高分子合金第一章(引言)

1、第一篇 高分子合金 第一章第一章 引言引言 第二章第二章 二组分高分子共混体系的相容性二组分高分子共混体系的相容性 第三章第三章 二元高分子共混体系的相行为二元高分子共混体系的相行为 第四章第四章 二元高分子共混体系的界面二元高分子共混体系的界面 第五章第五章 增容剂增容剂主要参考文献主要参考文献1. D.R.Paul and Barlow, J. Macromol. Sci. Rew. Macromol. Chem. C18, 1980, 1091682. D.R.Paul and Seymour Newman, Polymer Blends, Academic Press, INC, 19

2、783. D. R. Paul and C. B. Bucknall, Polymer Blends, John Wiley & Son INC., 20004. L. A. Utracki, Polymer Alloys and Blends, Carl Hanser, 19895. 高分子学会编高分子学会编 基礎应用基礎应用第二版第二版, 东京化学同人出版社东京化学同人出版社,19936. 秋山三郎等秋山三郎等 高分子相溶化評价技術高分子相溶化評价技術, 株式会社株式会社 技術情報協会技術情報協会, 19927. 大柳康编大柳康编, 吴忠文译吴忠文译 实用高分子合金实用高分子合金,

3、 吉林科学技术出版社吉林科学技术出版社,1996第一章 引言一、基本概念二、高分子材料共混改性的目的三、高分子共混物的制备方法四、高分子合金的发展历程第一节 高分子合金和高分子共混物一、多相高分子材料和多组分高分子材料一、多相高分子材料和多组分高分子材料(multiphase polymer material and multicomponent polymer material) 多组分高分子材料多组分高分子材料 由两种或两种以上成分构成的主要成分或连续相为聚合物由两种或两种以上成分构成的主要成分或连续相为聚合物的材料称为多组分高分子材料的材料称为多组分高分子材料聚合物聚合物聚合物聚合物聚合

4、物共混物（聚合物共混物（Polymer BlendPolymer Blend）聚合物聚合物其它材料其它材料聚合物基复合材料（聚合物基复合材料（Polymer Composite）复合材料包括增强材料（复合材料包括增强材料（Reinforced Material）和填充材料）和填充材料（Filled Material）多相高分子材料多相高分子材料 均相体系（均相体系（homogeneous phase） 非均相体系（非均相体系（ heterogeneous phase） 连续相一般称为基体（连续相一般称为基体（matrix） 分散相一般称填料（分散相一般称填料（filler）非均相体系的相区结构

5、示意图非均相体系的相区结构示意图 以液体（增塑剂以液体（增塑剂Plasticizer）为填料的增塑材料不属于为填料的增塑材料不属于多多相高分子材料和多组分高分子材料的范畴。相高分子材料和多组分高分子材料的范畴。二、高分子合金和高分子共混物二、高分子合金和高分子共混物 (polymer alloy and polymer blend)（1）高分子共混物）高分子共混物Paul的定义：的定义：a combination of two or more polymers resulting from common processing step e.g. mixing of two polymers i

6、n the melting state, casting from common solvent（2）高分子合金）高分子合金广义定义：高分子合金广义定义：高分子合金 多组分高分子体系多组分高分子体系狭义定义：狭义定义：Paul的定义：由两种或两种以上聚合物组成的均相的或组分间的定义：由两种或两种以上聚合物组成的均相的或组分间有较强粘合力的多组分聚合物体系。有较强粘合力的多组分聚合物体系。Utracki的定义：经过增容处理的不相容聚合物共混体系。的定义：经过增容处理的不相容聚合物共混体系。第二节 高分子材料共混改性的目的一、单一组分高分子材料的性能缺陷一、单一组分高分子材料的性能缺陷（1 1）作

7、为材料使用对聚合物性能的要求）作为材料使用对聚合物性能的要求 综合性能（物理机械性能、加工性能、化学稳定性等）综合性能（物理机械性能、加工性能、化学稳定性等） 例如，例如，19651965年年GEGE公司研制的公司研制的PPEPPE 性能价格比性能价格比ORRn（2 2）单一组分聚合物的性能缺陷）单一组分聚合物的性能缺陷 应力开裂现象严重，从而导致材料的可靠性大大下降。应力开裂现象严重，从而导致材料的可靠性大大下降。 缺口敏感性大，制品稍受损伤，强度急剧下降。缺口敏感性大，制品稍受损伤，强度急剧下降。 熔体粘度大，加工温度高，成形性不好。熔体粘度大，加工温度高，成形性不好。 某方面的性能不能满

8、足使用要求。某方面的性能不能满足使用要求。 成本高成本高（3 3）克服聚合物性能缺陷的方法）克服聚合物性能缺陷的方法 因合成工艺和加工工艺条件而引起的缺陷可以通过控制合因合成工艺和加工工艺条件而引起的缺陷可以通过控制合成和加工条件克服。成和加工条件克服。 通过化学或物理改性通过化学或物理改性 化学改性：通过对聚合物分子进行修饰来改善聚合物的化学改性：通过对聚合物分子进行修饰来改善聚合物的性能，如共聚、性能，如共聚、IPNIPN等。等。 物理改性：通过添加其它组分来改善聚合物的性能，如物理改性：通过添加其它组分来改善聚合物的性能，如共混等。共混等。 物理改性方法简单、研制成本低、研制周期短、容易

9、放物理改性方法简单、研制成本低、研制周期短、容易放大，因此往往是高分子材料改性的首选方法。大，因此往往是高分子材料改性的首选方法。二、高分子材料共混改性的目的二、高分子材料共混改性的目的（1 1）改善高分子材料的某些物理机械性能）改善高分子材料的某些物理机械性能 改善韧性（提高抗冲击性）改善韧性（提高抗冲击性） 改善耐热性改善耐热性 提高尺寸稳定性提高尺寸稳定性 提高耐磨性提高耐磨性 改善耐化学药品性（耐溶剂性）改善耐化学药品性（耐溶剂性） 其它物理机械性能，如气密性、耐候性、阻燃性、阻其它物理机械性能，如气密性、耐候性、阻燃性、阻尼性、粘结性、抗静电性、生物相容性等。尼性、粘结性、抗静电性、

10、生物相容性等。 （2 2）改善高分子材料的加工性能）改善高分子材料的加工性能 改善高分子材料的熔体流动性，即通过共混改变聚改善高分子材料的熔体流动性，即通过共混改变聚合物的熔体粘度。合物的熔体粘度。 控制结晶聚合物的结晶行为。控制结晶聚合物的结晶行为。（3 3）降低成本）降低成本 在保证材料使用性能的前提下，填充价格低的组分来降在保证材料使用性能的前提下，填充价格低的组分来降低材料的成本。低材料的成本。（4 4）赋予高分子材料某些特殊性能）赋予高分子材料某些特殊性能 某些应用场合需要高分子材料具有某些特殊性能，如阻某些应用场合需要高分子材料具有某些特殊性能，如阻燃性、导电性、阻尼性等，可以通过

11、添加具有相应特性的组燃性、导电性、阻尼性等，可以通过添加具有相应特性的组分使材料具有该特性。分使材料具有该特性。第三节 高分子共混物的制备方法一、共混聚合法一、共混聚合法 将一种聚合物分散到另一种聚合物单体中，引发该单体将一种聚合物分散到另一种聚合物单体中，引发该单体聚合。如聚合。如HIPSHIPS、ACSACS等。等。二、直接混合法二、直接混合法 将两种或两种以上聚合物通过物理方法进行混合。这种将两种或两种以上聚合物通过物理方法进行混合。这种方法简单易行，应用最广泛。常用的具体方法有三种，即熔方法简单易行，应用最广泛。常用的具体方法有三种，即熔融共混、溶液共混和乳液共混。融共混、溶液共混和乳

12、液共混。（1 1）熔融共混（）熔融共混（melt blendmelt blend） 将要共混的聚合物加热至熔融或粘流温度以上，通过将要共混的聚合物加热至熔融或粘流温度以上，通过机械搅拌进行分散和混合的方法。机械搅拌进行分散和混合的方法。 由于聚合物的熔体粘度都很大，只有在剪切力很大的由于聚合物的熔体粘度都很大，只有在剪切力很大的条件下才能很好地分散和混合，因此，熔融共混一般需要条件下才能很好地分散和混合，因此，熔融共混一般需要借助特殊的设备，常用的设备主要有三类：炼胶机、密炼借助特殊的设备，常用的设备主要有三类：炼胶机、密炼机和挤出机。机和挤出机。 炼胶机炼胶机 又叫开炼机或辊筒式混炼机，有双

13、辊、三辊和多辊等。又叫开炼机或辊筒式混炼机，有双辊、三辊和多辊等。 优点：操作简单。优点：操作简单。 缺点：能量损耗大，使用温度低。缺点：能量损耗大，使用温度低。 密炼机密炼机 又叫密闭式混炼机，主又叫密闭式混炼机，主要有要有BrabenderBrabender和和HAAKHAAK流变仪流变仪等等 优点：混合效果好，操优点：混合效果好，操作比较简单，可操作温度可作比较简单，可操作温度可达达400400500500，可无氧操作，可无氧操作 缺点：不适合连续生产缺点：不适合连续生产HAAKE转矩流变仪转矩流变仪挤出机挤出机 是最重要的一类塑料混合、复合和加工设备，有单螺杆是最重要的一类塑料混合、复

14、合和加工设备，有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机，常用的是单螺杆挤挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机，常用的是单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。出机和双螺杆挤出机。 螺杆挤出机的螺杆形状、螺纹组合等对混合效果影响很螺杆挤出机的螺杆形状、螺纹组合等对混合效果影响很大，因此市场上有各类适合于不同使用要求的螺杆挤出机。大，因此市场上有各类适合于不同使用要求的螺杆挤出机。 无论螺杆数量是多少，绝大多数螺杆挤出机的螺杆都是无论螺杆数量是多少，绝大多数螺杆挤出机的螺杆都是采用组合式螺杆。组成螺杆的基本单元一般称为螺杆元素，采用组合式螺杆。组成螺杆的基本单元一般称为螺杆元素，主要有两种即螺纹块和捏合块。主

15、要有两种即螺纹块和捏合块。 最常见的螺杆组合方式是四段组合：输送段、塑化段、最常见的螺杆组合方式是四段组合：输送段、塑化段、混合段（捏合段或压缩段）和挤出段。混合段（捏合段或压缩段）和挤出段。 双螺杆挤出机的两个螺杆有同向旋转和异向旋转两种，双螺杆挤出机的两个螺杆有同向旋转和异向旋转两种，每种又有非啮合型、部分啮合型和完全啮合型等。每种又有非啮合型、部分啮合型和完全啮合型等。同向旋转同向旋转异向旋转异向旋转非啮合非啮合部分啮合部分啮合啮合啮合非啮合型反向旋转双螺杆挤出机的两个螺杆又分为配合型和非啮合型反向旋转双螺杆挤出机的两个螺杆又分为配合型和交错型。交错型。配合型配合型 交错型交错型 同向旋

16、转双螺杆挤出机的两个螺杆又分为单、双、三同向旋转双螺杆挤出机的两个螺杆又分为单、双、三齿顶型。齿顶型。（2 2）溶液共混（）溶液共混（solvent-cast blendsolvent-cast blend） 将要共混的聚合物分别溶于溶剂中制成溶液，然后将溶液将要共混的聚合物分别溶于溶剂中制成溶液，然后将溶液混合，再除去溶剂的方法。混合，再除去溶剂的方法。（3 3）乳液共混（）乳液共混（latex blendlatex blend） 将要共混的聚合物分别配制成乳液，然后将乳液混合，再将要共混的聚合物分别配制成乳液，然后将乳液混合，再加入絮凝剂或破乳剂使共混物沉淀的方法。加入絮凝剂或破乳剂使共混

17、物沉淀的方法。三、反应挤出混合法三、反应挤出混合法 反应挤出混合法是借助特殊结构的单或双螺杆挤反应挤出混合法是借助特殊结构的单或双螺杆挤出机，使共混体系在挤出混合过程中发生某种化学反出机，使共混体系在挤出混合过程中发生某种化学反应，从而改善组分间的相容性。应，从而改善组分间的相容性。 由于化学反应需要一定的时间，所以反应挤出混由于化学反应需要一定的时间，所以反应挤出混合时物料在挤出机中的停留时间要比一般情况更长的合时物料在挤出机中的停留时间要比一般情况更长的时间，所使用的挤出机的螺杆结构要与普通螺杆挤出时间，所使用的挤出机的螺杆结构要与普通螺杆挤出机不同，如螺杆长径比较大、螺杆组合方式不同、螺

18、机不同，如螺杆长径比较大、螺杆组合方式不同、螺杆元素结构不同等。杆元素结构不同等。 为了提高混合效果和增加物料在螺杆中的停留时间，往往为了提高混合效果和增加物料在螺杆中的停留时间，往往要对单螺杆挤出机的螺杆结构进行特殊设计。要对单螺杆挤出机的螺杆结构进行特殊设计。（a）凸缘型凸缘型（b）菠萝型菠萝型（c）斜槽型斜槽型（d）凸缘型凸缘型（e）销型销型（f）孔穴输孔穴输 送型送型反应挤出螺杆组合及各段功能示意图反应挤出螺杆组合及各段功能示意图1 油路控制系统；油路控制系统；2 料斗；料斗；3 料筒；料筒；4 液态反应试剂加料计量系统；液态反应试剂加料计量系统；5 真空脱挥系统；真空脱挥系统；6 循

19、环冷却系统；循环冷却系统；7 温度、压力、扭矩监控系统温度、压力、扭矩监控系统用于聚烯烃反应接用于聚烯烃反应接枝的双螺杆挤出机枝的双螺杆挤出机第四节 高分子合金的发展历程一、高分子合金的发展历程一、高分子合金的发展历程从研究的发展过程看可分为四个阶段从研究的发展过程看可分为四个阶段（1 1）起步阶段）起步阶段 1940 194019501950年代年代（2 2）奠定基础阶段）奠定基础阶段 1950 1950年代后期和年代后期和19601960年代：橡胶增韧机理、电子显微镜的年代：橡胶增韧机理、电子显微镜的应用应用（3 3）实用化阶段）实用化阶段 1970 1970年代开始年代开始（4 4）增容

20、化阶段）增容化阶段 1970 1970年代末年代末 从高分子合金的确类型和技术特点的发展过程看可分为从高分子合金的确类型和技术特点的发展过程看可分为三个阶段三个阶段第一代高分子合金第一代高分子合金 在聚合反应下共混，如在聚合反应下共混，如19481948年开发成功的年开发成功的HIPSHIPS，ABSABS第二代高分子合金第二代高分子合金 相容体系高分子合金，如相容体系高分子合金，如19661966年开发成功的年开发成功的MPPEMPPE、19671967年开发成功的年开发成功的ABS/PCABS/PC合金合金第三代高分子合金第三代高分子合金 非相容体系高分子合金，包括增容体系和反应挤出体系，

21、非相容体系高分子合金，包括增容体系和反应挤出体系，如如19761976年的尼龙年的尼龙/ /马来酸酐改性马来酸酐改性EPDMEPDM、19821982年的年的PC/PBTPC/PBT合金合金年代年代重大事项及意义重大事项及意义1944Emett用用NBR改性改性PVC，是高分子合金的最早研究是高分子合金的最早研究报道报道1948美国研制成功美国研制成功ABS树脂，是第一个投入工业生产的树脂，是第一个投入工业生产的高分子合金高分子合金1953研制成功酚醛树脂研制成功酚醛树脂/NBR合金合金,开发了热固性聚合物开发了热固性聚合物的共混改性品种的共混改性品种1954接枝共聚接枝共聚共混法制成共混法制

22、成ABS树脂，聚合物共混工艺树脂，聚合物共混工艺获得重大进步获得重大进步1956Merz报道了他对丁苯橡胶增韧报道了他对丁苯橡胶增韧PS机理的研究结果，机理的研究结果，开始了橡胶对塑料增韧机理的研究开始了橡胶对塑料增韧机理的研究1二、高分子合金发展过程中的重大事项二、高分子合金发展过程中的重大事项年代年代重大事项及意义重大事项及意义1960（1）由于提出了银纹核心理论，使橡胶增韧塑料的机理）由于提出了银纹核心理论，使橡胶增韧塑料的机理研究有了重大进展研究有了重大进展（2）Millar建立了互穿网络（建立了互穿网络（IPN）的概念，开创了一的概念，开创了一类新型聚合物共混物类新型聚合物共混物1964OsO4染色技术开发成功，使人们可以利用电子显微