聚合物共混改性 简答题

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：（1）Weber数：We很小时，σ占据主导作用，形成稳定的液滴。“液滴模型”认为，对于特定的体系和在一定条件下，We可以有特定的Wecrit，当We < Wecrit，液滴稳定；We

γ γ

＞Wecrit，液滴会变得不稳定，进而破裂。：↑→We ↑→D ↑。（3）粒径：大粒子易变形。（4）连续相黏度：ηm↑→We ↑→D ↑（5）界面张力：σ↓→We ↑→D ↑（6）熔体弹性：(7)流动场：对于牛顿流体，拉伸流动比剪切流动更能有效地促使液滴破裂。ηm<<ηd，拉伸流动起主导作用。(8)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：剪切应力（外力）、分散相内力与分散相颗粒破碎分散密切相关。增大τ或降低Fr可以促进分散相颗粒的破碎。K值超过某个临界值时，粒子破碎。K决定于——外力，内力

r*值的影响：r*取决于分散相熔体颗粒的伸长变形能力，即分散相聚合物的性能，与共混时熔体温度有关。

初始位置（分散相粒径）的影响：初始距离（粒径）大，易于破碎。分散相颗粒的破碎分散过程，亦是分散相粒径自动均化过程。亦即破碎分散和粒径均化是同时进行的。

6.采用哪些方法，可以对聚合物熔体黏度进行调控。

答：调节共混温度：根据共混组分的黏温曲线，通过调节共混温度来调控共混体系的熔体黏度比值。调节剪切应力：根据聚合物切力变稀的流变特性，通过调节剪切应力来调控共混体系的熔体黏度比值。通过助剂调节：填充剂、软化剂、增塑剂等均可以调节物料的熔体黏度。调节共混组分的相对分子量：聚合物的相对分子量也是影响熔体黏度的重要因素。7.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

8.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。

9.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）。是由聚合物材料的本性引起的。

10.试述银纹的结构和性质。

答：结构：银纹的平面垂直于外加应力的方向。银纹和裂纹不同，银纹是由聚合物大分子连接起来的空洞所构成。银纹一定的力学强度。银纹是由聚合物微丝和贯穿其中的空洞所构成，类似软木塞。聚合物微丝的直径约为10～40nm、这些微丝之间会有大约10～20nm

的空隙。根据银纹的可渗性知道，空洞之间是相互沟通的。一般而言，银纹的厚度为102～103nm。银纹可区分成银纹主体和发展尖端两部分。银纹的长度不定，有时仅为样品的尺寸所限。银纹与未形变的聚合物本体之间有明显的界面，其厚度可达20A。性质：

(a) 密度、光学性质及渗透性--银纹体中含有大量空洞，因此银纹体的密度比未银纹化的基体的密度小，这也是银纹化后试样体积增加的原因；由于密度小，银纹体的折光率比其周围聚合物的折光率小；银纹体中的空洞是相互沟通的，由于毛细管作用极易渗入各种流体。所以银纹体可大大增加聚合物的可渗性。(b) 银纹体的应力－应变性质--银纹体性似海绵，比正常的聚合物柔软并具韧性。在应力作用下，银纹体的形变是粘弹性的，所以其模量与应变过程有关，一般而言，银纹体的模量约为正常聚合物模量的3～25% ；形变可恢复，加热、卸荷有利于恢复，在Tg以上加热可迅速地全部恢复；加热或加压可使银纹消失，但再施加应力，银纹又在原处产生。这表明加热或加压仅是银纹的密度增加到与原来聚合物的密度大致相同，但超分子结构并未完全恢复（c）银纹的强度和生成能--在应力作用下，银纹的稳定性即银纹的强度与大分子的塑性流动、化学键的破坏及粘弹行为有关。聚合物的分子量越大，大分子之间的物理交联键就越多，大分子的塑性流动和粘弹松弛过程的阻力就越大，因而银纹就越稳定。同时，分子量越大，大分子超越银纹两岸的几率就越大，要使银纹破裂就需要破坏更多的化学键，而破坏化学键要比分子间的滑动消耗更多的能量。因此，聚合物分子量越大，银纹的强度就越高，破裂的临界宽度就越大。银纹体形成时所消耗的能量称为银纹的生成能。形成银纹时要消耗四种形式的能量：生成银纹时的塑性功；在应力作用下银纹扩展的粘弹功；形成空洞的表面功和化学键的断裂能。

11.简述银纹的形成过程，即银纹的引发、增长和终止三个阶段。

答：银纹的引发：是由于存在结构的不均一性，从而产生应力集中，引发银纹。对于均相聚合物，表面缺陷、空洞及其他结构缺陷都是银纹的引发中心。聚合物共混物的两相界面是引发银纹的主要场所。特别典型的例子是橡胶增韧塑料，其中的橡胶颗粒构成了引发银纹的中心。银纹的增长：增长速率取决于内部应力集中的情况及银纹尖端材料的性质。有时随着银纹的增长，应力集中因子下降，银纹增长速率就逐渐下降。当银纹尖端应力集中因子小于临界值时银纹即终止。银纹的终止：有各种原因，例如银纹与剪切带的相互作用银纹尖端应力集中因子的下降及银纹的支化等。银纹的发展如能被及时终止，则不致破裂成裂纹。12.试分析影响银纹化的因素及其影响。

答：(a) 分子量的影响：分子量的大小对银纹的引发速率基本上无影响；对银纹强度影响甚大，分子量高时银纹强度大，不易破裂成裂纹；银纹的形态亦受分子量的影响。当分子量小于80000时银纹短而粗，且形态不规则，银纹数目少，易于破裂成裂纹导致聚合物开裂；当分子量很大时则形成大量细而长的银纹，银纹强度大，因而材料强度亦大。(b) 分子取向的影响：分子取向后，在平行于取向方向施加应力时，银纹化受到抑制，银纹不易产生，有也密而细短；而在垂直于取向方向施加应力时，则易于产生银纹，且少而粗长；引发银纹的应力和取向方向与应力方向之间的夹角有关，在0～90º之间，此夹角越大，则引发应力越小，越易形成银纹。银纹的形态亦与取向有关，平行于取向方向的应力产生大量细而短的银纹，垂直于取问方向的应力产生少量长而粗的银纹。(c) 环境的影响：某些有机物可大大加速聚合物材料开裂的速度。例如苯可使中等应力的聚苯乙烯立刻开裂破坏。开裂就是由银纹破裂形成裂纹并导致聚合物破裂的现象。氧化剂如臭氧等亦可导致聚合物的开裂破坏。溶剂银纹化——某些液体虽不是聚合物的溶剂，但其溶解度参数与聚合物的溶解度参数相近，可使形成银纹的临界形变值及临界应力值大幅度下降。有时在这类液体的作用下，内应力就足以产生银纹。这类液体还使银纹强度大大下降，因而使聚合物的强度大幅度减小。对上述现象的解释有两种理论。第一种理论认为，液体润湿聚合物表面，降低了表面能，因而易于产生新的表面，有利于银纹的形成。第二种理论则认为上述现象的原因是液体的增塑作用，这些液体溶胀聚合物、使Tg下降，减小了聚合物塑性形变所需的应力。

13.剪切带产生的必要因素是什么？

答：其一是出于聚合物的应变软化作用；其二是由于结构上的缺陷或其他原因所造成的局部应力集中。

14.表示聚合物材料的冲击韧性的方法有哪些？

答：冲击强度、应力－应变曲线下的面积、特征表面破裂能以及破裂韧度等都可用来表