橡膠增韌塑料銀紋-剪切帶-空穴理論的基本思想
化學(xué)先生 / 2019-09-18
實踐中發(fā)現(xiàn)，對于某些共混體系，在拉伸作用過程產(chǎn)生的現(xiàn)象，多重銀紋機(jī)理仍無法解釋。例如HIPS/PPO共混物試樣經(jīng)過拉伸后作掃描電鏡觀察，除發(fā)現(xiàn)多重銀紋外，還觀察到與應(yīng)力星45°角的剪切帶，而且發(fā)現(xiàn)剪切帶也是途經(jīng)橡膠粒子的，說明橡膠顆粒同樣可以引發(fā)剪切帶。同時還發(fā)現(xiàn)，很少銀紋并不直接終止于橡膠顆粒，面是終止于相鄰的橡膠顆粒的附近，銀紋的長度也較短，因此認(rèn)為銀紋很可能是被剪切帶終止。因為在剪切帶內(nèi)分子鏈大致沿張力方向取向，即垂直于銀紋平面，因此對終止銀紋比橡膠粒子更為有效。
大量實驗已經(jīng)證實，剪切帶對銀紋尺寸起著控制作用，而且銀紋尖喘的應(yīng)力集中效應(yīng)還可引發(fā)新的剪切帶，剪切帶的引發(fā)和增大過程同樣可消耗大量能量。因此，在銀紋和剪切帶同時存在的聚合物共混物體系中，銀紋和剪切帶之間存在相互作用和協(xié)同作用。兩者共同為共混物韌性的提高做出貢獻(xiàn)。例如ABS拉伸過程既有發(fā)白現(xiàn)象，又有細(xì)頸形成，說明同時存在銀紋和剪切帶兩種形變機(jī)理，其增韌機(jī)理必然是兩者的協(xié)同作用。對于基體韌性較好的體系，如增韌PVC,其增韌作用主要歸結(jié)于剪切屈服形變，銀紋化的貢獻(xiàn)很小。這些實驗事實促使了銀紋剪切帶空穴理論的建立。
Bucknall 等人在1972年提出:橡膠顆粒在增韌塑料中發(fā)揮兩個重要作用:①作為應(yīng)力集中中心誘發(fā)大量銀紋和剪切帶:②控制銀紋的發(fā)展并使銀紋及時終止而不至發(fā)展成破壞性的裂紋。銀紋末端的應(yīng)力場可以繼續(xù)誘發(fā)剪切帶而使銀紋終止，銀紋擴(kuò)展遇到已有的剪切帶也可阻止銀紋的進(jìn)一步發(fā)展。大量銀紋和/或剪切帶的產(chǎn)生和發(fā)展消耗大量能量，因而可顯著提高增韌塑料的韌性。
該理論認(rèn)為，橡膠顆粒的增韌機(jī)理主要包括三個方面: (a) 橡膠顆粒引發(fā)和支化大量銀紋并橋接裂紋兩岸: (b)引發(fā)基體剪切形變，形成剪切帶: (e) 在橡膠顆粒內(nèi)及表面產(chǎn)生空穴，伴之以空穴之間聚合物鏈的伸展和剪切并導(dǎo)致基體的塑性變形。在沖擊能作用下，這三種機(jī)制如圖4-2所示。
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