导图社区 第四章 聚合物共混物的微观形态
聚合物共混物的微观形态思维导图,包括研究内容、研究方法、共混物结晶结构、形态影响因素、形态表征与研究等知识总结。
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聚合物共混物的微观形态
研究内容
连续相和分散相组份的确定
分散相分散状况的表征
分散相颗粒的平均粒径(分散度)
分散相颗粒在连续相中分布的均匀程度(总体均匀性)
两相体系形貌
球状
不规则颗粒状
棒状
纤维状等
相界面
分散相与连续相之间的交界面
研究方法
直接观测形态的方法
电子显微镜法
扫描电镜SEM
可观察填充体系的形态、试样的冲击断面等
透射电镜TEM
适用于观测共混物两相体系的形态
制样法
染色法
刻蚀法
断面法
低温折断法
冲击断面
光学显微镜
相差显微镜
两相体系折射率不同以显示图像
偏光显微镜
反应结晶聚合物的结晶结构
制样方法
切片法
热压压片法
溶液浇铸法制备薄膜
间接测定的方法
动态力学性能测定法
注意点
取样应全面且具有代表性
取不同样条观测
透射需注意样品内外表面可能不同
制样防止破坏和改变结构形态
热压可能改变形态
切片不可用于过脆样品
观测取点取整体(大视野)和局部(小视野)
具有代表性
分析需结合制备过程及性能
进展
原子力显微镜(AFM)
利用范德华力
可适用于非导电材料
模式
接触模式
非接触模式
接触共振/轻敲模式
观测形貌、相分离、结晶、摩擦性能、大分子取向
激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)
无损多层形态观测方法
可测深度
100μm
适用于微米尺度结构分析
X射线光电子能谱(XPS)
分析X射线入射到固体表面激发出的光电子
适用于
样品元素定性、(半)定量及价态分析
样品表面元素分析、化学结构鉴定等
高分子材料表面、界面及过渡层研究
形态表征与研究
连续相与分散相的区分
二元共混体系
不易区分的,可改变组份含量,进行系列观察
三元及以上体系
多个分散相,可对比二元体系
含填充剂共混体系
填充剂在聚合物基体中总是分散相
分散相分散状况定量表征
总体均匀性
分散相浓度的气浮大小
体现分布混合效果
分散度
分散相破碎程度 以平均粒径表征
体现分散混合效果
数量平均直径
体积平均直径
分散相浓度可达到最“均匀”的分布是二项分布
混合指数I趋近于1作为达到理想均匀性的判据
不均一系数Kc越小,分散的均匀性越高
分散相中粒子形貌
分散相呈条形试样,可用条形颗粒长径比表征
填充粒子的团聚
填充剂集中存在于分散相中,形成“沙袋”结构
形态学要素与共混物性能关系
分散相角度
调控粒径最适合
连续相角度
基体层厚度低于某一临界值,共混材料实现脆-韧转变
弹性体添加量不变,粒径减小,粒子数目相应增加,基体层厚度减小
分散相粒径不变,分散相体积分数增加,基体层厚度减小
粒子形貌与性能关系
因所需性能而异
形态的影响因素
影响连续相、分散相形成的因素
两相体系中,连续相与力学强度、模量、弹性相关
分散相与抗冲击性能(增韧体系)、光学性能、传热、抗渗透相关
影响因素
共混组份配比
假设“六方紧密填充”最大填充分数(体积分数)为74%
介于26%-74%之间的组份,谁是分散相取决于组份含量之比及两组分熔体粘度
熔体粘度
熔体粘度低倾向于形成连续相
熔体粘度高倾向于形成分散相
熔体弹性
分散相熔体弹性较高时,会在更高体积分数成为分散相
界面张力
四者共同作用
影响分散相粒径的因素
剪切速率/剪切应力
两相界面张力
宏观破坏能
黏度比
组份配比
分散和集聚的变化
相容性
相容性较好的聚合物对,易于形成分散较好的共混物
添加相容剂
采用“核-壳”结构弹性体
核
微小弹性体
壳
塑料
影响分散相粒子形貌的因素
两相组份配比
流动场形式
多组分共混体系的形态
三项共混体系通常为“海-岛”结构
相容剂可分布于两相界面处
第三组份与聚合物之间的亲和力
第三组份倾向于进入该组分亲和性较好的一相
第三组份倾向于进入溶体粘度低的一相
加料顺序
同时添加
倾向于熔体粘度低的一相
先(填充剂+高熔体粘度)+低熔体粘度
填充剂会迁移,最终两相中含量相近
先(填充剂+低熔体粘度)+高熔体粘度
大部分在低熔体粘度的一相
共混物结晶结构
结晶/非结晶共混体系
非晶态(基体)+晶粒(分散相)
晶粒(微晶)分散在非结晶态基体中
非晶态(基体)+球晶(分散相)
球晶分散在非结晶基体中
球晶被轻度破坏,分散在非结晶态基体中
球晶(基体)+非晶态(分散相)
非结晶聚合物仅分散在球晶与球晶的间隙中
非晶态(基体)+非晶态(分散相)
结晶聚合物未能结晶,形成非晶/非晶共混物
结晶/结晶共混体系
两种结晶聚合物各自形成结晶
两种结晶聚合物形成共晶
结晶结构被破坏(或部分破坏),形成非结晶性共混物or结晶/非结晶共聚物
影响要素
结晶温度
与成型加工温度和材料的耐热性密切相关
结晶速度
与聚合物成型加工密切相关
结构形态
对性能有重要影响