《高分子材料共混原理》课程教学资源（PPT课件）第三章 聚合物共混体系界面形成及表征

第三章聚合物共混体系界面形成 及表征

1 第三章 聚合物共混体系界面形成 及表征

主要内容 ·聚合物共混物的界面 。共混物界面上的扩散与界面层结构 ·改善界面层的方法 。不相容聚合物共混物的增容

2 主要内容 ❖ 聚合物共混物的界面 ❖ 共混物界面上的扩散与界面层结构 ❖ 改善界面层的方法 ❖ 不相容聚合物共混物的增容

概述 ·界面对高聚物共混体系和高聚物基复合材料的力学性能起到 非常关键的作用； 。界面能提供应力的传递，又能阻断裂纹的扩展以及在一定的 情况下将以脱粘和滑动摩擦等形式来吸收在承受外力时所产 生的破坏能。 ÷研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作用、 界面上的残余应力以及这些因素对整体力学性能的影响，以 便找到提高这种材料性能的有效措施

3 概述 ❖ 界面对高聚物共混体系和高聚物基复合材料的力学性能起到 非常关键的作用； ❖ 界面能提供应力的传递，又能阻断裂纹的扩展以及在一定的 情况下将以脱粘和滑动摩擦等形式来吸收在承受外力时所产 生的破坏能。 ❖ 研究高聚物多相体系的界面结构、界面的相容性与粘接作用、 界面上的残余应力以及这些因素对整体力学性能的影响，以 便找到提高这种材料性能的有效措施

3.1聚合物共混物的界面 两种聚合物的共混物中存在三种区域结构：两种 聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。界面层也 称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两种聚合物 链段之间的相互扩散。界面层的结构，特别是两种聚 合物之间的粘合强度，对共混物的性质，特别是力学 性能有决定性的影响

4 3.1 聚合物共混物的界面 两种聚合物的共混物中存在三种区域结构：两种 聚合物各自独立的相和两相之间的界面层。界面层也 称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两种聚合物 链段之间的相互扩散。界面层的结构，特别是两种聚 合物之间的粘合强度，对共混物的性质，特别是力学 性能有决定性的影响

两种分子链段在 界面层充分接触， 相互渗透， A.分散相；B.连续相；C.界面层 聚合物共混物界面层结构示意图

5 聚合物共混物界面层结构示意图 两种分子链段在 界面层充分接触， 相互渗透， A . 分散相；B. 连续相; C. 界面层

3.1.1界面层的形成及聚合物分 子链的扩散 聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤： 第一步是两相之间的相互接触； 第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散

6 3.1.1 界面层的形成及聚合物分 子链的扩散 第一步是两相之间的相互接触； 第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散。 聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤:

聚合物大分子链段的相互扩散的两种情况： ◆若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两大 分子链段以相近的速度相互扩散； ◆若两大分子的活动性相差很大，则两相之间扩散 速度差别很大，甚至发生单向扩散

7 ◆ 若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两大 分子链段以相近的速度相互扩散； ◆ 若两大分子的活动性相差很大，则两相之间扩散 速度差别很大，甚至发生单向扩散。 聚合物大分子链段的相互扩散的两种情况：

两聚合物大分子链段 相互扩散的结果是两相均 会产生明显的浓度梯度， 如图所示，聚合物1向聚 相1 相2 合物2扩散时，或聚合物2 在向聚合物1扩散时，浓 度逐渐减小，最终形成聚 界面层厚度 合物共存区，这个区域即 界面层中两种聚合物链段的浓度梯度 为界面层。 1、聚合物1链段浓度 2、聚合物2链段浓度

8 界面层中两种聚合物链段的浓度梯度 1、聚合物1链段浓度 2、聚合物2链段浓度 两聚合物大分子链段 相互扩散的结果是两相均 会产生明显的浓度梯度， 如图所示，聚合物1向聚 合物2扩散时，或聚合物2 在向聚合物1扩散时，浓 度逐渐减小，最终形成聚 合物共存区，这个区域即 为界面层。 相1 相2 界面层厚度 链段浓度 1 2

3.1.2两种聚合物共混时，相互接 触的界面层的三种情况： 由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两 种大分子链段强烈相互扩散，在强的剪切作用下，彼此 结合，已无相的界面存在，形成单相匀一状态。 >聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表 面的扩散，此时界面比较明显。 > 在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以 进入对方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范 围内同时存在两种大分子链段，这一厚度称为过渡层

9 3.1.2 两种聚合物共混时，相互接 触的界面层的三种情况： ➢ 由于具有热力学混溶性的两种聚合物是完全互溶的，两 种大分子链段强烈相互扩散，在强的剪切作用下，彼此 结合，已无相的界面存在，形成单相匀一状态。 ➢ 聚合物的大分子链段相互扩散能力差，仅仅进行接触表 面的扩散，此时界面比较明显。 ➢ 在界面上形成过渡层，大分子链段相互扩散，彼此可以 进入对方内部一定范围，形成在两者界面上一定厚度范 围内同时存在两种大分子链段，这一厚度称为过渡层

(a (b) 共混物相界面形态的两个基本模型 ()不相容体系、或相容性很小的体系，I组分与工组分之间没有过渡层。 (b)两相组分之间具有一定相容性，组分与Ⅱ组分之间存在一个过渡层

10 共混物相界面形态的两个基本模型 (a) 不相容体系、或相容性很小的体系，I组分与Ⅱ组分之间没有过渡层。 (b) 两相组分之间具有一定相容性，I组分与Ⅱ组分之间存在一个过渡层。 （a） （b）