[科普中国]-刚性聚合物

聚合物作为结构材料，强度和韧性是两个重要的力学性能指标。其中具有较强的非弹性体聚合物称为刚性聚合物。近些年来，为了提高聚合物的刚度，有学者提出了非弹性体增韧的新思想，并用刚性有机微粒的冷拉概念解释其对材料的韧性提高的原因。

简介相较于柔性聚合物，刚性聚合物具有不易变形的特点，通常应用于要求机械强度较大的场合。

近年来，有人提出非弹性体增韧塑料的新思想，为塑料增韧改性开辟了一个新途径，具有其独特的优点。其中，PA、ABS等刚性聚合物与PP共混则可以在增韧的同时保证材料的强度和刚性。刚性聚合物增韧要求连续相的塑料基体与分散相刚性聚合物间有较好的粘结作用，另外塑料基体应具有一定的韧性且与刚性聚合物的脆性有某种匹配性1。

相关研究刚性聚合物微球透明增韧聚苯乙烯聚合物作为结构材料，韧性是一个重要的力学性能，因此塑料增韧一直是高分子材料科学研究的重要课题，以往的增韧改性多用橡胶类弹性体作为增韧剂分散于塑料基材中达到增韧的目的。其中对聚苯乙烯的改性研究较多，并有商业化的产品HIPS，其特点是韧性好，冲击强度可提高4～ 5倍，但其缺点是材料不透明，强度低2。

在1984年Kurauchi等通过对PC/ABS， PC/AS共混体系的拉伸和冲击行为的研究，提出了非弹性体增韧的新思想，并用刚性有机微粒的冷拉概念解释其对材料的韧性提高的原因。到目前为止，这方面的工作主要基于一种刚性聚合物对另一聚合物基材的改性，但是对某一种聚合物基材而言，能满足“冷拉”机理条件的聚合物的选择将受到限制。

微粒粒径及用量对增韧效果的影响

对冲击强度来说，分散相粒径是一个主要的因素，当粒径超过某一值（100 nm）时，冲击强度明显提高。PS共混物的冲击强度随微粒含量的变化而变化，当分散相含量在2%～ 5%时，冲击强度有最佳值，微粒用量过低或过高均不能起到良好的增韧效果，表现出不同于弹性体增韧塑料的规律和特性。

核层交联剂用量对增韧效果的影响

改变核层交联剂量使微粒具有不同的硬度以产生与基材适当的模量差是刚性粒子增韧塑料的一个重要因素。适当的交联密度可使冲击强度提高，即微粒与基材要有适合的模量差。模量差小不足以使应力集中于微粒而产生冷拉，模量差过大则会使材料变脆，力学性能变差。

刚性聚合物改性PVC/CaCO3共混体的研究聚氯乙烯是一个优缺点并存的材料，对其进行恰当的改性以拓展其应用领域的研究十分活跃3。国外把硬PVC管材或型材通常分为三种类型，未改性的为I型（如纯PVC、无机填料填充PVC），加入改性剂的为II型（如ACR、CPE、ABC、MBS等改性的PVC），氯化PVC为III型（即CPVC及其改性材料），它们具有不同的特性而适用于不同的场合。

CPVC是PVC进一步氯化的产物，其突出特点是高强度、高刚性、高耐热和耐化学腐蚀性及阻燃性，由于氯含量的提高，使其韧性，尤其是加工性进一步恶化，采用MBS和SAN等对CPVC进行改性，取得了较好的效果，l型PVC由于改性剂中的弹性组分存在,其韧性的提高是以牺牲基体的高强度、高模量等宝贵性能为代价。为了克服其缺点,依据非弹性体增韧塑料的新思想，就刚性聚合物（PS、PMMA、SAN等）增韧改性硬聚氯乙烯韧性体（如PVC/CPE、PVC/ABS、PVC/MBS等）进行了较为系统的研究，显示了良好的改性效果和不同于传统弹性体增韧塑料的规律和特征，实现了该类材料的进一步高性能化，并进行了刚性聚合物改性PVC/CPE材料用于门窗型材的工业化试验，取得了满意的结果。I型PVC的主要缺点是冲击韧性差，塑化及流动行为不佳，对其进行改性的研究颇有意义。

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学