聚合物的力學(xué)性能

1、活性粒子（活性粒子（ powder）纖維纖維 fiber共混改性共混改性碳黑碳黑 ，sio2glass fiber, carbon fiber增增 強(qiáng)強(qiáng) 途途 徑徑（物理方法）（物理方法）8.5高聚物的增強(qiáng)高聚物的增強(qiáng)第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能 填料同聚合物不相容，因此形成多相復(fù)合材料。加入填填料同聚合物不相容，因此形成多相復(fù)合材料。加入填料的目的：料的目的：2 2、活性填料：提高材料的強(qiáng)度。、活性填料：提高材料的強(qiáng)度。 增強(qiáng)效果主要取決于填料的種類(lèi)、尺寸、用量、增強(qiáng)效果主要取決于填料的種類(lèi)、尺寸、用量、表面表面性質(zhì)（親和性）性質(zhì)（親和性）以及填料在高分子基材中的分散狀況以

2、及填料在高分子基材中的分散狀況1 1、惰性填料：惰性填料：加入廉價(jià)的填料降低成本。稀釋作用，使材加入廉價(jià)的填料降低成本。稀釋作用，使材料強(qiáng)度降低。料強(qiáng)度降低。8.5.18.5.1粉狀填料增強(qiáng)粉狀填料增強(qiáng)第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能粉狀填料：粉狀填料：木粉，碳黑，輕質(zhì)二氧化硅，碳酸鎂，氧化鋅同某些塑料和橡膠復(fù)合，可木粉，碳黑，輕質(zhì)二氧化硅，碳酸鎂，氧化鋅同某些塑料和橡膠復(fù)合，可顯著改善性能。顯著改善性能。例如：木粉加入例如：木粉加入酚醛樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂，可在很大范圍內(nèi)不降低拉伸強(qiáng)度，而大幅度提，可在很大范圍內(nèi)不降低拉伸強(qiáng)度，而大幅度提高沖擊強(qiáng)度。原因：木粉吸收了一部分沖擊能量而起到

3、阻尼的作用。高沖擊強(qiáng)度。原因：木粉吸收了一部分沖擊能量而起到阻尼的作用。 天然橡膠天然橡膠中添加中添加20的膠體碳黑，拉伸強(qiáng)度可從的膠體碳黑，拉伸強(qiáng)度可從16mpa,提高到提高到20mpa。 丁苯橡膠丁苯橡膠由于不能結(jié)晶，強(qiáng)度只有由于不能結(jié)晶，強(qiáng)度只有3.5mpa，加入碳黑后，補(bǔ)強(qiáng)效果明顯，加入碳黑后，補(bǔ)強(qiáng)效果明顯，可達(dá)可達(dá)2225mpa接近天然橡膠的水平。接近天然橡膠的水平。第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能補(bǔ)強(qiáng)原理：填料活性表面（補(bǔ)強(qiáng)原理：填料活性表面（羧基、酚基、醌基羧基、酚基、醌基）同聚合物作用產(chǎn)生了）同聚合物作用產(chǎn)生了附加的交聯(lián)結(jié)構(gòu)因此加入填料的增強(qiáng)效果同其在聚合物中浸潤(rùn)

4、性關(guān)系附加的交聯(lián)結(jié)構(gòu)因此加入填料的增強(qiáng)效果同其在聚合物中浸潤(rùn)性關(guān)系很大，浸潤(rùn)性越大，補(bǔ)強(qiáng)越明顯。很大，浸潤(rùn)性越大，補(bǔ)強(qiáng)越明顯。舉例：親油的碳黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)比普通的碳粉好的多。舉例：親油的碳黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)比普通的碳粉好的多。圖圖 化學(xué)交聯(lián)與物理交聯(lián)示意圖化學(xué)交聯(lián)與物理交聯(lián)示意圖 上圖：化學(xué)交聯(lián)上圖：化學(xué)交聯(lián) 下圖：物理吸附下圖：物理吸附這些活性基團(tuán)與橡膠大分子鏈接觸，會(huì)發(fā)生這些活性基團(tuán)與橡膠大分子鏈接觸，會(huì)發(fā)生物理的或化學(xué)的吸附。吸附有多條大分子鏈物理的或化學(xué)的吸附。吸附有多條大分子鏈的炭黑粒子具有均勻分布應(yīng)力的作用，當(dāng)其的炭黑粒子具有均勻分布應(yīng)力的作用，當(dāng)其中某一條大分子鏈?zhǔn)艿綉?yīng)力時(shí)，可通過(guò)炭

5、黑中某一條大分子鏈?zhǔn)艿綉?yīng)力時(shí)，可通過(guò)炭黑粒子將應(yīng)力傳遞到其他分子鏈上，使應(yīng)力分粒子將應(yīng)力傳遞到其他分子鏈上，使應(yīng)力分散。而且即便發(fā)生某一處網(wǎng)鏈斷裂，由于炭散。而且即便發(fā)生某一處網(wǎng)鏈斷裂，由于炭黑粒子的黑粒子的“類(lèi)交聯(lián)類(lèi)交聯(lián)”作用，其他分子鏈仍能作用，其他分子鏈仍能承受應(yīng)力，不致迅速危及整體，降低發(fā)生斷承受應(yīng)力，不致迅速危及整體，降低發(fā)生斷裂的可能性而起增強(qiáng)作用。裂的可能性而起增強(qiáng)作用。第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能8.5.28.5.2纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維狀填料纖維狀填料：棉，麻，絲，等天然纖維，玻璃纖維，碳：棉，麻，絲，等天然纖維，玻璃纖維，碳纖維，石墨纖維，硼纖維，超細(xì)金屬纖

6、維與晶須纖維等纖維，石墨纖維，硼纖維，超細(xì)金屬纖維與晶須纖維等基體：基體：熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂、橡膠類(lèi)熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂、橡膠類(lèi)glass steel boatglassy fiber+polyester第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能carbon fiber第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能增強(qiáng)機(jī)理：纖維作為骨架幫助基體承擔(dān)載荷增強(qiáng)機(jī)理：纖維作為骨架幫助基體承擔(dān)載荷界界面面的的黏黏附附性性第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能8.5.3 共混改性的增強(qiáng)、增韌共混改性的增強(qiáng)、增韌 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用與橡膠類(lèi)材料嵌段共聚、接枝共聚或物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用與橡膠類(lèi)材

7、料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗沖擊性能。共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗沖擊性能。 eg:采用丁二烯與苯乙烯共聚得到高抗沖聚苯乙烯；采用丁二烯與苯乙烯共聚得到高抗沖聚苯乙烯；采用氯化聚乙烯與聚氯乙烯共混得到硬聚氯乙烯韌性采用氯化聚乙烯與聚氯乙烯共混得到硬聚氯乙烯韌性體，都將使基體的抗沖強(qiáng)度提高幾倍至幾十倍。體，都將使基體的抗沖強(qiáng)度提高幾倍至幾十倍。 橡膠增韌塑料已發(fā)展為十分成熟的塑料增韌技術(shù)，橡膠增韌塑料已發(fā)展為十分成熟的塑料增韌技術(shù)，由此開(kāi)發(fā)出一大批新型材料由此開(kāi)發(fā)出一大批新型材料. .第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能第八章第八章 聚合物的力

8、學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能第八章第八章 聚合物的力學(xué)性能聚合物的力學(xué)性能橡膠增韌機(jī)理橡膠增韌機(jī)理mechanism of rubber toughing （1）能量吸收理論（橡膠阻尼理論）能量吸收理論（橡膠阻尼理論）（2）多重銀紋機(jī)理）多重銀紋機(jī)理：a、根據(jù)、根據(jù)griffith理論，斷裂過(guò)程能否進(jìn)行取決于彈性?xún)?chǔ)能與理論，斷裂過(guò)程能否進(jìn)行取決于彈性?xún)?chǔ)能與斷裂過(guò)程中新產(chǎn)生表面的表面能的相對(duì)大小斷裂過(guò)程中新產(chǎn)生表面的表面能的相對(duì)大小b、若只有極少數(shù)銀紋時(shí)，應(yīng)力全部集中在這幾個(gè)銀紋上，、若只有極少數(shù)銀紋時(shí)，應(yīng)力全部集中在這幾個(gè)銀紋上，很快發(fā)展為裂縫并迅速擴(kuò)展，只用很少的力就會(huì)使材料破壞很快發(fā)展為裂縫并迅速擴(kuò)展，只用很少的力就會(huì)使材料破壞c、分散的橡膠相起應(yīng)力集中體的作用，受沖擊時(shí)誘發(fā)大量、分散的橡膠相起應(yīng)力集中體的作用，受沖擊時(shí)誘發(fā)大量的銀紋（微裂紋），同時(shí)誘發(fā)的大量銀紋會(huì)吸收大量能量，的銀紋（微裂紋），同時(shí)誘發(fā)的大量銀紋會(huì)吸收大量能量，從而