第四章 聚合物共混物的微观形态

聚合物共混改性原理与应用 王国全

第4章 聚合物共混物的微观形态

介绍共混物形态的观 测、形态学要素的表 征，全面探讨影响共 混物形态的诸因素， 并介绍共混物形态研 究方法的进展。

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.1 共混物微观形态研究的基本目的和主要研 究内容4.1.1 共混物组成、共混过程、共混物性能与 共混物形态的基本关系

聚合物共混改性原理与应用 王国全

a

b

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.1.2 形态研究指导聚合物共混材料的开发 共混物的形态与共混物的性能有密切关系。性 能缺陷的原因往往可以从共混物的形态学研究 中找到原因。通过形态的观测，可以揭示形态 与性能的关系；从而通过改善共混物的形态， 达到提高共混物性能的目的。例如，用橡胶增 韧塑料的共混体系，橡胶为分散相，塑料为连 续相；橡胶分散相粒子的粒径对增韧效果有重 要影响。对分散相粒子的粒径进行调控，可以 有效地提高增韧效果。 共混物配方、共混工艺条件和设备的结构因素， 都可以影响共混物的形态，进而影响共混物的 性能。对于共混物形态的观测，可以指导共混 物配方、共混工艺条件等因素的调节。 4

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.1.3 共混物形态在机理研究中起重要作用

共混物形态的研究，对于揭示共混改性的机 理，可以发挥关键性的作用。 例如，在共混改性机理研究中，塑料增韧体 系的增韧机理研究是最为受到关注的。而在 增韧机理研究中，形态学研究发挥了重要作 用。诸多增韧机理的提出，都是以形态学研 究结果为依据的(参见第6章)。5

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.1.4 共混物形态研究的主要内容 共混物形态研究涉及的主要内容包括：连续相和分散 相组分的确定、分散相组分的分散状况、分散相粒 子的形貌，以及相界面。 (1)连续相和分散相组分的确定：“海-岛”结构两相体 系和“海-海”结构两相体系。 (2)分散相分散状况的表征 ：其一是分散相颗粒的平均 粒径(又称为分散度);其二是分散相颗粒在连续相中 分布的均匀程度(又称为总体均匀性) 。 (3)两相体系的形貌：“海-岛"结构两相体系的分散相 粒子可以有不同的形貌，如球状、不规则颗粒状、 棒状、纤维状等。 (4)相界面 ：相界面是分散相与连续相之间的交界面。 共混物两相之间有较好的相容性时，可形成一定厚 度的界面层 。6

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.2 共混物形态的观测研究方法 其一是直接观测形态的方法，如电子显微镜法； 其二是间接测定的方法，如动态力学性能测定 法。 4.2.1 电子显微镜观测及其制样方法 4.2.1.1染色法 四氧化锇(OsO4)染色法，可适用于共混组分之 一为含双键的体系。 4.2.1.2刻蚀法 4.2.1.3 断面法 (1)低温折断法, (2)冲击断面 4.2.1.4 其它试样 7 4.2.2 光学显微镜观测及其制样方法

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.2.3 形态观测中应注意的问题①取样

时，应注意取样的全面性和代表性。 ②制样时，要防止制样过程对试样结构形态的 改变和破坏。 ③观测时的取点也很重要。聚合物共混物的 微观形态是富于变化的，应选取有代表性的 点，拍摄显微照片。 ④观测结果的分析，要结合聚合物共混物的 制备过程以及共混物的性能等，综合进 行分析。8

聚合物共混改性原理与应用 王国全

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.3 共混物形态的表征与研究 4.3.1 连续相和分散相的区分 (1)二元共混体系 对于一些不易区分的体系，可以通过改变组 分含量，对于不同组分含量的系列样品进行 观测，以确定连续相和分散相聚合物。经过 染色的聚合物颜色较深，也可区分。 (2)三种或三种以上聚合物的多元共混体系 (3)含填充剂的共混体系 填充剂在聚合物基体中总是分散相。10

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.3.2 分散相分散状况的定量表征

聚合物共混两相体系中分散相的分散状况，可以用 “总体均匀性”和“分散度”来表征。总体均匀性是 指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓 度的起伏大小；分散度则是指分散相颗粒的破碎程度。 对于总体均匀性，可采用数理统计的方法进行定量表 征；分散度则以分散相平均粒径来表征。 总体均匀性和分散度还可分别用来表征分布混合和分 散混合的效果。总体均匀性可体现分布混合的效果， 分散度则可体现分散混合的效果。

聚合物共混改性原理与应用 王国全

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.3.2.1 总体均匀性的表征 在“海-岛”结构两相体系共混物中，分散相 分布的总体均匀性可用混合指数I来表征。按 照统计理论，采用共混的方法，分散相浓度 所能够达到的最“均匀”的分布是二项分布； 在共混过程中，分散相浓度的分布会逐渐趋 向于二项分布，由此引入混合指数I:

聚合物共混改性原理与应用 王国全

将共混物的样本假想为由若干小粒子组成(粒子的大 小与分散相颗粒的平均尺度相当),则可用如下方法 计算 2:

样本方差S 2的计算方法如下：

分散相平均浓度 :

聚合物共混改性原理与应用 王国全

混合指数I可以反映共混样品中分散相组分 分布的总体均匀性。若在共混过程中取样， 还可看出混合指数，随混合时间的变化规 律。随着共混过程的进行，分散相浓度的 分布趋向于二项分布，S 2 会逐渐趋近于 2 ,相应地混合指数I趋近于1;因而可将混 合指数I趋近于1作为达到理想的均匀性的 判据。

聚合物共混改性原理与应用 王国全

也可采用不均一系数Kc来判定分散相组分 分散的总体均匀性：

不均一系数Kc愈小，就表示分散相分散的 均匀性愈高。16

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.3.2.2 分散度的表征分散度以分散相的平均粒径表征。分散相颗粒平均 粒径的表征方法有数量平均直径 与体积平均直径

dn

dV

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.3.3 分散相粒子的形貌 4.3.3.1 聚合物-聚合物共混体系的分散相形貌 “海-岛”结构，分散相

聚合物的形貌可以呈球形、 条形、层片状、纤维状等形状。熔融法制备的共混 体系，大多数为“海-岛”结构。图4-6 “海-海”结构两相连续的共混体系在熔融法共混中 并不多见。 4.3.3.2 聚合物填充体系的分散相形貌 填充剂粒子在聚合物基体中有可能发生团聚。特 别是无机纳米颗粒，由于纳米粒子具有巨大的比表 面积，相应的表面能也较高，因而易于发生团聚。 棒状、针状、纤维状等各向异性的填料，会在成型 加工的过程中，沿剪切力的方向取向。此外，填充 剂还会在各种不同情况下，形成一些特异的个体性 或群体性的形貌。 18

聚合物共混改性原理与应用 王国全

CaCO3

切力变稀19

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r7wi.html