1. 聚合物的共混改性介紹

圖1  碳納米管增韌聚合物共混體系

① 共混聚合物一般是指兩種或兩種以上分子結(jié)構(gòu)不同的均聚物、共聚物或均聚物和共聚物的物理混合物。一般兩組分的大分子之間沒有共價(jià)鍵的聯(lián)系。

② 聚合物的混合是吸熱過程，是由一種聚合物分散在另一種聚合物中的非均相體系。

③ 聚合物共混中應(yīng)當(dāng)滿足的原則有：   

互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(IPN）

圖2  聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述圖

IPN是指兩種或兩種以上高分子鏈相互貫穿 、相互纏結(jié)的混合體系,通常具有兩個(gè)或多個(gè)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成微相分離結(jié)構(gòu)。

憑借 IPN 技術(shù)使兩種聚合物相互貫穿, 兩者之間可良好分散，相界面較大, 有很好的協(xié)同作用 ，顯示出比普通塑料合金更優(yōu)異的特性，其發(fā)展前景廣闊。80年代以來已有部分IPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

反應(yīng)性增容

問題：兩相結(jié)構(gòu)的共混物往往導(dǎo)致界面張力過大和兩相之間的粘合強(qiáng)度過低。

由于界面張力大,加之聚合物熔體的高粘度，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)所要求的分散程度, 并且會(huì)在加工和使用過程中出現(xiàn)分層現(xiàn)象。粘合強(qiáng)度不足, 會(huì)使共混物的性能特別是力學(xué)性能大幅度下降。

解決方法：在共混體系中加入增容劑以降低界面張力，提高兩相之間的粘合強(qiáng)度。

反應(yīng)性增容

圖3  反應(yīng)性伯姆石納米棒增容共混體系

常用增容劑種類：

① 酸酐類及含有羧基的反應(yīng)性增容劑

② 含有環(huán)氧基的反應(yīng)性增容劑

③ 離聚物共混

原位復(fù)合技術(shù)

圖4  高分辨率原位核孔復(fù)合物

液晶高分子在熔體加工狀態(tài)有易于取向的特點(diǎn)，共混物熔體在加工剪切應(yīng)力作用下擠出成型，液晶微區(qū)取向形成微纖結(jié)構(gòu)，起增強(qiáng)劑作用。

由于這類微纖的比表面積和長徑比比普通增強(qiáng)纖維要大, 其增強(qiáng)作用更為顯著，并可根據(jù)不同用途 ,通過調(diào)節(jié)加工工藝和共混物組成來控制微纖的形態(tài)，從而得到具有預(yù)期性能的共混材料。

2. 聚四氟乙烯的改性及應(yīng)用 

圖5  PTFE分子結(jié)構(gòu)

PTFE為四氟乙烯單體的高結(jié)晶聚合物, 是一種白色有蠟狀感的熱塑性塑料。

PTFE分子中CF單元按鋸齒形狀排列, 由于氟原子半徑較氫稍大, 所以相鄰的CF單元不能完全按反式交叉取向, 而是形成一個(gè)螺旋狀的扭曲鏈, 氟原子幾乎覆蓋整個(gè)高分子鏈的表面, 形成的屏蔽使最小的氫也很難進(jìn)入C-F鍵。同時(shí)氟原子電負(fù)性最高(4.0)，原子半徑較小(0.135nm)，C-F的鍵長較短(0.138nm)，C-F離解能較高(452KJ/mol)，所以C-F很難斷裂，這些特點(diǎn)決定了PTFE的各種性能。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

01聚四氟乙烯的性能：

與普通的塑料相比，PTFE具有耐高低溫性、耐化學(xué)腐蝕和耐候性、摩擦系數(shù)低、優(yōu)異的電氣絕緣性、不粘性等眾多優(yōu)良品質(zhì)。

02聚四氟乙烯的缺點(diǎn)：

① 機(jī)械性能較差。

② 成型和二次加工困難。

③ 耐蠕變性差, 易冷流。

④ 耐磨性差。

PTFE 共混改性

在共混改性中, 通常 PTFE 作為填加劑使用, 共混材料的加工通常采用主體材料的加工方法加工。

01   液晶聚合物改性 PTFE

采用熱致型液晶聚合物作為 PTFE 的改性劑 , 可以將 PTFE 的耐磨損性提高100多倍, 明顯地改善了PTFE的耐磨損性, 并且保持了摩擦系數(shù)低的特點(diǎn)。

圖6  PTFE耐磨損零件

改性機(jī)理：液晶聚合物在高溫下熔融后具有極好的流動(dòng)性，形成熱遷移;這種熱遷移的結(jié)果使液晶聚合物在 PTFE 基體內(nèi)沿 PTFE 的空隙向四周遷移流動(dòng)形成微纖。這些微纖相互連接形成致密而均勻的立體網(wǎng)絡(luò)，把 PTFE 基體緊緊地包絡(luò)起來，起到加固作用且極大地限制和阻止了 PTFE 的帶狀磨損, 使PTFE的磨損變成了細(xì)小的粒子磨損, 提高了 PTFE 的磨損性能。

02   其它塑料改性 PTFE

①聚苯硫醚改性PTFE共混材料 (PTFE/PPS）具有優(yōu)良的耐蠕變性和尺寸穩(wěn)定性。

② 納米材料是近年發(fā)展起來的具有優(yōu)異性能的新材料，它具有良好的塑性及韌性，其硬度和強(qiáng)度比普通液晶材料高4~5倍。

圖7  可以彎折的PTFE改性塑料板

改性機(jī)理：PTFE中填充氧化鋁微粒后，其硬度、壓縮強(qiáng)度、彈性模量都可以得到不同程度的提高，這是由于在其與金屬表面接觸時(shí) , 填料起承載作用。

存在問題：雖然納米氧化鋁微粒可以提高PTFE的耐磨性，但會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的塑性變形；而且不是納米填料的含量越高, 填充 PTFE 復(fù)合材料的耐磨性越好。

發(fā)展方向與未來

PTFE的共混改性較表面化學(xué)改性簡單、無污染，但一般只與聚合物共混改性，限制了金屬、陶瓷、纖維等無機(jī)填料的加入，導(dǎo)致在提高復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度及導(dǎo)熱性方面的性能有限，除此之外 PTFE 的高惰性使其與其它聚合物的相容性較差，在改性前需對表面進(jìn)行處理或在改性過程中添加一些特定成分以改善相容性。

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