聚合物共混物非结晶相态的分散结构介绍

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1、单相连续结构

聚合物合金中只有一种组分是连续相，另外的组分以分散相形式存在于基体中，恰似大海中分散的小岛屿，因此这里相态结构称为海岛结构，学术称为单相连续结构，海岛结构是不相容体系中最常见的一种分散结构。在海岛结构的聚合物合金中，聚合物处于连续相还是分散相，对合金性能影响很大。一般连续相的聚合物决定合金的基本性能如强度、模量、弹性等，而分散相聚合物对合金的韧性、流动性、降解性、阻隔性、阻燃性、光学、导电、导热等性能有较大影响。尤其是分散相以接近球状分布时，冲击性能和流动性能提高最明显。

分散相的海岛结构有不同的形态。

1.1 不规则形状

连续相中分散相的海岛以不规则的颗粒状分布，尺寸大小不一，一般在1~10um范围内。聚合物合金采用机械共混法易得到这种结果，如HIPS就是用PS与SBS制成的合金，SBS以不规则颗粒分布在PS基体连续相中。

1.2 规则形状球状

连续相中分散相的海岛以规则的形状分布，常见形状为球状分布。此中分布常见于连续相为嵌段聚合物，分散相为嵌段组成中一种单体的均聚物，如SBS/PS合金，PS就以球状分散于SBS中。

1.3 细胞状

连续相中分散相的海岛以胞状结构分布。此中分散结构的特点为分散相内包含少量连续相的成分，常见于接枝聚合物形成的合金中。一般导电改性希望导电成分以细胞状分布，容易形成导电网络。

2、两相连续结构

聚合物合金中的两相都为连续相，没有分散相存在。也可以按两连续相的含量大小，分成主连续相和次连续相。也可以按连续相的分布形态不同，分成层状连续结构和纤维状连续结构。

两相连续结构是聚合物合金相容性较好的一种分散结构。

2.1 层状两相连续结构

聚合物合金的层状两相连续结构是指此连续相以层状分散于主连续相，层状分布有利于聚合物合金的阻隔改性，如果层状聚合物主要分布于合金表层，更有利于合金的抗静电改性、阻燃改性、抗菌改性、抗紫外线改性、抗老化、硬度、光泽、硬度改性、耐磨改性、低摩擦改性、颜色等。

按照流体力学理论，黏度不同的两种流体，总是按照“软包硬”的规律运动，即黏度低的流体要自动包覆黏度高的流体，这样流动需要的能量最小。聚合物层状共混的组分虽然不是流体而是熔体，但也遵循“软包硬”的规律。要打破这样规律，使分散相形成层状分布，就要保证分散相不被包覆。这就要求分散相的黏度要大于连续相的黏度，使分散相不至于被连续相包覆形成海岛分布，而是在剪切力的作用下拉长和取向，最后形成层状分布。

聚合物层状共混技术包括材料的合理选择和工艺条件合理控制两个方面：

一是材料合理选择。

树脂黏度，目前常见的阻隔层状共混为HDPE与阻隔树脂如PA、EVOH、PEN、PET、PPC,要想实现阻隔树脂的层状分布，HDPE树脂的熔体流动指数要远远大于阻隔树脂，这样才可以实现黏度低的聚合物包覆黏度高的聚合物，常见的层状共混阻隔实例为HDPE/PA。

相容剂，HDPE 与阻隔性树脂的相容性不好，需要加人相容剂，但加人量要控制好，一般比普通共混的量要小，品种依共混品种不同而选择，HDPE/EVOH或PA用HDPE-g-MAH, HDPE/PET 或PEN或PPC用EAA或EVA。例如HDPE/PA/HDPE-g-MAH组合制作的合金，对二甲苯的渗透率达到0.3%以下。

二是工艺条件控制。

螺杆转速，以HDPE/PA为例，螺杆转速要低于200r/s以控制较低的剪切速率，以保证黏度高的组分不能被剪切破裂为颗粒状的分散相。

加工温度，加工温度不宜太高，一般在240℃以下。

迅速冷却，成型加工后应该迅速冷却定型，让层状结构尽快固定下来。

另外，对于聚合物合金材料，如果再加入第三方添加剂时，添加剂往往优先选择其中某一相聚合物分散。如何选择优先分散相聚合物位于表层，就可以大大节省阻燃剂、导电剂、抗静电剂等的使用量，提高了阻燃或者抗静电效果。

2.2 纤维状两相连续结构

聚合物合金的纤维状两相连续结构是指此连续相以纤维状分散于主连续相，纤维状分布有利于聚合物合金的增强改性、流动改性、导电改性、导热改性。

典型的纤维状两相连续结构主要发生在热塑性树脂与液晶聚合物合金中，TLCP液晶聚合物往往以纤维状连续分布，起到类似玻璃纤维增强的作用。

2.3 互穿网络结构

聚合物合金的分散结构中两个相都连续相，但不是层状连续也不是纤维状连续，而是形成了相互贯穿的网络连续结构，称为互穿网络结构(IPN)。形成互穿网络的交联剂可以是化学交联，也可以是物理交联。

3、两相交错结构

聚合物合金的分散结构中没有贯穿的连续相，两相都不连续，而是形成了两相交错的层状结构，难以区分谁是连续相、谁是分散相。两相交错结构是聚合物合金相容性很好的一种标志。