影響橡膠增韌塑料沖擊強(qiáng)度的因素
化學(xué)先生 / 2019-09-18
在橡膠增韌塑料中，影響沖擊強(qiáng)度的因素可從基體特性、橡膠相尺寸和數(shù)量及相間黏合力三個方面來考慮。
(1)樹脂基體的影響 增加基體樹脂的分子量 及韌性可提高沖擊強(qiáng)度。基體韌性較大的增韌塑料如ABS增韌的PVC。由于銀紋和剪切帶的相互作用。橡膠組分的含量存在最佳值，如圖4-11 所示。
基體樹脂與橡膠相之同應(yīng)有適中的互溶性。 互溶性過小，相間黏合力不足:互溶性過大，橡膠顆粒太小，甚至形成均相體系，這都不利于沖擊強(qiáng)度的提高，如圖4-12所示。
(2)橡膠含量的影響 在橡膠顆粒尺寸一定的情況下，在一定范圍內(nèi)橡膠含量增大，橡膠粒子數(shù)增多，引發(fā)銀紋、終止銀紋的速率相應(yīng)增大，有利于材料沖擊強(qiáng)度的提高。同時各個橡膠粒子周圍的應(yīng)力場發(fā)生相互作用更有利于銀紋的引發(fā)，對材料的沖擊韌性提高也有利，但橡膠含量并非越大越好。如上一節(jié)所述，對韌性較大的基體，橡膠含量往往存在極大值。過多的橡膠含量不僅不會提高材料的韌性，還會影響材料的其他力學(xué)性能，如強(qiáng)度、模量的大幅度下降，所以，共混物中的橡膠含量通常都有一個最佳值。
(3) 橡膠顆粒尺寸的影響 橡膠顆粒 直徑對材料韌性的影響也存在最佳值。對不同的品種，最佳值亦不同，這主要決定于基體樹脂的特性。橡膠顆粒過小時起不到終止銀紋的作用過大時引發(fā)銀紋的數(shù)量太少，這都不利于沖擊強(qiáng)度的提高。在聚苯乙烯中銀紋的厚度約為0.9~2.8μm,故HIPS中橡膠顆粒的最佳直徑為1~ 10μm,粒徑過小時會被銀紋“吞沒”而起不到終止銀紋的作用?；w不同時銀紋尺寸亦不同，所以橡膠的最隹粒徑也有差異，對一定的增韌體系，橡膠顆粒大小存在一個臨界尺寸，小于此尺寸，橡膠起不到增韌作用，例如HIPS的臨界尺寸為0.8μm, ABS為0.4μm,而增韌PVC為0.2μm. 由這兒個數(shù)據(jù)可見，塑料基體的韌性越好，臨界尺寸越小。
橡膠顆粒的粒徑分布亦有影響。由于大粒徑顆粒對引發(fā)銀紋有利，小顆粒對引發(fā)剪切帶有利，所以粒徑分布存在最佳狀態(tài)。
橡膠相玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響 一般面言，橡膠相的玻璃化溫度越低，增韌效果越好。通常，橡膠相的Tg應(yīng)在-40°C以下， 對橡膠增韌塑料休系面言，在高速沖擊負(fù)荷作用下，橡膠粒子應(yīng)能充分發(fā)生松弛變形，才能有效地引發(fā)銀紋或剪切帶，吸收沖擊能。但在高速負(fù)荷的作用下，橡膠相的Tg會顯著升高。如果橡膠在靜態(tài)下的Tg不太低，則在沖擊力作用下有可能使橡膠粒處于教璃態(tài)，因此就不能發(fā)揮橡膠彈性粒子吸收沖擊能的作用。因此，要使橡膠相在常F發(fā)揮有效的增韌作用，其Tg至少應(yīng)比室溫低40-60°C.換言之，一般橡膠的Tg在-40°C以下為好。
(5)橡膠顆粒結(jié)構(gòu)的影響 在HIPS體系中，橡膠分散相顆粒中還含有大量的PS包容物，這種特殊結(jié)構(gòu)的橡膠粒子，比一般橡膠粒子有著更強(qiáng)化的增韌效果。蜂窩狀橡膠顆粒除了起著增大橡膠相體積分?jǐn)?shù)的作用外，更重要的是在受力形變過程中和一股粒子有著完全不同的情況。有大量包容物PS的橡膠粒子，在外力作用下被拉長，而其內(nèi)部的PS由于模量較高，不易相應(yīng)變形，因而橡膠顆粒發(fā)生局部“微纖化”。分散相中的橡膠分子被PS的小微區(qū)隔開，橡膠微纖化后，不會產(chǎn)生大的空洞，對于無包容物的橡膠顆粒，在外力作用下，整個粒子被拉長的同時，橫向會發(fā)生明顯的收縮。處于橡膠顆粒表面的PS不可能馬上發(fā)生相應(yīng)的形變，導(dǎo)致橡膠粒子外層和PS之間產(chǎn)生空洞，大大影響橡膠的增韌效果。因此，在HIPS體系中應(yīng)盡量減少無包容物的顆粒。
對ABS的研究結(jié)果證實(shí)，粒子自身形態(tài)(有無包容物)對增韌作用的影響不如HIPS那么明顯。這與ABS的基體(SAN) 銀紋化形成的微纖強(qiáng)度高有關(guān)。ABS形變過程中盡管也會產(chǎn)生空洞，但不會使銀紋破裂。
此外，橡膠的交聯(lián)程度對增韌作用也有很大影響，也存在最適宜的范圍。交聯(lián)度過大，橡膠相模量過高，難以發(fā)揮增韌作用，交聯(lián)度過小，在加工中，橡膠顆粒易變形破碎，也不利于發(fā)揮增韌效能。橡膠相的最佳交聯(lián)度通常是通過實(shí)驗(yàn)確定的。
(6) 橡膠相與基體樹脂之間黏合力的影響 只有當(dāng)兩相之間有良好的黏合力時，橡膠相才能有效地發(fā)揮作用。為增加兩相之間的黏合力，可采用接枝共聚共混或嵌段共聚共混的方法，所生成的共聚物起增容劑的作用，可大大提高沖擊強(qiáng)度。直接添加增容劑同樣能有效提高體系的沖擊強(qiáng)度。
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