活性端基PU彈性體-增韌機理
⑷增韌機理
活性端基PU彈性體的加入產生微相分離結構,橡膠顆粒不連續分布在基體UP樹脂中。橡膠相的分離取決于兩個因素:
①由于反應的進行,PU與UP樹脂的相容性變差,這是相分離的熱力學條件;
②橡膠分子有足夠的時間擴散聚集成橡膠粒子,這是相分離的動力學條件。
橡膠相的分離步是由于反應的進行使體系相容性變差,橡膠分子開始聚集成核,這時從外觀看體系由透明變為不透明;相分離的第二步是橡膠分子鏈擴散凝集,使核擴大形成橡膠粒子,橡膠粒子中可能包裹有少量UP,體系終形成所謂的“海島”結構,如圖3、4所示。

另外,在掃描電鏡下未改性的純UP與經改性的UP沖擊斷裂面有明顯不同的斷裂形貌,如圖5、圖6所示。

純UP的斷裂面上分布著許多細而直的河流線,是典型脆性破壞的斷裂面形態。而改性UP中的橡膠顆粒充當應力集中中心,可以引發裂紋,更重要的是它能阻礙裂紋的擴展。其原因之一是橡膠模量低容易變型,可使裂端應力松弛,吸收部分外界破壞產生的能量;二是橡膠粒徑一般大于裂紋頂端曲率半徑,可使裂端應力集中系數下降從而減小應力分布值;三是取向變形后的橡膠有較高的抗撕裂強度,對裂紋擴展有較高的阻力。
橡膠顆粒對裂紋擴展的阻礙作用還可以用,橡膠顆粒對裂紋前沿的“釘扎”理論來說明。當裂紋前沿遇到橡膠顆粒時,由于膠粒產生的空穴或膠粒本身而使裂紋尖端鈍化;同時由于膠粒與連續相有較強的界面粘結,因此裂紋前沿必須繞過膠粒才能繼續擴展,這樣被一列橡膠顆?!搬斣弊〉牧鸭y前沿線,在橡膠顆粒之間彎曲成弓形,使前沿線變彎加長,從而增加了斷裂表面能。還有所謂的“粘合”作用也能阻礙裂紋的擴展,即裂紋前沿線繞過膠粒后,由于膠粒與UP樹脂兩相的界面結合力較強,橡膠顆粒仍將裂紋上下兩側的材料連接在一起。若將橡膠顆粒拉斷,需消耗較大的能量(因橡膠的破壞是韌性斷裂),因而膠粒的粘合作用也能提高材料的抗斷裂性。另外,SEM照片顯示,橡膠顆粒是由大小不等的兩種球形顆粒組成,大顆粒的直徑為10~30μm,小顆粒的直徑為011~1μm。按照Riew等人的理論,小顆粒主要是對剪切形變起作用,大顆粒能阻止裂紋的增大,兩種顆粒同時存在,可以得到佳的增韌效果。
4、結語
合成的活性端基聚氨酯橡膠與固化前的UP混合理的增韌機理,并以此為指導開發新的增韌品種,將會使環氧樹脂得到更好、更廣泛的應用。










































