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增韧

/toughening/
条目作者何嘉松

何嘉松

最后更新 2022-12-23
浏览 176
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降低高分子材料脆性、提高其抗冲击性能(即韧性)的作用。

英文名称
toughening
所属学科
化学

改性塑料在国民生活中扮演的角色越来越重要,尤其在汽车、家电等领域发挥着不可替代的作用。而对于门类众多的改性塑料技术而言,塑料增韧技术一直被学术界和工业界研究与关注,因为材料的韧性往往对产品的应用起着决定性的影响。

材料的韧性与刚性相对,是反映物体形变难易程度的一个属性,刚性越大材料越不容易发生形变,韧性越大则越容易发生形变。通常,刚性越大,材料的硬度、拉伸强度、拉伸模量(杨氏模量)、弯曲强度、弯曲模量均较大;反之,韧性越大,断裂伸长率和冲击强度就越大。

增韧的机理是,通过加入增韧剂,在被增韧的高分子材料承受外界载荷时,增韧剂粒子成为应力集中的中心,诱发银纹、应力发白、剪切屈服带、微裂纹等,从而吸收能量,使被增韧材料吸收能量的能力大为增强,发生从脆性到韧性的转变。也可以通过使被增韧材料空洞化,成为应力集中的中心,进而诱发与上述类似的变化,提高材料的韧性。

从被增韧的材料来说,增韧可分为对热塑性树脂和热固性树脂的增韧。从增韧的尺度来说,增韧可分为微米增韧和纳米增韧。从增韧剂的类型来说,可分为弹性体粒子(包括橡胶弹性体和热塑性弹性体)增韧和刚性粒子增韧。对于后者,一般是在刚性粒子的外面包覆一层柔性的外壳,以形成核壳结构,从而对被增韧材料产生增韧效果。而刚性粒子又可以是有机刚性粒子或无机刚性粒子。

对于热固性树脂,如环氧树脂,可以用弹性体、核壳结构聚合物、热塑性树脂(包括工程塑料和热致液晶聚合物)或刚性粒子(包括刚性粒子原位聚合)等第二相来增韧改性;用热塑性树脂连续地贯穿其中形成互穿网络(IPN)体系来增韧改性;通过改变交联网络的化学结构以提高网链分子的活动能力来增韧;控制分子交联状态的不均匀性形成有利于塑性变形的非均匀连续结构来实现增韧。

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