高分子材料的强度 破坏与增韧
高分子材料的变形行为
高分子材料的变形行为高分子材料是一种由长链分子组成的材料，具有许多独特的物理和化学性质。
它们广泛应用于各个领域，如塑料制品、纺织品、医疗器械等。
在使用过程中，高分子材料的变形行为对其性能和应用起着至关重要的作用。
一、弹性变形高分子材料在受到外力作用时具有一定的弹性变形能力。
当外力作用消失后，材料会恢复初始形状。
这种弹性变形主要是由于高分子材料内部的分子链的弹性回弹作用引起的。
高分子材料的分子链通常由相互之间的化学键连接，分子间的键长和键角可以通过变形来适应外力作用。
这种弹性变形可以使高分子材料具有良好的回弹性和柔韧性。
二、塑性变形高分子材料在受到较大的外力作用时，会发生塑性变形。
与弹性变形不同，塑性变形是指材料在外力作用下无法完全恢复其初始形状。
这是因为分子链在受到外力作用时会发生断裂或重新排列，使材料的内部结构发生改变。
塑性变形可以使材料产生更大的变形量，但也会降低材料的强度和刚度。
三、蠕变蠕变是高分子材料长期受到静态外力作用时发生的一种缓慢的变形现象。
这种变形主要是由于分子链的滑移和分子之间的长程运动引起的。
在高温和高应力的条件下，分子链会相互穿越和滑移，导致材料发生形变。
蠕变会导致高分子材料的尺寸和形状发生改变，影响其应用效果。
四、破坏行为高分子材料在受到较大外力作用时会发生破坏。
这种破坏行为可以分为脆性破坏和韧性破坏两种。
脆性破坏是指材料在受到外力作用后，突然发生断裂或破碎。
这种破坏主要是由于高分子材料内部的缺陷、孔隙或分子链的断裂引起的。
韧性破坏则是指材料在受力作用下逐渐发生塑性变形，并最终发生断裂。
不同材料的破坏行为取决于其分子结构、晶体结构和外力作用方式等因素。
五、变形行为的调控为了提高高分子材料的性能和延长其使用寿命，可以通过调控材料的变形行为来实现。
例如，可以通过添加增韧剂来提高材料的抗拉强度和韧性，减少塑性变形的发生。
也可以通过控制材料的分子链长度和分子间交联程度来改变材料的弹性行为。
高分子材料增韧机理
增韧机理
实际运用
研究进展
实际运用
• 弹性体增韧塑料实例 • 弹性体增韧塑料体系，早已获得了广泛的工业运用，譬如，PVC、 PS等通用性塑料，属于脆性集体，以弹性体对其增韧，至今仍是工业 上对塑料盖性的主要方法。 • 以PVC为例，可采用丁腈橡胶（NBR）、EPDM等弹性体对其增韧 改性。为了改善PVC的抗冲击性能，人们很早就采用橡胶与PVC共混 ，由于NBR/PVC相容性好，所以成为增韧PVC中常用的橡胶品种。 NBR与PVC的相容性与NBR中的丙烯腈含量有关。当AN的含量为 10~26%时，共混体系可获得较高的冲击性能。 • 然而，在弹性体增韧中，会随着弹性体用量的增大而是材料的刚性 下降，其加工流动性往往受到橡胶加工流动性差的影响。
PC/AS=90/10，冲击 强度达到峰值。 AS>10%， 冲击强度↙↙
增韧机理
实际运用
研究进展
研究进展
• 1、橡胶增韧树脂
• （1）环氧树脂增韧 • 环氧树脂固化物具有优良的机械性能、电气性能及粘接性能，在树脂 基复合材料、热固性塑料、涂料、胶粘剂和电子封装等领域中得到广 泛应用。但由于环氧树脂在固化过程中形成了高度交联的三维网状结 构，分子链间缺少滑动，再加上C—C键、C—O键的键能较小，表面 能较高，致使固化树脂内应力较大、性脆及延展性低，易产生裂纹。
• 刚性无机粒子增韧
• 主要包含3个阶段： • （1）应力集中，由于无机刚性粒子与聚合物基体具有不同的弹性， 无机刚性粒子在聚合物基体中作为应力集中点；（2）脱粘，当材料 发生形变时，应力集中使粒子周围产生三维应力，并导致粒子和基体 的界面脱粘。（3）剪切屈服，由于脱粘所造成的空洞使粒子周围基 体的应力状态从平面应变转变为平面应力，并诱导基体剪切形变，从 而耗散大量能量，提高复合材料韧性。
最新高分子物理名词解释24547
高分子物理名词解释24547近程结构：高分子中与结构单元相关的化学结构，包括结构单元的构造与构型远程结构：指与整个高分子链相关的结构构型：分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排布方式构象：分子链中单键内旋转所形成的原子或基团在空间的几何排列图像碳链高分子：高分子主链全部由碳原子组成，且碳原子之间以共价键连接而成的高分子杂链高分子：主链上除碳原子外，还有氧氮硫等其他原子存在，原子键以共价键相连接的高分子元素有机高分子：主链不含碳原子，由Si,B,P,Al,Ti,As,O等无机元素组成，侧基为有机取代基团链接异构：结构单元在分子链中因键接顺序或连接方式不同而形成的异构体序列异构：不同序列排布方式形成的键接异构体旋光异构：d型和l型旋光异构单元在分子链中排列方式不同而构成的异构体几何异构：根据内双键连接的两个碳原子上键接基团在键两侧的排列方式分出顺式和反式两种立体异构体，称为顺反异构体，也称为几何异构体全同立构：分子链中所有不对称碳原子均以相同的构型键接间同立构：分子链中的不对称碳原子分别以d型和l型交替键接无规立构：分子链中的不对称碳原子以d和l构型任意键接线性高分子：具有一维拓扑结构的线性长链，长径比大，每个分子链带有两个端基支化高分子：分子主链上带有与其化学组成相同而长短不一的支链的高分子，端基数目大于2交联网络：经交联后，分子链形成的具有一定强度的网状结构内旋转：与σ键相连的两个原子可以做相对旋转而不影响σ键电子云的分布，称为σ键的内旋转内旋转势垒：内旋转时需要消耗一定能量以克服所受的阻力，所需能量即为内旋转势垒内旋转势能差：内旋转异构体之间的势能差称为内旋转势能差静态分子链柔顺性：又称为平衡态柔顺性，指高分子链在热力学平衡条件下的柔顺性动态分子链柔顺性：指分子链在一定外界条件下，微构象从一种平衡态构象转变到另一种平衡态构象的速度或难易程度链段：如果人为的将若干个相互牵连的相邻σ键合并，看做一个相对独立的单元，即为链段均方末端距：均方末端距为末端距向量的平方按分子链构象分布求得的统计平均值均方旋转半径：均方旋转半径定义为从分子链质心到各质点的向量的平方以质点质量为权重的统计平均值伸展链：呈充分伸展的宏构象的高分子链自由连接链：假定分子链上化学键数目n相当大，各化学键之间自由连接每个键在任何方向取向的概率相等，不受键角的限制和位垒的障碍，内旋转完全自由，且分子量不占有体积自由旋转链：假定化学键在键角上的旋转是完全自由的，即每个单键可以在以键角的补角为半锥顶角的锥面上自由旋转，这种分子链模型即为自由旋转链模型等效自由连接链：将若干个相互连接的σ键合并成链段，视其为相对独立的单元，由于链段之间自由连接，高分子链可以视为以链段为统计单元的自由连接链，该模型为等效自由连接链模型Kuhn等效链段：等效自由连接链的等效结构单元是链段，也称为Kuhn等效链段Gauss链：链段数足够多，符合无规行走模型的要求，那么以链段为统计单元的分子链的构象也符合Gauss分布，称为Gauss链模型Flory特征比：定义为无扰均方末端距与自由链模型计算的均方末端距之比值凝聚态结构：在不同外部条件下，高分子链可能以无规线团构象堆砌，也可能排列整齐呈伸展链，折叠链，及螺旋链等构象，形成不同的有序晶相结构分子间作用力：主价键完全饱和的原子，仍有吸引其他分子中饱和原子的能力，这种作用力称为分子间作用力范德华力：分子间静电相互作用，主要指分子间静电引力，称为范德华力氢键：本质是氢原子参与形成的一种相当弱的化学键憎水相互作用：高分子链结构中的各类基团，可分为亲水基团和疏水基团，表面活性剂溶于水中，由于该作用，按浓度不同聚集成胶束，单层膜，双层膜，微泡体等结构内聚能密度：把一摩尔液体或固体的分子分离到分子引力范围以外所需要的能量，用于度量分子间作用力晶胞参数：分为三个边长参数和三个夹角参数，根据参数不同分为七大晶系等同周期：分子链排列时以相同结构单元重复出现的周期长度单晶：高分子链以折叠方式形成的晶片球晶：聚合物在无应力状态下从溶液或熔体结晶得到的一种最为普遍的结晶形态折叠链晶片：在一般温度场中结晶，分子链多沿晶片厚度方向反复折叠排列，形成折叠链晶片伸展链晶片：在强应力场中结晶，分子链易于沿应力方向伸展排列形成伸展链晶片纤维状晶：既有伸展链晶体又有折叠链片晶串晶：以纤维晶为结晶中心，在其周围生长出许多折叠链晶片，与纤维晶一起构成串状结构结晶度：晶区部分在聚合物总量中所占的质量分数或体积分数结晶速率：表征结晶的快慢异相成核：依靠外来杂质或加入的成核剂，或容器壁作为晶体的生长点均相成核：由热运动形成分子链局部有序，生成有一定体积而热力学稳定的晶核，晶核的化学组成与后生长的晶体相同熔点：结晶聚合物的熔点一般指晶体完全融化时的温度熔限：结晶聚合物的熔化温度范围无规线团：在非晶聚合物中，高分子链为柔性链，大量分子链以无规线团状互相穿插，缠结在一起，无局部有序结构，分子链间存在空隙，称为无规线团模型无定形态：以非晶态或非晶态占绝对优势的聚合物称为无定型聚合物取向度：材料的取向程度单轴取向：指材料只沿一个方向拉伸，分子链或链段沿拉伸方向排列双轴取向：指材料沿两个互相垂直的方向拉伸，分子链或链段处于与拉伸平面平行排列的状态，但平面内结构单元的排列可能是无序的液晶：介于液态和晶态之间的中介状态热致性液晶：由于温度导致分子运动能力变化，在液固相变过程中形成的中间态熔致性液晶：由于有机分子溶液浓度变化，在憎水作用下，形成的有机分子溶质有序排列机构织态结构：多相高分子材料由于成分复杂，凝聚态也相对复杂，这类凝聚态结构称为织态结构高分子共混物：两种或两种以上高分子材料的物理混合物填充改性高分子材料：通过填充使材料获得新的功能及性质，提高其性价比软物质：包括液晶材料，高分子材料，两亲分子，生物有机材料和胶体等多尺度性：从空间尺度的角度去理解即为多层次性运动单元的多重性：高分子材料具有多层次，多类型的复杂结构，决定着其分子运动单元和运动模式也是多层次，多类型的形变-温度曲线：在一定载荷和恒速升温条件下式样形变与温度的关系力学状态：材料力学性能规定的物质存在状态玻璃态：温度低，分子热运动能量低，分子链及链段的运动均处于冻结状态，弹性模量高，形变小，外力撤去后形变立即恢复高弹态：温度升高，热运动加剧，链段具有充分运动能力，模量小，形变大外力撤去后形变可恢复粘流态：自由体积进一步增大，链段协同运动加剧，在外力作用下分子链质心发生相对位移的运动占优势，具有明显的粘性流动特征，材料呈熔体状玻璃化转变：由玻璃态转变为高弹态，自由体积增大，链段运动解冻黏流转变：由高弹态转变为粘流态，链段可沿外力方向协同运动，分子链解缠结，分子质心发生相对位移分解温度：分解温度指处于粘流态的聚合物当温度进一步升高时，便会使分子链的降解加剧，升至使聚合物分子链明显降解时的温度为分解温度脆化温度：以具有一定能量的冲锤冲击试样时，当试样开裂几率达到50%时的温度称脆化温度自由体积：分子尺寸的空穴和堆砌形成的空隙分子占有体积：单个原子的振动体积，由原子的范德华半径和与原子振动有关的体积确定等自由体积理论：对不同高分子材料而言，发生玻璃化转变时自由体积分数的临界值基本相等，高分子材料的玻璃态为等自由体积状态自由体积膨胀系数：玻璃化转变温度前后玻璃态和高弹态聚合物的膨胀系数之差松弛过程：物质状态的时间演变过程松弛时间：松弛过程所用时间玻璃化转变的多维性：恒温下改变其他条件，如改变各向同性压力，外力作用频率等也能改变链段运动状态，引发玻璃化转变主转变：玻璃化转变，高分子结晶或熔融等涉及链段运动状态的改变次级转变：在温度，频率等外界条件变化时尺寸小于链段的小结构单元的运动也存在冻结或释放的状态变化，影响材料的性质拉伸应力：物体在被拉伸时产生的应力剪切应力：物体由于外因而变形时，在它内部任一截面的两方出现的相互作用力拉伸应变：物体在拉伸力作用下的形变剪切应变：物体在变形时截面上的形变模量：应力与应变的比例系数柔量：模量的倒数杨氏模量：拉伸时的应力与应变之比剪切模量：发生剪切应变时的应力与应变之比普弹性：小分子材料的弹性形变能力高弹性：高分子材料的弹性形变能力高弹形变：高分子材料在外力下发生的形变网链：在交联橡胶和处于高弹态的高分子材料内部，分子链之间存在着化学的和物理的交联点，使所有分子链构成一个大网络应变诱导结晶：在大拉伸比下产生诱导结晶，结晶度增大线性粘弹性：符合胡克定律的线性弹性和符合牛顿粘性定律的线性粘性的组合非线性粘弹性：不符合胡克定律的线性弹性和符合牛顿粘性定律的线性粘性的组合应力松弛：在恒温状态下拉伸，保持应变恒定，测试样内应力随时间增长逐渐降低松弛模量：应力松弛时应力与应变之比蠕变：蠕变是指在一定温度和恒定外力作用下,材料的形变随时间增大而逐渐增大的现象蠕变柔量：发生蠕变时形变与应力之比滞后现象：对一般粘弹性材料，应变比应力落后滞后角：滞后现象中应力与应变的相位差储能模量：粘弹性材料复数模量的实部，描述应力应变同位相的弹性形变损耗模量：粘弹性材料复数模量的虚部，描述应变落后应力π/2的粘性应变复数模量：应力与应变之比力学损耗：一个拉伸回缩周期中，单位体积材料所损耗的机械功损耗正切：储能模量与损耗模量之比Mexwell模型：由一个胡克弹簧和一个装有牛顿液体的黏壶串联组成，测量应力松弛Kelvin模型：由一个胡克弹簧和一个装有牛顿液体的黏壶并联组成，测蠕变四原件模型：由弹簧，Kelvin模型，黏壶串联而成，测未交联聚合物的实际蠕变情况广义Mexwell模型：将若干个具有不同松弛时间的Mexwell模型并联广义Kelvin模型：将若干个具有不同推迟时间的Kelvin模型串联松弛时间谱：不同松弛时间Ti的集合等温时效原理：对高分子材料的力学状态转变及力学松弛性能而言，外力作用时间和环境影响有等效作用Boltzmann叠加原理：对时间序列中一系列阶跃式应变或应力的输入，体系在即时t的应力或应变响应可以表示为不同时刻的一系列个别相应的线性叠加破坏：指材料在使用，储存状态下变形，破裂，疲劳乃至失去效用断裂：指外力作用下本体开裂成两个或多个碎片产生新表面疲劳：指长时间动态加载条件下发生的失效屈服：外力作用下，材料发生不可逆形变工程应力：拉力F除以式样原始截面积A真应力：式样拉伸过程中产生的真实应力拉伸强度：应力应变曲线到达断裂点时所受的应力断裂伸长率：应力应变曲线到达断裂点时发生的应变屈服强度：应力应变曲线到达极大值点时对应的应力屈服应变：应力应变曲线到达极大值点时对应的应变应变软化：越过屈服点后式样的应力略有下降细颈：发生应变软化时试样上某一局部会出现颈缩现象断裂能：拉伸试样直至断裂单位体积所消耗的能量脆韧转变温度：拉伸断裂强度和屈服强度两曲线交点对应的温度剪切屈服：试样在拉伸时出现颈缩现象，颈缩处出现45度的剪切屈服带拉伸屈服：在外力作用下，材料内部垂直于外力作用方向出现的微结构的撕裂，挣脱，位移，消耗形变能强迫高弹形变：在软玻璃态发生的大形变称为非晶聚合物的强迫高弹形变冷拉：结晶聚合物发生的强迫高弹变形应变硬化：冷拉伸结束后，再继续拉伸，应力将上升脆性断裂：断裂伸长率很小，拉应力作用下未发生屈服即断裂韧性断裂：断裂伸长率较大，拉应力作用下先发生屈服，而后在更大断裂伸长率下再发生断裂应力集中效应：缺陷的存在影响了材料内部应力分布的均匀性，应力会集中于细微裂纹的尖端理论强度：所有分子链单向有序排列，沿主链方向同时均匀受力，同时被拉断，这样求得的强度为理论强度实际强度：拉伸外力先克服次价键，使局部分子链滑脱，取向，伸直，再克服主价键，拉断分子链增强：使用化学法或物理方法提高材料的力学强度或其它性能临界弹性能释放速率：材料断裂韧性的一种度量抗冲击强度：标准式样在高速冲击作用下发生断裂时，单位断面面积所消耗的能量银纹：聚合物在张应力作用下，于某种材料某些薄弱部位出现应力集中而产生局部的塑性形变和取向，光线照射下呈现银白色光泽裂纹：材料在应力或环境（或两者同时）作用下产生的裂隙剪切屈服带：材料内部具有高度剪切应变的薄层，在应力作用下材料内部局部区域产生应变软化形成的环境应力开裂：指在外力与环境气氛共同作用下材料内部出现银纹，裂缝，空隙以至于性能下降而失效增韧：聚合物的增韧就是把聚合物的断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂溶胀：溶剂小分子渗透，扩散到高分子中间，削弱大分子间相互作用力，使体积膨胀溶解：大多数线型或支化高分子材料置于适当溶剂中并给予适当条件，就可溶解而成为高分子溶液溶胀比：溶胀后与溶胀前的体积之比溶胀平衡：当溶剂的渗入，膨胀作用与交联网的弹性回缩作用相等时，达到溶胀平衡内聚能密度：摩尔内聚能与摩尔体积之比溶解度参数：内聚能密度的平方根溶剂化作用：广义酸和碱相互作用产生溶剂化，使聚合物溶解理想溶液：溶液中各分子之间的相互作用能相等，溶解时无体积变化，与外界无热量交换无热溶液：溶解时与外界无热量交换Flory-Huuggins参数X12：高分子-溶剂相互作用参数，相当于把一个溶剂分子放到高分子体系中引起的能量变化偏摩尔自由能：在一定的温度压力和浓度下，向溶液中再加入1mol溶剂或溶质，体系中自由能的改变溶剂的稀释自由能：溶剂在溶液中的化学势与纯溶剂化学势的差值超额化学势：高分子溶液与理想溶液相比多出的化学势θ状态：某种条件下高分子溶液满足理想溶液的条件，称该状态为θ状态θ温度：θ状态时的温度θ溶剂：θ状态时的溶剂排除体积：高分子或链段在溶液中可有效地排除所有其他高分子或链段的体积数均分子量：按各级分分子的数量分数求平均重均分子量：按各级分分子的质量分数求平均粘均分子量：用粘度法测得的聚合物的分子量渗透压：用半透膜把溶剂与溶液隔开时发生渗透现象，到达平衡时半透膜两侧溶液产生的压力差第二virial系数：表征高分子稀溶液性质，判断溶剂优劣流变性：高分子液体流动时不同程度的发生弹性形变和弹性恢复，出现如挤出胀大，熔体破裂，法向应力差等弹性效应，称为流变性。
高分子材料强度的主要因素
高分子材料强度的主要因素
高分子材料的强度受多种因素影响，其中一些主要因素包括：
1. 分子量：高分子材料的分子量通常与其强度相关。
较高的分子量通常意味着更多的链段和相互作用，从而提高了材料的强度。
2. 结晶度：高分子材料的结晶度指的是其分子链的有序排列程度。
较高的结晶度通常会增加材料的强度，因为有序排列的链段提供了更多的相互作用和支撑。
3. 化学结构：高分子材料的化学结构对其强度起着至关重要的作用。
例如，一些聚合物可能具有更强的分子间相互作用，从而提高了其强度。
另外，共聚物和共混物等复合材料也可以通过调节化学结构来实现更好的强度性能。
4. 结晶形态：高分子材料的结晶形态，如晶体大小和形状，也会影响其强度。
具有更大、更规则的晶体结构通常会提高材料的强度。
5. 添加剂：通过添加填料、增韧剂、稳定剂等添加剂，可以改善高分子材料的强度性能。
例如，玻璃纤维、碳纳米管等填料可以增强高分子复合材料的强度。
6. 加工工艺：加工工艺对高分子材料的强度也有重要影响。
不同的加工方法，如挤出、注塑、压延等，会影响分子链的排列方式和材料内部结构，进而影响材料的强度性能。
7. 温度和湿度：环境条件对高分子材料的强度也有一定影响。
温度和湿度的变化可能会导致材料结构的改变，进而影响其强度。
纳米液滴在高分子材料增韧改性中的应用研究
纳米液滴在高分子材料增韧改性中的应用研究引言：高分子材料广泛应用于许多领域，如航空、汽车、建筑等。
然而，由于高分子材料的脆性和容易破损的特性，降低其质量和强度成为一个挑战。
近年来，纳米液滴技术被广泛应用于高分子材料增韧改性中，以提高其力学性能。
本文将对纳米液滴在高分子材料增韧改性中的应用进行探讨。
一、纳米液滴的特点纳米液滴是一种尺寸在10-100纳米之间的液体微滴，由于其微小的尺寸和优异的流体性质，具有以下特点：1.表面积/体积比大：纳米液滴相较于微米级液滴，具有更高的表面积/体积比，有利于增加液滴与基体的接触面积，提高了界面相互作用效果。
2.流动性好：纳米液滴在高分子材料中能够快速流动，因此能够迅速扩散到整个材料中，实现均匀的分散。
3.化学反应活性：纳米液滴表面含有较多的化学活性物质，可进行化学反应，并与基体产生化学键，从而提高增韧效果。
二、纳米液滴在高分子材料增韧改性中的应用1.增加塑性和韧性：添加纳米液滴可以改善高分子材料的塑性和韧性。
纳米液滴的高表面积/体积比增强了其界面相互作用，使得纳米液滴能够有效地分散到高分子材料中，并与高分子链相互作用形成结合，从而改善高分子材料的塑性和韧性。
2.提高耐热性：纳米液滴具有优异的热性能，其高表面积/体积比能够有效地吸收热量，减缓高分子材料在高温下的分解速率，提高其耐热性。
3.增强力学性能：纳米液滴在高分子材料中能够形成强化效应，提高高分子材料的强度和刚度。
纳米液滴的表面活性物质可以与高分子链相互作用，形成阻碍高分子链滑动的触点，从而有效地增强高分子材料的力学性能。
4.提高导电性：纳米液滴可以在高分子材料中形成导电网络，提高高分子材料的导电性能。
这在柔性电子和光电器件等领域有着广泛的应用。
三、纳米液滴的制备与改性方法1.溶液浸渍法：将纳米液滴溶液浸渍到高分子材料中，然后通过蒸发溶剂或加热使纳米液滴快速扩散到整个高分子材料中。
2.原位聚合法：通过原位聚合反应，将纳米液滴与单体反应形成高分子复合材料。
高分子材料中增韧剂定义、机理及种类详解
高分子材料中增韧剂定义、机理及种类详解一、增韧剂定义增韧剂其实就是能增加胶黏剂膜层柔韧性的物质。
某些热固性树脂胶黏剂，如环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂胶黏剂固化后伸长率低，脆性较大，当粘接部位承受外力时很容易产生裂纹，并迅速扩展，导致胶层开裂，不耐疲劳，不能作为结构粘接之用。
因此，必须设法降低脆性，增大韧性，提高承载强度。
凡能减低脆性，增加韧性，而又不影响胶黏剂其他主要性能的物质即为增韧剂。
增韧剂一般都含有活性基团，能与树脂发生化学反应，固化后不完全相容，有时还要分相，会获得较理想的增韧效果，使热变形温度不变或下降甚微，而抗冲击性能又明显改善。
一些低分子液体或称之为增塑剂之物加入树脂之中，虽然也能降低脆性，但刚性、强度、热变形温度却大幅度下降，不能满足结构粘接要求，因此，增塑剂与增韧剂是完全不同的。
二、增韧剂的种类可分为橡胶类增韧剂和热塑性弹性体类增韧剂。
橡胶类增韧剂：该类增韧剂的品种主要有液体聚硫橡胶、液体丙烯酸酯橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶及丁苯橡胶等。
热塑性弹性体：热塑性弹性体是一类在常温下显示橡胶弹性、在高温下又能塑化成型的合成材料。
因此，这类聚合物兼有橡胶和热塑性塑料的特点，它既可以作为复合材料的增韧剂，又可以作为复合材料的基体材料。
这类材料主要包括聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚酯类、间规1,2-聚丁二烯类和聚酰胺类等产品，目前作为复合材料的增韧剂用得较多的是苯乙烯类和聚烯烃类。
其它增韧剂：适用于复合材料的其它增韧剂还有低分子聚酰胺和低分子的非活性增韧剂，如苯二甲酸酯类。
对于非活性的增韧剂也可称为增塑剂，它不参与树脂的固化反应。
三、增韧机理不同类型的增韧剂，有着不同的增韧机理。
液体聚硫橡胶可与环氧树脂反应，引入一部分柔性链段，降低环氧树脂模量，提高了韧性，却牺牲了耐热性。
液体丁腈橡胶作为环氧树脂的增韧剂，室温固化时几乎无增韧效果，粘接强度反而下降；只有中高温固化体系，增韧与粘接效果较明显。
高分子合金增韧机理的研究进展
性 和 耐 热 性 ， 无 加 工 性 能 下 降 的 不 足 ， 到 既 且 达
增 韧 又 增 强 的 目 的 ， 服 了 弹 性 体 增 韧 时 出 现 克 的难 题 ［ 。本 文 回 顾 了橡 胶 弹 性 体 增 韧 脆 性 聚 ３ ］ 合 物 的机 理 ， 重 介 绍 了 刚 性 粒 子 增 韧 的基 本 着 概念 、 韧 机 理 ， 增 比较 了 两 种 方 法 的差 异 和 内在 联 系 ， 出非 弹 性 体 增 韧 塑 料 作 为 塑 料 增 韧 的 指
度、 强度 、 用 温 度 和 加 工 性 能 都 有 较 大 幅度 降 使
低 。
１８ ９ ４年 ， 国外 出 现 了 以非 弹 性 体 增 韧 的新
思想 ， 出了 刚性 有 机 填 料 （ 提 ＲＯＦ） 粒 的 “ 微 冷 拉 增 韧 机 理 ”２， ＲＯＦ 增 韧 的 研 究 不 仅 具 有 ［ 对 ］
收 大 量 的 冲击 能 量 ， 而 保 护 了材 料 不 受 破 坏 。 从
但 目前 人 们 对 橡 胶 粒 子 是 否 能 控 制 银 纹 生 长 ， 以及 只有 小 尺 寸银 纹 对 材 料 的 增 韧 起 作 用 仍 存 在 着争 论 。
１ ２ 银 纹 一 切 带 理 论 ． 剪
１ １ 多重 银 纹 理 论 ．
１５ ９ ６年 ， ｒｚ等 人 Ｌ 首 次 提 出 了 聚 合 物 Ｍｅｔ ４ 的增 韧 理 论 。 理 论 认 为 ， 增 韧 体 的部 分 橡 胶 该 作 粒 子 会 横 跨 在 材 料 变 形 所 产 生 的 很 多 微 细 的裂 缝 上 ， 止 Байду номын сангаас 迅 速 发 展 ， 橡 胶 在 变 形 过 程 中 消 阻 而 耗 了能 量 ， 而 提 高 了 材 料 的韧 性 。 理 论 的 主 从 此 要 弱 点 是 注 意 了橡 胶 而 忽 视 了 母 体 。后 来 ， Ｎｅ ｗｍａ ｎ等 人 ［ 计 算 了拉 伸 断 裂 过 程 中橡 胶 断 ５ 裂 所 耗 散 的能 量仅 占总 能 量 的 １ ， 说 明该 Ｏ 这 理 论 并 未 真 正 揭 示 橡 胶 增 韧 的本 质 原 因 。 Ｂ ｃ ｎ ｌ 等 人 ［ 发 展 了 Ｍｅ ｔ ｕ ｋ ａｌ ６ ］ ｒｚ等 人 的微 缝 理 论 ， 出 了 多重 银 纹 理 论 。该 理 论认 为 ， 橡 提 在 胶 增 韧 塑 料 体 系 中 ， 胶 相 颗 粒 起 了应 力 集 中 橡 的作 用 。 当材 料 受 到 冲击 时 ， 能 引发 大 量 的银 它 纹 ， 由 于大 量银 纹 之 间 的应 力 场 的相 互 干 扰 ， 但
高分子材料的力学状态
2.2 高分子材料的力学性能
高分子材料的力学性能特点
强度低，比强度高;
高弹性，弹性模量低;
橡胶 — 典型的高弹性材料：弹性变形率为100%～1000%
高耐磨性；
弹性模量仅为～1MPa
塑料的摩擦系数小，有些塑料具有自润滑性能。
具有粘弹性
2.2 高分子材料的力学性能
表2.1 几种材料的机械强度
没有气态； 具有非晶态； 结晶具有不完善性。
2.1 高分子材料的力学状态
线型无定形聚合物的力学三态及其转变
热机械曲线（形变-温度曲线）实验示意 等速升温
2.1 高分子材料的力学状态
图2.1 线型无定形高聚物热机械曲线
线形无定形聚合物的力学三态：玻璃态、高弹态、粘流态 玻璃态向高弹态转变的温度：玻璃化转变温（Tg ）；
一定拉伸速率和温度22高分子材料的力学性能?应力应变曲线stressstraincurve标准哑铃型试样图23高分子材料三种典型的应力应变曲线22高分子材料的力学性能aae????d??daybyieldingpoint屈服点pointofelasticlimit弹性极限点breakingpoint断裂点a?b?a?y?b?strainsoftening应变软化plasticdeformation塑性形变strainhardening应变硬化??yyond图图24非晶态聚合物的应力应变曲线玻璃态22高分子材料的力学性能22高分子材料的力学性能序号12345类型硬而脆硬而强强而韧软而韧软而弱曲线模量高高高高高高低低低低拉伸强度中中高高高高中中低低断裂伸长率小小中中大大很大中中断裂能小小中中大大大大小小实例pspmma酚醛树脂硬硬pvc增韧eppcabshdpe硫化橡胶软软pvc未硫化橡胶齐聚物软硬
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柔性链高分子材料的凝胶纺丝
柔性链高分子材料的注塑自增强
在特定的模具中实现熔体的伸展流动，并有一个稳定的伸展流动区间．其 特点是：
柔性链高分子材料的固相拉伸
固相拉伸变形属于高分子材料的二次加工． 高分子的拉伸取向取决于： （１）高分子本身的性能，改变的是材料的超分子结构（亚稳态）； （２）材料的一次加工． 用拉伸外力强迫改变高分子的构象，造成分子链在力的作用方向上的取向， 并固定住这个取向，是实现固态高分子在超分子结构水平自增强的材料学 基础．
1）强度：抵抗高应力的能力;
2）韧性：通过吸收和耗散能量而阻止其发生破坏
的能力
一般概念(一)
拉伸强度 弯曲强度
冲击强度
一般概念(二)
两种断裂方式
(1) 脆性(brittle)断裂
(2) 韧性(ductile)断裂 屈服(yielding): 表现为塑性变形(plastic deformation)．两种形式：
高取向与少缺陷, 是材料高强度设计的途径之一!
影响高分子材料强度的因素
1) 高分子材料本身的结构: 分子极性, 氢键 分子间的自由体积, 分子交联 2) 结晶和取向 3) 增塑剂 4) 填料增强 5) 共聚和共混
柔性链高分子材料的自增强技术
串晶
针晶
柔性链高分子材料的自增强技术
凝胶纺丝, gel spinning-ultra-drawing
情况二:分子间滑移断裂
需要破坏全部的分子间氢键或范德华力 极性聚合物: 0.5nm链段的内聚能约为20kJ/mol, 假定高分子 链总长为100nm, 则总的内聚能约为4000kJ/mol, >10倍的共价键; 非极性聚合物: 0.5nm链段的内聚能约为5kJ/mol, 假定高分子 链总长为100nm, 则总的内聚能约为1000kJ/mol, >2.5倍的共价键.
填充增强
１）刚性粒子增强 ２）纤维增强
Rosen应力传递理论:
c gl
d V f mVm (l lcr ) (l lcr )
2/3 ) Ec Em (1 2.5 14.1 2 ) yc ym (1 1.21
N6/GF/MA-SEBS/EP=70/10/20/1.00phr
4)空化理论
无机刚性粒子增韧(微米填料)
无机刚性粒子增韧理论
空化理论Cavitation theory:
无机刚性粒子增韧(纳米填料)
无机刚性粒子增韧(纳米填料)
无机刚性粒子增韧(纳米填料)
无机刚性粒子增韧(纳米填料)
无机刚性粒子增韧(纳米填料)
无机刚性粒子增韧(纳米填料)
思考题
1）通用高分子材料的工程化，工程高分子材料的高性能化是当 前高分子材料研究与开发的趋势，请列出典型的通用高分子 材料和工程高分子材料，各自具有什么特点，如何实现“通 用高分子材料的工程化，工程高分子材料的高性能化”？ 2）就高分子链构象统计理论、高分子相变中的亚稳态、高分子 体系的热力学研究、高分子结晶行为、高分子表面与界面、 高分子流变学、高分子材料的强度破坏与增韧、高分子复合 材料的界面设计与性能优化写一个读书报告．
Bucknall CB, Smith RR, Polymer, 1965, 6: 437-308
Multiple-craze theory:橡胶粒子起应力集中体的作用引 发银纹.如果生长的银纹前峰处的应力集中低于临界值 或银纹遇到另一个橡胶粒子,则银纹就会终止.即橡胶 粒子对银纹有引发和控制作用. 由于橡胶粒子的存在产生大量的小尺寸的银纹,在受拉 伸或冲击时能吸收更多的能量.由于橡胶粒子对银纹的 有效终止作用,这些多重银纹不致迅速发展为裂纹而导 致断裂.
E=30GPa
固相挤出比自由拉伸材料具有更好的热稳定性
柔性链高分子材料的片晶搭接（附晶搭接）
利用片晶外延生长搭接弱结合的界晶面和非晶区
附晶搭接的特点
１）外延生长的陌生片晶能在原晶体表面产生很强的物理黏附力 能够外延生长的陌生片晶完全可以取代任何形式的界面黏附
２）具有良好界面黏附效果的搭接片晶能够弥补原生长片晶之间的 非晶弱结合
橡胶增韧理论
3)逾渗理论
Alla M, Wu S, Polymer 1988,2 9: 2170-2175
Percolation theory:随着单位体积内粒子数目的增加,粒子间距减小,最终形成逾 渗通道,实现材料的脆-韧转变。
橡胶增韧理论
3)逾渗理论
Alla M, Wu S, Polymer 1988,2 9: 2170-2175
2011年12月14日
高分子物理化学选题
Part 1
高分子材料的强度、破坏与增韧
提纲
1 基本概念 2 聚合物的强度 3 影响高分子材料强度的因素 4 柔性链高分子材料的自增强技术 5 柔性链高分子材料的片晶搭接 6 填充增强 7 原位增强 8 高分子材料的韧性 9 橡胶增韧 10无机刚性粒子增韧
高分子结构材料的两大关键指标：
情况三:分子垂直于受力方向
断裂为部分氢键或分子间范德华力 氢键约为20kJ/mol, 作用范围0.3nm; 范德华键约为8kJ/mol, 作用范围0.4nm. 则拉断一个氢键和范德华键所需的力为: 1*10-10N和3*10-12N. 假设0.25nm2上有一个氢键或范德华键, 则拉伸强度: 400MPa, 120MPa 与高取向高分子材料的实际强度在同一个数量级
Halpin-Tsai模量公式
c f (1
lcr
fd 2 g
lcr )V f mVm 2l
Ec K
1 2
l KV f d 1 KV f ( E f / Em ) 1
τg为基体的剪切屈服应力
( E f / E m ) 2(l / d )
b
原位增强(in-situ reinforcement)
橡胶增韧理论
2)剪切屈服理论
Newman S, Strella S, J. Appl. Polym. Sci., 1965, 9: 2297-2304
Shear yielding theory:橡胶的增韧作用来源于基质剪切屈服。 Bucknall对HIPS/PPO共混物进行拉伸,除发现多重银纹外，还观察到与应力方 向成450的剪切带。并且剪切带也是途经橡胶粒子，表明它的产生也与应力集中 有关;同时还看到，银纹是被剪切带所终止的。
缺点：局限于小直径线材的加工
柔性链高分子材料的固相挤出
在挤出机的设备上增加一个锥形口模 增强相: 微纤d=30mm, l=20-30nm, c轴取向度=0.99(几乎所有的分子链都伸 展取向)
优点
柔性链高分子材料的固相挤出
在挤出机的设备上增加一个锥形口模 增强相: 微纤d=30mm, l=20-30nm, c轴取向度=0.99(几乎所有的分子链都伸 展取向)
剪切屈服(shearing yielding) 银纹化(crazing)
聚合物的强度
抵抗外力破坏的能力 取决于分子内的化学键强度, 分子间力和氢键力
情况一:化学键断裂 一般地, 高分子共价键的键能E约为350kJ/mol, 共价键的键长d不超过约为0.15nm, 因此 破坏一根共价键所需力f为:
粒子间距模型:
Tc dc {( / 6 )
1/ 3
1}
T<Tc时,为韧性断裂; T>Tc时,为脆性断裂 当粒子充分接近临界值时,粒子周围的应力场相互影响,提高了基体的剪切屈服, 使共混材料表现
4)空化理论 Cavitation theory:
橡胶增韧理论
高分子材料的韧性
通过吸收和耗散能量而阻止其发生破坏的能力抵 抗外力破坏的能力． 例子:HIPS
橡胶增韧理论
1)微裂纹理论和多重银纹理论
Mertz EH, Claver GC, Baer M, J. Polym. Sci., 1956, 22: 325-334
Microcrack theory:橡胶粒子联结着材料基体中正在发展的裂纹的两个表面,在 受冲击时吸收更多的能量.