塑料的增韧技术

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塑料增韧机理及影响因素

（一）银纹-剪切带理论

在橡胶增韧塑料的共混体系中，橡胶颗粒的作用主要有两个方面：一方面，作为应力集中的中心，诱发基体产生大量的银纹和剪切带；另一方面，控制银纹的发展使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹。银纹末端的应力场可以诱发剪切带而使银纹终止。当银纹扩展到剪切带时也会阻止银纹的发展。在材料受到应力作用时大量的银纹和剪切带的产生和发展要消耗大量的能量，从而使得材料的韧性提高。银纹化宏观表现为应力白发现象，而剪切带则与细颈产生相关，其在不同塑料基体中表现不同。

例如，HIPS基体韧性较小，银纹化，应力发白，银纹化体积增加，横向尺寸基本不变，拉伸无细颈；增韧PVC，基体韧性大，屈服主要由剪切带造成，有细颈，无应力发白；HIPS/PPO，银纹、剪切带都占有相当比例，细颈和应力发白现象同时产生。

（二）影响塑料增韧效果的因素主要有三点

1、基体树脂的特性

研究表明，提高基体树脂的韧性有利于提高增韧塑料的增韧效果，提高基体树脂的韧性可通过以下途径实现：增大基体树脂的分子量，使分子量分布变得窄小；通过控制是否结晶以及结晶度、晶体尺寸和晶型等提高韧性。例如，PP中加入成核剂提高结晶速率，细化晶粒，从而提高断裂韧性。

2、增韧剂的特性和用量

A.增韧剂分散相粒径的影响——对于弹性体增韧塑料，基体树脂的特性不同，弹性体分散相粒径的最佳值也不相同。例如，HIPS中橡胶粒径最佳值为0.8-1.3μm，ABS最佳粒径为0.3μm左右，PVC改性的ABS其最佳粒径为0.1μm左右。

B. 增韧剂用量的影响——增韧剂的加入量存在一个最佳值，这与粒子间距参数有关。

C .增韧剂玻璃化转变温度的影响——一般弹性体的玻璃化温度越低，增韧效果越好。

D .增韧剂与基体树脂界面强度的影响——界面粘结强度对增韧效果的影响不同体系有所不同。

E .弹性体增韧剂结构的影响——与弹性体类型、交联度等有关。

3、两相间的结合力

两相间具备良好的结合力，可以使得应力发生时可以在相间进行有效的传递从而消耗更多的能量，宏观上塑料的综合性能就越好，其中尤以冲击强度的改善最为显著。通常这种结合力可以理解为两相之间的相互作用力，接枝共聚和嵌段共聚就是典型的增加两相结合力的方法，不同的是它们通过化学合成的方法形成了化学键，如接枝共聚物HIPS、ABS，嵌段共聚物SBS、聚氨酯。

对于增韧剂增韧塑料而言，属于物理共混的方法，但是其原理是一样的。理想的共混体系应是两组分既部分相容又各自成相，相间存在一界面层，在界面层中两种聚合物的分子链相互扩散，有明显的浓度梯度，通过增大共混组分间的相容性，使其具备良好的结合力，进而增强扩散使界面弥散，加大界面层的厚度。而这，即是塑料增韧亦是制备高分子合金的关键技术之所在——高分子相容技术！

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塑料增韧剂的划分及使用场景

（一）塑料常用的增韧剂如何划分

1、橡胶弹性体增韧：EPR（二元乙丙）、EPDM（三元乙丙）、顺丁橡胶（BR）、天然橡胶（NR）、异丁烯橡胶（IBR）、丁腈橡胶（NBR）等；适用于所用塑料树脂的增韧改性；

2、热塑性弹性体增韧：SBS、SEBS、POE、TPO、TPV等；多用于聚烯烃或非极性树脂增韧，用于聚酯类、聚酰胺类等含有极性官能团的聚合物增韧时需加入相容剂；

3、核-壳共聚物及反应型三元共聚物增韧：ACR（丙烯酸酯类）、MBS（丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PTW（乙烯-丙烯酸丁酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物）、E-MA-GMA（乙烯-丙烯酸甲酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物）等；多用于工程塑料以及耐高温高分子合金增韧；

4、高韧性塑料共混增韧：PP/PA、PP/ABS、PA/ABS、HIPS/PPO、PPS/PA、PC/ABS、PC/PBT等；高分子合金技术是制备高韧性工程塑料的重要途径；5、其它方式增韧：纳米粒子增韧（如纳米CaCO3）、沙林树脂（杜邦金属离聚物）增韧等。

（二）在实际的工业生产中，改性塑料的增韧使用场景

1、合成树脂本身韧性不足，需要提高韧性以满足使用需求，如GPPS、均聚PP等；

2、大幅度提高塑料的韧性，实现超韧化、低温环境长期使用的要求，如超韧尼龙；

3、对树脂进行了填充、阻燃等改性后引起了材料的韧性下降，此时必须进行有效的增韧。

通用聚烯烃塑料一般都是通过自由基加成聚合而得，分子主链及侧链不含极性基团，增韧时添加橡胶粒子及弹性体粒子即可获得较好的增韧效果；而工程塑料一般是由缩合聚合而得，分子链的侧链或端基含有极性基团，增韧时可通过加入官能团化（如环氧基团、马来酸酐基团）的橡胶或弹性体粒子来获得较高的韧性。

常用树脂的增韧剂种类