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茶已微凉93

金虫 (小有名气)

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[求助] 请问为什么用无机填料共混改性高聚物后其拉伸强度降低，而缺口冲击强度先上升后下降？已有4人参与

我用二氧化钛填充改性聚芳醚砜，比例是10％，20％，30％，40％。结果其拉伸强度略微上升后快速下降，缺口冲击强度是先有明显上升后下降。请问为什么会这样呢？

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因为不够好，所以需努力；因为足够好，所以不懈怠！

1楼 2016-05-23 16:46:52

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jawandow

木虫 (正式写手)

高分子专业博士

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【答案】应助回帖

人们经过长期的研究，对高聚物的增韧机理与过程，增韧剂的增韧机理有了比较深入的了解，并且增韧机理的研究由简单的定性解释发展到定量化和模量化的计算。目前使用得比较多的增韧机理有剪切屈服理论、银纹—剪切带理论、刚性粒子增韧理论。
1.微裂纹理论：Merzet[18]等人在1956年提出了高聚物的微裂纹机理。其理论的内容是：橡胶粒子的断裂能与材料的断裂能总和为橡胶粒子联结着的基体在断裂过程中吸收的能量。因为这个理论过于重视橡胶粒子增韧的作用，而忽视基材本身所起到的作用，所以微裂纹理论很快被其他理论给取代了。
2.多重银纹理论：Bucknall [19-20]基于Schmitt[21]提出的橡胶粒子作为应力集中点的设想，认为橡胶粒子在橡胶增韧聚合物体系中作为应力集中点引发银纹而吸收能量。研究发现的结果是，橡胶粒子作为应力集中点可以在应力集中的附近引发银纹，并且当橡胶粒子比较密集时，银纹的密度也同步增大。其次，银纹的发展是可控的，可以由橡胶粒子来控制使其终止而不会发展成为破坏性裂纹。第三，橡胶粒子诱发形成大量的小银纹吸收的冲击能量，要比纯高聚物中的少量大银纹吸收的能量要多，故多重银纹的产生和发展可以提高共混物材料的冲击强度。但是，多重银纹理论并不能解释PVC材料在单轴拉伸试验中没有发生应力发白的成颈现象。
3.剪切屈服理论：Newman 和Strella[22]通过使用光学显微镜来观察丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）拉伸过程中橡胶粒子的形变，提出了其韧性的提高是因为橡胶粒子的应力集中引发了基材的剪切形变。他们认为在橡胶增韧高聚物过程中，当其受到外力作用的时候，橡胶粒子作为应力集中点在基体中产生三维张力，引起自身与基体界面的脱粘、基体银纹化与自身的空洞化等体积膨胀过程，从而释放了应力集中的静张力分量，使橡胶粒子周围的基体发生了从平面应变转变到平面应力状态，从而降低了粒间基体的剪切屈服应力。剪切屈服理论可以解释橡胶增韧PVC的体系，但是它解释不了另一体系在拉伸过程、应力发白和密度变化中没有细颈等现象[23]。
4.剪切屈服-银纹化理论：二十世纪末Bucknall[24]提出在橡胶增韧聚合物体系中同时存在剪切屈服和银纹化现象的观点。Grancio[25]的研究表明橡胶粒子作为应力集中点同时诱发银纹和剪切带大量的产生，并且剪切带可以控制银纹的尺寸和新的剪切带可以由银纹尖端的应力集中效应引发。在银纹与剪切带间的相互作用过程中吸收了很多的能量，起到了延缓材料被破坏的过程，从而使得聚合物的冲击强度得到提高。但是，剪切屈服-银纹化理论是在无定形聚合物作为基体的基础上建立的，没有经过严格的数学处理，仅是作为定性研究，使得其在使用上有很大的局限性。
5.空穴化理论：基体在外力作用下，在基体界面与橡胶粒子间或橡胶粒子内部产生了空洞化现象，导致了基体材料从平面应变转化到了平面应力，使得剪切屈服的产生，阻止了裂纹的进一步扩展。并且，橡胶粒子由于应力引起了其附近基体的三维张力，它通过界面脱粘与空洞化释放了弹性应变能，使得高聚物的冲击强度得到提高。
6.Wu氏增韧理论：S.H.Wu[26-28]在研究三元乙丙胶增韧尼龙66过程中，提出了临界粒子间距普适判据的概念，并且对热塑性高聚物进行科学的分类及建立塑料增韧的脆韧转变模型，使用半定量的数值来表征传统的增韧理论，并认为基体的局部屈服继而传播到整体的过程为脆韧转变的过程。
7.刚性粒子增韧理论：在共混体系中，作为分散相的刚性粒子当受到外力大到一定程度时，其会发生脆韧转变，继而出现类似于玻璃态高聚物那样的屈服冷拉现象，其刚性粒子吸收了大量的冲击能量，从而提高了共混物的冲击强度。但是刚性粒子在增韧高聚物时，只有在一定的范围内能起到增韧效果，通常提高的幅度不大[29]。
综上所述，高聚物增韧的过程往往比较复杂，单个理论不足以完全解释清楚的。并且高聚物的改性往往是以牺牲材料的强度、刚度等性能作为代价来提高其其他性能。
总有一个适合你。