橡胶增韧塑料的增韧机理早期的增韧理论
化学先生 / 2019-09-18
(1)弹性体直接吸收能量理论 1956年，Marz 等人在研究HIPS拉伸时，观察到体积膨胀和应力发白现象，认为微裂纹是造成上述现象的主要原因。因此提出橡胶增韧塑料机理的解释:当试样受到冲击时会产生微裂纹，这时橡胶颗粒跨越裂纹两岸，裂纹要发展就必须拉伸橡胶。橡胶在变形过程中要吸收大量的能量，从而提高了塑料的冲击强度。
但以后的大量实验结果和研究分析都证明，拉伸过程中由于橡胶变形所吸收的能量很少，仅占材料破坏时所吸收能量的1/10左右，因此远远不应是提高塑料韧性的主要原因，而且试样受到冲击时产生的微裂纹会大幅度降低材料的拉伸强度，因此这一机理受到质疑。
(2)次级转变温度理论 这一理论 是由Nielsen 提出来的。他认为，聚合物的韧性往往与其次级转变温度有关。在橡胶增韧塑料中，橡胶的玻璃化转变是一个很强的次级转变，因此材料韧性的增加与橡胶的Te有关。为达到有效的增韧，作为增韧剂的橡胶必须有较低的Tg。
(3)屈服理论 Newman和Strella 注意到，橡胶增韧塑料的高冲击强度 主要来源于基体树脂发生了很大的屈服形变，认为基体树脂产生很大屈服形变的原因，是橡胶的热廖胀系数和泊松比均大于塑料。在波型过程中冷却阶股的热收照和指党过题化的陵向收省对周阳基体产生静张院力使基体树脂的自由体职增加，降低了其徽镇化转变温度，易于产生塑性形变而提高韧性。
但进一步的研究表明，由以上应力变化引起10°C左右，通达不到在家温下使村料转变波韧性材料的程度，而且有些胶照化阳多院度高的限性组科甚至限本滩以在室监下周服.因此用服理论也不鹏银好地解拜1多性材料加人少量弹性体后即可增韧的现象。
(4) 裂纹核心理论 1960年，Schmitt胶展经充当度力集中点。产生了大量小裂校面不是少量大裂纹，扩服众多的小裂放比扩展少量大裂纹需较多的能量，同时大量小裂纹的应力场相互干扰，削弱了裂纹发展的前治度力，从丽会减领裂纹的发展。甚至会终止裂放。应力发白现象，就是由干形成大量小裂纹的原因。
后来发现:，该理论存在三个缺陷:其一，未能将裂纹和银纹加以区别，这里所说的小裂纹实际上就是银纹，但并未闸明这种小裂纹的结构和特性；其二，该理论只强调了橡胶颗粒诱发小裂纹的作用，而未考虑橡胶颗粒终止小裂纹的作用；其三，忽视了基体树脂特性的影响。
尽情如此，该理论关于应力集中和诱发小裂纹的思想仍对增韧理论的发展有很大启发和推动作用。
(5) 多重银纹理论 1965年，Bucknall 和Smith在Schmitt的橡胶粒子作为应力集中物思想的基础上，提出了由于增韧塑料中橡胶粒子数目极多，大量的应力集中物引发大量银纹，由此可以耗股大量能量的论点。并进步 提出了橡胶粒子还是银纹终止剂，以及过小的粒子不能终止银纹的思想。
这一理论认为，在橡胶增韧的塑料中，由于橡胶粒子的存在，应力场不再是均句的，橡胶粒子起着应力集中的作用。在张应力作用下，橡胶粒子的周围，特别是在粒子东道平面附近会引发大量银纹，大量银纹的产生和发展要消耗大量能量，包括:形成银纹所做的塑性功:使银纹在应力方向上增长的黏弹性功:伴随银纹形成面产生的新表面的表面能；形成银纹过程导致部分分子链化学键断裂而清耗的断裂能等。另外，由于大量银纹之间的应力场的相互干扰，如果银纹前峰处的应力集中低于临界值或银纹遇到另一橡胶颗粒时，则银纹就会终止。也就是说，橡胶相粒子不仅能引发银纹而且能抑制银纹。由此可见，材料受到冲击时产生的大量银纹所吸收的大量冲击能，以及橡胶颗粒使银纹及时终止而不至过早发展成裂缝使材料断裂这两大作用保护了材料不受破坏.
多重银纹理论是基于大量实验事实提出的，橡胶粒子引发大量银纹的观点也已被电子显微镜的实验结果所证实。在HIPS、ABS 等体系中都观察到橡胶粒子周围大量银纹的存在，面银纹往往是起始于一个粒子而终止于另一个粒子。
多重银纹理论不仅指出了橡胶粒子引发和终止银纹的双重功能，同时也指出了塑料相基体和增韧作用的关系。首先，橡胶粒子和塑料相的界面必须具有很好的结合力，才能充分发挥橡胶粒子引发银纹的作用，并且塑料相基体的性质直接影响粒子引发银纹的效果，基体的韧性过好，不利于引发银纹。
此外，多重银纹理论对银纹形 变过程出现的一些现象也做出了较好的解释: 应力发白现象是由于在张应力作用下形成的银纹区密度和折射率都低于聚合物本体，在银纹和本体界面产生全反射的结果:银纹的密度减小是由于银纹中存在许多空穴的缘故；横向无收缩是由于银纹化是个空化与体积增大的过程。此外，橡胶含量、颗粒尺寸和分布、界面结合力等因素对增韧效果的影响，也都可以从此理论得到解释。
因此，多重银纹理论为现代增韧理论的建立具有十分重要的意义。
(6)银纹支化理论 1971年，Bragaw提出大量银纹的产生是银纹支化的结果的观点。在橡胶增韧塑料中，银纹首先在基体树脂中迅速扩展，在达到极限速率以前(即树脂中声速的一半，约为620m/s),进人橡胶分散相，由于在橡胶中具有较低的极限速率(橡胶中声速较小，例如23°C时，顺丁胶中声速的一半为29m/s)，因而能量被迅速从银纹尖嘣释放到树脂基体中而立即发生强烈支化。
理论计算表明，要达到这样的速率只需在树脂连续相中有2~5μm的加速距离，所以，银纹在橡胶颗粒上发生支化的概率是很高的。
支化的结果，一方面大大增加了银纹的数目，从而增加了能量的吸收；另一方面会降低每条银纹的前沿应力而导致银纹的终止。
Bragaw 联系了冲击强度和基体及橡胶声速的关系得出结论:冲击强度应与橡胶颗粒的数目星指数函数的关系。另外，要使橡胶颗粒能够有效地支化银纹，其直径不得小于银纹的宽度，否则会被理人银纹中而不起作用。例如，理论计算HIPS中银纹宽度为0.9~2.8μm、ABS中为0.5μm左右较为合适。实验证明，HIPS中橡胶粒径最佳值为1~ 10μm,而ABS中橡胶的最佳粒径为0.1~1. Oμam。
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