第5篇 共混物的相界面.pptVIP

第五章 聚合物共混物的相界面 主要内容 聚合物共混物的界面 共混物界面上的扩散与界面层结构 改善界面层的方法 不相容聚合物共混物的增容 概述 界面对高聚物共混体系和高聚物基复合材料的力学性能起到非常关键的作用； 界面能提供应力的传递，又能阻断裂纹的扩展以及在一定的情况下将以脱粘和滑动摩擦等形式来吸收在承受外力时所产生的破坏能。 研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作用、界面上的残余应力、环境对界面的作用以及这些因素对整体力学性能的影响，目的在于弄清关系以便找到提高这种材料性能的有效措施。 聚合物共混物的界面 两种聚合物的共混物中存在三种区域结构：两种聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。界面层也称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两种聚合物链段之间的相互扩散。界面层的结构，特别是两种聚合物之间的粘合强度，对共混物的性质，特别是力学性能有决定性的影响。 界面层的形成 聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤: 第一步是两相之间的相互接触； 第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。 聚合物大分子链段的相互扩散有两种情况： 若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两大分子链段以相近的速度相互扩散； 若两大分子的活动性相差很大，则两相之间扩散速度差别很大，甚至发生单向扩散。 两种聚合物共混时，相互接触的界面层可能出现三种情况： 由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两种大分子链段强烈相互扩散，在强大的机械剪切力作用下，彼此结合成为一种物质，这时已无相的界面存在，形成单相匀一状态。 聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表面的扩散，此时界面比较明显。 在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以进入对方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范围内同时存在两种大分子链段，通常把这一定的厚度范围称为过渡层。 界面层厚度 界面层的厚度主要取决于两种聚合物的界面相容性，此外还与大分子链段的尺寸、组成以及相分离条件有关。不相容的聚合物，链段之间只有轻微的相互扩散，界面层厚度很小，而且聚合物之间的相界面很明显。随着聚合物的相容性增加，扩散程度增大，相界面越来越模糊，界面层厚度越来越大，两相的黏合力增大。完全相容的聚合物最终形成均相，相界面消失。 两相之间的粘合 就两相之间粘合力性质而言，界面层有两种基本类型： 两相之间存在化学键，例如接枝和嵌段共聚物的情况； 两相之间仅靠次价力作用而粘合，如一般机械法共混物的情况。 共混物界面上的扩散现象 Price等用装有X射线光电子能量谱装置的扫描电镜来追踪聚己内酰胺与聚氯乙稀的相互溶解过程，并由此来研究两个分子态高聚物的相容性。除了对这种体系的共混物在实验中观察界面接触层图像外，还追踪在界面上浓度分配的时间变化，由此求出这两种高聚物之间的相互扩散系数D。D大约处在10-12cm2·s-1的范围内。 根据E-instein公式： 可以算出t秒钟时的平均扩散距离。结果t=1s时，x=10nm；t=5s，x=24.5nm；t=1min，x=77.5nm；t=1h，x=600nm。由此可见，界面上发生的输运速度是足够快的。如果从共混物界面厚度理论值的数量级来看，几个纳米的界面扩散应发生在1s之内，说明界面达到平衡的时间是很短的。 界面层结构 机械共混物中两种大分子链段在界面互相扩散的程度主要取决于两种聚合物的溶解度参数、界面张力和分子量等因素。 溶解度参数相近，两种分子容易相互扩散，界面层较宽；完全不相容的共混体系，不会形成界面层。 两种聚合物的表面张力接近，界面张力小，有利于两相聚合物分子相互湿润和扩散。 界面层的结构组成和独立相区的差别 ① 两种分子链的分布是不均匀的，从相区内到界面形成一浓度梯度； ② 分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合物的平均密度； ③ 界面层内往往易聚集更多的表面活性剂及其他添加剂等杂质，分子量较低的聚合物分子也易向界面层迁移。这种表面活性剂等低分子量物越多，界面层越稳定，但对界面粘结强度不利。 界面层的性质 Bare研究发现，界面层的玻璃化温度介于两种聚合物组分玻璃化温度之间。当分散相的比表面积小于25μm2/g时，共混物有两个明显的力学损耗峰；比表面积大于25 μm2/g时，只有一个明显的力学损耗峰。 Kaplan指出，当分散相颗粒直径大于0.1μm时，共混物有两个明显的玻璃化温度，分别对应于两聚合物组分的玻璃化温度；当粒径在0.02～0.1μm时，两个玻璃化温度相互靠拢；当粒径小于0.015μm的时候共混物只表现一个宽广的玻璃化转变区域。这是由于随着分散相颗粒的减小，