63 共混改性塑料.ppt
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1、第第6章章 共混改性塑料的其他性能共混改性塑料的其他性能共混改性塑料的其他性能主要包括共混改性塑料的其他性能主要包括:共混改性塑料的熔体流变特性、共混改性塑料的熔体流变特性、透气性和可渗性、热性能、透气性和可渗性、热性能、电学性能、光学性能等。电学性能、光学性能等。2021/9/2416.16.1共混改性塑料的熔体流变特性共混改性塑料的熔体流变特性n共共混混改改性性塑塑料料熔熔体体的的流流变变特特性性与与聚聚合合物物熔熔体体的的情情况况相相似似,在在一一般般剪剪切切流流动动条条件件下下,也也属属于于假假塑塑性性流体,流动时有明显的弹性效应。流体,流动时有明显的弹性效应。n但但是是,由由于于共共
2、混混改改性性塑塑料料熔熔体体一一般般为为复复相相结结构构,相相与与相相之之间间相相互互作作用用,相相互互影影响响,所所以以流流变变性性能能还有自身的特点。还有自身的特点。/2021/9/2426.1.1 6.1.1 熔体的分散状态熔体的分散状态n非均相的共混改性塑料熔体,有两种分散状态:非均相的共混改性塑料熔体,有两种分散状态:n第一种是两相交错的互锁状结构,第一种是两相交错的互锁状结构,n第第二二种种是是一一种种聚聚合合物物为为分分散散相相,另另一一种种聚聚合合物物为为连续相。连续相。n两种聚合物的体积比、粘度比、两种聚合物的体积比、粘度比、n弹性比以及两种聚合物间的界面张力,弹性比以及两种
3、聚合物间的界面张力,n还与共混设备类型及共混工艺条件等因素有关还与共混设备类型及共混工艺条件等因素有关.n哪哪一一种种组组分分为为分分散散相相,哪哪一一种种组组分分为为连连续相,取决于续相,取决于:2021/9/243在流动时,分散相或呈带状或呈珠状或呈纤维状在流动时,分散相或呈带状或呈珠状或呈纤维状。n例如例如 HDPE HDPE与与 PS PS组成的共混体系,组成的共混体系,n当当HDPE/PSHDPE/PS25/7525/75,温温度度为为200200和和220220时时,HDPEHDPE为连续相,为连续相,PSPS是珠状分散相;是珠状分散相;n温度为温度为240240时时PSPS为连续
4、相。为连续相。n当当HDPEHDPEPS=50PS=505050时时,在这,在这三种温度下,三种温度下,PSPS皆为分散相。皆为分散相。n当当HDPEHDPEPSPS75752525时,时,在在上述三种温度下,皆呈交错的上述三种温度下,皆呈交错的互锁结构,如图互锁结构,如图6 61414所示。所示。/2021/9/2446.1.2.6.1.2.共混改性塑料熔体的粘度共混改性塑料熔体的粘度共混改性塑料熔体的粘度与共混改性塑料熔体的粘度与下列因素有关:下列因素有关:共混物的组成、共混物的组成、熔体的分散状态、熔体的分散状态、温度、剪切应力及剪切速率等温度、剪切应力及剪切速率等/2021/9/245
5、(1 1)粘度与共混物组成的关系)粘度与共混物组成的关系n相容的聚合物共混体系相容的聚合物共混体系 n例例如如苯苯乙乙烯烯-丙丙烯烯睛睛聚聚己己内内酯酯(SANSANPCLPCL)共共混混体体系系,共共混混物物的的粘粘度度与与组组成成成成线线性性关关系系,随随PCLPCL含含量增加,共混物的粘度下降;量增加,共混物的粘度下降;n不不同同组组成成共共混混物物的的粘粘度度介介于于SANSAN和和PCLPCL之之间间(SAN SAN 粘度大,粘度大,PCL PCL 粘度小)。粘度小)。n其他相容的共混体系也有相似的规律。其他相容的共混体系也有相似的规律。2021/9/246非相容的聚合物共混体系非相
6、容的聚合物共混体系这类共混物的熔体属于非均相体系。共混物的粘这类共混物的熔体属于非均相体系。共混物的粘度与组成的关系可用混合法则作近似估算:度与组成的关系可用混合法则作近似估算:上限值:上限值:(6 61414)下限值:下限值:(6 61515)n为共混物的粘度;为共混物的粘度;1 1、2 2及及1 1、2 2分别为分别为组分组分1 1、组分、组分2 2的体积分数和粘度,的体积分数和粘度,2 21 1。2021/9/247n假假定定聚聚合合物物共共混混物物熔熔体体在在流流动动中中呈呈同同心心层层状状的的形形态态结结构构,当当分分散散较较好好、层层数数很很多多时时,共共混混物物的的粘粘度可按式(
7、度可按式(6 61616)近似估算:)近似估算:n式中,式中,W W1 1、W W2 2分别为组分分别为组分1 1、2 2的质量分数。的质量分数。(6-166-16)2021/9/248LinLin考考虑虑到到两两组组分分界界面面间间的的摩摩擦擦作作用用,对对式式(6-6-1616)进行了修正。导出式()进行了修正。导出式(6-196-19):):式式中中,为为修修正正因因子子,=1=1Z/Z/W W,其其中中W W为为管管壁壁处处剪剪切切应应力力;其其中中1,21,2为为两两组分界面间相互作用系数;组分界面间相互作用系数;(6-196-19)表表6 65 5给出了一些共混体系的给出了一些共混
8、体系的1,21,2值。值。2021/9/249n实验表明,共混物熔体中两组分的弹性较小时,式(实验表明,共混物熔体中两组分的弹性较小时,式(6 61919)与实验结果比较吻合,)与实验结果比较吻合,n例如例如 PPPPPSPS、PEPEPSPS共混体系。共混体系。n但是当两组分之一有显著弹性时,如但是当两组分之一有显著弹性时,如 PS/PB PS/PB、PVCPVCABSABS,式(,式(6 61919)与实验结果就有比较大的偏差。)与实验结果就有比较大的偏差。n因为式(因为式(6 61919)的得出未考虑聚合物熔体的弹性效应。)的得出未考虑聚合物熔体的弹性效应。n=60/s=60/s。=20
9、0/s=200/s。2021/9/2410实际共混改性塑料熔体粘度与组成间有如下实际共混改性塑料熔体粘度与组成间有如下几种关系:几种关系:n共混物的粘度介于两纯组分之间共混物的粘度介于两纯组分之间 n共混物的粘度小于纯组分的粘度共混物的粘度小于纯组分的粘度n小比例共混就产生较大粘度降小比例共混就产生较大粘度降n共混物的粘度有极大值和极小值共混物的粘度有极大值和极小值 其原因可能是分散相在剪其原因可能是分散相在剪切应力作用下变形所致,切应力作用下变形所致,也可能是相间滑移造成的。也可能是相间滑移造成的。由于少量不相混容由于少量不相混容的第二种聚合物沉的第二种聚合物沉积于管壁,使共混积于管壁,使共
10、混物熔体容易沿管壁物熔体容易沿管壁滑移所致。滑移所致。2021/9/2411nPP/ABSPP/ABS共共混混体体系系属属于于第第四四类类型型:ABSABS含含量量为为1010时时粘粘度度有有极极大大值值,含含量量为为2020时时有有极极小小值值;随随剪剪切切应应力力增增大大,极极大大值值与与极极小小值值的的差差别别有有变变化化,如如图图。这这种种流变行为,可能与共混物熔体的形态结构有关:流变行为,可能与共混物熔体的形态结构有关:2021/9/2412BRBR含量为含量为2020的共混物熔体,可能是单相连续的的共混物熔体,可能是单相连续的形态结构,形态结构,BRBR为主构成分散相。为主构成分散
11、相。在剪切流动时,在剪切流动时,主要由分散相粒子贡献的熔体的弹性效应,在总主要由分散相粒子贡献的熔体的弹性效应,在总BRBR含量为含量为2525的共混物熔体,可的共混物熔体,可能是两相交错的互锁形态结构,能是两相交错的互锁形态结构,是具有较大界面积的分散状态。是具有较大界面积的分散状态。在剪切流动时,有较多的弹性形在剪切流动时,有较多的弹性形变自由能转变为界面能,熔体的变自由能转变为界面能,熔体的弹性效应在总的流动形变中占的弹性效应在总的流动形变中占的比重达到了极小值,流动阻力增比重达到了极小值,流动阻力增大,大,a a就呈现极大值。就呈现极大值。/的流动形变中占的比重达到了的流动形变中占的比
12、重达到了极大值,极大值,a a就相应呈现极小值。就相应呈现极小值。2021/9/2413(2)粘度与)粘度与和和的关系的关系n和和对共混改性塑料熔体粘度的影响表现:对共混改性塑料熔体粘度的影响表现:q对于一定组成的共混改性塑料,对于一定组成的共混改性塑料,在一般剪切流动条件下,其熔体在一般剪切流动条件下,其熔体属于假塑性流体,剪切粘度随属于假塑性流体,剪切粘度随和和的增加逐渐减小;的增加逐渐减小;q另一方面,共混改性塑料熔体另一方面,共混改性塑料熔体粘度与组成的关系受粘度与组成的关系受和和的的影响。影响。/2021/9/2414n可可以以看看出出,共共混混物物熔熔体体粘粘度度与与组组成成的的关
13、关系系对对剪剪切切应应力力十十分敏感。分敏感。n第第三三个个方方面面,和和对对聚聚合合物物熔熔体体的的表表观观粘粘度度有有影影响响,而而不不同同的的聚聚合合物物表表观观粘粘度度对对和和的敏感性可能不同。的敏感性可能不同。2021/9/24152021/9/2416(3 3)粘度与温度的关系)粘度与温度的关系n共共混混物物熔熔体体的的粘粘度度与与温温度度的的关关系系比比较较复复杂杂,大大体体有如下几种类型有如下几种类型.n在在比比较较宽宽的的温温度度范范围围内内,共共混混改改性性塑塑料料熔熔体体的的粘度与温度的关系符合阿累尼乌斯型方程:粘度与温度的关系符合阿累尼乌斯型方程:(6-216-21)。
14、是研究小分子液体是研究小分子液体剪切流动时粘度与剪切流动时粘度与温度关系时建立起温度关系时建立起来的,来的,流动活化能流动活化能的定义很明确:是的定义很明确:是分子分子向空穴跃迁时向空穴跃迁时克服周围分子的作克服周围分子的作用所需要的能量。用所需要的能量。聚合物熔体剪切流动时,流动聚合物熔体剪切流动时,流动是通过是通过链段链段的相继跃迁实现的,的相继跃迁实现的,既有真正的粘性流动,又有高既有真正的粘性流动,又有高弹形变,还将指数弹形变,还将指数E E定义为流定义为流动活化能,实际上流动活化能动活化能,实际上流动活化能的定义、模型已不太清楚了。的定义、模型已不太清楚了。2021/9/2417不过
15、,尽管链段的大小、形状不均一,但还算是不过,尽管链段的大小、形状不均一,但还算是一类流动单元,其物理意义还算是明确的。一类流动单元,其物理意义还算是明确的。n流动单元不仅有各组分的链段,还有尺寸比链段流动单元不仅有各组分的链段,还有尺寸比链段大很多倍、尺寸大小差别相当大、形态各异的分大很多倍、尺寸大小差别相当大、形态各异的分散相颗粒,还可能有其他类型的高分子微小聚集散相颗粒,还可能有其他类型的高分子微小聚集体。体。n将将E E称为聚合物共混物熔体的流动活化能,称为聚合物共混物熔体的流动活化能,E E的定义、模型及物理意义必定是不明确的。的定义、模型及物理意义必定是不明确的。/组成、相界面作用力
16、的性组成、相界面作用力的性质和大小、分散相尺寸的质和大小、分散相尺寸的大小和分散性、分散相的大小和分散性、分散相的形态与缔合及聚结作用、形态与缔合及聚结作用、分散相变形的难易等分散相变形的难易等 但聚合物共混物但聚合物共混物熔体是结构复杂熔体是结构复杂的多组分复相体的多组分复相体系。影响流动性系。影响流动性的因素很多。的因素很多。2021/9/2418实际上,对共混聚合物熔体,由实际上,对共混聚合物熔体,由lnlna a1/T1/T直线直线斜率求出的斜率求出的E E与小分子液体流动活化能间有许多与小分子液体流动活化能间有许多区别,就不能称为流动活化能。区别,就不能称为流动活化能。q因为它并不能
17、反映某类流动单元克服周围分子因为它并不能反映某类流动单元克服周围分子作用所需能量的大小,而只是表示聚合物共混作用所需能量的大小,而只是表示聚合物共混物熔体的物熔体的a a对温度变化的敏感性的大小,对温度变化的敏感性的大小,q或者是说表示聚合物共混物熔体流动阻力对温或者是说表示聚合物共混物熔体流动阻力对温度变化的敏感性的大小。度变化的敏感性的大小。q进一步研究共混物熔体的进一步研究共混物熔体的a a与与T T的关系,发现以的关系,发现以a a对对T T作图也呈直线关系,因此提出了一个更简单的方程作图也呈直线关系,因此提出了一个更简单的方程表征表征a a与与T T的关系的关系:qK K称为聚合物共
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