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抗冲改性剂增韧热塑性塑料的方法机理及其进展

来源:http://www.sfcslzj.com/news102652.html  发布时间:2019-7-18 3:00:00

抗冲改性剂增韧热塑性塑料的方法大致包括橡胶弹性体改性和刚性无机或有机填料改性两种类型。使用刚性无机或有机填料作为抗冲改性剂的技术是80年代中期出现的非弹性体增韧方法,相应的理论体系不完善。相比之下,橡胶弹性体增韧机理的研究较为成熟。

2.1 橡胶弹性体的增韧机理

迄今报道的弹性体抗冲改性剂的增韧机理大致包括微裂纹理论、多重裂纹理论,屈服膨胀理论,次级转变理论、银纹支化理论、韧化机理和银纹-剪切带理论等。尽管这些理论各有不完善之处,但由Bucknall等人提出的银纹-剪切带理论则能较为合理地解释弹性体抗冲改性剂增韧塑料配合物的各种现象。

按照Bucknall等人的观点,弹性体抗冲改性剂在塑料制品中起应力集中的作用:当材料受力时,围绕改性剂微粒赤道附近的区域应力被放大,随离开微粒距离的增加,被放大的应力迅速减小到原来的应力水平;另外,应力由改性剂微粒赤道向两极点移动,在极点附近达到小。究其原因,应力集中现象是由于抗冲改性剂微粒的模量与树脂差别太大所导致的。除应力集中作用外,弹性体抗冲改性剂对提高塑料抗冲击性的另一个贡献是通过自身的变形和空穴作用阻止银纹的增长。

综上,根据银纹一剪切带理论,弹性体改性剂粒子降低了总的银纹引发应力,并利用微粒变形和剪切带阻止银纹的增长,从而起到抗冲增韧的作用。

弹性体改性剂又可分为预定弹性体(PDE)型、非预定弹性体(NPDE)型和过渡型三类:

核一壳结构的ACR类即属预定弹性体(PDE)型,其核为软状弹性体,赋予制品抗冲性能:包围核的壳具有高玻璃化温度,主要功能是使改性剂微粒之间相互隔离、防止结团聚集,形成可自由流动的细粉颗粒,改善操作性,促进改性剂在聚合物基体中的分散以及增强改性剂与树脂基体之间的相互作用,使改性剂能够偶联到基体树脂上。

非预定弹性体(NPDE)型抗冲改性剂又称为网络聚合物(NP),CPE和EVA是此类抗冲改性剂的典型代表,通过控制CPE中的Cl、EVA中的VAc含量保证改性剂粒子与基体树脂的相容性,在加工过程中通过控制一定的工艺条件使改性剂粒子形成一个包覆PVC初级粒子的网状结构从获得良好的抗冲增韧效果。通常,当共混物温度高于200℃时,PVC初级粒子即完全熔融,致使弹性体网络转变为球体分散于PVC树脂基体中,抗冲改性效果则大幅度下降。因此,该类型抗冲改性剂获得佳抗冲性能的加工温度范围相对较窄,对加工条件较为敏感。

过渡型抗冲改性剂是指介于预定弹性体(PDE)型和非预定弹性体

(NPDE)型抗冲改性剂之间的抗冲改性剂。过渡型抗冲改性剂结构中含有一定限度的交联弹性体,并且其在PVC熔体中能保持大部分形状,但对加工条件仍有显著的敏感性,ABS三元共聚物被认为是此类改性剂的代表。

在PVC的加工中,无论是哪一种弹性体要想起到好的抗冲改性效果,都必须和PVC有一定的相容性以便更好地与PVC相粘附。

2.2 刚性粒子的增韧机理与条件

刚性粒子增韧又称非弹性体增韧,从1984年起,国外出现了以非弹性体增韧体系代替弹性体增韧塑料的新思想。非弹性体填料包括PP、CPP、PS等刚性有机粒子和CaCO3、滑石粉等刚性无机粒子,尽管非弹性体增韧机理尚不完善,但在研究了很多非弹性体增韧体系,对其机理进行大量研究后认为:非弹性体增韧的机理是由于拉伸过程中在刚性分散相粒子的赤道面上产生一种较高的静压强,使得分散相粒子易于屈服产生冷拉从而发生较大的塑性形变,形变过程中吸收大量的冲击能从而使材料的韧性得以提高。研究同时表明,刚性粒子增韧必须具备如下条件:

(1)被增韧的基体本身要有一定的韧性。其基体的韧性使得它在共混物受力时易于屈服性变,产生对刚性粒子的静压力并使其产生塑性变形以吸收更多的冲击能量:

(2)刚性粒子与基体之间要有良好的界面结合力,使应力更容易通过界面传递,界面粘接的好坏对冷拉会直接的影响。对无机刚性填料来讲,其表面经过处理从而防止结团聚集并增强与基体之间的结合力是非常关键的;

(3)刚性粒子粒径要小,浓度要达到一定值才能增韧。这说明刚性

粒子添加量要合理且粒子之间要相互隔离防止结团聚集才能获得好的增韧效果。

橡胶弹性体增韧PVC尽管已取得较为理想的效果,但却在一定程度上造成了材料强度和刚性的损失,而刚性粒子却能在保持材料固有强度和刚性的基础上增强材料的韧性,因此,刚性粒子增韧体系研究的不断深入无疑为塑料的抗冲改性开拓了新的途径。根据刚性粒子的增韧机理和条件,采用橡胶弹性体和刚性料子共同增韧PVC材料将是一个值得研究的课题,目前,我公司在该领域的研究已取得了较为显著的成效,为企业在PVC抗冲改性方面获得重大突破奠定了有力的基础。

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