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ABS樹脂的增韌機理簡介

作者:admin    添加時間:2013-08-01 10:36:43    瀏覽量:6229

聚合物材料的沖擊性能與材料的韌性直接相關。韌性定義為聚合物材料吸收作用于自身能量的能力。在對材料試樣進行拉伸時,應力一應變曲線下的面積直接正比于材料的韌性。沖擊強度也是韌性的一種量度,它是材料在沖擊負載下抵抗破裂的能力或在高速應力作用下抗斷裂的能力。一種材料的沖擊強度越高,韌性就越大。

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分于的柔性在決定聚合物相對的脆性和韌性方面起著重要作用。例如,聚苯乙烯和聚丙烯酸酯類剛性聚合物的分子鏈段不能通過解纏結面對作用應力作出快速響應,這種材料受沖擊時會發生脆性破壞。相反,柔性聚合物例如增塑的乙烯基樹脂,由于分子的大鏈段能解纏結,可對機械應力作出快速響應,所以具有高的沖擊強度。

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多數聚合物在經受沖擊載荷時,都以一種特殊方式發生破壞。由于沖擊載荷的作用,在聚合物表面會引發裂縫。引發裂縫的能量叫做裂縫引發能量,如果載荷超過了裂縫引發能量,則裂縫繼續發展。當載荷超過了裂縫擴展能量,就發生完全的破壞。因此,裂縫引發和擴展能量都對沖擊強度有直接影響。一般認為,聚合物在不同的沖擊載荷作用下,破壞類型大致可分為以下4種。

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????(1)脆性破壞在這種破壞中,制件嚴重破壞而不發生屈服現象。例如通用聚苯乙烯總是呈瞬間機械破壞。

????(2)輕微開裂制件上出現輕微開裂和屈服,但不改變其形狀或完整性。

????(3)屈服制件出現明顯的變形和應力發白,但無裂縫產生。

??? (4)延性破壞這種破壞的特征是除產生裂縫外,材料還有一定的屈服。聚碳酸酯可認為是一種延性材料。

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許多時候,以上4種破壞型式之間的界限并不十分明顯,常常發生某種程度的重疊現象。

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聚苯乙烯(PS)樹脂具有良好的加工性、剛性、透明性、染色性、尺寸穩定性以及低的吸水性和優良的電絕緣性。但是PS也有許多缺點,如對某些化學品及高脂、高油食物的敏感性強、耐紫外線能力差,特別是沖擊強度低。

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為了提高聚苯乙烯樹脂(PS)的沖擊強度,人們采用苯乙烯與丙烯睛共聚的方法,制得SAN樹脂。SAN樹脂沖擊強度雖然比PS高,但仍然不能滿足用戶的要求,于是人們想到了用橡膠來改性樹脂,以提高其沖擊強度。這樣,便產生了高沖聚苯乙烯(HIPS)、ABS樹脂等。

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ABS樹脂中橡膠的接枝共聚物約占10%一30%,SAN樹脂占70%一90%并形成連續相。橡膠接枝共聚物星星點點的分散在連續的樹脂相中,形成所謂的“海島”結構。連續的脆性樹脂相中,摻入了橡膠接枝共聚物以后,樹脂與橡膠接枝共聚物的混合物與純樹脂相比,性能發生了很大變化,特別是抗沖擊性變化最為明顯。

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在脆性樹脂中,加人5%一20%(質量)的橡膠,則可使脆性樹脂的抗沖擊強度提高幾倍乃至幾十倍。見表1.

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衰3-1脆性樹脂增韌前后的性能

聚合物

PS

HIPS

SAN

ABS

沖擊強度(J·m-1)

13.1~21.0

26.2~210

20~24

180~419

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由表1可見,脆性的PS樹脂、SAN樹脂加入橡膠相制備的HIPS、ABS樹脂的抗沖擊強度比PS、SAN樹脂提高幾倍至數十倍。

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分散在樹脂基體中的橡膠相的影響可通過彈性模量、損耗模量與溫度的關系曲線以及一定溫度下的應力一應變曲線觀察到。

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當變形至斷裂時,ABS接枝共聚物明顯比SAN樹脂吸收了更多的能量,與純SAN樹脂相比斷裂伸長率增大,與純彈性體相比拉伸強度增大,大大提高了材料的韌性。這應歸功于屈服過程,在這個過程中,能量引發了楔形微觀空穴(裂紋)式的變形?,或者發生了共聚物鏈基體的剪切屈服變形現象。因為ABS基體中分散有橡膠粒子,在拉應力作用下,會同時發生這二種變形。

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分析上述現象可知,聚合物中兩種以上相區的存在是高強度、高韌性的先決條件。這種變形機理和彈性粒于對基體參數的影響可用電子顯徽技術來探究。

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研究對脆性樹脂進行改性來增加其韌性的理論工作很多,溫變英等人對增韌理論進行過綜述。馮繼云對共混物增韌機理的新進展作過綜述。

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