聚合物材料改性技术作业姓名：胡燕梅学号：123051121.论述形态学要素与聚合物/聚合物共混物性能的关系从分散相和连续相的角度讨论共混物的形态学特征与性能的关系。

从分散相的角度，主要考虑分散相粒径及粒径分布的影响；从连续相的角度，主要考虑分散相颗粒之间的基体层厚度的影响。

此外，分散相颗粒的形貌对性能也有重要影响。

从分散相的角度探讨共混物形态与性能的关系分散相的平均粒径通常应控制在某一最佳值附近。

在弹性体增韧塑料体系中，弹性体为分散相，塑料为连续相，弹性体颗粒起塑料增韧剂的作用。

弹性体颗粒过大或过小都对增韧改性不利。

而对于不同的塑料基体（连续相），由于增韧机理不同，也会对弹性体颗粒的粒径大小有不同的要求。

除了平均粒径之外，粒径分布对共混物性能也有重要影响。

如弹性体颗粒的粒径分布过宽，体系中存在许多过大或过小的弹性体颗粒，而过小的弹性体颗粒几乎不起增韧作用，过大的弹性体颗粒则会对共混物性能产生有害影响。

也有研究结果发现，当一种塑料的增韧能够以两种不同机理实现，而两种机理对橡胶粒径有不同要求的情况下，橡胶颗粒的粒径可以设法制备成双峰分布，以满足不同增韧机理对橡胶粒径的需要，从而让两种增韧机理发挥作用。

双峰分布的橡胶粒径一般是通过加入两种不同的橡胶而获得的。

从连续相的角度探讨共混物形态与性能的关系探讨弹性体颗粒之间的塑料基体层厚度（即分散相颗粒表面间距）对增韧作用的影响：当基体层厚度低于某一临界值，共混材料会实现脆-韧转变。

塑料基体层的厚度，与弹性体（分散相）粒径的大小是密切相关的。

在弹性体的添加量不变时，如果粒径减小，粒子数目相应增多，基体层的厚度就随之降低。

而在分散相粒径不变时，分散相体积分数增大，基体层的厚度也会降低。

在实际应用中，在共混物形态方面出现的问题往往是分散相粒径过大，以及粒径分布过宽。

如何减小分散相粒径，以及控制其粒径分布，就成了共混改性中经常面临的重要问题。

分散相粒子形貌与性能的关系在SBS增韧PP共混体系中，当SBS分散相颗粒呈条状时，共混物具有较高的抗冲击性能。

在PE/PA共混制备的阻隔材料中，分散相PA以层片状分布在PE基体中，共混物具有较好的阻隔性能。

以液晶聚合物对其他聚合物进行增强，液晶聚合物在共混过程中原位生成纤维状结构，分布于基体聚合物中，发挥其增强作用。

2.讨论影响分散相粒子形貌的因素及形貌表征方法影响分散相粒子形貌的因素：分散机理的影响在实际的共混中，分散相破碎的过程可能会介于“液滴分裂机理”和“细流线破裂机理”之间，而倾向于某一种机理。

例如，对于倾向于细流线破裂机理的分散过程，通常是分散相先变形成为带状，带状的分散相再变细，成为细条，最后破裂成小颗粒。

这种对于某一种机理的倾向性，就会影响分散相粒子的形貌。

流动场形式和加工工艺的影响对于以剪切流动为主的流动场形式，快速改变剪切力可以将分散相粒子变成条状；而与剪切流动相比，拉伸流动能更有效地将分散相粒子由液珠状拉伸为纤维状。

在聚合物共混体系成型加工过程中，看通过调整某些加工工艺来促成分散相特殊形貌的形成。

例如，聚合物成型过程中的拉伸工艺，可使分散相发生相应的变形。

熔体黏度的影响通常为获得具有条状、纤维状或层片状分散相形貌的共混物，应适当调控两相的黏度比。

例如，制备具有阻隔作用的HDPE/PA6共混材料，需要分散相PA6以层片状的形态存在于连续相HDPE中。

为获得PA6为呈片状形态的共混物，可在低于“等黏温度”的条件下共混，使PA6的熔体黏度高于HDPE。

在这种情况下，由于连续相的熔体黏度低，而分散相PA6的熔体黏度高，分散相PA6易于被拉长，不易破碎成“液滴”，而以层片状的形态存在共混体系中。

分散相粒子形貌表征方法：显微镜法，分为光学显微镜法和电子显微镜法；玻璃化转变法，测定聚合物共混物的力学松弛性能，特别是玻璃化转变的特性，从而确定其混溶程度和形态结构。

光学显微镜法最大放大倍数1000倍，主要用来观测相畴尺寸>1μm的形态结构。

比如观测HIPS中橡胶颗粒的分散情况，形态，尺寸等，有两种观测方式：透射和反射，用透射光观察时，样品厚度一般不超过5μm。

电子显微镜法扫描电镜景深长，成像具有强烈的立体感，一般扫描电镜的分辨率仅为30nm。

近几年研制的低压高分辨扫描电镜分辨率可达7nm。

玻璃化转变法聚合物共混物的玻璃化转变与各组分的玻璃化转变有关，还与其形态结构有密切关系。

通过测定聚合物共混物的Tg可以推断界面层得结构特征。

通过用差示扫描量热法（DSC）测定两组分（A、B）聚合物共混物的Tg，可能有以下几种情况：测出3个Tg：Tga、Tgb、Tgc；其中Tga、Tgb分别对应于A、B的玻璃化转变温度，转变温度相当于纯组分的Tg而言，有明显相互靠近。

Tgc是界面层显示的玻璃化温度。

表面：界面层中具有相当厚度的区域，且具有恒定组成的混合相，两组分具有较好的相容性。

测出2个Tg：转变温度相当于纯组分而言，有明显相互靠近。

说明两组分具有部分相容性。

若分别对应于A、B的玻璃化转变温度，与纯组分的Tg相比基本相同。

两组分的相容性不好。

测出1个Tg：说明两组分的相容性很好，可能形成了均相结构。

测出共混物具有一个Tg，不能认为就具有均相结构。

对于一些共混物的形态结构：如PS/PPO共混体系，用一般的方法研究都是均相结构，但从微观上讲，到底是不是均相结构？是否在2~4nm尺度上是均匀的？是否是完全分子水平上的均相共混物？这只能通过荧光光谱法来解决。

3.讨论影响聚合物共混物相容性的因素及其改善方法。

影响聚合物共混物相容性的因素：受到分子链间作用力的制约，高分子共混的过程实际上是分子链间相互扩散的过程。

内聚能密度是分子链间作用力大小的量度。

但由于高分子不能气化而无法直接测定其内聚能密度，因而常用溶解度参数来表征分子链间作用力的大小。

分子内相互作用，与分子间作用一样是影响共混物相容性的重要因素。

高分子的极性越接近，其相容性越好。

极性越大，分子间作用力越大。

由于光谱和量热分析表明，分子间作用力是高分子相容的重要因素，因此，极性高分子共混时相容性一般较好，如在一定AN范围内PVC/NBR、PVC/PCL，在一定V AC含量范围内PVC/EV A等；非（弱）极性高分子共混时相容性一般较差，如PB/IIR、NBR与乙丙橡胶（EPR)，PE/PP，EPR/PP，PS/PB，PS/PP等；极性/非极性高分子共混时一般不相容，如PVC/PB，PVC/PE，PVC/NR，PVC/PS，PC/PS，PA/PP等。

但是也有例外，极性高分子共混时也会不相容，如PVC/CPE；非（弱）极性高分子共混时也会相容，如PS/PPO。

熔融共混物稳定性及分散度又由界面两相的表面张力决定，对于高分子，当两相的接触角为零时，其界面张力γ可用下式表示：共混组分的γ愈接近，两相间的浸润、接触和扩散愈号，界面结合愈好。

完全相容或不相容体系的性能都不理想，最理想的是两相不相容但界面结合很好的多相体系，其性能显著超过单一组分的性能，而不是简单得平均值。

高分子结晶能力愈大，分子间的内聚力愈大。

因此，共混组分的结晶能力愈相近，其相容性愈好。

凡能使分子链间紧密而又规整排列的因素（包括构型和构象因素）皆有利于高分子结晶。

在非晶态高分子共混时常有理想的混合行为，如PVC/NBR、PVD/EV A等；在晶态/非晶态（或晶态）高分子共混时，只有出现混晶对才相容，如PVC/PCL，PVDF与PMMA，PBT与PET，PA/PE，EPR/PE，iPP/PE等。

粘度对相容性的影响较大。

由于高分子的粘度很大，具有动力学稳定性，因而共混物的相行为极为缓慢。

在NR/IR中，二者的结构相同，但出于粘度相差悬殊而不相容。

高分子的粘度愈相近，其相容性愈好。

例如，NR/SBR中，两组分的门尼粘度愈接近时期微相结构愈小。

聚合物共混物相容性改善方法：减小分子量，可增加相容性。

分子量增加，体系粘度增大，也不利于相容的动力学过程进行。

例如，减小PS分子量，可增加它在IR中的溶解度；酚醛树脂在硫化胶中的溶解也是如此。

对于均聚物（如PS、PB、IR）与相应的接枝共聚物（PS-g-PB）或以嵌段共聚物（PS-b-IR）间的相容性，取决于均聚物和共聚物中相应嵌段的分子量大小：均聚物分子量较小时相容，否则不相容。

4.概述聚合物阻燃方法及阻燃机理。

聚合物阻燃方法原理上，由于聚合物材料的燃烧特性与其组成和结构密切相关，因此，要解决聚合物的阻燃性问题，也可从组成和结构设计入手。

事实上已经有像氟塑料、聚酰亚胺等具有高耐热性和阻燃特性的聚合物材料付诸实用。

但是，大量实践证明，要在保留聚合物材料应用性能多样性的前提下解决聚合物的阻燃和抑烟抑毒问题，最简单、经济和富有实效的方法还是使用各种称为“阻燃剂”的添加剂。

目前已开发出来的阻燃剂的种类很多，其具体的功能各不相同。

但概括起来，它们都是通过一种或多种下列阻燃效应而起作用的：吸热效应其作用是减慢聚合物材料的升温速度。

覆盖效应其作用是在较高温度下形成稳定的覆盖层，或分解生成泡沫状物质，覆盖于聚合物材料的表面，使聚合物材料因热分解而生成的可燃性气体难于逸出，并对材料起隔热和隔绝空气的作用。

稀释效应具有这种功能的阻燃剂在受热时可产生大量的不燃性气体，使聚合物材料分解产生的可燃性气体被稀释而达不到可燃的浓度范围，从而可阻止聚合物材料的发火燃烧。

抑制效应(捕获自由基) 如前所述，聚合物的燃烧实质上是热分解产物的自由基链式反应，因此，在燃烧高温下的自由基捕获作用可以有效抑制聚合物的燃烧。

增强效应(协同效应) 有些添加剂单独使用时并不具有阻燃效果或效果很小，但当与其它阻燃剂并用时却能显著提高其阻燃效果，这种作用就称为增强或协同效应。

聚合物阻燃机理：气相阻燃机理阻燃剂在热的作用下，能释放出活性气体，或生成微细粒子，中断燃烧链反应。

另外阻燃剂也可在受热分解时产生不可燃气体（如水、CO2，氨气等）稀释可燃气体，并降低可燃气体温度，阻止燃烧。

凝聚相阻燃机理阻燃剂与材料间存在化学反应，且反应在低于材料热分解温度下发生，有脱水和交联两种主要的反应模式。

阻燃剂燃烧后可在材料表面生成多孔保护碳层，该层具有难燃，隔热，隔氧的作用，又能阻止可燃气体进入燃烧气相，致使燃烧中断。