活性端基PU弹性体-增韧机理
⑷增韧机理
活性端基PU弹性体的加入产生微相分离结构,橡胶颗粒不连续分布在基体UP树脂中。橡胶相的分离取决于两个因素:
①由于反应的进行,PU与UP树脂的相容性变差,这是相分离的热力学条件;
②橡胶分子有足够的时间扩散聚集成橡胶粒子,这是相分离的动力学条件。
橡胶相的分离步是由于反应的进行使体系相容性变差,橡胶分子开始聚集成核,这时从外观看体系由透明变为不透明;相分离的第二步是橡胶分子链扩散凝集,使核扩大形成橡胶粒子,橡胶粒子中可能包裹有少量UP,体系终形成所谓的“海岛”结构,如图3、4所示。

另外,在扫描电镜下未改性的纯UP与经改性的UP冲击断裂面有明显不同的断裂形貌,如图5、图6所示。

纯UP的断裂面上分布着许多细而直的河流线,是典型脆性破坏的断裂面形态。而改性UP中的橡胶颗粒充当应力集中中心,可以引发裂纹,更重要的是它能阻碍裂纹的扩展。其原因之一是橡胶模量低容易变型,可使裂端应力松弛,吸收部分外界破坏产生的能量;二是橡胶粒径一般大于裂纹顶端曲率半径,可使裂端应力集中系数下降从而减小应力分布值;三是取向变形后的橡胶有较高的抗撕裂强度,对裂纹扩展有较高的阻力。
橡胶颗粒对裂纹扩展的阻碍作用还可以用,橡胶颗粒对裂纹前沿的“钉扎”理论来说明。当裂纹前沿遇到橡胶颗粒时,由于胶粒产生的空穴或胶粒本身而使裂纹尖端钝化;同时由于胶粒与连续相有较强的界面粘结,因此裂纹前沿必须绕过胶粒才能继续扩展,这样被一列橡胶颗粒“钉扎”住的裂纹前沿线,在橡胶颗粒之间弯曲成弓形,使前沿线变弯加长,从而增加了断裂表面能。还有所谓的“粘合”作用也能阻碍裂纹的扩展,即裂纹前沿线绕过胶粒后,由于胶粒与UP树脂两相的界面结合力较强,橡胶颗粒仍将裂纹上下两侧的材料连接在一起。若将橡胶颗粒拉断,需消耗较大的能量(因橡胶的破坏是韧性断裂),因而胶粒的粘合作用也能提高材料的抗断裂性。另外,SEM照片显示,橡胶颗粒是由大小不等的两种球形颗粒组成,大颗粒的直径为10~30μm,小颗粒的直径为011~1μm。按照Riew等人的理论,小颗粒主要是对剪切形变起作用,大颗粒能阻止裂纹的增大,两种颗粒同时存在,可以得到佳的增韧效果。
4、结语
合成的活性端基聚氨酯橡胶与固化前的UP混合理的增韧机理,并以此为指导开发新的增韧品种,将会使环氧树脂得到更好、更广泛的应用。








































