塑料改性技术-增韧

塑料改性技术-增韧

在当下，改性塑料于国民日常生活里所占据的地位愈发关键，特别是在汽车、家电等行业，其发挥着无可取代的作用。在众多的改性塑料技术当中，塑料增韧技术长期以来都备受学术圈与工业界的深入探究和密切关注。毕竟，材料的韧性状况往往会对产品的实际应用效果起到决定性作用。接下来，本文将为大家详细阐释增韧原理以及主要的增韧办法 。

塑料韧性的性能表征

材料的刚性与韧性呈现出相对的关系，它们是衡量物体发生形变难易程度的重要属性。刚性越大，材料就越不容易产生形变；而韧性越大，则材料越易于发生形变。一般情况下，材料刚性大时，其硬度、拉伸强度、拉伸模量（即杨氏模量）、弯曲强度以及弯曲模量等数值都会较大；反之，当材料韧性大时，断裂伸长率和冲击强度的数值就会越大。冲击强度主要体现为样条或者制件承受冲击的能力，通常是指样条在破裂之前所吸收的能量。不过，冲击强度会因样条形态、试验方法以及试样条件的不同而呈现出不同的数值，所以它并不能被视作材料的基本属性 。

冲击试验的方法多种多样。按照试验温度来划分，有常温冲击、低温冲击和高温冲击这三种类型；依据试样的受力状态，可分为弯曲冲击（包含简支梁和悬臂梁冲击）、拉伸冲击、扭转冲击以及剪切冲击；按照所采用的能量和冲击次数来区分，又有大能量的一次冲击和小能量的多次冲击试验。由于不同的材料或者不同的使用用途，会选择不一样的冲击试验方法，进而得到不同的结果，并且这些不同方法得出的结果是无法进行相互比较的 。

塑料增韧机理及影响因素

银纹 - 剪切带理论

在橡胶增韧塑料的共混体系里，橡胶颗粒主要发挥着两方面的作用：其一，橡胶颗粒充当应力集中的核心，能够诱发基体产生大量的银纹以及剪切带；其二，橡胶颗粒能够对银纹的发展进程加以控制，让银纹及时停止，避免其发展成为具有破坏性的裂纹 。

银纹末端的应力场能够诱发剪切带的出现，从而促使银纹终止。当银纹扩展至剪切带区域时，同样也会阻止银纹的进一步发展。在材料受到应力作用期间，大量银纹和剪切带的产生以及发展过程，会消耗掉大量的能量，最终使得材料的韧性得以提升。从宏观角度来看，银纹化现象表现为应力发白；而剪切带则与细颈的产生存在关联，并且在不同的塑料基体当中，其表现形式也有所不同 。

举例而言，HIPS 基体的韧性相对较小，主要发生银纹化现象，会出现应力发白，银纹化体积有所增加，但横向尺寸基本保持不变，在拉伸过程中没有细颈出现；对于增韧 PVC 来说，基体韧性较大，屈服主要是由剪切带造成的，会出现细颈，却没有应力发白现象；在 HIPS/PPO 体系中，银纹和剪切带都占据着相当的比例，细颈和应力发白现象会同时产生 。

影响塑料增韧效果的因素

1.基体树脂的特性：相关研究显示，提升基体树脂的韧性，对于增强增韧塑料的增韧效果具有积极作用。而提高基体树脂韧性可以通过以下几种途径来达成：一是增大基体树脂的分子量，并且让分子量分布变得更为窄小；二是通过对基体树脂是否结晶以及结晶度、晶体尺寸和晶型等方面进行调控，以此来提高韧性。例如，在 PP 中添加成核剂，能够提高其结晶速率，细化晶粒，进而提升断裂韧性 。

2.增韧剂的特性和用量

1.增韧剂分散相粒径的影响：对于弹性体增韧塑料的情况而言，由于基体树脂的特性各不相同，弹性体分散相粒径的最佳数值也不一样。比方说，HIPS 中橡胶粒径的最佳值处于 0.8 - 1.3μm 范围，ABS 的最佳粒径约为 0.3μm，而 PVC 改性的 ABS 其最佳粒径在 0.1μm 左右 。

2.增韧剂用量的影响：增韧剂的添加量存在一个最佳数值，这与粒子间距参数相关 。

3.增韧剂玻璃化转变温度的影响：一般来讲，弹性体的玻璃化温度越低，增韧效果就越好 。

4.增韧剂与基体树脂界面强度的影响：界面粘结强度对增韧效果的影响，在不同的体系中表现有所差异 。

5.弹性体增韧剂结构的影响：这与弹性体的类型、交联度等因素有关 。

3.两相间的结合力：当两相间具备良好的结合力时，在应力发生的情况下，应力能够在相间进行有效的传递，从而消耗更多的能量。从宏观层面来看，塑料的综合性能就会更好，其中冲击强度的改善效果最为显著。通常可以将这种结合力理解为两相之间的相互作用力，接枝共聚和嵌段共聚就是典型的增强两相结合力的方法。只不过，它们是通过化学合成的方式形成了化学键，比如接枝共聚物 HIPS、ABS，嵌段共聚物 SBS、聚氨酯等 。

对于增韧剂增韧塑料来说，这属于物理共混的方法，但其原理是一致的。理想状态下的共混体系应当是两组分既存在部分相容的情况，又各自形成独立的相，在相间存在一个界面层。在这个界面层中，两种聚合物的分子链会相互扩散，并且存在明显的浓度梯度。通过增强共混组分之间的相容性，使其具备良好的结合力，进而促使分子链的扩散，让界面变得弥散，增加界面层的厚度。而这一点，既是实现塑料增韧的关键所在，也是制备高分子合金的一项关键技术 —— 高分子相容技术 。

塑料增韧剂有哪些？如何划分？

塑料常用的增韧剂如何划分

1.橡胶弹性体增韧：包含 EPR（二元乙丙）、EPDM（三元乙丙）、顺丁橡胶（BR）、天然橡胶（NR）、异丁烯橡胶（IBR）、丁腈橡胶（NBR）等。这类增韧剂适用于所有塑料树脂的增韧改性 。

2.热塑性弹性体增韧：像 SBS、SEBS、POE、TPO、TPV 等。此类增韧剂大多用于聚烯烃或者非极性树脂的增韧，当用于聚酯类、聚酰胺类等含有极性官能团的聚合物增韧时，需要添加相容剂 。

3.核 - 壳共聚物及反应型三元共聚物增韧：例如 ACR（丙烯酸酯类）、MBS（丙烯酸甲酯 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物）、PTW（乙烯 - 丙烯酸丁酯 — 甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物）、E - MA - GMA（乙烯 - 丙烯酸甲酯 — 甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物）等。它们多用于工程塑料以及耐高温高分子合金的增韧 。

4.高韧性塑料共混增韧：常见的有 PP/PA、PP/ABS、PA/ABS、HIPS/PPO、PPS/PA、PC/ABS、PC/PBT 等。高分子合金技术是制备高韧性工程塑料的重要手段 。

5.其它方式增韧：比如纳米粒子增韧（如纳米 CaCO3）、沙林树脂（杜邦金属离聚物）增韧等 。

改性塑料的增韧大概分类

1.合成树脂本身韧性不足：一些合成树脂自身的韧性无法满足实际使用需求，需要对其进行增韧处理，像 GPPS、均聚 PP 等就属于这种情况 。

2.大幅度提高塑料的韧性：为了实现塑料的超韧化，或者满足其在低温环境下长期使用的要求，例如超韧尼龙，就需要大幅度提高塑料的韧性 。

3.改性后性能下降需增韧：当对树脂进行填充、阻燃等改性操作后，导致材料性能出现下降，此时就必须进行有效的增韧 。

通用塑料一般是通过自由基加成聚合的方式获得，分子主链以及侧链不含有极性基团，在增韧时，添加橡胶粒子及弹性体粒子就能取得较好的增韧效果；而工程塑料通常是由缩合聚合得到，分子链的侧链或者端基含有极性基团，增韧时可以通过加入官能团化的橡胶或弹性体粒子来获取较高的韧性 。

综上所述，塑料增韧对于结晶性塑料和无定形塑料都同等重要。从通用塑料、工程塑料再到特种工程塑料，其耐热性逐步提升，成本价格也不断上涨。这就对增韧剂的耐热性、耐老化性等方面提出了更为严苛的要求，同时也是对塑料改性增韧技术的一次重大考验。而其中最为关键的一点，就是增韧剂要与基体及其他组分保持良好的相容性 。