多相聚合物界面研究。
界面的性质和特点决定了多相体系的性质和特点。
聚合物共混物的形态主要由两个动力学过程决定: 一个是剪切条件下颗粒的破裂过程, 另一个是颗粒的归并过程。
多相聚合物体系的相归并, 又称相聚集, 指热力学不相容的聚合物共混体系, 发生相分离后, 分散相粒子发生有效碰撞, 分散颗粒聚集而长大的过程[1]。
在聚合物材料科学中, 界面是一个非常重要的基本问题, 如粘接领域中粘接剂在界面的作用, 以及多相共混物中不同相区间界面相互作用通过研究不同聚合物材料间的粘接过程, 发现对于热力学相容的聚合物分子, 不同聚合物分子链经过界面向对方本体扩散至足够距离, 从而产生缠结。
界面层的形成多相聚合物体系相间界面层的形成可分为两步: 第一步是相间相互接触, 第二步是聚合物大分子链段之间相互扩散。
增加相间的接触面积有利于链段的相互扩散, 提高相间的作用力。
在混炼过程中为了加相间的接触面积, 提高分散程度, 可以采用有效的混炼机械、IPN 技术或添加增容剂等方法[2]。
相间相互接触时即发生链段之间的相互扩散。
当聚合物大分子具有相近的活性时, 大分子的链段就以相近的速度相互扩散; 若大分子的活性相差悬殊, 则发生单向扩散。
扩散的推动力是混合熵即链段的热运动。
若混合过程吸热, 熵增加最终为混合热所抵消。
扩散使聚合物的相界面两边产生明显的浓度梯度。
相界面以及相界面两边具有浓度梯度的区域构成了相间的界面层[3]。
复合体系中微观相界面对材料性能的影响近年已有不少使用无机刚性粒子对高分子进行增韧改性的研究, 在这些研究中大多因使用特殊的偶联剂处理无机刚性粒子表面, 获得了具有较高韧性和较好刚性的高分子复合材料[4]。
聚合物共混改性_思考题答案
❖1.试述聚合物共混的概念。
答：聚合物共混是指将两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成一种宏观上均匀，而且力学、热学、光学、电学及其他性能得到改善的新材料的过程，这种混合过程称为聚合物的共混改性，所得到的新的共混产物称为聚合物共混物，简称共混物。
❖2.共混物的形态学要素有哪些？答：1. 分散相和连续相；2. 分散相的分散状况；3. 两相体系的形貌；4. 相界面。
❖3.简述分散相颗粒分散过程的两种主要机理。
❖答：液滴分裂机理：分散相的大粒子，分裂成两个较小的粒子，然后，较小的粒子在进一步分裂，这一过程不断重复，直至平衡。
❖细流线破裂机理：分散相的大粒子，在拉伸应力下变形为细流线，细流线再在瞬间破裂成细小的粒子。
❖4.依据“液滴模型”，讨论影响分散相变形的因素。
答：Weber数粒径；连续相黏度；界面张力；熔体弹性；流动场；两相粘度比。
❖5.依据“双小球模型”，讨论影响分散相破碎的因素。
❖答：K值的影响；r*值的影响；初始位置（分散相粒径）的影响❖6.采用哪些方法，可以对聚合物熔体黏度进行调控。
❖答：调节剪切应力；通过助剂调节；调节共混组分的相对分子量。
❖1.影响共混物性能的因素有哪些？❖答：一、各组分的性能与配比的影响；二、共混物形态的影响；三、制样方法和条件的影响；四、测试方法与条件的影响❖2.试述聚合物大形变时的形变机理及两种过程。
❖答：玻璃态聚合物大形变时的形变机理包含两种可能的过程❖剪切形变过程：剪切过程包括弥散型的剪切屈服形变和形成局部剪切带两种情况。
剪切形变只是使物体形状改变，分子间的内聚能和物体的密度基本上不受影响。
❖银纹化过程：银纹化过程则使物体的密度大大下降。
这两种机理各自所占的比重与聚合物结构及实验条件有关。
❖3.形成局部应变的两种原因是什么？❖答：1）是纯几何的原因（试样截面积的波动）。
这种纯几何的原因仅在一定的负荷条件下才会产生局部应变❖2）应变软化（材料对应变的阻力随应变的增加而减小）。
聚合物共混物的相形态控制——原位共聚物的界面拔出
相 界面 张力 ， 缓 分 散 相 之 间 的相 互 凝 聚 ， 混 物 的 减 共
相 分离 程度 得 到 大 大改 善 。 因此 ， 反应 性 共 混 物 的相 形 态结 构 是 与 发 生 化 学 反 应 的 官 能 团 在 大 分 子 链 上 所处 的位 置 （ 端 或链 中 间 ）官 能 团 的反 应 活性 以及 链 、 含 量 有 关 。最 近 ， 不 同共 混 体 系 的 研 究 ｊ 现 ， 对 发
物合金新材料 开拓 了一 条经 济而 有效 的途径 。在热 力学 不相 容 的两 相 聚 合 物 共 混 体 系 中 ， 由组 分 聚合 物
分子 中的官 能 团在 相 界 面 产 生 偶 合 反 应 ， 位 生 成 由 原
用， 使界面 张力下 降 ， 分散 相畴 减小。但是 这类共 聚 物 必须 在 共 混 加 工 前 预 先 合 成 。 为 了减 少 成 本 和 简
潘 利 华
（ 东华大学 纤维材料改性 国家重点 实验室 ， 上海 ，００ １ ２０５ ）
摘要
结合 最 新 的 实验 结果 论 述 了在 聚 合 物 反 应 性 共 混过 程 中 的相 形 态 结 构 控 制 方 法 。 通 过 选 择 官 能 团在 组 分 聚合 物 分
子 上 的 位 置和 调 节 反 应 性 共 混 物 两相 的相 对组 成 。 可在 两相 界 面 上 原 位 生 成 不 同构 造 的 共 聚 物 分 子 ， 分析 了分 子 构造 与 界 面拔 出之 间 的 关 系 ； 过 改 变熔 融 共 混 剪 切 速 率 或共 混 物 的熔 体 粘 度 ， 述 了 外界 流 场 的作 用 强 度 对 共 聚 物 分 子 的 界 面 拔 通 评
于 离 开界 面 并 以微 胞 （ 干 个 共 聚 物 分 子 的 聚 集 体 ） 若 的形 式 进 入 聚合 物 Ａ相 。但 是 ， 这一 理论 仅 适 用 于 没
相 分离 程度 得 到 大 大改 善 。 因此 ， 反应 性 共 混 物 的相 形 态结 构 是 与 发 生 化 学 反 应 的 官 能 团 在 大 分 子 链 上 所处 的位 置 （ 端 或链 中 间 ）官 能 团 的反 应 活性 以及 链 、 含 量 有 关 。最 近 ， 不 同共 混 体 系 的 研 究 ｊ 现 ， 对 发
物合金新材料 开拓 了一 条经 济而 有效 的途径 。在热 力学 不相 容 的两 相 聚 合 物 共 混 体 系 中 ， 由组 分 聚合 物
分子 中的官 能 团在 相 界 面 产 生 偶 合 反 应 ， 位 生 成 由 原
用， 使界面 张力下 降 ， 分散 相畴 减小。但是 这类共 聚 物 必须 在 共 混 加 工 前 预 先 合 成 。 为 了减 少 成 本 和 简
潘 利 华
（ 东华大学 纤维材料改性 国家重点 实验室 ， 上海 ，００ １ ２０５ ）
摘要
结合 最 新 的 实验 结果 论 述 了在 聚 合 物 反 应 性 共 混过 程 中 的相 形 态 结 构 控 制 方 法 。 通 过 选 择 官 能 团在 组 分 聚合 物 分
子 上 的 位 置和 调 节 反 应 性 共 混 物 两相 的相 对组 成 。 可在 两相 界 面 上 原 位 生 成 不 同构 造 的 共 聚 物 分 子 ， 分析 了分 子 构造 与 界 面拔 出之 间 的 关 系 ； 过 改 变熔 融 共 混 剪 切 速 率 或共 混 物 的熔 体 粘 度 ， 述 了 外界 流 场 的作 用 强 度 对 共 聚 物 分 子 的 界 面 拔 通 评
于 离 开界 面 并 以微 胞 （ 干 个 共 聚 物 分 子 的 聚 集 体 ） 若 的形 式 进 入 聚合 物 Ａ相 。但 是 ， 这一 理论 仅 适 用 于 没
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第9页/共88页
界面层示意图
两相之间的粘合
就两相之间粘合力性质而言，界面层有两种 基本类型：
? 两相之间存在化学键，例如接枝和嵌段共聚物的 情况；
? 两相之间仅靠次价力作用而粘合，如一般机械法 共混物的情况。
第10页/共88页
共混物界面上的扩散现象
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Kryszewski 等将PP片与 PE片叠合起来制成 层叠试样 ，并用偏光显微镜和红外吸收光 谱仪来观察合拢后的高聚物界面上的输运现象。实验发现随着热处理时间的延续，界面 上发生两相的高聚物以 100μ m·h -1的速度相互输运，即 1h左右即可达到 100 μ m的异种 分子的相互扩散层。
第15页/共88页
界面层结构
? 机械共混物中两种大分子链段在界面互相扩散的 程度主要取决于两种聚合物的溶解度参数、界面 张力和分子量等因素。
? 溶解度参数相近，两种分子容易相互扩散，界面 层较宽；完全不相容的共混体系，不会形成界面 层。
? 两种聚合物的表面张力接近，界面张力小，有利 于两相聚合物分子相互湿润和扩散。
第3页/共88页
界面层的形成
聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤 : 第一步是两相之间的相互接触； 第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。
第4页/共88页
? 聚合物大分子链段的相互扩散有两种情况： ? 若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两大
分子链段以相近的速度相互扩散； ? 若两大分子的活动性相差很大，则两相之间扩散
间是很短的。
第14页/共88页
嵌段共聚物微区消失与生成过程的示意
Hashimoto 等人把苯乙 烯与异戊二烯的嵌段共混 物在高温下用 X 射线小角有 散射来测定分相微区的消 失速度 。这种在室温下的 微区分相到高温时的链段 彼此均匀溶解状态，在 200 ℃时只须1min 。这是 因为微区的尺寸在几十纳 米时能够在短时间内实现 分子重排所致。
? 研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作 用、界面上的残余应力、环境对界面的作用以及这些因素 对整体力学性能的影响，目的在于弄清关系以便找到提高 这种材料性能的有效措施。
第2页/共88页
聚合物共混物的界面
两种聚合物的共混物中存在三种区域结构： 两种聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。 界面层也称为过渡区，在此区域发界面层的结 构，特别是两种聚合物之间的粘合强度，对共混 物的性质，特别是力学性能有决定性的影响。
踪聚己内酰胺与聚氯乙稀的相互溶解过程，并由此来研究
两个分子态高聚物的相容性。除了对这种体系的共混物在
实验中观察界面接触层图像外，还追踪在界面上浓度分配
的时间变化，由此求出这两种高聚物之间的相互扩散系数
D。D大约处在10 -12 cm 2·s-1 的范围内。
?
根据E-instein
公式：
1
x ? (Dt ) 2
速度差别很大，甚至发生单向扩散。
第5页/共88页
两聚合物大分子链段相
互扩散的结果是两相均会
产生明显的浓度梯度，如
图所示，聚合物 1 向聚合物
2 扩散时，其浓度逐渐诚小，
同样聚合物 2 在向聚合物 1
扩散时，共浓度逐渐减小，
最终形成聚合物共存区， 这个区域即为界面层。
界面层中两种聚合物链段的浓度梯度 1、聚合物1链段浓度 2、聚合物2链段浓度
? 在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以进入对 方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范围内同时存在 两种大分子链段，通常把这一定的厚度范围称为过渡层。
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共混物相界面形态的两个基本模型
(a) 不相容体系、或相容性很小的体系，I组分与Ⅱ组分之间有 过渡层。
(b) 两相组分之间具有一定相容性，I 组分与Ⅱ组分之间存在一 个过渡层。
主要内容
? 聚合物共混物的界面 ? 共混物界面上的扩散与界面层结构 ? 改善界面层的方法 ? 不相容聚合物共混物的增容
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概述
? 界面对高聚物共混体系和高聚物基复合材料的力学性能起 到非常关键的作用；
? 界面能提供应力的传递，又能阻断裂纹的扩展以及在一定 的情况下将以脱粘和滑动摩擦等形式来吸收在承受外力时 所产生的破坏能。
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界面层厚度
界面层的厚度主要取决于两 种聚合物的界面相容性，此外还 与大分子链段的尺寸、组成以及 相分离条件有关。不相容的聚合 物，链段之间只有轻微的相互扩 散，界面层厚度很小，而且聚合 物之间的相界面很明显。随着聚 合物的相容性增加，扩散程度增 大，相界面越来越模糊，界面层 厚度越来越大，两相的黏合力增 大。完全相容的聚合物最终形成 均相，相界面消失。
可以算出t 秒钟时的平
均扩散距离。结果t=1s 时，x=10nm ；t=5s ，
x=24.5nm ；t=1min ，x=77.5nm ；t=1h ，
x=600nm 。由此可见，界面上发生的输运速度是足够快
的。如果从共混物界面厚度理论值的数量级来看，几个纳
米的界面扩散应发生在1s 之内，说明界面达到平衡的时
PE相与PP相在180℃时的相互运输现象（曲线上 的数字是PE支化度的表示，数字越小则支化度越大）
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界面上的扩散交叉现象示意图
在热处理中由于 热运动产生的相互 扩散对流，使接触 面形成凹凸交叉的 结果。
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? Price 等用装有X 射线光电子能量谱装置的扫描电镜来追
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两种聚合物共混时，相互接触的界面层 可能出现三种情况：
? 由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两种大分 子链段强烈相互扩散，在强大的机械剪切力作用下，彼此结合 成为一种物质，这时已无相的界面存在，形成单相匀一状态。
? 聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表面的扩 散，此时界面比较明显。
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两种分子链段在 界面层充分接触， 相互渗透，以次 价力相互作用， 形成较强的界面 粘结力。
共混物中两种聚合物之间相互扩散的示意图
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界面层的结构组成和独立相区的差别
① 两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一 浓度梯度；
② 分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚 合物的平均密度；
界面层示意图
两相之间的粘合
就两相之间粘合力性质而言，界面层有两种 基本类型：
? 两相之间存在化学键，例如接枝和嵌段共聚物的 情况；
? 两相之间仅靠次价力作用而粘合，如一般机械法 共混物的情况。
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共混物界面上的扩散现象
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Kryszewski 等将PP片与 PE片叠合起来制成 层叠试样 ，并用偏光显微镜和红外吸收光 谱仪来观察合拢后的高聚物界面上的输运现象。实验发现随着热处理时间的延续，界面 上发生两相的高聚物以 100μ m·h -1的速度相互输运，即 1h左右即可达到 100 μ m的异种 分子的相互扩散层。
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界面层结构
? 机械共混物中两种大分子链段在界面互相扩散的 程度主要取决于两种聚合物的溶解度参数、界面 张力和分子量等因素。
? 溶解度参数相近，两种分子容易相互扩散，界面 层较宽；完全不相容的共混体系，不会形成界面 层。
? 两种聚合物的表面张力接近，界面张力小，有利 于两相聚合物分子相互湿润和扩散。
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界面层的形成
聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤 : 第一步是两相之间的相互接触； 第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。
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? 聚合物大分子链段的相互扩散有两种情况： ? 若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两大
分子链段以相近的速度相互扩散； ? 若两大分子的活动性相差很大，则两相之间扩散
间是很短的。
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嵌段共聚物微区消失与生成过程的示意
Hashimoto 等人把苯乙 烯与异戊二烯的嵌段共混 物在高温下用 X 射线小角有 散射来测定分相微区的消 失速度 。这种在室温下的 微区分相到高温时的链段 彼此均匀溶解状态，在 200 ℃时只须1min 。这是 因为微区的尺寸在几十纳 米时能够在短时间内实现 分子重排所致。
? 研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作 用、界面上的残余应力、环境对界面的作用以及这些因素 对整体力学性能的影响，目的在于弄清关系以便找到提高 这种材料性能的有效措施。
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聚合物共混物的界面
两种聚合物的共混物中存在三种区域结构： 两种聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。 界面层也称为过渡区，在此区域发界面层的结 构，特别是两种聚合物之间的粘合强度，对共混 物的性质，特别是力学性能有决定性的影响。
踪聚己内酰胺与聚氯乙稀的相互溶解过程，并由此来研究
两个分子态高聚物的相容性。除了对这种体系的共混物在
实验中观察界面接触层图像外，还追踪在界面上浓度分配
的时间变化，由此求出这两种高聚物之间的相互扩散系数
D。D大约处在10 -12 cm 2·s-1 的范围内。
?
根据E-instein
公式：
1
x ? (Dt ) 2
速度差别很大，甚至发生单向扩散。
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两聚合物大分子链段相
互扩散的结果是两相均会
产生明显的浓度梯度，如
图所示，聚合物 1 向聚合物
2 扩散时，其浓度逐渐诚小，
同样聚合物 2 在向聚合物 1
扩散时，共浓度逐渐减小，
最终形成聚合物共存区， 这个区域即为界面层。
界面层中两种聚合物链段的浓度梯度 1、聚合物1链段浓度 2、聚合物2链段浓度
? 在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以进入对 方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范围内同时存在 两种大分子链段，通常把这一定的厚度范围称为过渡层。
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共混物相界面形态的两个基本模型
(a) 不相容体系、或相容性很小的体系，I组分与Ⅱ组分之间有 过渡层。
(b) 两相组分之间具有一定相容性，I 组分与Ⅱ组分之间存在一 个过渡层。
主要内容
? 聚合物共混物的界面 ? 共混物界面上的扩散与界面层结构 ? 改善界面层的方法 ? 不相容聚合物共混物的增容
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概述
? 界面对高聚物共混体系和高聚物基复合材料的力学性能起 到非常关键的作用；
? 界面能提供应力的传递，又能阻断裂纹的扩展以及在一定 的情况下将以脱粘和滑动摩擦等形式来吸收在承受外力时 所产生的破坏能。
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界面层厚度
界面层的厚度主要取决于两 种聚合物的界面相容性，此外还 与大分子链段的尺寸、组成以及 相分离条件有关。不相容的聚合 物，链段之间只有轻微的相互扩 散，界面层厚度很小，而且聚合 物之间的相界面很明显。随着聚 合物的相容性增加，扩散程度增 大，相界面越来越模糊，界面层 厚度越来越大，两相的黏合力增 大。完全相容的聚合物最终形成 均相，相界面消失。
可以算出t 秒钟时的平
均扩散距离。结果t=1s 时，x=10nm ；t=5s ，
x=24.5nm ；t=1min ，x=77.5nm ；t=1h ，
x=600nm 。由此可见，界面上发生的输运速度是足够快
的。如果从共混物界面厚度理论值的数量级来看，几个纳
米的界面扩散应发生在1s 之内，说明界面达到平衡的时
PE相与PP相在180℃时的相互运输现象（曲线上 的数字是PE支化度的表示，数字越小则支化度越大）
第12页/共88页
界面上的扩散交叉现象示意图
在热处理中由于 热运动产生的相互 扩散对流，使接触 面形成凹凸交叉的 结果。
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? Price 等用装有X 射线光电子能量谱装置的扫描电镜来追
第6页/共88页
两种聚合物共混时，相互接触的界面层 可能出现三种情况：
? 由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两种大分 子链段强烈相互扩散，在强大的机械剪切力作用下，彼此结合 成为一种物质，这时已无相的界面存在，形成单相匀一状态。
? 聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表面的扩 散，此时界面比较明显。
第16页/共88页
两种分子链段在 界面层充分接触， 相互渗透，以次 价力相互作用， 形成较强的界面 粘结力。
共混物中两种聚合物之间相互扩散的示意图
第17页/共88页
界面层的结构组成和独立相区的差别
① 两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一 浓度梯度；
② 分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚 合物的平均密度；