刚性无机粒子增韧增强机理探讨(二)——增强增韧机理猜想

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所属分类:高分子文章

鄙人在前文《刚性无机粒子增韧增强机理探讨(一)——已有理论解释》对目前刚性粒子增韧增强机理主要理论观点进行了描述。

不知道大家有没有仔细研读过增强增韧机理的各种解读,以应用于无机刚性粒子增强增韧机理目前被接受的主流理论来说,空洞理论、粒子梢钉机理、裂纹与银纹相互转化机理这三种对于刚性无机粒子增强增韧聚合物的理论解读单独拿出来看,对其机理的解释似乎都无懈可击,但如果将三个解释机理放到一起研读的话你会发现很有意思。

空穴理论认为:增强增韧的原因是由于相容性较差,形成明显界面或空穴,因空穴的形成吸收大量的能量。

梢钉机理认为:无机粒子的存在造成裂纹需要在无机粒子处转弯,所以需要消耗更大的能量。

裂纹与银纹相互转化机理认为:当裂纹产生时,无机粒子掉入裂纹中从而转化成银纹,而银纹扩展成裂纹需要消耗能量。

无机粒子和聚合物结合好坏、相容性好坏,呵呵,都是根据预设立场去确定的。

一、现有理论的缺陷

预设立场中的几个预设存在须探讨的问题。

1、鄙人阅读了很多关于无机粒子增强增韧机理研究的文章,发现对粒子自身解读都存在误区,均认为:无机粒子为球形或一定形状或一定尺度范围,事实情况什么样呢?事实上要想达到研究者预设立场,无机粒子都需要事先进行表面修饰才能达到,真实的粒子什么样?看鄙人上图:

刚性无机粒子增韧增强机理探讨(二)——增强增韧机理猜想

看上图,大家说这张电镜里的碳酸钙粒子是什么形状?似乎不是一个形状吧?

至于尺度。我这里刚好刚刚做了一款碳酸钙的粒子分布图:

刚性无机粒子增韧增强机理探讨(二)——增强增韧机理猜想

附上不同粒径体积含量:

刚性无机粒子增韧增强机理探讨(二)——增强增韧机理猜想

上述两图为近期生产用一批碳酸钙粉体的粒径分布测试中的一张,一批30吨,D(50)从5.93μm 到7.86μm,2μm含量从23.27%到28.95%,比表面积从1082m2/kg-1279m2/kg,这三个关键指标的差异可以看出实际生产中应用粉体的差异。

大家还认为预设前提成立吗?

2、相容性问题  大家应用粉体改性应该都清楚,粉体处理后,处理剂一端利用粉体上的-OH和粉体结合,另一端与聚合物形成缠结结构来提高粉体与聚合物的相容性与结合力,偶联处理的程度决定改性材料的力学性能。至于空穴理论中所述空穴,根据木桶理论,你不认为是材料中的最薄弱点吗?至于无机粒子掉下去,你认为可能性有多大?

二、增强增韧机理猜想

根据鄙人近年采用无机粒子改性PE材料的力学性能测试数据,对无机粒子增强增韧聚合物的机理产生了一种感悟,并将这种感悟通过微信和很多朋友进行过交流。

私下认为,使用沙石理论或者说缝隙填补理论来解读无机粒子增强增韧聚合物应该更为合理。

大家都知道,装满石子的桶里面可以装进沙子,沙子装满后可以装进去水,为什么?石子装进桶里,石子与石子间、石子与桶间存有大量间隙,由于沙子的颗粒尺寸远小于间隙尺寸,所以仍然可以继续装沙子,当沙子装满后,沙子与沙子间、沙子与石子间及沙子与桶间仍会存在间隙,比这些间隙更小尺寸的水仍然可以装进去,但是,间隙毕竟是有限的,所以沙子和水的装入量也是有限的,多了会溢出,少了间隙仍存在。

从流体力学和加工流变学角度看,聚合物在共混加工过程中,总有一些空隙存在,特别在配方体系中含有无机填充时,比间隙更小的无机粒子加入后,这些无机粒子便填充在这些空隙粒,空隙的填充等于弥补了共混物的内在缺陷,使得共混材料中各组分结合更为紧密,从而提高共混材料的强度和韧性。

既然是填充空隙,那么作为第三组分的无机粒子就需要粒径尽可能小,但不一定一定是纳米材料,这是其一,其二,由于是空隙填补,所以作为第三组分加入的无机粒子量会很小。

鄙人能力有限,无能做研究,有认同鄙人观点的朋友们不妨试一试。

推荐阅读智情增韧继往开来

主要参考文献

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[5]张金柱.纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用研究[D].南京理工大学博士论文,2002.1

[6]周朋朋.纳米碳酸钙的表面改性及其应用于PVC的研究[D].华东理工大学硕士论文.2014.5

[7]石璞,陈浪,钟苗苗等.高祖分纳米碳酸钙填充聚丙烯及增韧机理[J].高分子材料科学与工程,2015,31(10):69-74。

  • TPV/TPE业务助理
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目前评论:2   其中:访客  1   博主  1

    • avatar 韧性哥 Admin

      杜哥,你这个设想不错,我们曾经做过一个TPE的料子,发觉居然注塑的时候有空穴,后来加了填料就解决了问题。

      • avatar 韧科技小编 4

        恭喜本文已被韧科技公众号选中并推送 2018.11.25