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浅析聚合物合金设计(一):配方设计

作者:admin    添加时间:2015-01-30 03:46:36    浏览量:3366

众所周知,聚合物合金的魅力就在于通过设计精细的微观相态结构,能够制备出单一聚合物远远无法达到的高性能材料。同时,聚合物合金的性能又依赖于其组成的各个组分的机械性能、物理性质和化学性质。只有充分理解和掌握了单一组分的材料属性,材料学家才能做到万变不离其宗,材料设计也更加得心应手。

 

以“PC/PBT合金的断裂韧性”为例,只有充分理解了PC和PBT这两个组分各自的断裂特性,才能设计出断裂韧性更加优异的PC/PBT合金。根据断裂力学理论,材料的断裂韧性强烈依赖于作用在材料裂纹尖端的应力状态。当处于平面应变的应力状态时,塑性形变区很小,断裂韧性低;而当处于平面应力的应力状态时,塑性形变区很大,断裂韧性高。影响材料应力状态的因素较多,比如样品厚度、环境温度、加载速度等等。显然,每种材料裂纹尖端的应力状态对上述三个因素的敏感程度是不一样的。

 

图1 PC/PBT体系的比基本断裂功(ωe)随PBT份数的变化趋势

测试条件:T=22-25℃;ν=5mm/min;试样厚度(B)■3.2mm●6.4mm

 

图1是PC/PBT体系在准静态条件下(5mm/min)获得的比基本断裂功(ωe)趋势图;图2则是PC/PBT体系在高速Charpy冲击时(2.93m/s)获得的断裂韧性趋势图。仔细比较两图, PC本体的断裂对试样厚度引起的塑性受限高度敏感,其次是温度的影响,而对形变速度并不敏感:即在准静态条件和高速冲击条件获得的断裂韧性基本一样;相反,PBT本体的断裂则强烈地受到应变速率的影响:加载速度越高,PBT的刚性和脆性就越明显;而对试样厚度和温度不敏感。

 

图2 PC/PBT体系的冲击断裂韧性随PBT份数的变化趋势

测试条件:ν=2.93m/s; ●T=25℃, B=3.2mm; ◊T=-40℃, B=3.2mm; □T=25℃, B=6.4mm

 

基于上述讨论,聚合物合金的应力状态与其组成的各个组分的应力状态密切相关。就PC/PBT体系而言,改善其断裂韧性的思路就是要解除PC周围的塑性受限,使其能够由平面应变向平面应力的应力状态转变;而PBT相在高速下刚性更大,对周围PC的塑性受限更严重,因此,配方设计的关键就是要降低PBT相的应变速率敏感性,比如可以将PBT相换成对应变速率不敏感的组分,比如可以在PBT相添加一些软链高分子等等,让我们都来分享自己的宝贵经验吧。